浅谈建筑生产线非标自动化的设计

刘云艳，王金龙

（云南省建筑材料科学研究设计院有限公司 云南 昆明 650221）

1 非标自动化的特点

非标自动化通常情况下是依据企业的实际情况以及生产需要作为依据来展开设计与制造，属于定制化工程，规格以及形式都非常灵活，现阶段很多非标自动化都是采用的小批量的生产模式，生产规模小，精度要求高。

我国现阶段存在的建筑生产线非标自动化不具有科学的标准可以作为依据，这样就导致很多环节，如零部件加工、设计图制作、合同签订、设计方案确定等过程需要依据特定企业的要求来制定，因此周期比较长。

竞争市场非常激烈并且规模较小，现阶段我国存在的建筑行业非标自动化生产厂家数量非常多，如今已经过万，但他们的规模又普遍偏小，不能展开非标自动化新产品的研发工作。

2 非标自动化设计要点

2.1 提升非标自动化的易用性

非标自动化设备的使用对象是人，因此在设计时要全面考虑的各种因素中，要贯彻人性化这一设计理念，首先要考虑人的操作是否简易，认真思考设计出来的非标自动化是否和工人平常的使用习惯向符合，从而使该设备可以更好的为人们提供服务。同时还要考虑人的安全健康问题，在水泥生产线的设计中，要考虑人的职业健康保护问题，如粉尘、噪音等污染的防护，在玻璃生产线中要考虑防烫、防割伤问题，在陶瓷生产线中要考虑异味、重金属污染问题。

2.2 提升非标自动化的制造性

首先，在对非标自动化设计过程中就需要同生产工艺进行有机结合，只有在设计时就充分考虑生产工艺，才能保证设计的还原度，从而达到设计的目的，帮助设计人员更好地解决产品结构、装配工艺等技术难点。其次，在进行零部件选择时需要尽可能地进行成品件及通用件的选择，这样可以有效降低设备在成品率、管理费用以及原材料方面的消耗的设计成本，与此同时进行成品件的采用还可以提高零部件的适应性和通用性，降低后期维修的难度及及时性，使非标自动化的实际设计与制造周期获得延长，设计效率获得有效提升。

2.3 提升非标自动化的可靠性

建筑材料的生产线是一种使用环境十分恶劣的工况，而且其生产线通常连续作业，容易出设备故障，且一旦出故障，损失特别严重，对产能造成重大影响，因此，建材的非标自动化改造对可靠性的要求特别高，否则生产线的性能得不到保证，其故障率高，其生产效率就不能提高，因此失去自动化的意义。众所周知，设计阶段是可靠性的决定阶段，因此，在设计时可靠性要给予充分的考量。一方面，要严格依据各种零部件的可靠性设计标准，特别是一些结构件，在实际的设计中需要严格遵循中国标准体系以及ASME标准体系来将设备的实际安全系数进行提升，有效解决焊接接头不完全、材料不均匀等缺陷，提高非标自动化的安全系数以及质量，与此同时，对于非建材行业通用的零部件，在参照其它行业标准时，要考虑其使用环境，对其材料和安全系数保留更大的设计余量。另一方面，在一些通用件的选型方面，要充分考虑和其寿命是否达到整个设备的设计寿命，检验是否每一个零部件的寿命是否存在短板，特别重视在环境工况变化的情况下要重新对其寿命进行评估，并充分考虑各个协同部件的适配性，将各个零部件的性能发挥到极致。若设备的使用环境存在恶化的状况，应按照恶化条件进行评估，因非标自动化使用的环境不确定因素多，有些没有可靠的寿命，需要在设计时留足安全系数。

除了上述考虑整机设备和零部件的寿命外，还需要考虑在生产制造的过程中，需严格执行设计标准，特别是对原材料及特殊工艺要求方面，若原材料达不到设计的要求，其可靠性就存在极大的隐患，如生锈的钢材，添加二次料的塑料粒子，热处理工艺不到位，材料内部存在瑕疵或者微小缺陷等都可能将部分缺陷引入到零部件中，这些缺陷将带来设备的早期失效风险的大幅度增加，因此要在制造过程中严格挑选符合设计要求的材料。与此同时，要严格按照工艺标准执行，若存在标准执行不到位，同样存在极大的隐患。生产过程中经常出现在焊接质量方面，如坡口尺寸不合格，焊接前清理不到位导致焊接处存在夹渣，焊接过程中的电流、电压设置不合理，焊后没有按照要求做焊后处理等，都会带来早期的焊接开裂问题；关键零部件在设计制造完成后，还需对零部件性能进行检测，确认达到设计要求。

2.4 提升非标自动化的通用性

非标自动化的设计是基于用户要求的功能设计模组，但是要提高生产效率，装配维修效率，同时能对用户个性化和定制化的需求做出快速响应，设计出满足不同规格、不同类型、不同地区的产品，要兼顾通用性设计，即模块化设计。

模块化设计的过程中，要求每一个独立的模块通过简单的组装就能满足不同的需求。因此，每一个模块之间的连接方式必须简单，否则就不能实现模块化的优势，达到其本来的初衷。在设计时，不同的机械设备需要根据其自身的特点进行拆分，设计人员应当根据图纸充分考虑使用装配过程中出现的问题，同时在设计完成后还需要对机械进行预组装，发现问题，从而对设计做出调整，达到最优的设计效果。

模块化设计时应遵循一定的原则，否则易造成顾此失彼的问题。首先要遵循单一模块要能够独立实现一个功能的原则，这样才能保证在安装调试时各个模块彼此独立，便于发现问题；其次，对于复杂的结构要先拆分分解逐步分析，然后再按照实现相同功能归类的原则，对所有零部件进行归类分析，实现相同功能的零部件即为一个模块。再次，在单独模块的设计过程中，充分考虑通用性，特别是一些非常规功能的模组，要预留一些通用接口，以便在后续过程中通过添加模块实现其它的功能。以工业中通用的控制器PLC控制模块为例，必须要对程序的功能进行模块化设计。首先可以根据相关要求对PLC程序进行框架设计，将其框架划分为多个小模块，使程序的框架结构变得清晰，各个子模块之间的功能相互独立，便于程序的编写。这样在编程过程中就能够从很大程度上降低编程的难度，避免在编程过程中出现重复编程的情况出现，在管理上也方便很多。

2.5 提升非标自动化的创新性

随着计算机行业和数字化的飞速发展，工程师们在设计时需要运用上位机，可编程逻辑控制器等工控设备，优化非标自动化的设计。运用上位机等先进的方式进行控制，有助于进行创新优化设计，把设计中复杂的问题简单化，模块化，提高设计效率，优化设计处理。同时，也可以借鉴成熟行业利用的人工神经网络，对设计方案进行优化，如受力分析仿真、热力学仿真、数字化仿真、流水作业节拍仿真，从而规避设计过程的风险。

3 结语

综上所述，建材行业非标自动化设计目前还处于起步阶段，存在多方面的问题，需要设计参照其它行业的非标自动化设计方法全方面考虑，并根据实际业务进行总结，并制定出一套完整的设计开发流程，从而只需按照设计流程就可以得到高效可靠的设计方案。同时，只有从用户出发，考虑用户的易用性、安全性，工艺可制造性，使用可靠性和故障维修性，同时引进各种先进独创性的设计方法和检验方法，兼顾模块化设计的原则和方法，才能高效的设计出满足特定企业需求的自动化设备的需求，从而提高制造的智能化水平，提升生产效率，减轻生产者的劳动强度。