前言:很多人將機械設(shè)計想象成“搭樂高積木”、當成“游戲里面的建筑”,似乎學會了3D繪圖軟件就可以完成所謂的設(shè)計了。這個想法當危險!這種想法會帶著采購以及很多自動化設(shè)備的同行“乘著豪華轎車卻過著腐朽的木板橋”,隨時有翻車的危險。
采購們正向思考提出要求好比“導數(shù)”那么容易,但是實際的機械系統(tǒng)設(shè)計堪比“積分”那么復雜。
一個好的機械方案必須克服諸多風險和難點,進行諸多的科學實驗驗證和嚴謹?shù)臄?shù)學計算考核,并且在此基礎(chǔ)上進行合理而不繁瑣的設(shè)計,過關(guān)斬將,才能算完成了第一步------設(shè)計。
作為一個沒有風險、穩(wěn)穩(wěn)掌控進程的采購者,您必須獨具慧眼----和找對象一樣,了解后才能找到你真正想要:
一、非標自動化設(shè)備對于機械設(shè)計的要求:
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、彎曲、扭曲、晃動、偏移、受沖擊震蕩。
2. 零件偏差。所有制造出來的零件精度都不是完美的,與理想相比都有偏差的。所以一個好的設(shè)計,設(shè)計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”,否則機器精度就是一句“空話”。
3. 晃動間隙。所有的間隙、過渡配合都是有間隙的,在很多環(huán)境下,間隙都在放大。在間隙問題上,再好的標準件都無法避免,只能說是偏小。不過偏小的代價就是成本高。
4. 組裝誤差。
a) 所有的組裝都會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!
c) 為什么“日本三菱慢走絲”等精密設(shè)備在組裝的時候要“綁定”很多個儀表去測量、去校準呢?他們不一樣用了很好的日本的絲桿、滑軌等高精度標準件嗎?
d) 精確組裝好比“校準一把狙擊槍到1環(huán)”,由于受到測量儀器、許可空間、調(diào)節(jié)幅度、組裝者技術(shù)水平的影響,要校準到一定的精確目標是很難的,有時甚至都無法調(diào)出來。有時即使調(diào)出來了,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。在電子行業(yè)也會碰到類似的問題,主功能電路不多,但是為了維持主功能電路的性能,往往會增加很多外圍配套、保護、隔離電路,使得整個系統(tǒng)相當復雜,但是往往必須要配備。
5. 連接松動。僅僅鎖螺絲型的機械連接,在運動中受到來回的作用力以后,必定會出現(xiàn)螺絲松動,也就是導致位置偏移。
6. 傳動的選擇。所有機械傳動都受到原理、制作條件、使用條件的限制,傳動精度都只能達到一定范圍,需要謹慎選擇,一旦選擇錯誤就等于設(shè)計失敗。
a) 力在變化、扭矩在變化、移動速度在變化、轉(zhuǎn)速在變化……
b) 力太大或者太小、扭矩太大或者太小、移動速度太大或者太小、轉(zhuǎn)速太大或者太小、電機動力太大或者太小、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、扭矩的浮動精度是否達到計劃要求。。。。。。
e) 機構(gòu)的承受能力與壽命。受到了計劃中的力、速度、摩擦,與計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、晃動、噪音、溫度、潤滑劑揮發(fā)、人工傷事故的風險、其他必須附加的條件。。。。。。
7. 模塊標準件的選擇與布局:
a) 有的工程師和積木一樣搭機械模塊,這是機械設(shè)計的“大忌”。搭得越多,精度越差,剛性也越差,間隙越大,越容易抖動!甚至你根本無法控制。
b) 由于受到當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)計復合功能的機構(gòu),才能得以獲得很好的要求。在一些德國等發(fā)達國家的機械設(shè)計上往往存在這種“經(jīng)典”的設(shè)計,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。這也是一臺設(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水平,特別在中國!
c) 感言:也很可惜,很多采購人員不懂,只知道講“配置了多少模塊”。不是以技術(shù)來判定機器的價值,只是以多少東西為判定機器的價值?;蛟S只是告訴“領(lǐng)導”我買了很多東西?好用嗎?不知道呢!是不是“領(lǐng)導”也只是懂得品酒品咖啡品雪茄呢?
8. 故障率。
a) 很多人一直認為:“配置高,性能就好”,但是非標自動化不是組裝電腦!電腦有公共通訊協(xié)議,即插即用!而機械就不是!設(shè)計不合理,等于將“昂貴的坦克引擎”裝在“二輪板車”上,您說性能如何?
b) 越是復雜的機構(gòu)與設(shè)計不合理,故障概率越高,好的機械結(jié)構(gòu)必須精簡。
c) 非標設(shè)備的故障率是一個沒有參數(shù)的“指標”,只能結(jié)構(gòu)相比較更好,故障肯定相對比較少,沒有絕對值!即使給得出來,也是一個“估值”,或者說是一個計劃目標值。在設(shè)計師水平不同的條件下,此“估值”有太多的水分和不確定性。
d) 在樣機沒有出來之前,一切“指標參數(shù)都是空談”!非標機器有別于于“多代化汽車類的標準機器”,標準機器設(shè)備才能夠取得各種“指標參數(shù)”。
9. 既要機械性能,還兼顧與“產(chǎn)品的制作工藝”的匹配程度:
a) 機械性能:在受力、長期受磨損、沖擊振動下,還能保持計劃應(yīng)該有的剛性、軌跡精度、小的間隙晃動量、位置沒有松動飄移;
b) 與產(chǎn)品的制作工藝相匹配的程度:利用機械動作,達到“產(chǎn)品工藝制程”的目的,但是任何機械結(jié)構(gòu)都不是完全與您要的“產(chǎn)品制程”完全匹配的,機械設(shè)備在產(chǎn)品的制作中起到“工具”的效果。
i. 事實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,在使用的時候,必定會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,又有幾個機械設(shè)計師知道?又有幾個設(shè)計師能夠“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)計出與產(chǎn)品的制作工藝相匹配的機器呢?
10. 對于一些物理量的分析和實現(xiàn):
a) 物理的分析與實現(xiàn)需要具有機械知識和電氣軟件知識綜合都能的人才能做到??上н@兩個“職業(yè)”沒有人都會。
b) 很多人認為機械運動是個簡單的過程。曾經(jīng)接觸的一個高管,快50歲了,有些“豐富的機械經(jīng)驗”。開口引進了德國某某品牌的機器,兩三百萬。。。。。他其中的一個小小的要求:“你只要給它一個恒定的力,錘子一樣敲一下就可以了,把錘子敲的力顯示出來看得見”!聽聽多么“簡單”?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,顯示得出來給你眼睛看見?來得及顯示?您看哪一個點呢?
c) 每個人手里都有一個高科技:Iphone 手機!使用者能夠代表設(shè)計者一樣高水平嗎?
d) 我也舉個簡單例子:你們知道手運動有幾種最基本的模式嗎?趨向恒力,趨向終點位置,趨向軌跡,趨向恒速;那既然有恒的,那必然還有變的,還有復合的。還有誤差和振動指標,簡單嗎?這個就是我們身體上跟了我們那么多年的雙手,居然我們自己還沒有了解他?這個就是中國機器人一直造不好的原因。
11. 非標自動化的集成難度。
a) 集成的非標自動化生產(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!因為每一個單工位生產(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: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、換位連接時候的狀態(tài)精度保持;機構(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,電機散熱不好導致燒毀;由于液體的存在,影響電線、電機的短路、傳感器信號采集錯誤;由于力的存在,機械變形影響其他工位。由于需要特殊性能,材料有時候滿足了主要條件,但是滿足不了輔助條件,還有壽命。
12. 三維模型糾錯(修改進化),根據(jù)計算或?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修改、不測試也不會理論計算,那失敗早注定了!
二、非標自動化設(shè)備對于機械設(shè)計師的要求:
a) 有很多設(shè)計師都會拿著某些電子圖檔和你講這是他以前設(shè)計的項目,好像很高大上。且不說私自“復制原單位知識產(chǎn)權(quán)財產(chǎn)”這樣的行為人品怎么樣,真的是他設(shè)計的嗎?這個項目真的能用嗎?
b) 有很多設(shè)計師也會拿著在“某某大公司”上班的經(jīng)歷說自己很厲害,真的很厲害嗎?因為大型企業(yè)里面的工程師在專機對應(yīng)是能力是可以的,因為他幾乎天天在面對和調(diào)節(jié)這些設(shè)備;但在非標設(shè)備開發(fā)上面怎么可能積累很多的技術(shù)?大型非標設(shè)備設(shè)計根本不可能,因為哪個生產(chǎn)型的企業(yè)里面有很多的測試設(shè)備供非標測試使用?即使有,他們也不會去做測試。一般他們都很“注重生活品質(zhì)”,怎么可能那么拼?一臺好的設(shè)備,不是靠坐空調(diào)底下舒服的辦公室內(nèi)看著手機搜著網(wǎng)絡(luò)完成的!
c) 不管頭上頂著多大的光環(huán),中國不缺能說會道的耍嘴皮子的,只缺默默埋頭做事情的。
d) 非標自動化設(shè)備對于機械設(shè)計師的一般要求是兢兢業(yè)業(yè)14年,滿足要求的寥寥無幾,現(xiàn)狀是“自行車都不會修的人在設(shè)計非標設(shè)備”:
① 2年的零件制作經(jīng)驗:知道零件是怎么做出來的,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。否則機器精度就是一句“空話”!
② 1年維修各種機械設(shè)備的經(jīng)驗,越豐富越好。
③ 2年的三維軟件“駕馭”能力;必須對三維設(shè)計軟件非常熟練,能夠快速地完成三維模型反向設(shè)計、反復地快速修改、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年對于機械結(jié)構(gòu)與“產(chǎn)品的制程工藝”的匹配程度的測試,這個項目需要工程師對于各種“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,又有幾個機械設(shè)計師知道?又有幾個設(shè)計師能夠“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)計出與產(chǎn)品的制作工藝相匹配的機器呢?
⑤ 2年機械風險環(huán)節(jié)進行校驗:也就是理論力學、材料力學、機械傳動的校驗。一般來說,現(xiàn)在目前市場上,即使干了機械設(shè)計30年的工程師都未必會去“校驗計算”!因為太麻煩、或者根本不會、都“還給老師了”!即使會的,校驗一個小小的“彈性計算”,就花了一天,那么一臺設(shè)備那么多項目,光研發(fā)不就需要“一年”?市場要求根本不允許!
⑥ 1年的對于電機的性能,傳感器的性能、加熱性能、制冷性能、測量傳感器性能。。。。。。等等的充分的了解,只能知道能不能完成計劃的要求。這些光靠電氣工程師是無法完成的。這些需要花大量的時間和精力去查閱資料。
⑦ 2年組裝與調(diào)試機器的能力。組裝機器不是簡單地“擰螺絲”!很多精度除了零件的設(shè)計與加工精度,還是需要靠組裝“調(diào)”出來的!“日本三菱慢走絲”等精密設(shè)備在組裝的時候要“綁定”很多個儀表去測量、去校準呢?他們不一樣用了很好的日本的絲桿、滑軌等高精度標準件嗎?如果他們沒有這些經(jīng)驗,將導致任何高級“組裝師”都無法調(diào)試出來,因為他沒有給后面的調(diào)試提供“必要許可條件”!
⑧ 1年對于不同“產(chǎn)品工藝制程參量”分析與調(diào)節(jié)經(jīng)驗:有的時候影響“產(chǎn)品品質(zhì)”的,有多大5個以上的參量在影響,好像一樣“多元函數(shù)”,那么調(diào)節(jié)的時候哪個是主要的呢?哪個是次要的?哪個是第一階層的?哪個是第二、第三階層的?有沒有調(diào)節(jié)的范圍?到底多少合適呢?這些都要設(shè)計師去“考慮的”。有的時候沒有樣機的存在,都無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,因為0~100N的范圍就會和“收音機的頻道”一樣,很難調(diào)出來。但是您不實機測試,您怎么知道是5N呢?不是15N呢?所以這種環(huán)境需要能夠同時匹配0~10N和0~100N兩種調(diào)節(jié)方式以供切換選擇。
三、非標自動化設(shè)備對于電氣工程師的要求:
a. 必須對于傳感器和各種控制模塊的性能“理解透徹”!
b. 對于布線要求要非常透徹。很多人只對“整齊”關(guān)注,其實布線里面有太多學問。有很多電氣工程師都只會“簡單布線”,最后導致伺服電機信號、傳感器器的數(shù)據(jù)采集嚴重失真,那么最后的機械性能當然大幅下降。而且要會查找問題,和解決問題。不能徹底解決的問題,也要把影響壓縮到可以接受范圍。
c. 必須和機械設(shè)計師一樣,對于“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)?哪個是先,哪個是后?采集哪些信號不會出現(xiàn)BOG?哪些參量需要設(shè)置為可變調(diào)節(jié)參量?哪個是主要的呢?哪個是次要的?哪個是第一階層的?哪個是第二、第三階層的?有沒有調(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械設(shè)計師去“考慮的”。
d. 由于電氣配線和軟件,每個電氣工程師的習慣都不同,這就造成了這個設(shè)備的調(diào)試與維護只能由這個工程師去做,如果第二個電氣工程師接手,理同之前電氣工程師的配線與軟件,其難度超過重新寫程序。鑒于人才流動實際頻繁狀況,將給企業(yè)帶來“災(zāi)難”,設(shè)備的供應(yīng)方和采購方將“同時受災(zāi)”!
e. 工程師不但要會數(shù)據(jù)采集、技術(shù)、PID輸出等,還有會解決干擾失真。解決干擾失真是很需要經(jīng)驗和各種知識的,比正常做難多了。
f. 對于一些有“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);大一點的設(shè)置CC-LINGK網(wǎng)絡(luò);再大一點的構(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。這是一般市場上電氣工程師做不到的。因為學會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”,而且要有實際的設(shè)備去驗證。這些都是要自學的,因為(680/天的學費+上海的住宿費)想必沒有人能夠承擔得起的。一般人沒有這種耐心、恒心,而且還需要實物條件的去驗證,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。誰愿意花大量的時間去學習和驗證呢?
g. 特別提示:需要對已經(jīng)存在的自動化設(shè)備聯(lián)網(wǎng)改造是很難的!因為每個品牌的模塊規(guī)范都不是一樣的,通過其他工程師編輯以后,每一個“寄存器”里面的數(shù)