淺談建筑生產(chǎn)線非標自動化的設計

劉云艷，王金龍

（云南省建筑材料科學研究設計院有限公司 云南 昆明 650221）

1 非標自動化的特點

非標自動化通常情況下是依據(jù)企業(yè)的實際情況以及生產(chǎn)需要作為依據(jù)來展開設計與制造，屬于定制化工程，規(guī)格以及形式都非常靈活，現(xiàn)階段很多非標自動化都是采用的小批量的生產(chǎn)模式，生產(chǎn)規(guī)模小，精度要求高。

我國現(xiàn)階段存在的建筑生產(chǎn)線非標自動化不具有科學的標準可以作為依據(jù)，這樣就導致很多環(huán)節(jié)，如零部件加工、設計圖制作、合同簽訂、設計方案確定等過程需要依據(jù)特定企業(yè)的要求來制定，因此周期比較長。

競爭市場非常激烈并且規(guī)模較小，現(xiàn)階段我國存在的建筑行業(yè)非標自動化生產(chǎn)廠家數(shù)量非常多，如今已經(jīng)過萬，但他們的規(guī)模又普遍偏小，不能展開非標自動化新產(chǎn)品的研發(fā)工作。

2 非標自動化設計要點

2.1 提升非標自動化的易用性

非標自動化設備的使用對象是人，因此在設計時要全面考慮的各種因素中，要貫徹人性化這一設計理念，首先要考慮人的操作是否簡易，認真思考設計出來的非標自動化是否和工人平常的使用習慣向符合，從而使該設備可以更好的為人們提供服務。同時還要考慮人的安全健康問題，在水泥生產(chǎn)線的設計中，要考慮人的職業(yè)健康保護問題，如粉塵、噪音等污染的防護，在玻璃生產(chǎn)線中要考慮防燙、防割傷問題，在陶瓷生產(chǎn)線中要考慮異味、重金屬污染問題。

2.2 提升非標自動化的制造性

首先，在對非標自動化設計過程中就需要同生產(chǎn)工藝進行有機結合，只有在設計時就充分考慮生產(chǎn)工藝，才能保證設計的還原度，從而達到設計的目的，幫助設計人員更好地解決產(chǎn)品結構、裝配工藝等技術難點。其次，在進行零部件選擇時需要盡可能地進行成品件及通用件的選擇，這樣可以有效降低設備在成品率、管理費用以及原材料方面的消耗的設計成本，與此同時進行成品件的采用還可以提高零部件的適應性和通用性，降低后期維修的難度及及時性，使非標自動化的實際設計與制造周期獲得延長，設計效率獲得有效提升。

2.3 提升非標自動化的可靠性

建筑材料的生產(chǎn)線是一種使用環(huán)境十分惡劣的工況，而且其生產(chǎn)線通常連續(xù)作業(yè)，容易出設備故障，且一旦出故障，損失特別嚴重，對產(chǎn)能造成重大影響，因此，建材的非標自動化改造對可靠性的要求特別高，否則生產(chǎn)線的性能得不到保證，其故障率高，其生產(chǎn)效率就不能提高，因此失去自動化的意義。眾所周知，設計階段是可靠性的決定階段，因此，在設計時可靠性要給予充分的考量。一方面，要嚴格依據(jù)各種零部件的可靠性設計標準，特別是一些結構件，在實際的設計中需要嚴格遵循中國標準體系以及ASME標準體系來將設備的實際安全系數(shù)進行提升，有效解決焊接接頭不完全、材料不均勻等缺陷，提高非標自動化的安全系數(shù)以及質量，與此同時，對于非建材行業(yè)通用的零部件，在參照其它行業(yè)標準時，要考慮其使用環(huán)境，對其材料和安全系數(shù)保留更大的設計余量。另一方面，在一些通用件的選型方面，要充分考慮和其壽命是否達到整個設備的設計壽命，檢驗是否每一個零部件的壽命是否存在短板，特別重視在環(huán)境工況變化的情況下要重新對其壽命進行評估，并充分考慮各個協(xié)同部件的適配性，將各個零部件的性能發(fā)揮到極致。若設備的使用環(huán)境存在惡化的狀況，應按照惡化條件進行評估，因非標自動化使用的環(huán)境不確定因素多，有些沒有可靠的壽命，需要在設計時留足安全系數(shù)。

除了上述考慮整機設備和零部件的壽命外，還需要考慮在生產(chǎn)制造的過程中，需嚴格執(zhí)行設計標準，特別是對原材料及特殊工藝要求方面，若原材料達不到設計的要求，其可靠性就存在極大的隱患，如生銹的鋼材，添加二次料的塑料粒子，熱處理工藝不到位，材料內部存在瑕疵或者微小缺陷等都可能將部分缺陷引入到零部件中，這些缺陷將帶來設備的早期失效風險的大幅度增加，因此要在制造過程中嚴格挑選符合設計要求的材料。與此同時，要嚴格按照工藝標準執(zhí)行，若存在標準執(zhí)行不到位，同樣存在極大的隱患。生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)在焊接質量方面，如坡口尺寸不合格，焊接前清理不到位導致焊接處存在夾渣，焊接過程中的電流、電壓設置不合理，焊后沒有按照要求做焊后處理等，都會帶來早期的焊接開裂問題；關鍵零部件在設計制造完成后，還需對零部件性能進行檢測，確認達到設計要求。

2.4 提升非標自動化的通用性

非標自動化的設計是基于用戶要求的功能設計模組，但是要提高生產(chǎn)效率，裝配維修效率，同時能對用戶個性化和定制化的需求做出快速響應，設計出滿足不同規(guī)格、不同類型、不同地區(qū)的產(chǎn)品，要兼顧通用性設計，即模塊化設計。

模塊化設計的過程中，要求每一個獨立的模塊通過簡單的組裝就能滿足不同的需求。因此，每一個模塊之間的連接方式必須簡單，否則就不能實現(xiàn)模塊化的優(yōu)勢，達到其本來的初衷。在設計時，不同的機械設備需要根據(jù)其自身的特點進行拆分，設計人員應當根據(jù)圖紙充分考慮使用裝配過程中出現(xiàn)的問題，同時在設計完成后還需要對機械進行預組裝，發(fā)現(xiàn)問題，從而對設計做出調整，達到最優(yōu)的設計效果。

模塊化設計時應遵循一定的原則，否則易造成顧此失彼的問題。首先要遵循單一模塊要能夠獨立實現(xiàn)一個功能的原則，這樣才能保證在安裝調試時各個模塊彼此獨立，便于發(fā)現(xiàn)問題；其次，對于復雜的結構要先拆分分解逐步分析，然后再按照實現(xiàn)相同功能歸類的原則，對所有零部件進行歸類分析，實現(xiàn)相同功能的零部件即為一個模塊。再次，在單獨模塊的設計過程中，充分考慮通用性，特別是一些非常規(guī)功能的模組，要預留一些通用接口，以便在后續(xù)過程中通過添加模塊實現(xiàn)其它的功能。以工業(yè)中通用的控制器PLC控制模塊為例，必須要對程序的功能進行模塊化設計。首先可以根據(jù)相關要求對PLC程序進行框架設計，將其框架劃分為多個小模塊，使程序的框架結構變得清晰，各個子模塊之間的功能相互獨立，便于程序的編寫。這樣在編程過程中就能夠從很大程度上降低編程的難度，避免在編程過程中出現(xiàn)重復編程的情況出現(xiàn)，在管理上也方便很多。

2.5 提升非標自動化的創(chuàng)新性

隨著計算機行業(yè)和數(shù)字化的飛速發(fā)展，工程師們在設計時需要運用上位機，可編程邏輯控制器等工控設備，優(yōu)化非標自動化的設計。運用上位機等先進的方式進行控制，有助于進行創(chuàng)新優(yōu)化設計，把設計中復雜的問題簡單化，模塊化，提高設計效率，優(yōu)化設計處理。同時，也可以借鑒成熟行業(yè)利用的人工神經(jīng)網(wǎng)絡，對設計方案進行優(yōu)化，如受力分析仿真、熱力學仿真、數(shù)字化仿真、流水作業(yè)節(jié)拍仿真，從而規(guī)避設計過程的風險。

3 結語

綜上所述，建材行業(yè)非標自動化設計目前還處于起步階段，存在多方面的問題，需要設計參照其它行業(yè)的非標自動化設計方法全方面考慮，并根據(jù)實際業(yè)務進行總結，并制定出一套完整的設計開發(fā)流程，從而只需按照設計流程就可以得到高效可靠的設計方案。同時，只有從用戶出發(fā)，考慮用戶的易用性、安全性，工藝可制造性，使用可靠性和故障維修性，同時引進各種先進獨創(chuàng)性的設計方法和檢驗方法，兼顧模塊化設計的原則和方法，才能高效的設計出滿足特定企業(yè)需求的自動化設備的需求，從而提高制造的智能化水平，提升生產(chǎn)效率，減輕生產(chǎn)者的勞動強度。