基于自動(dòng)化生產(chǎn)的筆桿加工機(jī)器淺析

摘 要：人們的生活離不開書寫，而書寫又需要用到筆。在大部分筆的生產(chǎn)過程中，離不開一道將帶有內(nèi)螺紋的ABS套管與后筆管定位粘合的過程。目前各廠商仍采用人工流水線的方法進(jìn)行生產(chǎn)，效率較低，長期成本較高。針對這個(gè)問題，我們將研發(fā)出一種機(jī)器，能夠代替人工完成此項(xiàng)工作，并且有效率高，穩(wěn)定性強(qiáng)，長期成本低等優(yōu)點(diǎn)。隨著工業(yè)4.0的推進(jìn)，此類型的機(jī)器會(huì)成為市場中的熱門。本文主要分析一下對此種裝置設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化；筆桿

人們的生活離不開書寫，而書寫又需要用到筆。而目前的筆類廠商在筆桿生產(chǎn)的工序上仍然采用人工生產(chǎn)的方式，因此開發(fā)出一種能夠代替工人的筆桿加工機(jī)器必將是人們的目標(biāo)。同時(shí)也能進(jìn)一步的解放低級勞動(dòng)力。并且機(jī)器能夠提高生產(chǎn)效率，對于廠商來說能夠提高產(chǎn)量與產(chǎn)出效率，提高收益。從全球的角度來看，中國具有巨大的筆類出口份額，中國制造的筆占據(jù)了世界80%的市場，提高筆的產(chǎn)量就能進(jìn)一步擴(kuò)大中國的全球市場，提升國家的經(jīng)濟(jì)水平。

1國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀

目前由于國內(nèi)的勞動(dòng)力還較為廉價(jià)，因此各廠商在制造筆桿的環(huán)節(jié)中仍采用人工的方法進(jìn)行裝配，并沒有廠商進(jìn)行研發(fā)類似的機(jī)器。關(guān)于國外再此方面的研究資料比較有限，并無法獲取足夠的資料。中國做為世界上最大的筆類出產(chǎn)國，產(chǎn)量占據(jù)市場的80%以上，其研發(fā)水平可以代表大多數(shù)國家目前的研發(fā)水平。

在未來幾年中，伴隨著勞動(dòng)力價(jià)格的不斷提高，工業(yè)4.0的不斷推進(jìn)，開發(fā)出一種代替勞動(dòng)力進(jìn)行筆桿生產(chǎn)機(jī)器的需求將會(huì)不斷擴(kuò)大，并且由于筆類有這廣大而穩(wěn)定市場需求，此類機(jī)器必定會(huì)被研發(fā)并投入使用。

2項(xiàng)目開發(fā)所需的相關(guān)科學(xué)技術(shù)

本項(xiàng)目的目的是設(shè)計(jì)出一種機(jī)器并投入使用，因此需要較廣、較全面的知識。需要擁有機(jī)械、電氣、計(jì)算機(jī)等相關(guān)的知識。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)需要具有機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真計(jì)算、數(shù)字化電路排布、基于ARM的編程能力等能力需求，并能在設(shè)計(jì)的過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的不足，需要較強(qiáng)的理論知識與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。由于需要投入到實(shí)際生產(chǎn)中，最終產(chǎn)品需要穩(wěn)定性高、機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)、控制程序穩(wěn)定等特點(diǎn)，應(yīng)此需要較高的科技水平。

在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，由于機(jī)器需要完成涂膠、定位、抓取、放置等過程，有一定的精度要求，并且需要適應(yīng)多種筆套的外形以適應(yīng)多種類型的筆類生產(chǎn)，因此在機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方面有著不小的難度。需要將機(jī)器設(shè)計(jì)成穩(wěn)定可靠，具有較高的工作效率，較高的工作精度，并且擁有很強(qiáng)的適應(yīng)性，需要有較強(qiáng)的專業(yè)知識水平，并且需要有相關(guān)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)如參觀與實(shí)習(xí)等，才能較好完成此方面的設(shè)計(jì)

在電氣電路方面，由于機(jī)器是工業(yè)用電器，使用380伏特的三相交流電，與常見的220伏特的單相交流電有著較大的差異，因此在電路編排的起步階段就有著較高的技術(shù)難度與要求。在機(jī)器中至少存在一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)與兩臺(tái)氣動(dòng)式活塞馬達(dá)，還有一臺(tái)微型電腦與一臺(tái)計(jì)數(shù)裝置，因此合理的編排電路，并且使電路具有較高的穩(wěn)定性，可長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，具有防浪涌等功能，對電氣電路方面有較高的知識水平要求。

在軟件編程方面，該機(jī)器會(huì)在ARM平臺(tái)上使用C語言編寫程序，良好的軟件穩(wěn)定性可以保證生產(chǎn)的穩(wěn)定進(jìn)行，若軟件不夠可靠可能會(huì)導(dǎo)致大規(guī)模的停機(jī)停產(chǎn)事故，更甚者可能會(huì)有機(jī)器損毀、人員受傷的風(fēng)險(xiǎn)。為了不引起此類損失，開發(fā)出穩(wěn)定可靠的程序就顯得格外的重要。并且在編寫程序時(shí)需要考慮到機(jī)器可能會(huì)出現(xiàn)的各種意外狀況，做出相應(yīng)的程序處理，因此需要較高的計(jì)算機(jī)編程技術(shù)水平與分析對策能力。

3項(xiàng)目的研究思路和方法，技術(shù)路線、實(shí)驗(yàn)方案及可行性分析

3.1研究的思路和方法

此機(jī)器的研發(fā)思路是根據(jù)目前的實(shí)際生產(chǎn)流程進(jìn)行研究并設(shè)計(jì)。目前國內(nèi)的筆業(yè)生產(chǎn)廠商處理此道工序的流程是由三位工人完成三部流水線操作，首先第一位工人在后筆管的首端圖上717樹脂膠，第二位工人將帶有內(nèi)螺紋的ABS管套放入后筆管內(nèi)，最后第三位工人用專用的附帶刻度的工具尺將帶有內(nèi)螺紋的ABS管套推入后筆管內(nèi)15mm。根據(jù)此工作流程，所設(shè)計(jì)的機(jī)器的工作流程也分為三步，首先通過涂膠機(jī)構(gòu)配合氣動(dòng)式活塞馬達(dá)，將717樹脂膠涂到后筆管內(nèi)，再通過步進(jìn)馬達(dá)將涂完膠的后筆管送到安裝ABS管套的工位，最后通過另一個(gè)氣動(dòng)式活塞馬達(dá)，將帶有內(nèi)螺紋的ABS管套推入指定深度。

3.2技術(shù)路線

3.3實(shí)驗(yàn)方案

機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)建模使用SolidWorks軟件，在完成裝配圖后進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)模擬仿真，檢測機(jī)械結(jié)構(gòu)的可靠性。

電路模擬使用Multisim 11.0軟件，對電路的可靠性及常見的意外情況進(jìn)行分析與預(yù)判，并利用Multisim 11.0的自動(dòng)差錯(cuò)功能糾正前期電路排布出現(xiàn)的問題。

在軟件程序方面，使用CIMCO Software Suite軟件對程序進(jìn)行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化處理及仿真，做好多套程序及緊急應(yīng)對程序，針對可能出現(xiàn)的突發(fā)情況進(jìn)行程序的編排。

4實(shí)際意義與前景

此種機(jī)器針對的市場即目前的各大小制筆廠商，運(yùn)用機(jī)器代替工人完成一項(xiàng)必不可少的流程，縮減生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。其具有兼容性強(qiáng)的特點(diǎn)，因此可以向所有制筆廠推廣此機(jī)器。隨著勞動(dòng)力成本的不斷提高，以及國家不斷大力推進(jìn)工業(yè)4.0的開展，此機(jī)器具有良好的推廣前景。在未來的幾年內(nèi)，相信此機(jī)器會(huì)被越來越多的廠商使用，以代替目前現(xiàn)有的工人，以提高生產(chǎn)效率并縮減生產(chǎn)成本。推廣前景可謂十分廣闊。目前中國的所出產(chǎn)的筆占世界筆類市場的80%以上，可謂是當(dāng)之無愧的制筆領(lǐng)頭國。從數(shù)據(jù)來看，中國制筆業(yè)的銷售收入十分可觀，從2008年至今，每年的銷售收入都在不斷增加，目前已接近300億元。若能抓住制筆廠這個(gè)強(qiáng)大的市場，所能獲得的收入將是一個(gè)十分可觀的數(shù)字。據(jù)保守估計(jì)，目前中國每年產(chǎn)出筆類300億支，按每條流水線每日產(chǎn)筆10000支計(jì)算，中國目前擁有120000條流水線，假設(shè)3年內(nèi)有10%的流水線采用我們生產(chǎn)的機(jī)器，即產(chǎn)生12000臺(tái)訂單，其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。

5總結(jié)

隨著自動(dòng)化技術(shù)的迅猛發(fā)展，越來越多的不富有創(chuàng)造性的簡單勞動(dòng)力將被自動(dòng)化機(jī)械所代替。自動(dòng)化設(shè)備將比傳統(tǒng)工人擁有更高的效率與準(zhǔn)確率，更為低廉的成本。隨著工業(yè)4.0的推進(jìn)與勞動(dòng)力成本的不斷提高，越來越多的工廠總會(huì)傾向于用自動(dòng)化生產(chǎn)機(jī)器代替人力進(jìn)行生產(chǎn)。隨著計(jì)算機(jī)水平的不斷發(fā)展，在設(shè)備實(shí)際生產(chǎn)之前，我們就可以運(yùn)用計(jì)算機(jī)對機(jī)械結(jié)構(gòu)，電路，軟件進(jìn)行模擬運(yùn)行，盡可能減少實(shí)際生產(chǎn)時(shí)的浪費(fèi)。這種自動(dòng)化的筆桿加工制造機(jī)器，可以解放勞動(dòng)力，提高生產(chǎn)效率，推進(jìn)人類社會(huì)和工業(yè)的發(fā)展。

作者簡介：

金文超（1997-），男，民族：漢族，籍貫（精確到市）：江蘇省蘇州市，當(dāng)前職務(wù)：本科在讀學(xué)生，學(xué)歷：本科在讀，研究方向：車輛工程。