3C行业非标机械设计标准化探讨

由于非标设计的特性，在较短时间内开发设计一台完整的全新设备，即使资深的工程师疏忽遗漏也在所难免，对于新手来讲更容易顾此失彼。尽管我们可以通过方案评审、图纸审查等手段来尽量避免设计缺陷和漏洞，但只是减少错误的发生没法完全避免。推行设计标准化工作，可以帮助工程师解决很大一部分问题。一是让工程师把精力放置方案构想和主要结构设计上，二是标准化的结构、模组等本身问题就可以避免。
设计标准化的工作任务是建立标准化零件库、标准化模组库、标准化设备产品库。工作内容包含两个方面，一是编制常用外购标准零件选用指南，收集、整理常用外购标准件型录及3D图档，建立外购标准件零件库。另一个工作内容是将企业内部成熟的经验和成功的案例包括典型结构、模组、产品等转化为标准，从有一定代表性的产品着手进行分类完善和标准化。依据不同的使用要求、使用场景等，将常用的零件、模组、设备产品设计标准化模组3D模型补充到标准资料库中去。通过标准化建立标准化库可方便工程师在设计时根据具体的设计要求进行选用、调用和优化创新设计，提升设计效率，减少设计失误。可减少采购工作量及降低采购成本、减少库存品种类，保证交期和品质。通过标准化起到技术传承作用，通过积累逐步形成企业核心技术，在实际推行过程中不断吸取先进技术淘汰落后技术，形成良性循环，这样企业技术实力将会得到持续增强。很多企业尽管知道标准化工作的重要性，但大多停留在口号层面，实际落地的并不多，做得好的更是凤毛麟角。问题在于对标准化工作认识不足重视不够，人员缺乏或能力不足，没有找到切实可行的方法。当然标准化这项工作本身就不是一件简单的事情，尤其是非标设计行业。设计标准化可从以下几个方面展开。

1.用结构的类型及设计标准化一般机器的基本结构组成：机架、机罩、上下料机构、传动机构、传输机构、机械手、夹治具和其他专用模组等主要部件。

(1）机架本体常见机架类型有焊接机架、铝型材机架、钣金机架、焊接机架加外罩、还有铸造机架。在标准3D模组设计时首先要做好规划进行详细分类，要兼顾模组的覆盖性和使用性，具体结构设计时要尽可能考虑全面相关的结构要素，包括机架本体、门、铰链、门锁、脚轮胶杯、电控安装板、气动三联件安装板、风扇、连锁开关、走线孔及过线孔的布置、气动元件安装板等，并考虑散热、防尘防锈、吊装和运输等因素。

（2）机罩常见机罩有钣金机罩、铝型材机罩。按类型设计成标准的机罩模组并建立3D模型。这些模型包含机罩本体、门、铰链、门锁、玻璃视窗、连锁开关、触摸屏、按钮开关、三色报警灯、照明灯架等结构要素。任何结构要素的变化，可以呈现出不同的结构形态。就拿门的结构设计来讲，可以是钣金也可以是铝合金，单是钣金的就可以有多种结构形式，另外有些需要可以加装玻璃视窗，铰链的形式、门锁的形式、把手的形式也是多种多样，开合的方式有旋开式、锁门式和拆卸式，还有显示器和操作面板的布置方式和结构形式的不同，进出料方式的不同都直接影响机罩的结构设计。所以连一个看似简单的机罩可以说不同的人来设计就会有不同的方案，这就好比下棋有无穷无尽的不同走法一样。此外，机架机罩一体式结构形式、焊接机架加装整体外罩等结构形式。（3）常用支承座、支架包含单体式、组合式。组合式可分为螺钉连接方式和焊机方式。可按实际的用途、空间大小、承载负荷及其种类展开设计，考虑尺寸精度、结构稳定性，除考虑结构强度外重点校核结构刚性。

（4）常用传动机构传动机构的主要功能是传递动力、速度和改变方向。常用的传动机构：皮带传动（平皮带、圆皮带、三角皮带、楔形带、齿形带）、链传动、齿轮传动、丝杆传动、连杆机构（凸轮机构）、摩擦传动等，传动机构大部分结构要素已经标准化，标准化设计要做的工作是将这些标准化的零件进行组合，以达成满足某些功能的模组。设计选用时要考虑的因素有传递位置、速度、精度、载荷性质和大小、空间等。输送线体与传动机构有相似之处，但其主要功能是传输产品。输送线体设计包括平皮带线、双侧皮带线、倍速链、链板线、悬挂链、滚筒线等。

（5）专用功能模组设备的功能差异性主要体现在专用的功能模组，设备要完成不同的功能必须根据具体的功能要求设计特定的专用模组。设备的性能往往取决于功能模组设计的好坏。实现同样的功能有很多种方式，功能模组千差万别，是标准化工作难度最大但也是最有必要实现标准化设计的部分，可以根据企业产品的特点有选择性对一些常用到的模组进行标准化，可循序渐进、分轻重缓急制定计划，逐步展开和累积。常见专用模组可分为上下料模组和工程功能模组上下料模组：上料模组有多种形式，如tray盘上料、弹夹上料、仓储上料、振动盘上料、卷料上料、皮带输送等，其中每一种形式又有很多种不同的变化。下料模组也有很多种形式，如Tray盘、皮带输送、码垛等，采用什么样的形式，取决于加工产品的大小、形态、材质等，还有空间的限制，有时还取决于上道工序的来料情况。有些还需要设置二次定位治具。工程功能模组：指实现某种特定功能的专用模组。3C行业设备常见模组如点胶模组、锁附模组、剥料模组、贴附模组、压合模组、机械夹持模组、真空吸附模组、电磁吸附模组、定位模组、检测模组（含CCD检测、传感器检测）等，不同的功能模组结构差别很大，但完成同样功能的模组可尽可能标准化、系列化。另外还可根据企业和市场的发展趋势提前布局和研发一些新技术。

（6）机械手包括单轴机械手、X-Y两轴机械手、X-Y-Y三轴机械手、平面多关节四轴机械手、六轴机械手、蜘蛛机械手等，具体设计时遵循“可外购不自制”的原则尽量选用外购标准模组。有特殊要求必要自行设计时可参考标准模组结构进行设计。选用的方式除基本功能要求外，还要考虑载荷大小、精度、速度、行程及空间等。补充说明：a、标准化结构设计应包含材料的选用及相关的热处理、表面处理，因为材料的选用与结构形式密切相关。b、结构设计必须与加工工艺结合起来。加工方式可分为热加工和冷加工，有增材加工方式和减材加工方式。增材加工方式：铸造、锻造、冲压、剪裁、注塑成型、粉末成型、3D打印等。减材加工方式：车、铣、钻、刨、镗、磨（平面磨、外圆磨、内圆磨、无心磨）、CNC、放电、线切割（慢走丝、快走丝）、焊接（氩弧焊、电阻焊、摩擦焊）、激光加工（切割、焊接、打标）、蚀刻等。

2.其它设计相关的内容的标准化前面讲了一些具体的结构形式和设计方法，以及通过标准化建立一些标准化模组3D模型来解决结构形式多样化的问题以提高设计效率，避免或减少设计问题的发生。还有一些不完全是结构设计的内容也是设计中必不可少的，与具体的结构设计不同，主要涉及到选型和计算的问题。企业可以通过制定一些选型目录和标准库来缩小选型的范围，制定选型计算的模板或开发简单的设计软件方便选型计算，制定标准绘图模板供设计时直接调用修改。

（1）马达的选型和功率的计算马达（电机）是设备最主要的动力形式，按电源形式可分为交流马达和直流马达，按控制方式可分为普通马达、变频马达、步进马达、伺服马达、直线电机和DD马达等，按电压分有三相380V，单相220V，还有特种电机如防爆电机、震动电机等。

（2）传感器选型及应用。是设备中必不可少的重要器件，用于产品检测、机构位置状态检测、安全防护和其他性能指标的采集。有行程开关、微动开关、接近开关、霍尔传感器、光电开关、激光传感器、磁环开关、压力传感器等。

（3）气动系统（真空）设计和应用涉及到气动系统的设计、气动元器件的选型和计算、气路图的绘制等

（4）液压系统设计和应用涉及到液压系统的设计、液压元器件的选型和计算、液压回路的绘制等，与气动系统有很多相同之处。

（5）电气控制系统设计和应用控制系统是机器设备中指挥系统，没有控制系统，机器设备只能是一堆废铁。系统的核心是控制单元，形式也是多种多样。如PLC、单片机、工控机等，工程师根据设备的性能要求和形态选择，也可制定一些规范来进行规范。此外还有其它电器元件如触摸屏、按钮开关、接触器、继电器等的选用。电气原理图、接线图、梯形图等是电器设计输出的重要资料，可通过标准的模板和相关规范来提升设计效率和减少错误发生。

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