非標自動化設備的模塊化設計

孫慶峰

[摘? ? 要]非標自動化設備模塊化設計有利于各行業節約生產成本，提高生產效率，增加收益，還有利于促進國民經濟轉型升級。文章研究了非標自動化設備的原理和模塊化設計的理念，分析非標自動化設備的模塊化設計的優點，并對未來非標自動化設備的模塊化設計發展提出幾點策略。

[關鍵詞]非標自動化設備;模塊化設計;勞動力成本

[中圖分類號]TP23 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）04–0–03

Research on Modular Design of Non-standard Automation Equipment

Sun Qing-feng

[Abstract]The modular design of non-standard automation equipment is conducive to saving production costs， improving production efficiency， increasing income， and promoting the transformation and upgrading of the national economy. This paper deeply studies the principle of non-standard automation equipment and the concept of modular design， analyzes the advantages of modular design of non-standard automation equipment， and puts forward some strategies for the development of modular design of non-standard automation equipment in the future.

[Keywords]non standard automation equipment; modular design; labor cost

1 非標自動化設備的原理及模塊化設計的理念

1.1 非標自動化設備的原理

非標自動化設備是根據客戶需要而量身定制的自動化設備，符合企業的個性化生產需要，是非標準化、易更改的自動化設備，具有操作簡單、靈活應用的特點。非標自動化設備廣泛應用于工業、制造業、電子、醫療衛生和航天航空等行業中，在生產過程中根據用途和使用場景的不同進行專門的設計。非標自動化設備和標準化自動設備最大的區別是：標準化設備可以在市場中進行交易，所生產的設備可以賣給不同的客戶;而非標自動化設備是不能在市場中進行交易的，生產出來之后只能賣給定制這個設備的企業。非標自動化設備可以根據客戶的需要進行獨立設計，滿足客戶在生產過程中的一系列需要。

1.2 模塊化設計的理念

模塊化設計就是將某些生產要素組合在一起，形成一個獨特的子系統，再根據生產中的不同需要，不斷在子系統中加入其他要素，最終形成一個個完整的系統，每一個系統都具有不同的功能，適應不同的生產需要[1]。模塊化設計在汽車制造業、食品業、物流業等行業都有廣泛應用。模塊化設計是對生產要素的拆分和組合，子系統的建立要具有通用性。例如，在汽車制造行業中，各個汽車生產廠家所生產的汽車在外形、性能、功用方面不盡相同，但是其內部零部件大多是通用的，如蓄電池、發動機、儀表、音響、雨刷、輪胎等。汽車制造廠家將通用的各個零部件組裝起來，再加入自己獨特的技術，就完成了自己公司的汽車生產。

2 非標自動化設備模塊化設計的優點

2.1 提高工作效率，擴大產品研發

非標自動化設備模塊化設計，可以減少設計師的設計成本。在生產過程中，各個模塊具有通用性，設計師可以按照圖紙將各模塊進行組裝，再根據用途和適用場景的不同進行改動，使之滿足不同的需求。設計師不必再重新進行各個零部件的設計，可以節省時間，提高工作效率。一個子系統可以通過安裝不同的生產元素，得到不同功能或相同功能不同性能的產品，有利于擴大產品研發。同時，企業的工作效率提高，單一產品的生產量提升，就會使這類產品在市場上的供應量加大，企業產能過剩造成資源浪費，也會刺激企業進行新產品的研發。

2.2 控制企業成本，提高企業收益

近年來勞動力成本不斷上升，企業在生產過程中減少勞動力，增加自動化設備的應用。同時，自動化生產可以日夜進行，大大提高企業的生產效率，提高企業的收益。在企業生產過程中，很多工作無法由人來完成，或者由人來完成所耗費的時間和財力巨大，如大型物件的安裝和運輸、精密儀器的制作與切割等，人力不能或很難完成，就需要借助自動化設備進行完成，提高工作效率，提高企業的收益。

2.3 改善經濟結構，促進我國經濟轉型升級

自動化設備的應用能解放勞動力，讓勞動力向服務業和高新技術行業流動。工業和制造業等第一產業對勞動力的需求減少，勞動力自身的競爭壓力加大，就會積極學習各項技能，努力向第二、第三產業發展。自動化設備的應用，還可以提高企業現代化水平，促進企業技術進步。企業應用自動化設備，重視科技發展和技術進步，加快現代化建設，有利于企業從第一產業向第二、第三產業發展，促進企業轉型，改變我國的經濟結構。

3 非標自動化設備模塊化設計的方法

3.1 非標自動化設備硬件設計模塊化設計

在進行非標自動化設備硬件的模塊化設計過程中，首先要把設備進行分類，根據功能的不同，設備可以分成焊接類、加工類、搬運類、測試類等。分類之后將設備進行拆分，再將每種機械進行模塊化設計，使每個模塊都能獨立完成設備中的一項任務。每個模塊都設計好之后，再按照生產的不同需求，將各個模塊組合在一起，組合的過程中可能需要幾個不同的模塊，也會用到幾個相同的模塊，再經過調試構成一個全新的設備。在非標自動化設備的模塊化設計中，不同的機械在設計時都有各自的方式，在拆分過程中也要根據功能的不同，使用不同的拆分手段。各個模塊的設計要盡量簡單，如果過于復雜就不便于組裝和拆卸，給工作造成麻煩。例如，電子行業的設備可以分成離線式設備和在線式設備。離線式設備在生產過程中只能完成一個模塊的工作，進行單一產品的生產。在線式設備能夠同其他的在線設備相連，共同組成一個在線傳輸網絡，完成不同方式的傳輸，進行不同產品的生產。每一個在線式設備只能有一個傳輸模塊，這個傳輸模塊就是主體模塊，主體模塊與其他設備的模塊相連，能將不同設備都串聯起來進行工作。在生產過程中使用模塊化設計，將整個企業的設備都串聯起來，同時協作進行工作，有利于企業的集約化生產。979C8163-FAF3-4AD9-AD0D-87C36B5C3FDE

3.2 非標自動化設備程序設計模塊化設計

可編程邏輯控制器（PLC）是用于工業設備的自動化控制的數字運算操作電子系統，即編程[2]。在非標自動化設備的模塊化設計中，也應用PLC進行程序模塊編程。非標自動化設備的功用、性能與PLC水平有很大的關系，在PLC中進行程序模塊化，對設備有巨大影響。其和非標自動化設備的硬件模塊化設計相似，首先要根據控制要求將程序分為主程序、報警模塊、復位模塊，加快模塊、減緩模塊、照明模塊等模塊，之后再單獨進行每一模塊的設計，使每一個模塊都能獨立進行工作，互并不干擾，便于編寫和組合。每個模塊的設計都要根據它們的特點進行編程，編程過程中要注意簡單化，因為它們都只是其中的一部分，如果過于復雜就會對整個設備的運行加大壓力。最后圍繞著主程序，把報警模塊、復位模塊，加快模塊、減緩模塊、照明模塊等都連接上，但是在連接時要保證各個模塊的完整性和獨立性，這樣能降低設備在操作時的難度。例如，數控機床的數據控制裝置在設計時就先將輸入裝置、輸入方式、信息處理、運行程序、輸出方式等方面進行拆分，各自進行程序編程，形成一個個模塊，再將各模塊連接在一起，形成數據控制裝置。在工作中，只要按數據控制裝置中的不同按鈕，就可以進行不同的工作。

4 非標自動化設備模塊化設計的發展策略

4.1 加快技術創新

我國的經濟發展水平發展較快，技術水平也取得了較大進步，但是與發達國家相比，無論是現代化建設方面，還是第三產業占比方面都比較落后。我國的非標自動化設備發展水平較低，技術較為落后，沒有良好的競爭環境，這對我國的非標自動化設備的模塊化發展很不利。所以我國現階段要注重發展科學技術，提升創新能力，以科技促發展，以創新促進步。要加強政策領導，引導企業和員工進行技術創新，多舉辦一些高質量的技術創新活動或者知識競賽，關注行業技術水平進步，提高非標自動化設備模塊化設計人才的職位和收入，激發企業和員工的創新熱情和創新能力。即，可以創建一個非標自動化設備模塊化設計交流平臺，邀請廣大企業和各行業的人才進行互動，定期舉辦大型研討會對所遇到的問題進行商討，在思想碰撞中促進技術進步。要利用好技術成果，將研發的技術項目應用于具體的設備中，讓科技變成生產力，創造財富，再用財富促進科技的發展。國家要加強對專利權的保護，保證人們的腦力勞動成果所獲得的收益，才能讓人們有持續進行創新的動力。例如，某大型非標自動化設備企業在給另一個做奶茶的企業進行自動化設備生產時，發現了一個能夠讓奶茶企業節約成本的技術，就可以將這項技術應用到整個行業的自動化設備的生產中。

4.2 提高產品質量

無論生產什么設備，質量都是第一位的。要選用高質量的原材料進行生產和加工，各個機械零件要選擇耐用性能高的，電線要選擇不易磨損的，按鈕要選擇結實的，各個模塊的接口處都要進行仔細調整，這些細節一點不能馬虎。國內的技術水平比較落后，可以借助國外的先進技術，在產品的設計、研發、組裝和調試的各個環節和國外的先進技術對標，以期達到他們的水準。要提高設備的精準度，不斷進行技術更新，對零部件的功能進行優化，減緩零部件的損耗，保證其在工作中的精度[3]。航空航天行業的設備一般都是非標自動化設備，且對質量和精準度要求極高，因為其技術特殊，危險程度極高，一旦發生意外將會造成無法估計的損失，所以在航天設備設計和制造時，都選用最高質量的材料。還要考慮到當前工業生產的實際問題，結合企業自身的特點以及環境要求，對非標自動化設備進行專門生產，使自動化設備發揮最大優勢，幫助企業進行生產，提高收益。例如，給常年處于濕熱的南方地區企業生產設備時，要注意防潮，可以將設備的所有空洞都用特殊材料密封好，防止潮氣進入設備，還可以在設備中安裝一個吸潮裝置，自動吸走潮氣，保護設備安全。

4.3 注重標準化和實用性

由于市場環境的瞬息萬變，非標自動化設備生產企業在設計和研發設備時也要考慮設計和研發的時間，要盡量縮短制作周期。某些零件和某些機械可以進行標準化生產，如果設備的每一個零件都要進行獨特設計，每個模塊都要進行創新，就會耗費大量的時間。現在的市場上各個零部件以及各種機械部分都能找到質量和技術都上乘的，沒有必要再進行設計和生產，可以直接選擇高質量的零件進行組裝，這樣可以減少設計時間，降低設計成本，提高生產效率。非標自動化設備的設計和研發要結合實際，有實用性。因為非標自動化設備要應用到各個行業中，由一線員工進行操作，所以設備的操作方式不能太復雜，要能夠讓員工短時間內熟練掌握[4]。同時非標自動化設備在設計時要注意不能太特殊，功能上要有獨特性，滿足客戶的不同需求，在使用上要和市場上的產品差不多，便于員工掌握和操作。例如，某醫療機構需要定制一批電腦，要求電腦是臺式的，電腦只能連公司內部的網絡，只能安裝公司內部的軟件，并設置嚴格的隱私要求和防盜措施，由使用者使用密碼解鎖進行工作，其他人無法使用，如果被盜電腦中的文件則自動銷毀。某設備生產廠家根據這個醫療機構的要求，將電腦設計出來，但是無論如何都無法保證電腦在被盜時里面的文件自動銷毀。經過與醫療機構商討，在電腦中植入了GPS監測系統，如果顯示電腦離開一定的范圍，電腦中的程序自動下達指令將文件銷毀。

4.4 注重人才培養

非標自動化設備需要相關專業人才進行設計、安裝和維護，非標自動化設備的模塊化設計則需要更加高素質的人才進行。與標準的設備不同，標準的設備只要根據國家規定的條件生產就可以，非標自動化設備則需要設計人員有著很高的水平，在硬件設計和程序設計上都有很高的造詣，才能進行非標自動化設備的模塊化設計[5]。不同的企業需求不同，同樣是制造面包的設備，有的企業需要設備生產出來的面包是圓的，有的企業需要生產出來的面包是方的，不懂的人就會費兩遍事，而專業人員只需要設計一張圖紙，然后改變其中的一個模塊，就能設計出兩種不同功能的設備。國家和社會要關注這方面的人才培養，在高等院校和職業院校中開設相關專業進行學習，還要增加學生的實訓機會，在實訓中鍛煉和提高技能。非標自動化設備的運用將會越來越廣泛，企業也要注意培養相關人才，在工作中鍛煉能力，努力提升員工的職業技能。人才培養講究方式方法，還是一個長期積累的過程，要有耐心、有恒心，關注人才的發展，關心人才的進步，才能收獲更多高質量的人才。每個人都不是一出生就什么都懂、什么都會，只有不斷進行學習才能獲得大量的知識，取得長足的進步。無論在學習中還是在工作中，都要從最基礎開始學起，打下扎實的基礎，提升能力。

5 結束語

非標自動化設備的模塊化設計有利于提升非標自動化設備的水平，加快產品研發。我國市場廣闊，企業眾多，如果每個企業都引入非標自動化設備，就會加快中國經濟的轉型升級。非標自動化設備的模塊化設計在發展的過程，要提升技能，保證質量，培養高質量的人才，才能快速進步。

參考文獻

[1] 林永福.非標自動化設備的模塊化設計分析[J].造紙裝備及材料，2021，50（6）：41-43.

[2] 胡魏巍.非標自動化設備的模塊化設計探討[J].內燃機與配件，2019（11）：165-166.

[3] 王友明.汽車發動機附件的非標自動化生產設備模塊化設計[D].杭州：浙江大學，2019.

[4] 馮旭東.非標自動化設備的模塊化設計[J].科學技術創新，2018（17）：142-143.

[5] 趙亞寧，萬文浩.非標自動化設備的現狀、開發流程及提高設計效率的措施[J].裝備制造技術，2016（10）：246-247，252.979C8163-FAF3-4AD9-AD0D-87C36B5C3FDE