標準化在非標自動化設備設計中的應用

幽瑞超

（唐山開元自動焊接裝備有限公司，唐山 063020）

1 非標自動化設備的設計流程

1.1 確定項目需求并擬定初步方案

企業承接一個非標項目后，要先全面調研客戶需求，包括該項目生產終端產品的材質、加工精度、生產效率、客戶期望的人員配額、生產環境（如水、電、氣、溫度等）、現場空間因素（項目場地可利用的長、寬、高）、現場的環保要求以及工作制等制約條件。除此之外，還包括用戶的預算期望等。確定項目需求以后，技術人員要根據項目需求和以往經驗分析生產工藝，并補充最新技術積累，從而擬定初步生產方案。

1.2 方案審核及整改

企業專家組成員對初步擬定的方案進行內部會審，從設備整體可行性、設備與工藝結合的合理性、經濟性（成本估算）、部件結構合理性和部件標準化等全方面審核并提出整改意見。然后由項目技術負責人根據上述評審意見對方案進行逐項修改，之后將方案提交給客戶，再根據項目需求和客戶意見對方案進行會審確認或細節調整。

1.3 詳細設計開發

確定設計方案后，由技術人員對會簽方案進行詳細設計，包括設備總裝圖、零部件圖、電氣圖、液壓氣動圖、潤滑圖和安全防護等，并編寫設備說明書、操作和維保手冊、裝箱單、隨機備件清單等資料。

2 非標設計中標準化的途徑

2.1 零部件標準化

企業需要定期對一些常用的零部件進行標準化審查，并將這些零件加入通用零部件庫。若存在大量相似的零部件，且頻繁出現，根據設計人員的便捷選用原則，可以將它們系列化，即將部分常用部件結構模塊化、標準化。類似設備結構需求通過模塊化調用選取，不僅減少了設計過程中存在的失誤和差錯，還可以縮短設計周期，減少不必要的設備成本[1-2]。

2.2 借用零部件

通過長時間的積累，企業中會存在大量相似設備，這些設備具有相似的機械原理和結構。因此，設計人員在設計的過程中，需要結合相似的設備的結構，確認是否可以借用這些設備中的零部件。在這一過程中，企業要做好既有設備圖紙的精細管理，同時設計人員還要擁有豐富的設計經驗，才能保證借用的 合理性[3]。

2.3 設計文件標準化

在設計圖紙的過程中，設計人員不僅需要結合國家的相關標準，而且需要結合企業規范進行嚴格的設計。例如，在設計一些典型設備時，需要注意設備的設計要點、事項和要求等，才能保證設計文件的標準性[4]。設計文件的標準化主要體現在兩個方面：第一，概念的標準化，即設計中用到的名詞術語、計量單位、標注符號、格式代號等要符合相關要求；第二，方法的標準化，即相關實驗、測量等要按照指定要求、指定環境進行。

2.4 外購成熟定型的適配零部件

許多專業細分領域的設計結構完全可以找到市場化的定型產品替代，因此可以直接進行選型采購使用，這樣不僅能夠使設備緊湊美觀，而且能使設備性能更加穩定，同時在原材料使用消耗、生產管理費用等方面，比自制成本更低、開發周期更短。

3 參數化設計

參數化設計可以理解為一種動態的、整體性的標準化設計。從本質上講，參數化設計需要以可變數據為前提，且系統要具有自動維護各類固定數據的功能。在參數化設計的過程中，需要以模塊化設備單元為基礎，不斷積累和總結設計要素。通過對單元模塊進行信息化處理，可將設計要素分為不同類型：一部分是可變數據，即模塊單元適應不同工況的需求變量；另一部分是固定數據，包括各裝配機構關系、驅動傳動關系等。

目前，借助三維設計軟件，模塊化理念在各領域均得到了廣泛應用，通過歸納總結相關參數和適應場景，即可得出標準化后的系列產品。標準化的結果可以是一個部件結構，也可以拓展至一個設備單元。以中型臺式變位機參數化設計為例，其設計圖紙和實物圖分別如圖1和圖2所示，參數變量如表1所示。在中型臺式變位機的設計過程中，需要結合現場的實際需求修改高度和負載等可變參數，但是其傾角范圍、最大負載重心與偏心位置等參數是固定的，而且旋轉扭矩、傾斜扭矩等參數會隨可變參數的變化而變化，因此在設計開發時，設計人員需要緊密結合相關邏輯，借助相關軟件應用模塊輸入變量參數，通過軟件環境下的算法，以相關特征為基礎，完成設備的圖紙設計。同時，在軟件中可以自動選擇相應的設計模塊，點選相應設計參數，在三維空間中自動生成所需變位機，從而實現在各場合的應用。通過上述參數化設計可以快速生成和修改相關三維數據，在設計系列化模型時具有顯著的應用價值，能夠促進主流三維繪圖軟件的二次開發[5]，從而實現部分非標設備的標準化開發。

表1 中型臺式變位機的參數變量

4 定型化標準專機

對零件、機構進行標準化、模塊化和參數化設計的另一種體現形式是定型化的標準專機。當企業非標自動化設備在某一領域獲得較大的市場認可，而該細分領域的設備使用場景和需求差異又很小時，可以將非標專機定型化為企業標準專機。這樣的設備將不斷得到重復訂貨，從而實現項目產品預先投產式的標準生產和現貨供應，而且成本更低。定型化的標準專機本質上仍是非標設備，是經過充分總結市場需求和設計綜合標準化的集中展現。當然，定型化的設備也要與時俱進，定期根據市場需求的變化進行升級改進。定型化設備實現了從拉動式生產向推動式生產的轉變，即非標設備的相對標準化式生產。這一過程要求機械、電氣和軟件開發人員相互配合，充分掌握設備的使用工況需求，通過采用標準化的技術要求、材料和工藝，根據統一標準對定型專機進行制造。

5 標準化的意義

第一，降低設計差錯率，提升設備品質。標準化零部件和機械結構是在既往項目中經過實踐檢驗并總結完善的成熟設計方式，大量采用必將降低新設計非標自動化設備的差錯率，從而提升設備品質。第二，縮短貨期，降低成本，提高產品競爭力。激烈的市場競爭中，產品是否有競爭力，除了需要保證品質外，還需要注重貨期和銷售價格。通過標準化，可以明顯縮短設計周期，而且通過合理建立常用標準部件庫，還能在制造環節進一步縮短貨期。另外，產品中有一定批量的標準零部件，制造成本也會明顯降低，從而在工時和材料費用兩方面降低成本，提高產品競爭力。第三，充分利用已有設計資源和設計風格，助力品牌建設。企業非標設備設計經過長時間的積累會形成一個資源庫，通過充分調用其中的設計資源，不僅能夠充分發揮產品的既有價值，也能夠延續和發揚既有設計理念的風格，從而助力企業的發展宣傳和品牌建設。第四，減少不必要的備件備庫，降低客戶使用和維護保養成本。非標設備的許多備品備件都需要定制，且供應周期較長，并非可以隨時購買補充，因此要求設備使用企業建立備品備件庫。然而，標準化可以提高備件的通用性和互換性，從而降低設備的使用 成本。

6 結語

非標自動化設備和標準化設計理念兩者看似矛盾，實則互通。企業在不斷積累非標設計經驗后，通過標準化設計理念，可以有效降低產品的前期和售后成本，縮短供貨周期，減少技術人員精力投入，提升企業的綜合競爭力。