非標(biāo)自動化機械設(shè)備的創(chuàng)新設(shè)計探究

袁潮恒

（深圳市迦南偉業(yè)科技有限公司，廣東深圳 518000）

當(dāng)下自動化設(shè)備已經(jīng)深深地融入農(nóng)業(yè)與工業(yè)產(chǎn)業(yè)的研發(fā)、生產(chǎn)與服務(wù)等各個過程中，各式各樣的自動化設(shè)備在解放勞動力、提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品與服務(wù)品質(zhì)的實踐中起著至關(guān)重要的作用。

非標(biāo)自動化機械設(shè)備并沒有一個標(biāo)準(zhǔn)的書面釋義或官方定義，但在行業(yè)內(nèi)則有一個公認較為準(zhǔn)確的解釋，即：其是為滿足目標(biāo)客戶指定用途的需求，以滿足一系列涉及相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為制造全過程的基本準(zhǔn)則、為客戶定制化設(shè)計和研發(fā)生產(chǎn)的設(shè)備。鑒于非標(biāo)自動化機械設(shè)備的定制化特點，其可以在眾多行業(yè)領(lǐng)域中得到應(yīng)用，如汽車制造行業(yè)的汽車零部件的生產(chǎn)制造及安裝、食品行業(yè)的生產(chǎn)輸送及包裝、電子電器生產(chǎn)線產(chǎn)品輸送、物流行業(yè)的倉儲設(shè)施、加工制造業(yè)裝配、包裝、印刷、紡織工業(yè)等。

目前國內(nèi)絕大多數(shù)的企業(yè)在為客戶定制生產(chǎn)非標(biāo)自動化機械設(shè)備時，基本需要完成產(chǎn)品評估、制定方案、客戶確認、設(shè)計與生產(chǎn)制造、設(shè)備調(diào)試、驗收交付、售后服務(wù)等方面的工作。

在產(chǎn)品評估階段，企業(yè)需要準(zhǔn)確地了解客戶想要通過自動化設(shè)備達到何種目的或效果，以及對于設(shè)備的各項要求。這一期間，企業(yè)通常需要對客戶所處的行業(yè)有相關(guān)的足夠經(jīng)驗，詳細了解客戶的生產(chǎn)能力、生產(chǎn)分工、生產(chǎn)工序與品質(zhì)、設(shè)備主要應(yīng)用部門等情況，了解與客戶當(dāng)前痛點相對應(yīng)的生產(chǎn)活動中的細節(jié)，并將收集的各項資料進行整理以便指導(dǎo)后續(xù)各項工作的開展。同時，企業(yè)也將結(jié)合自身的各項情況和客戶的情況與需求對產(chǎn)品進行綜合性的評估。

在制定方案與客戶確認的階段，企業(yè)需要依據(jù)前一階段的產(chǎn)品評估結(jié)果，針對機械設(shè)備功能與工作方式、選用的原材料、器配件選型、制作工藝、生產(chǎn)排期、產(chǎn)品交付物和交付方式、相關(guān)服務(wù)內(nèi)容、初步報價、設(shè)備制造過程中應(yīng)用的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等生產(chǎn)全周期制定初步的方案。企業(yè)和客戶通常將所制定的方案進行反復(fù)的商討，對初期的需求和更多細節(jié)方面進行推敲和更新，并對制定的方案進行同步調(diào)整，直至雙方認可并簽署相關(guān)的協(xié)議或合同。

在設(shè)計階段，企業(yè)的研發(fā)部門將進行包括概要設(shè)計、裝配總草圖、生產(chǎn)與裝配流程、電氣和機械方面的詳細建模、裝配細則與模型、自動化參數(shù)定義、軟件模塊與接口、軟件程序執(zhí)行流程、調(diào)試與測試方案等進行更進一步的設(shè)計，設(shè)計工作的輸出結(jié)果將作為后續(xù)生產(chǎn)制造和軟件功能開發(fā)的重要準(zhǔn)則。生產(chǎn)制造階段包括了計劃和采購部門對所需的原材料與器配件的供應(yīng)節(jié)奏與質(zhì)量的管理、原材料與器配件以及設(shè)備整裝與部件的倉儲調(diào)運和物流運輸、相關(guān)功能軟件的開發(fā)與測試、設(shè)備的生產(chǎn)與裝配等多方面工作。

設(shè)備的調(diào)試階段通常分為生產(chǎn)調(diào)試和現(xiàn)場調(diào)試兩大部分。生產(chǎn)調(diào)試即為設(shè)備在生產(chǎn)下線前企業(yè)對其進行的一系列測試與校驗調(diào)整工作。設(shè)備所應(yīng)用的器件通常需要進行空載試驗、參數(shù)調(diào)整、一般性檢查等；在設(shè)備的各組裝部件制造完成時，基本都需要單獨進行測試已驗證是否符合預(yù)期目標(biāo)；設(shè)備整機組裝過程中或完成后進行聯(lián)調(diào)、性能、壓力等方面的測試；對軟件的功能和穩(wěn)定性進行測試等。在設(shè)備在客戶生產(chǎn)現(xiàn)場運抵或組裝成功后，還需要與客戶的測試環(huán)境和生產(chǎn)環(huán)境進行對接聯(lián)調(diào)，以驗證和調(diào)整非標(biāo)自動化機械設(shè)備與客戶生產(chǎn)應(yīng)用的系統(tǒng)或設(shè)備的融合程度，以滿足客戶需求目標(biāo)。

設(shè)備的驗收交付與售后服務(wù)階段是客戶相對關(guān)注的內(nèi)容，是優(yōu)質(zhì)企業(yè)展示其過硬的綜合能力的重要方式。順利完成驗收和交付滿足客戶需求的高品質(zhì)的非標(biāo)自動化機械設(shè)備，及時響應(yīng)和解決客戶在后期使用設(shè)備過程中遇到問題，定期回訪，以專業(yè)的方式解答客戶對于行業(yè)前沿信息的咨詢等，將為企業(yè)贏來客戶更多信任和更多的發(fā)展機會。

1 非標(biāo)自動化機械設(shè)備的特點

普通標(biāo)準(zhǔn)自動化設(shè)備是具有一些固定功能的、通用的或較廣泛應(yīng)用的設(shè)備。在自動化設(shè)備制造全過程中，大部分生產(chǎn)環(huán)節(jié)都有需要滿足的國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。因為普通標(biāo)準(zhǔn)自動化設(shè)備有廣泛的適用性，因此同一型號或同一產(chǎn)品族的設(shè)備需求量較大，適合通過生產(chǎn)流水線大批量生產(chǎn)。

而非標(biāo)自動化機械設(shè)備因其定制化的特點，機體和部件的模型與模具的定制比例也相對很大，零件毛坯的精度較低。對于零件毛坯，通常需要做較多的加工，其加工工藝也因為客戶需求的不同而存在較多的差異。因此，非標(biāo)自動化機械設(shè)備在制造全過程中，加工生產(chǎn)工作量和人工參與程度都比較大。同樣受定制化因素影響，設(shè)備的跨行業(yè)適用性較低，同一型號的設(shè)備或同一產(chǎn)品族的需求量相對較低，大批量長期生產(chǎn)單一定制化設(shè)備的經(jīng)濟效益較低。在設(shè)備的設(shè)計方面，行業(yè)中應(yīng)用的建模工具軟件的選用范圍基本固定，常用的工具包括AutoCAD、Solidworks、Pro/E 等，因此設(shè)備的設(shè)計對工具軟件中可用的配件庫等資源有較強的依賴，設(shè)備后期的加工與組裝等環(huán)節(jié)的流程與工藝方式也間接受這些工具軟件的影響。

2 非標(biāo)自動化機械設(shè)備的創(chuàng)新設(shè)計

2.1 非標(biāo)自動化機械設(shè)備的設(shè)計

大多數(shù)非標(biāo)自動化機械設(shè)備為客戶的特定需求或目標(biāo)而用，其定制化程度高，在行業(yè)中設(shè)計與技術(shù)細節(jié)的共性較低。但這并不意味著每一類的非標(biāo)自動化機械設(shè)備都完全孤立，其設(shè)計仍需在一定的原則指導(dǎo)下，遵照一定的設(shè)計流程，以達到設(shè)計工作的目的。

做好設(shè)計工作有3個重要的目的：提升產(chǎn)能、提升品質(zhì)和降低生產(chǎn)成本。但在制定方案的初步階段和產(chǎn)品設(shè)計伊始，企業(yè)因為盲目推崇新技術(shù)、過度挖掘需求、追趕工期等原因，比較容易忽視這3個目的。而非標(biāo)自動化機械設(shè)備在設(shè)計過程中如果過度偏離設(shè)計目的，往往不能滿足實用、穩(wěn)定、安全等方面的核心需求，或超出企業(yè)對于成本的控制預(yù)期，最終不得不將已經(jīng)設(shè)計和制造完成的成品設(shè)備廢棄掉，甚至形成嚴(yán)重的后果。非標(biāo)自動化設(shè)備的設(shè)計應(yīng)該合理應(yīng)用驅(qū)動單元、機械裝置、感知元器件、執(zhí)行元器件、程序控制單元等，通過替代原有生產(chǎn)工序中的機械化人工動作來提升產(chǎn)能；通過以機械動作和運動節(jié)拍的精準(zhǔn)度替代原有的生產(chǎn)工藝的方式提升品質(zhì)；通過減少流水線上的用工數(shù)量和降低人的機械化勞動強度提高用工效率，通過自動化機械的特點提升流水線運行速度，以降低生產(chǎn)成本。

以一種適用于SMT 自動生產(chǎn)線上的可以不停機快速接料的非標(biāo)自動化設(shè)備為例，其通過移動式作業(yè)、料帶自動回收等方式節(jié)省了操作人員的工種和數(shù)量；通過機械化的高速和精準(zhǔn)對接，在提升了上機通過率之外，也減少了物料的損耗。此外，通過人性化設(shè)計還可以降低設(shè)備操作難度，減少了對熟練工種的依賴的同時也提升了用工人員的使用效率。自動化設(shè)備樣圖如圖1所示。

圖1 自動智能接料

SMT 自動生產(chǎn)線在接入在接入自動化接料設(shè)備后的生產(chǎn)效率對比如表1所示。

表1 生產(chǎn)效率對比

2.2 非標(biāo)自動化機械設(shè)備的創(chuàng)新設(shè)計

企業(yè)開展非標(biāo)自動化機械設(shè)備的設(shè)計工作時，需遵循實用、穩(wěn)定、安全、標(biāo)準(zhǔn)化、創(chuàng)新等原則。

（1）從遵循實用原則方面看，非標(biāo)設(shè)備是為了解決客戶在生產(chǎn)活動中遇到的具體問題，因此滿足客戶定制化需求是生產(chǎn)非標(biāo)自動化設(shè)備為的初心與最終目標(biāo)。在進行設(shè)計時，需要以產(chǎn)品分析階段的資料為信息參考、以和客戶共同敲定的制作方案為指導(dǎo)，充分考慮客戶對設(shè)備的要求，圍繞著設(shè)備能使用、客戶會使用、投產(chǎn)有效果來進行設(shè)計。在確保設(shè)備具備工作能力并確保安全穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)上，再附加人性化操作和指導(dǎo)的軟件工具以有效提升設(shè)備的使用效果。

（2）從遵循穩(wěn)定原則和安全原則方面看，非標(biāo)自動化機械設(shè)備的整個生產(chǎn)制造過程缺少行業(yè)統(tǒng)一的規(guī)范和指導(dǎo)，其制程中各生產(chǎn)環(huán)節(jié)所遵循的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)雖然可以確保各組成部件和裝配件通過模塊化測試和試驗環(huán)境下的整體測試，但整體裝配后的互斥與影響情況仍沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)予以指導(dǎo)，所以在設(shè)備的設(shè)計中確保未來設(shè)備可以在生產(chǎn)環(huán)境下穩(wěn)定和安全的運行是至關(guān)重要的。

（3）從標(biāo)準(zhǔn)化原則方面看，國家或其他行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)通常適用于非標(biāo)自動化機械設(shè)備中的各處獨立節(jié)點，如各器配件和單獨某段生產(chǎn)工藝等，而非標(biāo)自動化設(shè)備的定制化特點很難為其歸納出可以確保設(shè)備質(zhì)量和安全級別的行業(yè)級別標(biāo)準(zhǔn)。但這并非說明非標(biāo)自動化機械設(shè)備可以不走標(biāo)準(zhǔn)化的道路。在公司或行業(yè)細分領(lǐng)域內(nèi)部，可以在工作流程、BOM 清單、部分器配件選型、部分生產(chǎn)工藝、質(zhì)量性能等方面做細分的標(biāo)準(zhǔn)化。

（4）從創(chuàng)新原則方面看，我國形成擁有39個工業(yè)大類，191個工業(yè)種類，525個工業(yè)小類的第二產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，擁有聯(lián)合國產(chǎn)業(yè)分類中全部工業(yè)門類。在新工業(yè)革命時代下，我國正在緊抓新趨勢和新格局帶來的機遇，通過不斷地強化基礎(chǔ)和依靠創(chuàng)新驅(qū)動，在工業(yè)與三大產(chǎn)業(yè)融合領(lǐng)域中尋求智能轉(zhuǎn)型和綠色可持續(xù)發(fā)展。在近10年的趨勢下，產(chǎn)業(yè)融合、制造業(yè)智能化和數(shù)字化等需求帶來了非標(biāo)自動化行業(yè)的高速發(fā)展，非標(biāo)自動化設(shè)備的廣泛應(yīng)用、客戶對于設(shè)備的多樣化定制需求、客戶行業(yè)中操作人員群體的特點差異，甚至同樣的行業(yè)客戶在同一個問題上在不同時期的需求差異，使得企業(yè)很難應(yīng)用以往的非標(biāo)設(shè)備應(yīng)對，使企業(yè)不得不進行各式各樣的創(chuàng)新來保持自身產(chǎn)品庫的活力和競爭力。

3 結(jié)束語

在新工業(yè)革命趨勢背景下，企業(yè)求生存求發(fā)展的迫切需求使得生產(chǎn)與服務(wù)自動化受到了越來越多的關(guān)注。而在自動化領(lǐng)域中，非標(biāo)自動化機械設(shè)備占據(jù)了絕大部分的市場，自動化行業(yè)的整體技術(shù)水平也得到了提升，相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)的規(guī)模得到了壯大。將自動化應(yīng)用到企業(yè)的生產(chǎn)活動中，能夠有效提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動強度，降低職業(yè)病病發(fā)率、增強企業(yè)內(nèi)容提升企業(yè)競爭力樹立良好的企業(yè)形象。但整體上，我國的非標(biāo)自動化機械設(shè)備的研發(fā)與生產(chǎn)仍處于初步發(fā)展階段，自動化基礎(chǔ)依然較為薄弱，在面對生產(chǎn)與服務(wù)等客戶行業(yè)對自動化設(shè)備的質(zhì)量、能效、安全等方面有著較高的需求下，通過綜合方面的創(chuàng)新設(shè)計，是行業(yè)人在未來持續(xù)為之奮斗的方向。