非標(biāo)自動化設(shè)備的結(jié)構(gòu)選擇與安全研究

高堅(jiān)業(yè)

[摘? ? 要]如今我國的自動化技術(shù)達(dá)到先進(jìn)水平，相關(guān)技術(shù)在自動化設(shè)備結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用也較為廣泛，極大提升了自動化設(shè)備的性能與運(yùn)行安全性。在進(jìn)行非標(biāo)自動化設(shè)備設(shè)計(jì)期間，需要嚴(yán)格遵守精細(xì)化的原則，結(jié)構(gòu)選擇也需要結(jié)合產(chǎn)品設(shè)計(jì)的實(shí)際需求，并對設(shè)備使用及后期升級進(jìn)行綜合考量。文章主要針對非標(biāo)自動化設(shè)備的結(jié)構(gòu)選擇設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，并對非標(biāo)自動化設(shè)備的安全性能及強(qiáng)化進(jìn)行論述。

[關(guān)鍵詞]非標(biāo)自動化設(shè)備;結(jié)構(gòu)選擇;應(yīng)用安全

[中圖分類號]TP23 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）05–00–02

Structure Selection and Safety Research of Non Standard Automation Equipment

Gao Jian-ye

[Abstract]Nowadays， all kinds of automation technology in our country have reached the advanced state， and the technology is widely used in the structure of automation equipment， which greatly improves the performance and safety of equipment automation operation. During the design of non-standard automation equipment， the principle of refinement should be strictly maintained. During the structure selection period， the equipment use and later upgrade should be comprehensively considered in combination with the actual needs of product design. Therefore， this paper mainly analyzes the structure selection design of non-standard automation equipment， and discusses the safety performance and strengthening of non-standard automation equipment.

[Keywords]non standard automation equipment; structure selection; application security

非標(biāo)自動化設(shè)備的結(jié)構(gòu)選擇通常需要根據(jù)設(shè)備使用用戶的要求來進(jìn)行合理的調(diào)控設(shè)計(jì)，使非標(biāo)自動化設(shè)備的最終運(yùn)行效果能夠滿足使用的需求，并能夠保持優(yōu)質(zhì)的運(yùn)轉(zhuǎn)水平，在設(shè)備運(yùn)行期間能夠持續(xù)保持穩(wěn)定與安全的狀態(tài)。在實(shí)際的結(jié)構(gòu)選擇設(shè)計(jì)期間，需要從整體的角度對各個結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能、工作原理、加工工藝等進(jìn)行綜合分析。

1 非標(biāo)自動化設(shè)備結(jié)構(gòu)的選擇設(shè)計(jì)分析

非標(biāo)自動化設(shè)備結(jié)構(gòu)的選擇設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的工作。當(dāng)前非標(biāo)自動化設(shè)備機(jī)械產(chǎn)品的應(yīng)用較為廣泛，對于不同用途的非標(biāo)自動化設(shè)備結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求也存在差異，需要設(shè)計(jì)者按照用途要求對結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，以使所選擇的結(jié)構(gòu)組成后運(yùn)行效果能夠滿足設(shè)備使用的性能和安全要求。

1.1 非標(biāo)自動化設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀

目前，非標(biāo)自動化設(shè)備在生產(chǎn)加工行業(yè)的應(yīng)用非常廣泛，根據(jù)生產(chǎn)加工模式的不同，非標(biāo)自動化設(shè)備結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也具有多樣化的特點(diǎn)。通常非標(biāo)自動化設(shè)備的結(jié)構(gòu)是由標(biāo)準(zhǔn)配件和專用零件組裝拼裝而成，形成半成品或者是元件結(jié)構(gòu)，然后再進(jìn)行整體的組合形成完整的非標(biāo)自動化機(jī)械設(shè)備。其中標(biāo)準(zhǔn)配件的種類、規(guī)格可選擇性較多，比如四軸關(guān)節(jié)機(jī)器人、影像系統(tǒng)、步進(jìn)電機(jī)、同步帶與氣動配件，這些都是比較常用的結(jié)構(gòu)形式?？傊?，非標(biāo)自動化設(shè)備結(jié)構(gòu)的選擇多樣，組成形式也靈活多變，但也有一定規(guī)律可循。結(jié)構(gòu)的選擇設(shè)計(jì)需要符合機(jī)械基礎(chǔ)原理的力學(xué)評估標(biāo)準(zhǔn)，加工工藝也需要保證順暢性、科學(xué)性和高效性;各個結(jié)構(gòu)之間的組裝調(diào)試不能過于復(fù)雜，為后期的設(shè)備維護(hù)提供便利;最重要的一點(diǎn)是設(shè)備結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)一定要保證安全性能，安全要放在設(shè)計(jì)考量的首位。通過非標(biāo)自動化設(shè)備結(jié)構(gòu)的科學(xué)設(shè)計(jì)來強(qiáng)化設(shè)備運(yùn)行的安全性能，促進(jìn)設(shè)備設(shè)計(jì)水平的優(yōu)化提升，進(jìn)而為非標(biāo)自動化設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)行業(yè)發(fā)展提供助力。

1.2 非標(biāo)自動化設(shè)備結(jié)構(gòu)的具體選擇設(shè)計(jì)分析

如今，非標(biāo)自動化設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加注重精細(xì)化，對各個結(jié)構(gòu)選擇與組成設(shè)計(jì)都需要進(jìn)行具體的分析和精細(xì)化的考量。通常在確定非標(biāo)自動化設(shè)備應(yīng)用的要求標(biāo)準(zhǔn)之后，可以應(yīng)用多種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式來達(dá)到應(yīng)用操作水準(zhǔn)，在這種情況下，就需要對各個結(jié)構(gòu)選擇方案進(jìn)行對比綜合分析，選擇性價比較高的方案進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。以鋁合金件設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例，設(shè)備的左方有8個牙孔未攻牙，下方有4個，右方也有8個，總數(shù)為20個。在設(shè)備來料半成品尺寸已經(jīng)完成精確加工之后需要采取陽極表面處理，在處理的過程中化學(xué)原料若是同步作用于牙孔，尺寸的精準(zhǔn)性就極有可能受到影響。這時可以選擇增加膠釘插于牙孔內(nèi)，待表面處理完成之后，再統(tǒng)一拔出膠釘，但是這樣一來膠釘數(shù)量過多，工作量非常大，人工拔出期間也容易對設(shè)備造成損傷。針對這一問題就需要采取措施提高工作效率，基于此結(jié)構(gòu)制定的方案可以有以下3種。

1.2.1 機(jī)器人結(jié)構(gòu)選擇

這種方案當(dāng)中需要設(shè)置一個工裝，將設(shè)備產(chǎn)品進(jìn)行固定處理，然后利用機(jī)器人結(jié)構(gòu)來設(shè)置操作動作指令，可以應(yīng)用多臺標(biāo)準(zhǔn)六軸機(jī)器人，在第六軸的地方設(shè)置一個夾子，在機(jī)器人中編輯程序，設(shè)計(jì)成從產(chǎn)品左、下、右三個方位抽取膠釘放置對應(yīng)盒子處，抽取的速度控制在1 s/粒。

1.2.2 機(jī)械臂結(jié)構(gòu)選擇

這種方案是采用X、Y、Z電鋼組件在設(shè)備左、下、右三個方向進(jìn)行疊加在所有Z軸的地方安裝夾子，然后編輯操作命令程序，讓其同步從左、下、右三個方向進(jìn)行抽取膠釘，由于是三個方位同時運(yùn)行，20個膠釘?shù)牟僮鲿r間只需要8 s。

1.2.3 單片機(jī)式PLC控制結(jié)構(gòu)

這種方案是利用比較簡單的結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳動支持，在每一粒膠釘?shù)奈恢枚荚O(shè)置一組夾子結(jié)構(gòu)，每一組結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)置為杠桿力臂，能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立的操作，一共設(shè)置了4組夾子裝置，杠桿力臂的運(yùn)行力由氣缸傳動來實(shí)現(xiàn)，在設(shè)備的左邊與右邊分別有8粒膠釘，需要設(shè)置兩個氣缸進(jìn)行動力加持，下方的4粒膠釘由于操作空間比較小，也同步設(shè)置兩個氣缸。3個方位運(yùn)行產(chǎn)生的組合力由主推氣缸統(tǒng)一發(fā)出然后針對不同方位進(jìn)行力的分散操作，由于3個方向的操作同步運(yùn)行，設(shè)備的20粒膠釘拔出總共需要3s的時間。并且這種方式可以靈活更換夾子固定座的規(guī)格，適用于不同的非標(biāo)自動化設(shè)備的加工操作。

通過對3種不同結(jié)構(gòu)操作方案的分析，可以發(fā)現(xiàn)單片機(jī)式PLC控制結(jié)構(gòu)的應(yīng)用效率和操作質(zhì)量最為優(yōu)質(zhì)，整體的操作非常便捷，占用的空間也比較小，自動控制的能力較強(qiáng)。在實(shí)際結(jié)構(gòu)運(yùn)行期間，通過設(shè)置保護(hù)板就可以實(shí)現(xiàn)良好的安全防護(hù)。應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性較強(qiáng)，安全性能良好，性價比較高。

如今，非標(biāo)自動化設(shè)備設(shè)計(jì)企業(yè)的經(jīng)營發(fā)展面對的市場競爭也非常劇烈，選擇高效率、低成本又具備良好安全性能的結(jié)構(gòu)方式，是非標(biāo)設(shè)備發(fā)展優(yōu)勢建立的主要措施。

2 非標(biāo)自動化設(shè)備的安全分析

非標(biāo)自動化設(shè)備結(jié)構(gòu)選擇設(shè)計(jì)方案規(guī)劃期間，保證最終形成的設(shè)備產(chǎn)品運(yùn)行能夠保持安全穩(wěn)定狀態(tài)，是設(shè)備結(jié)構(gòu)選擇設(shè)計(jì)的第一守則。在以往非標(biāo)自動化設(shè)備實(shí)踐工作時，設(shè)備安全故障和安全事故發(fā)生的概率比較高，主要是由非標(biāo)自動化設(shè)備當(dāng)中結(jié)構(gòu)組成比較復(fù)雜，各個結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)動運(yùn)行相互影響較大。

2.1 安全防護(hù)性能分析

非標(biāo)自動化設(shè)備的種類較多，不同的非標(biāo)自動化設(shè)備的運(yùn)行原理和應(yīng)用途徑多存在明顯的差異。在設(shè)備實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行的過程中，安全防護(hù)與保障是重中之重，一旦設(shè)備操作運(yùn)行期間發(fā)生安全問題，會對操作人員的人身安全帶來較大的威脅，設(shè)備應(yīng)用企業(yè)的經(jīng)濟(jì)也會產(chǎn)生嚴(yán)重的損失。安全問題的引發(fā)主要有兩方面原因，①設(shè)備本身的運(yùn)行安全性能水平低;②設(shè)備操作人員的操作失誤或不規(guī)范也會帶來安全隱患。因此在非標(biāo)自動化設(shè)備設(shè)計(jì)期間，就需要對安全防護(hù)性能進(jìn)行強(qiáng)化，如安全門、光幕、雙手安全開關(guān)、急停應(yīng)急按鈕等，讓操作人員誤觸時，設(shè)備將無法啟動或緊急停止，第一時間保護(hù)人員安全。強(qiáng)化非標(biāo)自動化設(shè)備安全防護(hù)水平，需要針對兩種安全引發(fā)原因均進(jìn)行有效的規(guī)避。

2.2 非標(biāo)自動化設(shè)備安全強(qiáng)化分析

非標(biāo)自動化設(shè)備的安全強(qiáng)化是設(shè)計(jì)期間需要關(guān)注的重點(diǎn)問題，尤其是設(shè)備的設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的精密性和專業(yè)性，對設(shè)計(jì)人員的專業(yè)素養(yǎng)以及工作細(xì)心程度均有非常高的要求。

（1）在實(shí)際設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要具備整體思維模式，對設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響因素進(jìn)行全面、綜合的分析，在實(shí)踐當(dāng)中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，對結(jié)構(gòu)方式的設(shè)計(jì)和加工工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行持續(xù)的優(yōu)化改良，讓設(shè)備的設(shè)計(jì)質(zhì)量與水平不斷提升。在設(shè)備大框設(shè)計(jì)完成之后，需要對細(xì)節(jié)性的內(nèi)容進(jìn)行檢查分析，對細(xì)節(jié)之處進(jìn)行改良，在結(jié)構(gòu)選擇當(dāng)中需要對傳動數(shù)量進(jìn)行合理控制，降低返修的概率，應(yīng)用性價比高的結(jié)構(gòu)方式方案。

（2）非標(biāo)自動化設(shè)備結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，需將用戶的需求作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行參照，并考慮設(shè)備的兼容性。在保證設(shè)備應(yīng)用質(zhì)量效果的同時，也要深化能源節(jié)約的理念，讓非標(biāo)自動化設(shè)備的結(jié)構(gòu)運(yùn)行能夠處于低能耗，簡化結(jié)構(gòu)組成與技術(shù)應(yīng)用組成，降低設(shè)備后續(xù)維護(hù)成本，以此在強(qiáng)化設(shè)備運(yùn)行安全的同時，促進(jìn)設(shè)備應(yīng)用的資源利用率提升。非標(biāo)自動化設(shè)備設(shè)計(jì)是結(jié)合了力學(xué)、材料、加工工藝、電氣、美學(xué)等多門學(xué)科，更加符合現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品的需求。需要根據(jù)設(shè)備使用需求來靈活調(diào)整設(shè)備結(jié)構(gòu)方式的組成，在實(shí)際設(shè)計(jì)中需要實(shí)現(xiàn)對設(shè)備內(nèi)部配件結(jié)構(gòu)的循環(huán)利用，降低結(jié)構(gòu)運(yùn)行損耗與故障的概率，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備長期保持穩(wěn)定與安全的狀態(tài)運(yùn)行，促進(jìn)設(shè)備運(yùn)行安全水平的提升。

3 非標(biāo)自動化設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的管控分析

現(xiàn)代自動化技術(shù)的應(yīng)用，使設(shè)備在控制水平方面得到了有效的強(qiáng)化。非標(biāo)自動化設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，強(qiáng)化對于設(shè)備的管控也是非常重要的內(nèi)容。管控對于非標(biāo)自動化設(shè)備的結(jié)構(gòu)運(yùn)行質(zhì)量、效率以及設(shè)備安全都有直接的影響。

（1）在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間，對于自動化設(shè)備的功能明確是前提，要保證設(shè)備整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用的自動化控制原理能夠相通相融，這樣才能保證各個自動化結(jié)構(gòu)設(shè)備銜接運(yùn)行保持在順暢狀態(tài)，從而促進(jìn)設(shè)備運(yùn)行的質(zhì)量水平提升。

（2）目前非標(biāo)自動化設(shè)備市場當(dāng)中，設(shè)備產(chǎn)品種類多樣，功能豐富，自動化技術(shù)應(yīng)用的主要目的是保證設(shè)備結(jié)構(gòu)運(yùn)行能夠更充分地利用能源，通過設(shè)備自動化管控功能的實(shí)現(xiàn)，讓非標(biāo)自動化設(shè)備運(yùn)行更加高效，同時還能節(jié)約設(shè)備運(yùn)行成本。通過對非標(biāo)自動化設(shè)備結(jié)構(gòu)的優(yōu)化選擇，就能夠達(dá)到此目的。舉例來說，選擇機(jī)器人運(yùn)行的整體消耗的能源水平，與應(yīng)用小電磁閥運(yùn)行相比要高出很多。這樣來看，選擇能源消耗水平低的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，更能滿足現(xiàn)代綠色環(huán)保的行業(yè)發(fā)展理念。其實(shí)能源消耗水平比較小的結(jié)構(gòu)，運(yùn)行原理也相對簡單一些，在非標(biāo)自動化設(shè)備當(dāng)中設(shè)計(jì)應(yīng)用，自動化的控制更加便捷和精準(zhǔn)。

（3）非標(biāo)自動化設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是新時期發(fā)展所提出的新型設(shè)計(jì)理念，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加靈活，設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)質(zhì)量與效率都比較高，不再像以往設(shè)備產(chǎn)品設(shè)計(jì)時，需要進(jìn)行多次試驗(yàn)來驗(yàn)證結(jié)構(gòu)選擇設(shè)計(jì)的合理性與安全性。利用非標(biāo)自動化設(shè)備的針對性設(shè)計(jì)，能夠在設(shè)計(jì)期間就對設(shè)備結(jié)構(gòu)的運(yùn)行性能進(jìn)行確定，設(shè)備的管控水平較高，更加符合現(xiàn)代自動化高新項(xiàng)目發(fā)展需求。

4 結(jié)語

非標(biāo)自動化設(shè)備的結(jié)構(gòu)選擇與安全性能強(qiáng)化，對于設(shè)備最終的運(yùn)行質(zhì)量、效率與效益均有直接的影響，需要設(shè)備設(shè)計(jì)人員保證高度的專業(yè)性。對設(shè)備結(jié)構(gòu)選擇設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合優(yōu)化，將安全性能的設(shè)置與提升放在核心位置，在強(qiáng)化非標(biāo)自動化設(shè)備運(yùn)行生產(chǎn)水平的同時，延長設(shè)備使用壽命，加強(qiáng)安全防護(hù)力度。

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