非标自动化机械设备的创新设计探究

袁潮恒

（深圳市迦南伟业科技有限公司，广东深圳 518000）

当下自动化设备已经深深地融入农业与工业产业的研发、生产与服务等各个过程中，各式各样的自动化设备在解放劳动力、提高生产效率、提升产品与服务品质的实践中起着至关重要的作用。

非标自动化机械设备并没有一个标准的书面释义或官方定义，但在行业内则有一个公认较为准确的解释，即：其是为满足目标客户指定用途的需求，以满足一系列涉及相关国家标准和行业标准为制造全过程的基本准则、为客户定制化设计和研发生产的设备。鉴于非标自动化机械设备的定制化特点，其可以在众多行业领域中得到应用，如汽车制造行业的汽车零部件的生产制造及安装、食品行业的生产输送及包装、电子电器生产线产品输送、物流行业的仓储设施、加工制造业装配、包装、印刷、纺织工业等。

目前国内绝大多数的企业在为客户定制生产非标自动化机械设备时，基本需要完成产品评估、制定方案、客户确认、设计与生产制造、设备调试、验收交付、售后服务等方面的工作。

在产品评估阶段，企业需要准确地了解客户想要通过自动化设备达到何种目的或效果，以及对于设备的各项要求。这一期间，企业通常需要对客户所处的行业有相关的足够经验，详细了解客户的生产能力、生产分工、生产工序与品质、设备主要应用部门等情况，了解与客户当前痛点相对应的生产活动中的细节，并将收集的各项资料进行整理以便指导后续各项工作的开展。同时，企业也将结合自身的各项情况和客户的情况与需求对产品进行综合性的评估。

在制定方案与客户确认的阶段，企业需要依据前一阶段的产品评估结果，针对机械设备功能与工作方式、选用的原材料、器配件选型、制作工艺、生产排期、产品交付物和交付方式、相关服务内容、初步报价、设备制造过程中应用的国家标准和行业标准等生产全周期制定初步的方案。企业和客户通常将所制定的方案进行反复的商讨，对初期的需求和更多细节方面进行推敲和更新，并对制定的方案进行同步调整，直至双方认可并签署相关的协议或合同。

在设计阶段，企业的研发部门将进行包括概要设计、装配总草图、生产与装配流程、电气和机械方面的详细建模、装配细则与模型、自动化参数定义、软件模块与接口、软件程序执行流程、调试与测试方案等进行更进一步的设计，设计工作的输出结果将作为后续生产制造和软件功能开发的重要准则。生产制造阶段包括了计划和采购部门对所需的原材料与器配件的供应节奏与质量的管理、原材料与器配件以及设备整装与部件的仓储调运和物流运输、相关功能软件的开发与测试、设备的生产与装配等多方面工作。

设备的调试阶段通常分为生产调试和现场调试两大部分。生产调试即为设备在生产下线前企业对其进行的一系列测试与校验调整工作。设备所应用的器件通常需要进行空载试验、参数调整、一般性检查等；在设备的各组装部件制造完成时，基本都需要单独进行测试已验证是否符合预期目标；设备整机组装过程中或完成后进行联调、性能、压力等方面的测试；对软件的功能和稳定性进行测试等。在设备在客户生产现场运抵或组装成功后，还需要与客户的测试环境和生产环境进行对接联调，以验证和调整非标自动化机械设备与客户生产应用的系统或设备的融合程度，以满足客户需求目标。

设备的验收交付与售后服务阶段是客户相对关注的内容，是优质企业展示其过硬的综合能力的重要方式。顺利完成验收和交付满足客户需求的高品质的非标自动化机械设备，及时响应和解决客户在后期使用设备过程中遇到问题，定期回访，以专业的方式解答客户对于行业前沿信息的咨询等，将为企业赢来客户更多信任和更多的发展机会。

1 非标自动化机械设备的特点

普通标准自动化设备是具有一些固定功能的、通用的或较广泛应用的设备。在自动化设备制造全过程中，大部分生产环节都有需要满足的国家标准或行业标准。因为普通标准自动化设备有广泛的适用性，因此同一型号或同一产品族的设备需求量较大，适合通过生产流水线大批量生产。

而非标自动化机械设备因其定制化的特点，机体和部件的模型与模具的定制比例也相对很大，零件毛坯的精度较低。对于零件毛坯，通常需要做较多的加工，其加工工艺也因为客户需求的不同而存在较多的差异。因此，非标自动化机械设备在制造全过程中，加工生产工作量和人工参与程度都比较大。同样受定制化因素影响，设备的跨行业适用性较低，同一型号的设备或同一产品族的需求量相对较低，大批量长期生产单一定制化设备的经济效益较低。在设备的设计方面，行业中应用的建模工具软件的选用范围基本固定，常用的工具包括AutoCAD、Solidworks、Pro/E 等，因此设备的设计对工具软件中可用的配件库等资源有较强的依赖，设备后期的加工与组装等环节的流程与工艺方式也间接受这些工具软件的影响。

2 非标自动化机械设备的创新设计

2.1 非标自动化机械设备的设计

大多数非标自动化机械设备为客户的特定需求或目标而用，其定制化程度高，在行业中设计与技术细节的共性较低。但这并不意味着每一类的非标自动化机械设备都完全孤立，其设计仍需在一定的原则指导下，遵照一定的设计流程，以达到设计工作的目的。

做好设计工作有3个重要的目的：提升产能、提升品质和降低生产成本。但在制定方案的初步阶段和产品设计伊始，企业因为盲目推崇新技术、过度挖掘需求、追赶工期等原因，比较容易忽视这3个目的。而非标自动化机械设备在设计过程中如果过度偏离设计目的，往往不能满足实用、稳定、安全等方面的核心需求，或超出企业对于成本的控制预期，最终不得不将已经设计和制造完成的成品设备废弃掉，甚至形成严重的后果。非标自动化设备的设计应该合理应用驱动单元、机械装置、感知元器件、执行元器件、程序控制单元等，通过替代原有生产工序中的机械化人工动作来提升产能；通过以机械动作和运动节拍的精准度替代原有的生产工艺的方式提升品质；通过减少流水线上的用工数量和降低人的机械化劳动强度提高用工效率，通过自动化机械的特点提升流水线运行速度，以降低生产成本。

以一种适用于SMT 自动生产线上的可以不停机快速接料的非标自动化设备为例，其通过移动式作业、料带自动回收等方式节省了操作人员的工种和数量；通过机械化的高速和精准对接，在提升了上机通过率之外，也减少了物料的损耗。此外，通过人性化设计还可以降低设备操作难度，减少了对熟练工种的依赖的同时也提升了用工人员的使用效率。自动化设备样图如图1所示。

图1 自动智能接料

SMT 自动生产线在接入在接入自动化接料设备后的生产效率对比如表1所示。

表1 生产效率对比

2.2 非标自动化机械设备的创新设计

企业开展非标自动化机械设备的设计工作时，需遵循实用、稳定、安全、标准化、创新等原则。

（1）从遵循实用原则方面看，非标设备是为了解决客户在生产活动中遇到的具体问题，因此满足客户定制化需求是生产非标自动化设备为的初心与最终目标。在进行设计时，需要以产品分析阶段的资料为信息参考、以和客户共同敲定的制作方案为指导，充分考虑客户对设备的要求，围绕着设备能使用、客户会使用、投产有效果来进行设计。在确保设备具备工作能力并确保安全稳定运行的基础上，再附加人性化操作和指导的软件工具以有效提升设备的使用效果。

（2）从遵循稳定原则和安全原则方面看，非标自动化机械设备的整个生产制造过程缺少行业统一的规范和指导，其制程中各生产环节所遵循的行业标准虽然可以确保各组成部件和装配件通过模块化测试和试验环境下的整体测试，但整体装配后的互斥与影响情况仍没有统一的标准予以指导，所以在设备的设计中确保未来设备可以在生产环境下稳定和安全的运行是至关重要的。

（3）从标准化原则方面看，国家或其他行业标准通常适用于非标自动化机械设备中的各处独立节点，如各器配件和单独某段生产工艺等，而非标自动化设备的定制化特点很难为其归纳出可以确保设备质量和安全级别的行业级别标准。但这并非说明非标自动化机械设备可以不走标准化的道路。在公司或行业细分领域内部，可以在工作流程、BOM 清单、部分器配件选型、部分生产工艺、质量性能等方面做细分的标准化。

（4）从创新原则方面看，我国形成拥有39个工业大类，191个工业种类，525个工业小类的第二产业结构，拥有联合国产业分类中全部工业门类。在新工业革命时代下，我国正在紧抓新趋势和新格局带来的机遇，通过不断地强化基础和依靠创新驱动，在工业与三大产业融合领域中寻求智能转型和绿色可持续发展。在近10年的趋势下，产业融合、制造业智能化和数字化等需求带来了非标自动化行业的高速发展，非标自动化设备的广泛应用、客户对于设备的多样化定制需求、客户行业中操作人员群体的特点差异，甚至同样的行业客户在同一个问题上在不同时期的需求差异，使得企业很难应用以往的非标设备应对，使企业不得不进行各式各样的创新来保持自身产品库的活力和竞争力。

3 结束语

在新工业革命趋势背景下，企业求生存求发展的迫切需求使得生产与服务自动化受到了越来越多的关注。而在自动化领域中，非标自动化机械设备占据了绝大部分的市场，自动化行业的整体技术水平也得到了提升，相关生产企业的规模得到了壮大。将自动化应用到企业的生产活动中，能够有效提高生产效率和产品质量，改善劳动强度，降低职业病病发率、增强企业内容提升企业竞争力树立良好的企业形象。但整体上，我国的非标自动化机械设备的研发与生产仍处于初步发展阶段，自动化基础依然较为薄弱，在面对生产与服务等客户行业对自动化设备的质量、能效、安全等方面有着较高的需求下，通过综合方面的创新设计，是行业人在未来持续为之奋斗的方向。