中小型機(jī)械設(shè)備制造商如何開發(fā)出優(yōu)秀的自動化機(jī)械

1、中小型機(jī)械設(shè)備制造商如何開發(fā)出優(yōu)秀的自動化機(jī)械設(shè)備山東大風(fēng)機(jī)電自動化 王倫概述：根據(jù)我4年的開發(fā)經(jīng)驗，總結(jié)了一些中小型機(jī)械設(shè)備廠如何開發(fā)出優(yōu)秀的自動化設(shè)備的經(jīng)驗。自動化設(shè)備是指相對于普通手工機(jī)械，只需要很少的人就可以完成生產(chǎn)的設(shè)備。如木工行業(yè)的全自動連續(xù)式梳齒/涂膠/齒接生產(chǎn)線，鋼筋加工機(jī)械里的高效數(shù)控鋼筋鋸切生產(chǎn)線，玻璃加工行業(yè)里的全自動劃圓玻璃切割機(jī)，五金行業(yè)里的自動彎管機(jī)。暖氣片加工行業(yè)里的自動焊接設(shè)備。這些設(shè)備具有以下特點：節(jié)省人工：原本使用手動或者普通設(shè)備需要很多人操作，改用自動化后僅需要很少的人操作。生產(chǎn)速度快，效率高。產(chǎn)品性能優(yōu)秀。自動化機(jī)械生產(chǎn)多采用自動精密元件，加工精度相比人

2、要高出很多。圖1：全自動連續(xù)式梳齒/涂膠/齒接生產(chǎn)線圖2：自動彎管機(jī)哪些行業(yè)的設(shè)備適合自動化生產(chǎn)：機(jī)械制造，電氣技術(shù)發(fā)展到今天，可以說各個行業(yè)的機(jī)械生產(chǎn)都可以實現(xiàn)自動化，沒有做不到，只有想不到。這里說的開發(fā)，特別是對于中小型機(jī)械廠而言，說山寨，仿造更確切，自己原創(chuàng)開發(fā)的有，但是很少很難，時間長，遠(yuǎn)不如山寨的快捷。要點1：市場定位機(jī)械公司的老板應(yīng)該首先確定設(shè)備的市場定位，要實現(xiàn)什么樣的功能，客戶群體是什么，市場價位在哪里。市場定位直接決定了電氣設(shè)計師（電控箱廠家）的方案設(shè)計。不能的功能要求需要選擇不同類型的元器件。不同的市場價位決定了元器件的品牌選擇，是國內(nèi)的還是國外的，是高端的還是低端的。不同

3、的客戶群體影響操作設(shè)計，對于大企業(yè)用戶，工人素質(zhì)高，則操作上可以更精細(xì)，更明晰。對于普通小作坊的用戶，工人素質(zhì)有限，則操作上要盡可能的簡化，最好是一個按鈕就完事，盡可能的減少操作失誤。以普通的自動剪切（剪板材，剪鋼管，塑料包裝）用電機(jī)為例。要是要求剪切誤差一般，可以選用普通的電機(jī)或者變頻電機(jī)，要是要求剪切精度很高，則需要用到步進(jìn)電機(jī)或者伺服電機(jī)。高端的變頻電機(jī)有藍(lán)海華騰的，有國外知名品牌的，低端的國產(chǎn)貨多的是。可以把操作設(shè)置的很多，以方便用戶使用，但是操作多了失誤就多，對操作者素質(zhì)要求高。也可以簡化操作，一兩個按鈕就可以，這樣因為操作失誤帶來的事故就會減少，但是限制了使用靈活性。機(jī)會與風(fēng)險并存

4、，魚和熊掌不可兼得，作為決策者的機(jī)械廠老板，應(yīng)該首先明確設(shè)備的定位，然后電氣設(shè)計人員才能下手。要點2：機(jī)械方面大部分機(jī)械都是仿造的，就機(jī)械而言，一般不存在問題。但是需要注意兩個方面。1 如果是自己原創(chuàng)開發(fā)或者找不到借鑒設(shè)備的：一定首先確定機(jī)械方案的可行性。如果機(jī)械在手動情況下都無法實現(xiàn)，用自動就更沒法實現(xiàn)了。圖3：PVC管自動卷繞機(jī)上圖是我2011年參與的一個開發(fā)，主要是將生產(chǎn)出來的PVC管（家用水管）自動打包。這類設(shè)備在國內(nèi)還未出現(xiàn)，因此機(jī)械方案上存在很大難度。如圖3，實驗看起來卷繞的有模有樣的，當(dāng)時我也是這么實驗的，很是興奮了一陣子。但是當(dāng)拿到生產(chǎn)車間的時候傻眼了：剛生產(chǎn)出來的管子很黏很軟

5、，工人先是手動卷繞，然后當(dāng)管子到了一定重量后，減切，充氣。當(dāng)時給客戶的建議是需要更改生產(chǎn)工藝，不改變生產(chǎn)工藝沒法實現(xiàn)自動打包。但是更改工藝很難很難。在這種機(jī)械方案都不成熟情況下，即便是國內(nèi)最好的電氣設(shè)計師也不容易完成。2 加工精度問題：北方的廠家加工精度上總感覺不如南方人細(xì)膩，或許和北方人的性格有關(guān)。很多設(shè)備要求精確，長度上都精確到絲。電氣自動化技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，編碼器，伺服電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)，拋開機(jī)械而言，電氣上完全可以做到0絲的誤差。但是設(shè)備是機(jī)械電氣共同組成的，機(jī)械精度不達(dá)標(biāo)，奈何電氣如何努力也不行。3 機(jī)械方案設(shè)計：以切割送料類機(jī)械為例子。送料剪切分為兩大類：圖4：摩擦傳送第一類：如圖所示，

6、拖動電機(jī)通過鏈條與托輥連接，托輥與管材緊密壓緊，通過摩擦帶動管材移動。既然有摩擦，必然存在摩擦系數(shù)問題?；蛘哒f，必然會存在打滑的問題，托輥與管材之間壓力的多少，托輥的干凈程度，都會影響拖動。無論拖動電機(jī)是什么類型，變頻電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)，伺服電機(jī)，都會存在誤差而且無法避免。這種情況下，無論電氣上如何努力都不會消除誤差。圖5：夾托傳送第二類：如圖5所示，傳動部件托住或者夾住管材，拖動電機(jī)帶動傳動部件移動，傳動部件移動多少，管材移動多少。此時的精度只與電氣有關(guān)系了，與機(jī)械無多大關(guān)系。拖動電機(jī)選用變頻電機(jī)，伺服電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)，普通電機(jī)對精度的影響此時就不同了。所以說，機(jī)械方案的設(shè)計很重要，不是任何設(shè)備加

7、上自動化技術(shù)就可以實現(xiàn)設(shè)計要求，不要性能不達(dá)標(biāo)時首先查找電氣問題。自動化設(shè)備的關(guān)鍵首先在于機(jī)械。要點3：電氣設(shè)計1 方案設(shè)計：電氣工程師的方案設(shè)計直接決定了產(chǎn)品性能。但是，這個方案設(shè)計往往和采購價格掛鉤。機(jī)械設(shè)備的電氣控制箱很多是外部公司或者個體戶制作與設(shè)計，大多數(shù)機(jī)械設(shè)備公司里沒有專門的設(shè)計人員，頂多是有些裝配與維護(hù)人員。一般的流程是：機(jī)械廠詢問價格，感覺價格合適了就行了，至于電控箱里的具體是什么東西，性能如何，相信絕大多數(shù)機(jī)械廠都不清楚。2 裝配調(diào)試：按照機(jī)械的動作要求設(shè)計軟件，并且進(jìn)行調(diào)試，使得設(shè)備能夠按照機(jī)械廠家要求的動作進(jìn)行。3 設(shè)備定型：定型就是機(jī)械設(shè)備按照各種情況反復(fù)進(jìn)行試驗，確

8、定設(shè)備運行可靠，性能達(dá)標(biāo)，操作方便為止。這是很多機(jī)械廠家和電控柜制作方忽略的事情。機(jī)械廠家忽略這個事情是因為外行，按照自己的要求操作一遍，一看設(shè)備運行的好就以為萬事大吉了。或者按照自己的想法進(jìn)行操作，留下電控柜廠家呆幾天，一看沒問題，就認(rèn)為可以了。電控柜制作方忽略是因為定型是件枯燥費錢的事情，反復(fù)測試機(jī)器，不如編寫程序軟件帶勁。定型就需要時間，就需要支出錢。一個完美的定型方案應(yīng)該由電氣設(shè)計人員制定，考慮到所有可以考慮的因素然后加以測試。4 后續(xù)改進(jìn)：電控柜設(shè)計方應(yīng)該時刻關(guān)注著設(shè)備的市場情況，不斷改進(jìn)設(shè)備性能。一分錢一分貨，機(jī)械廠出多少價格，大概也就會得到同樣性能的電控柜了。人的問題：如今做自動

9、化的人很多，掉個磚頭就能砸暈幾個和自動化有關(guān)系的人。做自動化的人主要來源于幾個地方。一個是大學(xué)院校出來后就干自動化的，一個是從使用自動化設(shè)備的工廠出來的。前者的水平相對較好，后者的水平就不敢恭維了。人和人的能力也不相同。要點4：投入方面山寨一款設(shè)備就資金而言，花不了多少，對于任何企業(yè)都是可以接受的。主要是精力投入：在很多中小型機(jī)械廠，產(chǎn)品開發(fā)也是老板負(fù)責(zé)的，老板有空想起來了就搞一陣子，想不起來或者忙碌了就放一邊了。這種情況下根本做不好新產(chǎn)品。提倡辦法：集中精力與人力，配合得當(dāng)?shù)脑?，中等難度的設(shè)備一個月完全可以仿造好的。忙碌的老板們其實做好一件工作就可以了，給要開發(fā)的設(shè)備進(jìn)行市場定位。市場定位好

10、了之后完全可以授權(quán)一個信得過的產(chǎn)內(nèi)人員全力負(fù)責(zé)此事。需要注意的關(guān)鍵一點：電控柜的設(shè)計人員（電氣工程師）應(yīng)該是調(diào)試的主角，負(fù)全權(quán)領(lǐng)導(dǎo)責(zé)任。整個機(jī)械設(shè)備的運行由電控箱控制，設(shè)備運行的好壞在哪里大腦（PLC）知道，電氣工程師不領(lǐng)導(dǎo)誰領(lǐng)導(dǎo)。附錄：常見的幾款電控柜元器件單片機(jī)：圖6：單片機(jī)及顯示裝置簡單的說它是一個微型電腦，里面可以編寫程序，可以控制繼電器，交流接觸器，步進(jìn)電機(jī)，伺服電機(jī)，一般帶有一個小小的顯示器，用來顯示數(shù)據(jù)和設(shè)置參數(shù)。在民用產(chǎn)品領(lǐng)域，如智能溫度顯示器，血壓計，汽車儀表，電力儀表上應(yīng)用相當(dāng)廣泛且性能可靠。在一些機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域也有應(yīng)用，但是性能很差。主要原因在于：民用產(chǎn)品很多都是大批量生產(chǎn)

11、的，血壓計，電表，一次生產(chǎn)就是幾千幾萬個，電路板的設(shè)計，生產(chǎn)，檢驗是很嚴(yán)格的。但是機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域就不一樣了，用量少的幾十個的就自己焊接，幾百個的估計也是自己焊接，要知道電路板自動波峰焊接是需要一定數(shù)量的，不然沒有利潤。自己焊接的電路板如何與大批量全自動波峰焊接的相比。再者，電路板的設(shè)計是相當(dāng)難的，可靠性，穩(wěn)定性，抗干擾，每一樣都是需要時間的。之前也有搞技術(shù)的想和我理論，為嘛不能用，一樣好好的。在技術(shù)領(lǐng)域，在實驗室，你可以用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)，伺服電機(jī)，變頻器，但是在機(jī)械設(shè)備上絕對不提倡使用，可靠性是首要問題。順便說一句：這類設(shè)備很便宜的，想想血壓計才幾個錢。5 PLC圖7：PLCPLC也是一種微

12、型電腦，里面可以編寫程序，可以控制繼電器，交流接觸器，步進(jìn)電機(jī)，伺服電機(jī)，可以和觸摸屏連接用來顯示數(shù)據(jù)和設(shè)置參數(shù)。PLC是在單片機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，在單片機(jī)的基礎(chǔ)上逐漸加入一些特別的電路和廠家軟件，為的是在工業(yè)領(lǐng)域能夠可靠的應(yīng)用。工業(yè)領(lǐng)域的使用環(huán)境很復(fù)雜，潮濕，高溫，高壓，電磁輻射，電流干擾，雷擊等等。PLC要在這些復(fù)雜的工業(yè)領(lǐng)域能夠可靠的工作。簡而言之：PLC是單片機(jī)發(fā)展出來的，專門用于工業(yè)復(fù)雜領(lǐng)域的微型電腦。價格也不便宜，國外的幾千元，國產(chǎn)的好幾百，不是幾十元就能買到的。6 文本顯示器圖8：文本顯示器用于工人查看和設(shè)置一些生產(chǎn)數(shù)據(jù)。優(yōu)點是價格便宜，二三百塊錢，缺點是設(shè)置參數(shù)麻煩，特別是對于

13、文化水平有限的工人。由于價格便宜，在早期設(shè)備中應(yīng)用較多。但是在觸摸屏大發(fā)展今天，在一些高端設(shè)備場合不提倡使用這種操作費勁的顯示器。7 觸摸屏圖9觸摸屏用于工人查看和設(shè)置一些生產(chǎn)數(shù)據(jù)。優(yōu)點是操作方便，畫面清晰。國產(chǎn)的價格均在千元以下，且質(zhì)量好，參數(shù)設(shè)置很方便。8 變頻器圖10：變頻器通過改變電機(jī)的頻率調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而達(dá)到調(diào)速，節(jié)能的目的。主要應(yīng)用場合：空調(diào)調(diào)節(jié)，破碎機(jī)球磨機(jī)類負(fù)載，大型用電機(jī)組，壓縮機(jī)類，泵類，特點是調(diào)速范圍一般，不適合精確調(diào)速運動的場合。9 步進(jìn)電機(jī)圖11：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器步進(jìn)電機(jī)將電機(jī)一圈分為若干份，如2000份，10000份，電機(jī)轉(zhuǎn)1份需要PLC發(fā)送一個脈沖信號，電機(jī)轉(zhuǎn)動的多少和速度與PLC發(fā)送多少脈沖和脈沖發(fā)送速度有關(guān)。通過這種方式可以實現(xiàn)電機(jī)運行距離與速度的精確控制。應(yīng)用領(lǐng)域：主要用于一些有定位要求的場合如線切割的工作臺拖動，植毛機(jī)工作臺（毛孔定位），包裝機(jī)（定長度）。噴繪機(jī)、刻字機(jī)、寫真機(jī)、噴涂設(shè)備、醫(yī)療儀器及設(shè)備、計算機(jī)外設(shè)及海量存儲設(shè)備、精密儀器、工業(yè)控制系統(tǒng)、辦公自動化、機(jī)器人，電腦繡花機(jī)等。這類步進(jìn)電機(jī)