杨敬更
深圳市盛世弘通软件有限公司
摘要：目前制造业中非标准自动化设备的应用越来越广泛，而设备质量的优劣有赖于设备设计者在设计阶段是否科学合理。自动装置的设计和开发，需要将材料、电气、工艺、通信、计算机等技术相结合，在整个工程设计过程中，要科学、合理地使用多种技术。介绍了设计和开发非标准自动化设备的一般方法、步骤和经验。
关键词：非标件自动化；程序设计；零件设计；工程材料；电气控制
引言
非标件自动化设备是根据客户的特殊需求而研制、设计、制造的综合性设备。随着制造业的迅速发展，越来越多的非标准自动化设备被开发出来，涉及各个行业，以提高效率，减少日益缺乏的劳动力，从而降低昂贵人力的需求。如何运用科学的设计理念和丰富的设计经验，设计和开发高性价比、高可靠性的自动化设备，是非标自动化设备行业中值得探讨和研究的课题。
一、设备设计程序
顾客应该首先向制造商提供必要的成分和各种配置，以决定生产的方向。铸件可由客户指定人员陪同生产，符合客户要求。用户需求分为三类，第一类是部件配置，第二类是实际工作环境参数，第三类是具体的铸型。分析完环境参数后，再给出它们，这是环境分析的第二步。因为即使是用户也有限，有时并不适合设备的运行参数，所以在将技术数据与可适应但不能“阻碍”的实际环境参数进行比较之后，定制设备也应该关注安全性和技术质量，所以在开始定制指导之前，应该检查并比较工作环境的实际参数。客户和制造商应该组成一个计划小组和一个小型审核小组，以便双方就各自的需要进行沟通。这样的协作方式是有效的，审计工作是公平的。这样既提高了设备的生产效率，又提高了设备的编辑效率。最后，制造商派出工程团队设计流型图，为装配细节提供指导，必要零件清单，以及标准配件采购清单，工程师一起制定装配和日常维护指南。生产商一般采用一站式服务来发展非标准的自动化，设计技术规范时没有隐私权；用户也可以派主管监督组装过程，或者在开发过程中参与工厂零件的工程研讨会。这种对错标准化自动化的优点，大大改进了工业通信，使工厂的所有功能都能更加灵活，这对售后服务很重要[1]。
二、非标自动化设备的设计与开发
非标自动化设备的组成：非标自动化设备主要包括动力装置、传动装置、执行装置、控制系统及辅助系统。发展非标准自动化设备的阶段。为提高生产效率，减少人力，生产部门把自动化系统的开发工作交给了计划和开发部门。研发部根据要求起草设计说明书，然后进行机械设备、零部件等研发过程。
1.设计任务书的编制
设计规格书应说明开发项目设备的目的和任务，一般应说明设备的功能要求、生产节奏或效率、开发成本控制的经济要求、舒适要求、安全要求以及下列要求：设计规格书是项目工作的指导文件，它要求预期设备达到的目标和参数不同，设计人员必须按照规格书的要求进行设计。
2.方案设计
规划设计是根据设备的功能要求，为实现所期望的功能而规划整个结构。程序设计是车间研制成功的关键。从功能参数的要求出发，给出了一个切实可行的解决方案。伴随着CAD技术的快速发展，越来越多的机械设计工作是通过设计软件进行三维造型设计的，这不仅节省了规划时间，而且还能保证精度。非标准自动化设备的设计通常从设备开始。给出所执行的功能动作，也是器件设计的核心工作。执行机构的运动参数取决于产品的形状结构和工艺性能，针对作动器的运动特性，选择合理的作动器，确定作动器，对其进行优化创新概念设计。
接着根据执行器的特点，提供合理的能量来源，随着伺服控制技术的发展，使得越来越复杂的执行机构可以采用多轴伺服驱动，随后进行传动机构的控制设计和动力设计。普通的传动机构有螺旋传动，皮带传动，链条传动，齿轮传动，摩擦传动等。由于传动效率高，速度快，所以在推进方式上，常采用滚珠传动，齿轮传动。同步带传动和链条传动的非标准自动化装置图样一般是指装备机械机构的设计。设计好作动器、传动机构和工作机构后，基本完成了原理图设计[2]。
3.机械部件设计
CAD技术可以很方便地应用于零件的造型与设计，考虑到技能要求、机械零件的选材和机械计算，以及发动机气缸等标准件的选择，机械零件的设计应符合以下基本要求：
使用寿命内避免失效，采用合适的材料和尺寸，确保零件强度要求；设计结构以确保零件刚度要求；通过计算载荷和表面处理以保证耐久性要求；结构产能要求是好的结构产能，即在经济上可行的结构产能。
经济性要求：设计零件时，应尽量采用成本最优的结构设计，以轻结构为主，缩短加工时间和工时，并尽可能采用廉价的技术性材料。对大多数部件而言，体积和质量越小越好。既能节约材料成本，又能减少运动部件的惯性，提高机械的动态性能，降低惯性载荷对部件的影响。
可靠性要求：机率，部件在规定的使用寿命范围内，在预定的环境条件下(即可靠性)，能正常发挥其作用的可能性。为了提高可靠性，应考虑到工件的工况和性能，尽量减少意外改变的可能性。非标自动化系统的部件往往不标准化，个别生产的成本相对较高。在零件的整个设计过程中，设计者应充分考虑上述基本原则和丰富的经验，设计出高性价比的零件[3]。
4.选材
针对不同工件的加工特点，从不同工艺材料中选择合适的材料，是自动化设备发展过程中的一个重要课题。不仅要遵循一定的理论计算原则，还要有信任感。加工零件所用的材料有：金属材料，聚合物材料，陶瓷材料和复合材料。由于金属材料的机械性能好，价格相对较低，是90%以上自动化设备用金属材料。本文介绍在研制连接设备中常用的几种金属类型，Q235型钢是目前使用最多的碳素结构钢，具有高塑性、高韧性和可焊性，一定强度和良好的抗弯性能，适用于对一般要求有焊接结构的零件；A6061(铝合金)是一种加工性能优良，耐腐蚀，韧性高，加工后不变形的优质铝合金产品；45钢，优质碳素结构钢，最常用的中碳镀锌淬火钢，具有良好的综合力学性能，它易于加工，密度小于钢，并日益被应用于非标准化的设备中。其他常用的材料：有色金属，A7075，黄铜，青铜等；聚合物材料有PVC,PE,PP等。
5.电气控制设计
非标自动装置设计完成后，还应同步启动电气控制。大部分工业电气控制系统由工控机、PLC、人机接口、传感器、电控元件等组成，并编制了执行指令的控制程序。电控系统的设计应充分考虑设备的功能要求、安全要求及运行条件。
6.装配调试
自动装置开发和制造的最后阶段，在零件加工和标准部件采购之后，下一步的工作是设备的装配和调试，包括机械安装和电气控制安装，以及调试。对调试过程中遇到的问题，设计者可以有针对性地进行改进，直至达到生产的目的，并且应该不断监测设备的使用情况，以便进一步总结和优化。
三、结束语
非标自动化设备的开发过程，既是技术集中的过程，也是经验集中的过程。这个过程不需要原型参考和创新，不确定性因素很多，需要我们的设计者具有细致严谨的设计思路，丰富的经验积累，以及不断的实践、反思和总结，只有这样，才能在建设非标准自动化装置中做到集成与把握。
参考文献
[1]张晶,丁捷,黄腾辉,曾湘东,彭宁涛.非标自动化设备设计开发过程研究[J].内燃机与配件,2018:194-195.
[2]肖仁强.非标自动化设备设计开发过程研究[J].中国设备工程,2017
[3]曾孟军.非标自动化设备的特点与设计研究[J].内燃机与配件,2018