前言:很多人將機(jī)械設(shè)計(jì)想象成“搭樂(lè)高積木”、當(dāng)成“游戲里面的建筑”,似乎學(xué)會(huì)了3D繪圖軟件就可以完成所謂的設(shè)計(jì)了。這個(gè)想法當(dāng)危險(xiǎn)!這種想法會(huì)帶著采購(gòu)以及很多自動(dòng)化設(shè)備的同行“乘著豪華轎車卻過(guò)著腐朽的木板橋”,隨時(shí)有翻車的危險(xiǎn)。
采購(gòu)們正向思考提出要求好比“導(dǎo)數(shù)”那么容易,但是實(shí)際的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)堪比“積分”那么復(fù)雜。
一個(gè)好的機(jī)械方案必須克服諸多風(fēng)險(xiǎn)和難點(diǎn),進(jìn)行諸多的科學(xué)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)計(jì)算考核,并且在此基礎(chǔ)上進(jìn)行合理而不繁瑣的設(shè)計(jì),過(guò)關(guān)斬將,才能算完成了第一步------設(shè)計(jì)。
作為一個(gè)沒(méi)有風(fēng)險(xiǎn)、穩(wěn)穩(wěn)掌控進(jìn)程的采購(gòu)者,您必須獨(dú)具慧眼----和找對(duì)象一樣,了解后才能找到你真正想要:
一、非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)的要求:
1. 變形。所有的材料都不是剛性的,微觀上只能稱謂“橡膠”彈性體。受了力以后都在變形、壓縮、拉長(zhǎng)、彎曲、扭曲、晃動(dòng)、偏移、受沖擊震蕩。
2. 零件偏差。所有制造出來(lái)的零件精度都不是完美的,與理想相比都有偏差的。所以一個(gè)好的設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)師必須熟悉零件加工工藝。每一種加工工藝的精度都是有限的,每一種零件加工工藝精度都必須“盡可能充分利用”,否則機(jī)器精度就是一句“空話”。
3. 晃動(dòng)間隙。所有的間隙、過(guò)渡配合都是有間隙的,在很多環(huán)境下,間隙都在放大。在間隙問(wèn)題上,再好的標(biāo)準(zhǔn)件都無(wú)法避免,只能說(shuō)是偏小。不過(guò)偏小的代價(jià)就是成本高。
4. 組裝誤差。
a) 所有的組裝都會(huì)存在和理想位置的偏移誤差。
b) 現(xiàn)在許多人將組裝看作“擰螺絲”,多么低級(jí)!
c) 為什么“日本三菱慢走絲”等精密設(shè)備在組裝的時(shí)候要“綁定”很多個(gè)儀表去測(cè)量、去校準(zhǔn)呢?他們不一樣用了很好的日本的絲桿、滑軌等高精度標(biāo)準(zhǔn)件嗎?
d) 精確組裝好比“校準(zhǔn)一把狙擊槍到1環(huán)”,由于受到測(cè)量?jī)x器、許可空間、調(diào)節(jié)幅度、組裝者技術(shù)水平的影響,要校準(zhǔn)到一定的精確目標(biāo)是很難的,有時(shí)甚至都無(wú)法調(diào)出來(lái)。有時(shí)即使調(diào)出來(lái)了,由于受到不正常的撞擊以后,位置又偏了。像這種情況必須增加措施保護(hù)。在電子行業(yè)也會(huì)碰到類似的問(wèn)題,主功能電路不多,但是為了維持主功能電路的性能,往往會(huì)增加很多外圍配套、保護(hù)、隔離電路,使得整個(gè)系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜,但是往往必須要配備。
5. 連接松動(dòng)。僅僅鎖螺絲型的機(jī)械連接,在運(yùn)動(dòng)中受到來(lái)回的作用力以后,必定會(huì)出現(xiàn)螺絲松動(dòng),也就是導(dǎo)致位置偏移。
6. 傳動(dòng)的選擇。所有機(jī)械傳動(dòng)都受到原理、制作條件、使用條件的限制,傳動(dòng)精度都只能達(dá)到一定范圍,需要謹(jǐn)慎選擇,一旦選擇錯(cuò)誤就等于設(shè)計(jì)失敗。
a) 力在變化、扭矩在變化、移動(dòng)速度在變化、轉(zhuǎn)速在變化……
b) 力太大或者太小、扭矩太大或者太小、移動(dòng)速度太大或者太小、轉(zhuǎn)速太大或者太小、電機(jī)動(dòng)力太大或者太小、需要調(diào)節(jié)的但是調(diào)節(jié)范圍不匹配。。。。
c) 空間的沖突撞擊、干涉,調(diào)節(jié)與修理部方便,換零件不方便。。。
d) 輸出的力、速度、扭矩的浮動(dòng)精度是否達(dá)到計(jì)劃要求。。。。。。
e) 機(jī)構(gòu)的承受能力與壽命。受到了計(jì)劃中的力、速度、摩擦,與計(jì)劃外但必須承受的彎矩、摩擦、沖擊以后的有效精度與壽命。
f) 產(chǎn)生了討厭的彎矩、卡死、變形、振動(dòng)、晃動(dòng)、噪音、溫度、潤(rùn)滑劑揮發(fā)、人工傷事故的風(fēng)險(xiǎn)、其他必須附加的條件。。。。。。
7. 模塊標(biāo)準(zhǔn)件的選擇與布局:
a) 有的工程師和積木一樣搭機(jī)械模塊,這是機(jī)械設(shè)計(jì)的“大忌”。搭得越多,精度越差,剛性也越差,間隙越大,越容易抖動(dòng)!甚至你根本無(wú)法控制。
b) 由于受到當(dāng)今材料和制造工藝的局限性,為了滿足比較高的要求,必須設(shè)計(jì)復(fù)合功能的機(jī)構(gòu),才能得以獲得很好的要求。在一些德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的機(jī)械設(shè)計(jì)上往往存在這種“經(jīng)典”的設(shè)計(jì),能夠在有限的材料和制造工藝的約束條件下,發(fā)揮最大的優(yōu)勢(shì)。這也是一臺(tái)設(shè)備能不能成功的關(guān)鍵原因,很可惜只有極少工程師有這個(gè)水平,特別在中國(guó)!
c) 感言:也很可惜,很多采購(gòu)人員不懂,只知道講“配置了多少模塊”。不是以技術(shù)來(lái)判定機(jī)器的價(jià)值,只是以多少東西為判定機(jī)器的價(jià)值?;蛟S只是告訴“領(lǐng)導(dǎo)”我買了很多東西?好用嗎?不知道呢!是不是“領(lǐng)導(dǎo)”也只是懂得品酒品咖啡品雪茄呢?
8. 故障率。
a) 很多人一直認(rèn)為:“配置高,性能就好”,但是非標(biāo)自動(dòng)化不是組裝電腦!電腦有公共通訊協(xié)議,即插即用!而機(jī)械就不是!設(shè)計(jì)不合理,等于將“昂貴的坦克引擎”裝在“二輪板車”上,您說(shuō)性能如何?
b) 越是復(fù)雜的機(jī)構(gòu)與設(shè)計(jì)不合理,故障概率越高,好的機(jī)械結(jié)構(gòu)必須精簡(jiǎn)。
c) 非標(biāo)設(shè)備的故障率是一個(gè)沒(méi)有參數(shù)的“指標(biāo)”,只能結(jié)構(gòu)相比較更好,故障肯定相對(duì)比較少,沒(méi)有絕對(duì)值!即使給得出來(lái),也是一個(gè)“估值”,或者說(shuō)是一個(gè)計(jì)劃目標(biāo)值。在設(shè)計(jì)師水平不同的條件下,此“估值”有太多的水分和不確定性。
d) 在樣機(jī)沒(méi)有出來(lái)之前,一切“指標(biāo)參數(shù)都是空談”!非標(biāo)機(jī)器有別于于“多代化汽車類的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器”,標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器設(shè)備才能夠取得各種“指標(biāo)參數(shù)”。
9. 既要機(jī)械性能,還兼顧與“產(chǎn)品的制作工藝”的匹配程度:
a) 機(jī)械性能:在受力、長(zhǎng)期受磨損、沖擊振動(dòng)下,還能保持計(jì)劃應(yīng)該有的剛性、軌跡精度、小的間隙晃動(dòng)量、位置沒(méi)有松動(dòng)飄移;
b) 與產(chǎn)品的制作工藝相匹配的程度:利用機(jī)械動(dòng)作,達(dá)到“產(chǎn)品工藝制程”的目的,但是任何機(jī)械結(jié)構(gòu)都不是完全與您要的“產(chǎn)品制程”完全匹配的,機(jī)械設(shè)備在產(chǎn)品的制作中起到“工具”的效果。
i. 事實(shí)上每一種工具都有他本身匹配的缺陷:比如一把好(鋒利)的木器雕刻刀,在使用的時(shí)候,必定會(huì)造成不小心割傷人皮膚的缺陷。
ii. 由于“產(chǎn)品制程工藝”非常廣泛,又有幾個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)師知道?又有幾個(gè)設(shè)計(jì)師能夠“深深地理解和參透”這些工藝?如果不“理解更不能參透”怎么能設(shè)計(jì)出與產(chǎn)品的制作工藝相匹配的機(jī)器呢?
10. 對(duì)于一些物理量的分析和實(shí)現(xiàn):
a) 物理的分析與實(shí)現(xiàn)需要具有機(jī)械知識(shí)和電氣軟件知識(shí)綜合都能的人才能做到??上н@兩個(gè)“職業(yè)”沒(méi)有人都會(huì)。
b) 很多人認(rèn)為機(jī)械運(yùn)動(dòng)是個(gè)簡(jiǎn)單的過(guò)程。曾經(jīng)接觸的一個(gè)高管,快50歲了,有些“豐富的機(jī)械經(jīng)驗(yàn)”。開(kāi)口引進(jìn)了德國(guó)某某品牌的機(jī)器,兩三百萬(wàn)。。。。。他其中的一個(gè)小小的要求:“你只要給它一個(gè)恒定的力,錘子一樣敲一下就可以了,把錘子敲的力顯示出來(lái)看得見(jiàn)”!聽(tīng)聽(tīng)多么“簡(jiǎn)單”?但是各位知道嗎?錘子沖擊力不是恒定的,是條變化的曲線!這么快的瞬間,顯示得出來(lái)給你眼睛看見(jiàn)?來(lái)得及顯示?您看哪一個(gè)點(diǎn)呢?
c) 每個(gè)人手里都有一個(gè)高科技:Iphone 手機(jī)!使用者能夠代表設(shè)計(jì)者一樣高水平嗎?
d) 我也舉個(gè)簡(jiǎn)單例子:你們知道手運(yùn)動(dòng)有幾種最基本的模式嗎?趨向恒力,趨向終點(diǎn)位置,趨向軌跡,趨向恒速;那既然有恒的,那必然還有變的,還有復(fù)合的。還有誤差和振動(dòng)指標(biāo),簡(jiǎn)單嗎?這個(gè)就是我們身體上跟了我們那么多年的雙手,居然我們自己還沒(méi)有了解他?這個(gè)就是中國(guó)機(jī)器人一直造不好的原因。
11. 非標(biāo)自動(dòng)化的集成難度。
a) 集成的非標(biāo)自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備(把各種不同“產(chǎn)品制造工藝”的單工位設(shè)備集成為一臺(tái)大的綜合功能設(shè)備)上,其難度好比把世界各地的植物種到同一塊田中那么難!因?yàn)槊恳粋€(gè)單工位生產(chǎn)設(shè)備的作業(yè)條件都不是一樣的,就好比每一棵植物的成活條件都不是一樣的。
b) 集成的難點(diǎn):產(chǎn)品的初始空間狀態(tài)、作業(yè)空間狀態(tài)、完成空間狀態(tài)、作業(yè)功能順序、換位煉膠、換位連接時(shí)候的狀態(tài)精度保持;機(jī)構(gòu)之間的空間占用沖突,工作條件沖突。
c) 工藝工作條件沖突:有的需要加溫,有的需要冷卻,有的需要噴霧、有的需要干燥,由于靠得太近,影響無(wú)法徹底隔斷;有的影響傳感器的性能和排布;由于加熱等存在,影響電線、氣管的經(jīng)過(guò),電機(jī)散熱不好導(dǎo)致燒毀;由于液體的存在,影響電線、電機(jī)的短路、傳感器信號(hào)采集錯(cuò)誤;由于力的存在,機(jī)械變形影響其他工位。由于需要特殊性能,材料有時(shí)候滿足了主要條件,但是滿足不了輔助條件,還有壽命。
12. 三維模型糾錯(cuò)(修改進(jìn)化),根據(jù)計(jì)算或?qū)嶋H狀況,修改15次以上才能成功。如果三維模型不能反復(fù)修改、不測(cè)試也不會(huì)理論計(jì)算,那失敗早注定了!
二、非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)師的要求:
a) 有很多設(shè)計(jì)師都會(huì)拿著某些電子圖檔和你講這是他以前設(shè)計(jì)的項(xiàng)目,好像很高大上。且不說(shuō)私自“復(fù)制原單位知識(shí)產(chǎn)權(quán)財(cái)產(chǎn)”這樣的行為人品怎么樣,真的是他設(shè)計(jì)的嗎?這個(gè)項(xiàng)目真的能用嗎?
b) 有很多設(shè)計(jì)師也會(huì)拿著在“某某大公司”上班的經(jīng)歷說(shuō)自己很厲害,真的很厲害嗎?因?yàn)榇笮推髽I(yè)里面的工程師在專機(jī)對(duì)應(yīng)是能力是可以的,因?yàn)樗麕缀跆焯煸诿鎸?duì)和調(diào)節(jié)這些設(shè)備;但在非標(biāo)設(shè)備開(kāi)發(fā)上面怎么可能積累很多的技術(shù)?大型非標(biāo)設(shè)備設(shè)計(jì)根本不可能,因?yàn)槟膫€(gè)生產(chǎn)型的企業(yè)里面有很多的測(cè)試設(shè)備供非標(biāo)測(cè)試使用?即使有,他們也不會(huì)去做測(cè)試。一般他們都很“注重生活品質(zhì)”,怎么可能那么拼?一臺(tái)好的設(shè)備,不是靠坐空調(diào)底下舒服的辦公室內(nèi)看著手機(jī)搜著網(wǎng)絡(luò)完成的!
c) 不管頭上頂著多大的光環(huán),中國(guó)不缺能說(shuō)會(huì)道的耍嘴皮子的,只缺默默埋頭做事情的。
d) 非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)師的一般要求是兢兢業(yè)業(yè)14年,滿足要求的寥寥無(wú)幾,現(xiàn)狀是“自行車都不會(huì)修的人在設(shè)計(jì)非標(biāo)設(shè)備”:
① 2年的零件制作經(jīng)驗(yàn):知道零件是怎么做出來(lái)的,才能把每一種零件加工工藝精度得到“盡可能充分利用”,這叫有限的條件,做最大的事情。否則機(jī)器精度就是一句“空話”!
② 1年維修各種機(jī)械設(shè)備的經(jīng)驗(yàn),越豐富越好。
③ 2年的三維軟件“駕馭”能力;必須對(duì)三維設(shè)計(jì)軟件非常熟練,能夠快速地完成三維模型反向設(shè)計(jì)、反復(fù)地快速修改、出具工程圖、選擇合理公差、選擇合理材料以及相關(guān)熱處理和表面處理。
④ 3年對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)與“產(chǎn)品的制程工藝”的匹配程度的測(cè)試,這個(gè)項(xiàng)目需要工程師對(duì)于各種“產(chǎn)品的制程工藝”“深深理解并且參透”?由于“產(chǎn)品制程工藝”非常廣泛,又有幾個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)師知道?又有幾個(gè)設(shè)計(jì)師能夠“深深地理解和參透”這些工藝?如果不“理解更不能參透”怎么能設(shè)計(jì)出與產(chǎn)品的制作工藝相匹配的機(jī)器呢?
⑤ 2年機(jī)械風(fēng)險(xiǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行校驗(yàn):也就是理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械傳動(dòng)的校驗(yàn)。一般來(lái)說(shuō),現(xiàn)在目前市場(chǎng)上,即使干了機(jī)械設(shè)計(jì)30年的工程師都未必會(huì)去“校驗(yàn)計(jì)算”!因?yàn)樘闊?、或者根本不?huì)、都“還給老師了”!即使會(huì)的,校驗(yàn)一個(gè)小小的“彈性計(jì)算”,就花了一天,那么一臺(tái)設(shè)備那么多項(xiàng)目,光研發(fā)不就需要“一年”?市場(chǎng)要求根本不允許!
⑥ 1年的對(duì)于電機(jī)的性能,傳感器的性能、加熱性能、制冷性能、測(cè)量傳感器性能。。。。。。等等的充分的了解,只能知道能不能完成計(jì)劃的要求。這些光靠電氣工程師是無(wú)法完成的。這些需要花大量的時(shí)間和精力去查閱資料。
⑦ 2年組裝與調(diào)試機(jī)器的能力。組裝機(jī)器不是簡(jiǎn)單地“擰螺絲”!很多精度除了零件的設(shè)計(jì)與加工精度,還是需要靠組裝“調(diào)”出來(lái)的!“日本三菱慢走絲”等精密設(shè)備在組裝的時(shí)候要“綁定”很多個(gè)儀表去測(cè)量、去校準(zhǔn)呢?他們不一樣用了很好的日本的絲桿、滑軌等高精度標(biāo)準(zhǔn)件嗎?如果他們沒(méi)有這些經(jīng)驗(yàn),將導(dǎo)致任何高級(jí)“組裝師”都無(wú)法調(diào)試出來(lái),因?yàn)樗麤](méi)有給后面的調(diào)試提供“必要許可條件”!
⑧ 1年對(duì)于不同“產(chǎn)品工藝制程參量”分析與調(diào)節(jié)經(jīng)驗(yàn):有的時(shí)候影響“產(chǎn)品品質(zhì)”的,有多大5個(gè)以上的參量在影響,好像一樣“多元函數(shù)”,那么調(diào)節(jié)的時(shí)候哪個(gè)是主要的呢?哪個(gè)是次要的?哪個(gè)是第一階層的?哪個(gè)是第二、第三階層的?有沒(méi)有調(diào)節(jié)的范圍?到底多少合適呢?這些都要設(shè)計(jì)師去“考慮的”。有的時(shí)候沒(méi)有樣機(jī)的存在,都無(wú)法獲取這些參量的主次、先后、多少?還有合適的調(diào)節(jié)范圍和精度。譬如:實(shí)際需要5N的壓力,那么你提供的調(diào)節(jié)范圍是0~10N比較合適,0~100N就不合適,因?yàn)?span style="margin: 0px; padding: 0px;">0~100N的范圍就會(huì)和“收音機(jī)的頻道”一樣,很難調(diào)出來(lái)。但是您不實(shí)機(jī)測(cè)試,您怎么知道是5N呢?不是15N呢?所以這種環(huán)境需要能夠同時(shí)匹配0~10N和0~100N兩種調(diào)節(jié)方式以供切換選擇。
三、非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備對(duì)于電氣工程師的要求:
a. 必須對(duì)于傳感器和各種控制模塊的性能“理解透徹”!
b. 對(duì)于布線要求要非常透徹。很多人只對(duì)“整齊”關(guān)注,其實(shí)布線里面有太多學(xué)問(wèn)。有很多電氣工程師都只會(huì)“簡(jiǎn)單布線”,最后導(dǎo)致伺服電機(jī)信號(hào)、傳感器器的數(shù)據(jù)采集嚴(yán)重失真,那么最后的機(jī)械性能當(dāng)然大幅下降。而且要會(huì)查找問(wèn)題,和解決問(wèn)題。不能徹底解決的問(wèn)題,也要把影響壓縮到可以接受范圍。
c. 必須和機(jī)械設(shè)計(jì)師一樣,對(duì)于“產(chǎn)品的制程工藝”非常理解深刻,知道哪些是封閉循環(huán),哪些是鏈接循環(huán)?哪個(gè)是先,哪個(gè)是后?采集哪些信號(hào)不會(huì)出現(xiàn)BOG?哪些參量需要設(shè)置為可變調(diào)節(jié)參量?哪個(gè)是主要的呢?哪個(gè)是次要的?哪個(gè)是第一階層的?哪個(gè)是第二、第三階層的?有沒(méi)有調(diào)節(jié)的范圍?到底多少合適呢?這些都要電氣工程師配合機(jī)械設(shè)計(jì)師去“考慮的”。
d. 由于電氣配線和軟件,每個(gè)電氣工程師的習(xí)慣都不同,這就造成了這個(gè)設(shè)備的調(diào)試與維護(hù)只能由這個(gè)工程師去做,如果第二個(gè)電氣工程師接手,理同之前電氣工程師的配線與軟件,其難度超過(guò)重新寫程序。鑒于人才流動(dòng)實(shí)際頻繁狀況,將給企業(yè)帶來(lái)“災(zāi)難”,設(shè)備的供應(yīng)方和采購(gòu)方將“同時(shí)受災(zāi)”!
e. 工程師不但要會(huì)數(shù)據(jù)采集、技術(shù)、PID輸出等,還有會(huì)解決干擾失真。解決干擾失真是很需要經(jīng)驗(yàn)和各種知識(shí)的,比正常做難多了。
f. 對(duì)于一些有“智能工廠”要求,需要數(shù)據(jù)“共享”。這樣電氣工程師還必須熟練“串口通信”并且構(gòu)建串口網(wǎng);大一點(diǎn)的設(shè)置CC-LINGK網(wǎng)絡(luò);再大一點(diǎn)的構(gòu)建“ENET以太網(wǎng)”,這三種網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置和編程規(guī)劃都不是一樣的。這是一般市場(chǎng)上電氣工程師做不到的。因?yàn)閷W(xué)會(huì)這些不但要把光一種品牌就需要把高80厘米的書本疊“啃爛”,而且要有實(shí)際的設(shè)備去驗(yàn)證。這些都是要自學(xué)的,因?yàn)椋?span style="margin: 0px; padding: 0px;">680/天的學(xué)費(fèi)+上海的住宿費(fèi))想必沒(méi)有人能夠承擔(dān)得起的。一般人沒(méi)有這種耐心、恒心,而且還需要實(shí)物條件的去驗(yàn)證,這些東西都要花不少錢才能夠建立。能夠做到的電氣工程師一般都是高薪。如果遇到不同品牌的模塊,更是難上加難。誰(shuí)愿意花大量的時(shí)間去學(xué)習(xí)和驗(yàn)證呢?
g. 特別提示:需要對(duì)已經(jīng)存在的自動(dòng)化設(shè)備聯(lián)網(wǎng)改造是很難的!因?yàn)槊總€(gè)品牌的模塊規(guī)范都不是一樣的,通過(guò)其他工程師編輯以后,每一個(gè)“寄存器”里面的數(shù)