非标自动化设备模块标准化的探究分析

徐江明

（博众精工科技股份有限公司，江苏 苏州 215000）

1 行业特点

对于3C行业，特别是手机、电脑、智能手表等行业，产品更新快，要求定制化的设备交期非常短，甚至一台复杂的设备只给20天时间。要想在如此短的时间内保质保量完成设计、组装和基础调试，非走模块标准化的道路不可。下面就非标自动化设备模块标准化的关键要点进行探究。对于非标自动化设备，模块实现完全的标准化，即结构和尺寸同时标准化是无法实现的，所以需要转变思路，以实现结构的标准化为目标，同时借鉴现有标准化技术，实现设计效率与品质的大幅提升。一般情况下，同一公司的客户在产品领域是相对一致的，所用的设备在结构上都是大同小异，修改后可以相互借用，所以结构标准化大有可为。

2 实施步骤及规范

2.1 实施步骤

经过不断的摸索与实践，最终形成了一套比较系统的结构标准化规范。具体实施步骤如下：第一步：对模块进行提炼。将实现同一功能、类似结构的模块按载荷的大小进行分类，可分为轻载、中载、重载。因为后续提到的参数化或尺寸驱动设计的前提是：模块的结构与零件的数量不变，而且调整后的模块其零件强度仍要在规格范围内，否则强度不足必然导致结构发生变化。第二步：对模块结构进行优化。从功能角度进行检讨，去除结构冗余和强度冗余，选择性价比高的标准件，使之在确保功能的前提下具有更优的性价比。第三步：对模块进行3D与2D图重建。对于标准化的3D和2D图要人人能看懂。作图时要用最基本的指令，按常规逻辑把设计意图表达出来，让大家一看就明白。

2.2 作图规范

简单地说，作图要遵守如下规则：

2.2.1 3D 图作图规则

（1）只能用以下四种最基本的指令，特殊情况除外。如此能有效避免将精力浪费在指令的理解上。拉伸/拉伸切除；异型孔；基准面、线、轴建立；特征关联（平行、垂直、共线、中点）。

（2）草图中的几何特征尽可能用约束的方法建立。标注的尺寸以功能为依据，为方便修改，尺寸越少越好。如图1所示，此为轴承座创建时的草图，左图需要标注9个尺寸，右图按规范只需标注6个尺寸。当需要增加台阶高度时，左图需要修改2个“20”尺寸，右图只要修改1个“20”尺寸。所以按规范作图可以提高效率，又不容易出错。

图1 轴承座草图的画法比对

（3）零/组件树型结构中所有的特征都要按功能建立并符合逻辑关系，无多余的步骤。如图2所示，该矩形零件上打两个M3的锥形螺丝固定孔。左图先钻孔再倒角，看不出是用于固定M3锥形螺丝的。右图按规范作图，可直接看出两孔的功能，很好地把设计者的意图传达给看图者（如加工人员、安装人员等）。

图2 矩形零件打孔画法的逻辑比较

（4）复杂零件的尺寸如果是按对手件确定的，在作草图时一定要建立对手件的尺寸逻辑图。如图3所示，蓝色点划线为对手件的逻辑图。方便设计后检查尺寸是否正确、模拟运动看是否有干涉，从而确保设计的正确性，同时大大提高了协同设计的效率。

图3 翻转治具对手件尺寸逻辑图示例

树形结构的文字要全黑，表示设计的特征无错误。零件草图必须全黑，表示草图全约束。

2.2.2 2D 图作图规则

（1）一定要标注长宽高尺寸，方便供应商加工时备料。若2D图缺少长宽高尺寸，备料时加工人员必须找3D图一一测量，费时费力。

（2）标注的尺寸与公差要能反应功能，不能按坐标法标注。如图4所示，该零件为两段流水线间的连接板，零件左侧四个沉头孔和右侧四个沉头孔分别固定在不同的流水线。左侧图中看不出此功能，右侧图充分体现了功能：四孔一组（定位尺寸为14×20）,组与组的间距为22（控制连接后两段流水线间的距离）。

图4 流水线连接板画法对比（反映功能）

（3）有对手件的尺寸要整体内部自我关联标注，然后再在对手件之间标注关联尺寸。如此在参数调整时对手件相关尺寸可以整体一起变化。如图5所示，该零件为两段流水线间的连接板，零件左侧四个沉头孔和右侧四个沉头孔分别固定在不同的流水线。左侧图中看不出此功能，右侧图充分体现了功能：四孔一组（定位尺寸为14×20）,组与组的间距为22（控制连接后两段流水线间的距离）。

图5 流水线连接板画法对比（反映关联）

（4）进行尺寸驱动设置。驱动规则如下。

第一，确定用于驱动的尺寸。用于驱动的尺寸必须是决定功能的关键尺寸，而且越少越好。如图6所示，XYZR四轴运动模组分别由“底座长”、“底坐高”、“Y轴横梁长度”作为关键尺寸，驱动此四轴运动模组的相关尺寸，使之满足使用要求。

图6 XYZR四轴运动模组的驱动尺寸

第二，建模块时各功能结构相关位置尺寸互相关联，保持不变。驱动后改变的是四周的空白，所以驱动后要按实际需要手动修改对应的参数。为了降低采购成本，缩短交期，公司都有规定：标准件必须符合公司标准化要求（目的是减少标准件的品种以提高采购数量）。所以结构标准化的模组尺寸驱动后，不允许自动改变标准件的尺寸，必须重新下载公司标准化后的标准件。如图7所示，尺寸驱动时，关联结构的尺寸不变，改变的是相应方向上的空白。

图7 XYZR四轴运动模组驱动前后对比

第三，标准模块内建有备选标准件（按公司规定的优选清单，相同功能的有多种性价比不同的品牌供选），如果需要可以按需选择。为了确保尺寸驱动后所选的标准件是公司规定使用的标准化后的标准件，结构标准化模组内设有同系列的不同尺寸的标准件供选择，以便实现规范、高效替代。如图8所示，供选的直线模组有6种。

图8 XYZR四轴运动模组备选标准件示例

（5）完成结构标准模块的引用后，可以在此基础上进行自由修改，直到达成设计目标。

按以上规则建立的结构标准化模块大大提高了我们的设计效率和品质保证，到目前为止几乎所有常用结构都建立了标准模块，比如机架模组、流水线、点胶模组、组装模组、tray盘上/下料模组、螺丝锁附模组等。尤其是前文提到的XYZR四轴运动模组，已经广泛用于智能手表、手机、笔记本等3C产品的组装工序中，为实现上/下料、组装、搬运、点胶、粘贴、锁螺丝、检测等工艺提供了相应的运动执行机构。

3 结语

本文是对非标行业模块标准化探究成果的概述，研究非标行业模块标准化的目的是最大程度确保设备的稳定性和提高设计效率。对于非行业来说引用模块的同时进行适度的修改是必须的。所以我们所提炼的模块都是在实际应用中多次使用并优化后没有问题的常用结构，以确保稳定可靠；同时在作图时遵循前文提到的规范标准，充分体现通俗易懂和快速修改的特点。以上方式方法在实践中行之有效，能达到预期的目的。