关于非标设计及工厂自动化的研究

金明来

摘要：近些年，企业用工成本不断攀升，用自动化设备代替人工操作的智能化生产势在必行。同时5G技术的应用为实现工厂智能化提供有力支撑。对于如何实现工厂自动化，作者做出一些研究，提出个人观点。

关键词：非标设计  自动化  智能化   5G技术

背景：近些年，随着中国劳动力成本的上升及人口红利的消失，越来越多的企业面临招工难的问题，企业用工成本持续增加，同时人工操作也会给产品品质带来不确定性，人工密集型企业也给管理者带来考验，因此用自动化设备代替人工操作的智能化生产势在必行。很多非标设计公司应运而生，由一两个人组成的公司数量不在少数，交货期长，设备使用稳定性差，可谓鱼目混杂。一方面是工厂自动化改善的强大市场需求，另一方面是缺乏行业标准的非标设计行业，如何实现供需双方的有机匹配，让工厂真正实现智能化生产，仍然需要工厂和非标设计公司共同努力。5G技术的传输速度快、低延时、实时联网等特点，满足工业环境下的设备互联和远程交互应用需求，已经成为支撑智能制造转型的关键技术。因此5G技术的应用为实现工厂智能化插上了一双翅膀。

提到工厂自动化不得不提到非标设计，非标设设计是没有标准可依，根据企业生产现状量身订制的，由于无法批量生产，大企业不愿意做，小规模企业容易获得生存空间。很多公司都是找非标设计公司来对工厂进行自动化改善，强大的市场需求催生出众多的非标设计公司，其中技术过硬的设计公司普遍存在于日本，德国等合资公司，其价格昂贵国内企业很难承受，有价格优势的国内设计公司不少是一两个人组成的，交货期推迟，设备使用稳定性差，前期方案研讨不足导致设备进展不畅乃至中途停止，这些都制约着工厂自动化的进程。

非标设计兴起于东南沿海，近些年已经全国铺开，不同于传统的产品设计，每次设计都是全新的设计，对于设计者的创新精神提出很高要求，要求见多识广，能够快速做出简单可行的方案。但不少从业者认为非标设计没那么复杂，大道至简，非标设计也就是振动盘+气缸+米思米，甚至认为更简单，三维设计软件+五金机电城。不过能真正做出一台好的设备，完全达到用户自动化的需求仍然不是一件容易的事，需要考虑很多因素。

1.工厂各工序总体考虑，节拍要匹配。不可盲目上自动化，应从工厂的整体考虑。例如，某一工序的自动化改善确实可以提高该工序的效率，但是其他相关工序的还是维持原来的效率，那么改善方案是无效的，单独某一工序效率的提升，不但没有提升工厂整体的效率，相反增加了某工序的库存及物流成本，因此各工序节拍的匹配尤为重要。应识别最适合做自动化改善、最省人的地方，并识别出最适合做的厂家，让专业的厂家做专业的工作，降低技术风险，降低成本。不停去识别，边识别边推进自动化。

2.方案前期论证。从工艺的角度对工件产量，生产节拍，成本回收期进行充分论证，对于会导致设备失效的种种可能进行风险评估，提前避免或准备应对预案。比如关键且有风险的过程是否稳定可靠，可以做前期验证试验，通过后再展开设计。外采购的零部件是否合乎设计要求，能否按时交货。工件的品种尺寸是否一致，若有变化设备能否通用或者通过简单调整兼容。

3.企业应为自动化创造条件。企业与用户，非标设计公司共同开发，降低方案难度，增加设备稳定性。比如在工件上增加工艺基准或者约束工件关键尺寸，方便定位抓取。 不能因为是甲方就成了甩手掌柜，只是提要求，不提供必要条件。

4. 不断学习新技术，新工艺。新技术的應用可以很好的解决之前的痛点难点问题。例如：在多工位装配线中之前的方案为：1工序完成装配后，机械手1抓取工件到2工序，2工序完成装配后，机械手2抓取工件到3工序，每个机械手均配置独立的驱动，对安装调试精度要求很高。现在可以将机械手安装在多滑块的直线电机上，各个滑块独立运动，之前机械安装精度靠电气控制既可以保证，大大降低机械安装调试的成本。

5.简化方案。最简单的结构其实是最可靠的，环节众多不仅增加成本，也会增加技术风险。近些年随着气动元件的升级，很多旋转，夹紧，抓取等机械动作都可以用气动元件来实现，很多复合动作都可以由气缸组合来完成，靠机械结构的保证越来越少，其实有机械联动机构实现的复合动作不仅安全可靠而且效率高。另外随着机器人技术的成熟，不少企业愿意用机器人代替人工操作，从外观看确实显得高大上，但是不少地方的应用显得大材小用，机器人不是万能的，如果有更简的方案可以不用机器人。

智能化改造不是一蹴而就的，须逐步完成。工厂可以先实现半自动改善，再实现自动化，然后让各个自动化设备互联，实现信息化，产生大数据，利用大数据分析，5G结合人工智能技术，实现智能管理。在未来智能工厂生产的环节中涉及到物流、上料、仓储等方案判断和决策，5G技术能够为智能工厂提供全云化网络平台。精密传感技术作用于不计其数的传感器，在极短时间内进行信息状态上报，大量工业级数据通过5G网络收集起来，庞大的数据库开始形成，工业机器人结合云计算的超级计算能力进行自主学习和精确判断，给出最佳解决方案。最终用科学的数学算法对大数据进行分析运算，实现智能化、省人化、可追溯生产。

参考文献：

[1]《菲标自动化行业发展存在七大阻碍》.工业机器人培训2017-05-09.

[2]李秀敏.组合机床行业现状与发展思考[J].航空制造技术，2003（4）.

[3]机械设计手册编委会《机械设计手册》北京：机械工业出版社，2004.

（作者单位：大连连城数控机器股份有限公司）