陳 挺

（偉本智能機(jī)電（上海）股份有限公司，上海 200000）

機(jī)械設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化是非標(biāo)自動(dòng)化企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要一環(huán)，標(biāo)準(zhǔn)化成果有助于企業(yè)充分利用和繼承已有的技術(shù)成果，提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短供貨周期，降低成本，進(jìn)而節(jié)省客戶維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用，提高產(chǎn)品的互換性，達(dá)到甲乙雙方共同受益、正向循環(huán)的效果。非標(biāo)機(jī)械設(shè)計(jì)的用戶要求和成果千差萬(wàn)別，基于非標(biāo)自動(dòng)化企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)難以有效落地的現(xiàn)狀，應(yīng)當(dāng)從“基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)”“參考、許用、優(yōu)選庫(kù)”“模塊、產(chǎn)品庫(kù)”3方面著手建立，如圖1所示。

圖1 非標(biāo)自動(dòng)化機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化路徑

1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)

企業(yè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)是在企業(yè)運(yùn)營(yíng)中自然形成的，通過(guò)交付不同的項(xiàng)目逐步累積而來(lái)。

項(xiàng)目資料庫(kù)是以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，結(jié)合項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)（客戶需求），通過(guò)對(duì)國(guó)標(biāo)零部件、品牌標(biāo)準(zhǔn)零部件的選型，再以無(wú)數(shù)個(gè)0到1的機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為紐帶，連接形成的非標(biāo)機(jī)械設(shè)計(jì)成果。

知識(shí)庫(kù)是從項(xiàng)目資料庫(kù)中提煉而來(lái)，包括設(shè)計(jì)規(guī)范、項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)、復(fù)盤總結(jié)等，如機(jī)械設(shè)計(jì)規(guī)范、安全規(guī)范、人機(jī)工程規(guī)范、材料選擇及熱處理規(guī)范、色彩規(guī)范、機(jī)械設(shè)計(jì)常見(jiàn)錯(cuò)誤總結(jié)、項(xiàng)目機(jī)械設(shè)計(jì)問(wèn)題復(fù)盤總結(jié)等。

國(guó)標(biāo)件庫(kù)和品牌標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)分別源于設(shè)計(jì)過(guò)程中選用的國(guó)標(biāo)零件系列和市售品牌標(biāo)準(zhǔn)件。此時(shí)企業(yè)還未有自己的標(biāo)準(zhǔn)，此兩類物料的選用也無(wú)特別規(guī)章可循，物料的種類和數(shù)量處于野蠻增長(zhǎng)的狀態(tài)。

2 參考、許用、優(yōu)選庫(kù)

企業(yè)明確規(guī)范自身標(biāo)準(zhǔn)，從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中提煉出國(guó)標(biāo)件許用庫(kù)、品牌件優(yōu)選庫(kù)及設(shè)計(jì)參考庫(kù)。

（1）國(guó)標(biāo)件許用庫(kù)是從國(guó)標(biāo)件庫(kù)中提煉并完善而來(lái)，包括常用螺釘、螺栓、螺母、墊圈、銷和鍵、軸承等零部件，確定常用緊固件的強(qiáng)度等級(jí)、精度等級(jí)、表面處理方式等技術(shù)事項(xiàng)，并建立3D 數(shù)模圖紙庫(kù)，賦予其完整的物料屬性信息。設(shè)計(jì)人員可直接調(diào)用此類文件，但不允許隨意使用許用庫(kù)之外的相關(guān)物料。許用庫(kù)之外的物料需經(jīng)審批通過(guò)后方可使用，并隨之更新許用庫(kù)內(nèi)容。

（2）品牌件優(yōu)選庫(kù)是從品牌標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)中提煉并完善而來(lái)。優(yōu)選物料的選擇要基于功能性、成本、交期、工況、歷史項(xiàng)目使用頻率等多因素綜合考慮。此類文件設(shè)計(jì)人員可直接調(diào)用，優(yōu)選庫(kù)之外的需經(jīng)審批后方可使用，并有專人做好記錄，后期將綜合上述多種因素適時(shí)更新品牌標(biāo)準(zhǔn)件優(yōu)選庫(kù)。品牌件優(yōu)選庫(kù)須從較常用的大而全的頭部品牌開(kāi)始，例如普通傳感器可先做某知名品牌，整理好優(yōu)選清單、數(shù)模及屬性信息，后續(xù)再做其他同類型品牌標(biāo)準(zhǔn)件時(shí)，可以將該知名品牌優(yōu)選清單給到對(duì)應(yīng)廠家，由廠家推薦平替產(chǎn)品，可起到事半功倍的效果。

（3）設(shè)計(jì)參考庫(kù)來(lái)源于項(xiàng)目資料庫(kù)，是對(duì)已完結(jié)的歷史項(xiàng)目資料通過(guò)“貼標(biāo)簽”的形式進(jìn)行分類、整理、篩選、歸納后提煉而來(lái)的。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，需借助企業(yè)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)及全生命周期管理系統(tǒng)（Product Lifecycle Management，簡(jiǎn)稱PLM），可先由企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化人員定義各種部套級(jí)別以上的物料進(jìn)行分類，并針對(duì)不同物料定義不同屬性，定義各種標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語(yǔ)和標(biāo)準(zhǔn)名稱，最終向企業(yè)所有相關(guān)人員發(fā)布標(biāo)簽庫(kù)（數(shù)據(jù)字典）。

考慮到非標(biāo)機(jī)械設(shè)計(jì)人員專業(yè)水平不一，且為了快速完成設(shè)計(jì)任務(wù)，不愿花費(fèi)大量的時(shí)間和精力對(duì)設(shè)計(jì)圖紙做貼標(biāo)簽等標(biāo)準(zhǔn)化操作，并且設(shè)計(jì)圖紙未經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，必然存在很多問(wèn)題。故建議由專業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)人員統(tǒng)一對(duì)已結(jié)束（已整改完成）的歷史項(xiàng)目進(jìn)行梳理，并在3D 裝配體的自定義屬性中“貼標(biāo)簽”后更新PLM 圖紙庫(kù)和設(shè)計(jì)參考庫(kù)路書(shū)（目錄），后期可通過(guò)PLM 查詢工具精準(zhǔn)查詢所需圖紙。針對(duì)新老項(xiàng)目的方案如下。

（1）新項(xiàng)目圖紙。設(shè)計(jì)定稿→上傳PLM →變更（整改）→項(xiàng)目穩(wěn)定運(yùn)作，整改結(jié)束，終驗(yàn)收→圖紙歸檔→標(biāo)準(zhǔn)化小組或指定人員對(duì)裝配圖進(jìn)貼標(biāo)簽→更新PLM 圖紙庫(kù)→更新設(shè)計(jì)參考庫(kù)路書(shū)→結(jié)束。

（2）老項(xiàng)目圖紙。由標(biāo)準(zhǔn)化小組或指定人員梳理→貼標(biāo)簽→上傳PLM 圖紙庫(kù)→更新設(shè)計(jì)參考庫(kù)路書(shū)→結(jié)束。

標(biāo)簽可根據(jù)各企業(yè)情況劃分，具體如下。

（1）標(biāo)準(zhǔn)化類型標(biāo)簽。如參考、優(yōu)選、模塊、產(chǎn)品等。

（2）圖紙類型標(biāo)簽。如產(chǎn)線、工位、設(shè)備、部套等。

（3）工件類型標(biāo)簽。如發(fā)動(dòng)機(jī)總成、變速箱總成、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、曲軸、氣門、油封、鎖夾等。

（4）設(shè)備類型標(biāo)簽。如機(jī)器人、機(jī)器人地軌、AGV、RGV、堆垛機(jī)、懸臂吊、振動(dòng)料倉(cāng)、輸送線等，此類設(shè)備在行業(yè)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)化程度較高，且市場(chǎng)上有很多企業(yè)以此作為標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品供貨，不少企業(yè)已在業(yè)內(nèi)具有較高的知名度，如博世力士樂(lè)、大連美德樂(lè)的輸送線，以及Gudel、KUKA 的機(jī)器人地軌等。

（5）工藝類型標(biāo)簽。如裝配類的壓裝、擰緊、涂膠、試漏、加油、倒油、稱重；打標(biāo)打碼類的激光打標(biāo)、針式打標(biāo)、氣動(dòng)沖刻、噴碼機(jī)、貼標(biāo)等；加工類的加工中心、打磨、拋光、砂光、沖壓、剪板、去毛刺、激光切割、等離子切割、鑄造、焊接、注塑、3D 打印、折彎、校平、校直等；清洗類的氣清、水清、等離子清洗、超聲波清洗等；部分自動(dòng)化工藝（如NG、返修、抽檢、工裝等）。

（6）功能類型標(biāo)簽。如氣動(dòng)舉升定位、普通電機(jī)翻轉(zhuǎn)、伺服電動(dòng)平移、手動(dòng)快換、自動(dòng)快換、有無(wú)檢測(cè)、到位檢測(cè)、分料/分張、連接、定位、支承、限位、潤(rùn)滑、標(biāo)定、防護(hù)等。

貼標(biāo)簽規(guī)則：采用多標(biāo)簽組合的形式對(duì)裝配圖貼標(biāo)（更新3D 裝配體中的自定義屬性），且不同類型標(biāo)簽的表述內(nèi)容盡量不相交，如工藝標(biāo)簽中有“涂油”“砂光”“折彎”，則設(shè)備標(biāo)簽中無(wú)需再有“涂油機(jī)”“砂光機(jī)”“折彎?rùn)C(jī)”等字眼。

3 模塊、產(chǎn)品庫(kù)

3.1 模塊庫(kù)

模塊庫(kù)主要包括設(shè)計(jì)工具和設(shè)計(jì)內(nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)化模塊化。

（1）設(shè)計(jì)工具的標(biāo)準(zhǔn)化模塊化是根據(jù)企業(yè)自身特點(diǎn)制訂設(shè)計(jì)工具模版，目的是避免千人千面、各自為政而引起的不必要的資源浪費(fèi)和低效率。如3D 設(shè)計(jì)圖紙模版、氣路圖模版（模塊圖）、布局圖模版、機(jī)電對(duì)接模版、會(huì)簽圖模版等。

（2）設(shè)計(jì)內(nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)化模塊化是最高級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)化成果，做起來(lái)較難。雖然非標(biāo)設(shè)備或生產(chǎn)線是定制性的，可復(fù)制性比較低，但非標(biāo)設(shè)備及生產(chǎn)線也是由各種標(biāo)準(zhǔn)零部件（如電機(jī)、氣缸、傳感器、輸送線、各類型機(jī)器人等應(yīng)用與功能）組合而成的，而且就其功能而言，脫離不了加工、裝配、檢測(cè)、包裝與運(yùn)輸?shù)姆懂牎?/p>

在非標(biāo)自動(dòng)化模塊設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)模塊進(jìn)行劃分應(yīng)遵循單一模塊可以獨(dú)立完成一個(gè)功能的原則，這樣在組裝過(guò)程中可以保證各個(gè)功能模塊相互獨(dú)立，便于調(diào)試和搭配。在模塊的劃分過(guò)程中，應(yīng)注意每個(gè)模塊的結(jié)構(gòu)，每個(gè)組立模塊的結(jié)構(gòu)應(yīng)相互獨(dú)立，這樣在需要更換組立模塊時(shí)無(wú)需更換其他組立模塊。與此同時(shí)，對(duì)于較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，可以先對(duì)其進(jìn)行分解，將結(jié)構(gòu)中的組件也進(jìn)行模塊化，通過(guò)添加或刪除部分組件，可以使結(jié)構(gòu)具有不同的多元化功能。在對(duì)基礎(chǔ)設(shè)備進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)時(shí)，可利用其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，將其作為單獨(dú)的模塊進(jìn)行處理，以用作改變?cè)O(shè)備的工作空間，使設(shè)備的規(guī)格在保證完成生產(chǎn)的前提下具有廣泛性。在模塊的劃分過(guò)程中，還應(yīng)考慮對(duì)后續(xù)工作的技術(shù)更新的可能性，在每個(gè)模塊中應(yīng)留出一定數(shù)量的空閑接口，以便在后續(xù)工作中能夠增加相應(yīng)的模塊實(shí)現(xiàn)更高的要求，達(dá)到更佳的擴(kuò)充性和兼容性。

模塊化設(shè)計(jì)規(guī)劃時(shí)要按照自上而下的順序，落地時(shí)要按照自下而上的順序，做模塊化設(shè)計(jì)就像建大樓一樣，先根據(jù)目的和用途來(lái)規(guī)劃大樓的外形輪廓、框架結(jié)構(gòu)、功能配置等，實(shí)施時(shí)要先挖基礎(chǔ)、打地基，準(zhǔn)備好水泥、石子、沙子、鋼筋、磚頭等基礎(chǔ)材料，按照施工方案和計(jì)劃一點(diǎn)點(diǎn)堆徹而成。模塊化的建立參考路徑如下。

（1）通過(guò)專家判斷初步找出模塊化目標(biāo)。判斷原則：已多次重復(fù)出現(xiàn)且未來(lái)還會(huì)頻繁再現(xiàn)的設(shè)計(jì)或者事務(wù)。

（2）立項(xiàng)，明確模塊化設(shè)計(jì)責(zé)任人。

（3）搜集資料，資料來(lái)源以內(nèi)部資料為主，外部資料為輔，包括供應(yīng)商、同行、網(wǎng)絡(luò)等；格式不限，如圖紙、文檔、照片、視頻等。

（4）整理羅列找規(guī)律、剪裁、取舍。

（5）方案明確后由專家判斷審核，進(jìn)一步明確設(shè)計(jì)方向。

（6）系列化設(shè)計(jì)，國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)件和品牌標(biāo)準(zhǔn)件必須分別取自于國(guó)標(biāo)件許用庫(kù)和品牌標(biāo)準(zhǔn)件優(yōu)選庫(kù)，若不能滿足則擴(kuò)充國(guó)標(biāo)件許用庫(kù)和品牌標(biāo)準(zhǔn)件優(yōu)選庫(kù)。

（7）設(shè)計(jì)圖紙審核，包括審圖工程師、采購(gòu)、生產(chǎn)及工藝人員。

（8）發(fā)布試行，并根據(jù)使用情況優(yōu)化設(shè)計(jì)后發(fā)布更新。

以典型的氣動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為例，此機(jī)構(gòu)是非標(biāo)自動(dòng)化行業(yè)較常見(jiàn)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，由氣缸及氣缸安裝支架、氣缸浮動(dòng)接頭、直線導(dǎo)軌、拖鏈、擋塊、撞塊、油壓緩沖器、非標(biāo)定制的固定主體和移動(dòng)主體、內(nèi)六角螺釘、螺母、磁開(kāi)或接近開(kāi)關(guān)、傳感器支架組成。設(shè)計(jì)思路如下。

（1）此機(jī)構(gòu)重復(fù)使用頻率高，故大目標(biāo)是氣動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化模塊化。

（2）對(duì)此機(jī)構(gòu)進(jìn)行WBS 分解，需標(biāo)準(zhǔn)化的內(nèi)容分為國(guó)標(biāo)零部件、品牌零部件、自制零部件3大版塊。

（3）國(guó)標(biāo)件許用庫(kù)是模塊化設(shè)計(jì)的第一基礎(chǔ)。此機(jī)構(gòu)會(huì)用到GB/T 70.1發(fā)黑8.8級(jí)的內(nèi)六角螺釘；品牌件優(yōu)選庫(kù)是模塊化設(shè)計(jì)的第二基礎(chǔ)。與此結(jié)構(gòu)相關(guān)的有FESTO 氣缸、磁開(kāi)，BALLUFF 接近開(kāi)關(guān)或光電開(kāi)關(guān)，HIWIN 直線導(dǎo)軌，MISUMI 經(jīng)濟(jì)型油壓緩沖器和調(diào)整螺釘、IGUS 拖鏈。

（4）在第一和第二基礎(chǔ)已基本完備的情況下，開(kāi)發(fā)出氣缸浮動(dòng)接頭和設(shè)備阻擋兩大系列化設(shè)計(jì)模塊。后續(xù)設(shè)計(jì)時(shí)只需花精力設(shè)計(jì)固定主體、移動(dòng)主體，以及部分簡(jiǎn)單支架等連接固定件，進(jìn)而快速完成整套機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)選型工作，且通用化零部件的占比極高。

3.2 產(chǎn)品庫(kù)

產(chǎn)品庫(kù)是由使用頻率較高、使用量較大的模塊化物料升級(jí)或組合而來(lái)的，具有通用性高、供貨周期短、綜合性價(jià)比優(yōu)于品牌標(biāo)準(zhǔn)件的優(yōu)點(diǎn)。產(chǎn)品庫(kù)中的物料一般要做廠內(nèi)備庫(kù)、備料或廠外備庫(kù)、備料或具備批量生產(chǎn)制作的條件，相比模塊化物料可以達(dá)到快速交貨、價(jià)格低廉的效果。在設(shè)計(jì)階段通過(guò)管理手段，加強(qiáng)宣貫和監(jiān)督，提高此物料的復(fù)用率。

圖2為M30×2自制地腳模塊，此模塊使用頻率極高，幾乎每臺(tái)非標(biāo)設(shè)備都要使用，通過(guò)工藝優(yōu)化、批量生產(chǎn)制造、廠內(nèi)備庫(kù)備等措施，大幅降低了采購(gòu)成本，降本幅度高達(dá)70%以上。在設(shè)計(jì)階段，通過(guò)管理手段加強(qiáng)宣貫和監(jiān)督，提高此物料的復(fù)用率，從而起到減少設(shè)計(jì)時(shí)間、設(shè)計(jì)犯錯(cuò)、管理成本，提高設(shè)計(jì)效率、準(zhǔn)確率、物料流轉(zhuǎn)率的效果。

圖2 M30×2自制地腳模塊

4 結(jié)束語(yǔ)

非標(biāo)自動(dòng)化企業(yè)的機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化可參照路徑：以基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，采用科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)化方法從中提取出設(shè)計(jì)參考庫(kù)、國(guó)標(biāo)件許用庫(kù)、品牌件優(yōu)選庫(kù)，結(jié)合歷史使用數(shù)據(jù)分析進(jìn)一步萃取出自己的模塊庫(kù)和產(chǎn)品庫(kù)。目前，部分非標(biāo)自動(dòng)化企業(yè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化未形成統(tǒng)一的正確認(rèn)知，此路徑對(duì)非標(biāo)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)施有指導(dǎo)作用。只有統(tǒng)一正確認(rèn)知，全員參與，堅(jiān)定不移地遵循“策劃→實(shí)施→檢查→處置”的循環(huán)管理辦法（PDCA 戴明管理模式），才能取得明顯的標(biāo)準(zhǔn)化成果，進(jìn)而取得明顯的降本增效的效果，才能更好地為企業(yè)賦能，讓企業(yè)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)。