非標自動化機械設備的創新設計探究

袁潮恒

（深圳市迦南偉業科技有限公司，廣東深圳 518000）

當下自動化設備已經深深地融入農業與工業產業的研發、生產與服務等各個過程中，各式各樣的自動化設備在解放勞動力、提高生產效率、提升產品與服務品質的實踐中起著至關重要的作用。

非標自動化機械設備并沒有一個標準的書面釋義或官方定義，但在行業內則有一個公認較為準確的解釋，即：其是為滿足目標客戶指定用途的需求，以滿足一系列涉及相關國家標準和行業標準為制造全過程的基本準則、為客戶定制化設計和研發生產的設備。鑒于非標自動化機械設備的定制化特點，其可以在眾多行業領域中得到應用，如汽車制造行業的汽車零部件的生產制造及安裝、食品行業的生產輸送及包裝、電子電器生產線產品輸送、物流行業的倉儲設施、加工制造業裝配、包裝、印刷、紡織工業等。

目前國內絕大多數的企業在為客戶定制生產非標自動化機械設備時，基本需要完成產品評估、制定方案、客戶確認、設計與生產制造、設備調試、驗收交付、售后服務等方面的工作。

在產品評估階段，企業需要準確地了解客戶想要通過自動化設備達到何種目的或效果，以及對于設備的各項要求。這一期間，企業通常需要對客戶所處的行業有相關的足夠經驗，詳細了解客戶的生產能力、生產分工、生產工序與品質、設備主要應用部門等情況，了解與客戶當前痛點相對應的生產活動中的細節，并將收集的各項資料進行整理以便指導后續各項工作的開展。同時，企業也將結合自身的各項情況和客戶的情況與需求對產品進行綜合性的評估。

在制定方案與客戶確認的階段，企業需要依據前一階段的產品評估結果，針對機械設備功能與工作方式、選用的原材料、器配件選型、制作工藝、生產排期、產品交付物和交付方式、相關服務內容、初步報價、設備制造過程中應用的國家標準和行業標準等生產全周期制定初步的方案。企業和客戶通常將所制定的方案進行反復的商討，對初期的需求和更多細節方面進行推敲和更新，并對制定的方案進行同步調整，直至雙方認可并簽署相關的協議或合同。

在設計階段，企業的研發部門將進行包括概要設計、裝配總草圖、生產與裝配流程、電氣和機械方面的詳細建模、裝配細則與模型、自動化參數定義、軟件模塊與接口、軟件程序執行流程、調試與測試方案等進行更進一步的設計，設計工作的輸出結果將作為后續生產制造和軟件功能開發的重要準則。生產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節奏與質量的管理、原材料與器配件以及設備整裝與部件的倉儲調運和物流運輸、相關功能軟件的開發與測試、設備的生產與裝配等多方面工作。

設備的調試階段通常分為生產調試和現場調試兩大部分。生產調試即為設備在生產下線前企業對其進行的一系列測試與校驗調整工作。設備所應用的器件通常需要進行空載試驗、參數調整、一般性檢查等；在設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期目標；設備整機組裝過程中或完成后進行聯調、性能、壓力等方面的測試；對軟件的功能和穩定性進行測試等。在設備在客戶生產現場運抵或組裝成功后，還需要與客戶的測試環境和生產環境進行對接聯調，以驗證和調整非標自動化機械設備與客戶生產應用的系統或設備的融合程度，以滿足客戶需求目標。

設備的驗收交付與售后服務階段是客戶相對關注的內容，是優質企業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的非標自動化機械設備，及時響應和解決客戶在后期使用設備過程中遇到問題，定期回訪，以專業的方式解答客戶對于行業前沿信息的咨詢等，將為企業贏來客戶更多信任和更多的發展機會。

1 非標自動化機械設備的特點

普通標準自動化設備是具有一些固定功能的、通用的或較廣泛應用的設備。在自動化設備制造全過程中，大部分生產環節都有需要滿足的國家標準或行業標準。因為普通標準自動化設備有廣泛的適用性，因此同一型號或同一產品族的設備需求量較大，適合通過生產流水線大批量生產。

而非標自動化機械設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，非標自動化機械設備在制造全過程中，加工生產工作量和人工參與程度都比較大。同樣受定制化因素影響，設備的跨行業適用性較低，同一型號的設備或同一產品族的需求量相對較低，大批量長期生產單一定制化設備的經濟效益較低。在設備的設計方面，行業中應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，因此設備的設計對工具軟件中可用的配件庫等資源有較強的依賴，設備后期的加工與組裝等環節的流程與工藝方式也間接受這些工具軟件的影響。

2 非標自動化機械設備的創新設計

2.1 非標自動化機械設備的設計

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

做好設計工作有3個重要的目的：提升產能、提升品質和降低生產成本。但在制定方案的初步階段和產品設計伊始，企業因為盲目推崇新技術、過度挖掘需求、追趕工期等原因，比較容易忽視這3個目的。而非標自動化機械設備在設計過程中如果過度偏離設計目的，往往不能滿足實用、穩定、安全等方面的核心需求，或超出企業對于成本的控制預期，最終不得不將已經設計和制造完成的成品設備廢棄掉，甚至形成嚴重的后果。非標自動化設備的設計應該合理應用驅動單元、機械裝置、感知元器件、執行元器件、程序控制單元等，通過替代原有生產工序中的機械化人工動作來提升產能；通過以機械動作和運動節拍的精準度替代原有的生產工藝的方式提升品質；通過減少流水線上的用工數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，以降低生產成本。

以一種適用于SMT 自動生產線上的可以不停機快速接料的非標自動化設備為例，其通過移動式作業、料帶自動回收等方式節省了操作人員的工種和數量；通過機械化的高速和精準對接，在提升了上機通過率之外，也減少了物料的損耗。此外，通過人性化設計還可以降低設備操作難度，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。自動化設備樣圖如圖1所示。

圖1 自動智能接料

SMT 自動生產線在接入在接入自動化接料設備后的生產效率對比如表1所示。

表1 生產效率對比

2.2 非標自動化機械設備的創新設計

企業開展非標自動化機械設備的設計工作時，需遵循實用、穩定、安全、標準化、創新等原則。

（1）從遵循實用原則方面看，非標設備是為了解決客戶在生產活動中遇到的具體問題，因此滿足客戶定制化需求是生產非標自動化設備為的初心與最終目標。在進行設計時，需要以產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，充分考慮客戶對設備的要求，圍繞著設備能使用、客戶會使用、投產有效果來進行設計。在確保設備具備工作能力并確保安全穩定運行的基礎上，再附加人性化操作和指導的軟件工具以有效提升設備的使用效果。

（2）從遵循穩定原則和安全原則方面看，非標自動化機械設備的整個生產制造過程缺少行業統一的規范和指導，其制程中各生產環節所遵循的行業標準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一的標準予以指導，所以在設備的設計中確保未來設備可以在生產環境下穩定和安全的運行是至關重要的。

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

（4）從創新原則方面看，我國形成擁有39個工業大類，191個工業種類，525個工業小類的第二產業結構，擁有聯合國產業分類中全部工業門類。在新工業革命時代下，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和依靠創新驅動，在工業與三大產業融合領域中尋求智能轉型和綠色可持續發展。在近10年的趨勢下，產業融合、制造業智能化和數字化等需求帶來了非標自動化行業的高速發展，非標自動化設備的廣泛應用、客戶對于設備的多樣化定制需求、客戶行業中操作人員群體的特點差異，甚至同樣的行業客戶在同一個問題上在不同時期的需求差異，使得企業很難應用以往的非標設備應對，使企業不得不進行各式各樣的創新來保持自身產品庫的活力和競爭力。

3 結束語

在新工業革命趨勢背景下，企業求生存求發展的迫切需求使得生產與服務自動化受到了越來越多的關注。而在自動化領域中，非標自動化機械設備占據了絕大部分的市場，自動化行業的整體技術水平也得到了提升，相關生產企業的規模得到了壯大。將自動化應用到企業的生產活動中，能夠有效提高生產效率和產品質量，改善勞動強度，降低職業病病發率、增強企業內容提升企業競爭力樹立良好的企業形象。但整體上，我國的非標自動化機械設備的研發與生產仍處于初步發展階段，自動化基礎依然較為薄弱，在面對生產與服務等客戶行業對自動化設備的質量、能效、安全等方面有著較高的需求下，通過綜合方面的創新設計，是行業人在未來持續為之奮斗的方向。