淺談智能制造與設(shè)備設(shè)計(jì)

趙超飛

摘 要：一方面，隨著全球化經(jīng)濟(jì)一體化的不斷發(fā)展，各行業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)在不斷加劇;另一方面，“中國(guó)制造2025”將自動(dòng)化設(shè)備行業(yè)列入十大重點(diǎn)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)之一;這就更加加快了智能制造的發(fā)展和普及。

關(guān)鍵詞：智能制造;智能裝備;電機(jī);氣缸;齒輪;螺釘

1.智能制造的發(fā)展

1.1制造產(chǎn)業(yè)面臨的問(wèn)題

自主創(chuàng)新能力不足。中國(guó)制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)增加值雖然已經(jīng)居于世界首位，但是在制造技術(shù)的發(fā)展上存在著嚴(yán)重的重引進(jìn)輕創(chuàng)新思想，許多行業(yè)只看到短期收益，甚至在一定程度上放棄了自助研發(fā)[1];產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題突出。抽查產(chǎn)品質(zhì)量不合格率高達(dá)10%，制造業(yè)每年直接因質(zhì)量問(wèn)題損失超過(guò)2000億元[2];技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)和生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)弱，產(chǎn)業(yè)集聚和集群發(fā)展水平低，具有較強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的大企業(yè)少;產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理。中國(guó)制造業(yè)大多處于組裝、制造階段，增值能力有限，附加值較低，許多先進(jìn)技術(shù)掌握在發(fā)達(dá)國(guó)家手里[3]

1.2我國(guó)智能制造的發(fā)展

21世紀(jì)是智能制造獲得重大發(fā)展和廣泛應(yīng)用的時(shí)代，智能制造將引發(fā)制造業(yè)革命，并將重新構(gòu)筑全球制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)格局。智能制造是傳統(tǒng)轉(zhuǎn)型升級(jí)的必要手段，自動(dòng)化、數(shù)字化工廠還能在勞動(dòng)力大幅下降的同時(shí)實(shí)現(xiàn)個(gè)性化需求，大大縮短交貨期，而且將使得傳統(tǒng)金字塔式的管理體制被扁平管理體制取代，對(duì)市場(chǎng)做出更加快速的響應(yīng)[4]?！吨袊?guó)制造2025》中五大工程之一就是“智能制造工程”建立智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系和信息安全保障系統(tǒng)，搭建智能制造網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺(tái)。

2.設(shè)備設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)一臺(tái)自動(dòng)化設(shè)備必須完成以下幾個(gè)階段：明確設(shè)備的任務(wù)需求;方案的評(píng)估;設(shè)備設(shè)計(jì);零件加工與組裝;設(shè)備調(diào)試;設(shè)備運(yùn)行。以下就設(shè)備任務(wù)需求、動(dòng)力設(shè)計(jì)、傳動(dòng)設(shè)計(jì)、緊固聯(lián)接進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。

2.1設(shè)備任務(wù)需求

設(shè)備任務(wù)需求包括：設(shè)備目的，明確設(shè)備的作用;設(shè)備效率，該設(shè)備在規(guī)定時(shí)間需完成的工作量;設(shè)備的安裝場(chǎng)地、運(yùn)行環(huán)境，明確設(shè)備的設(shè)計(jì)尺寸和防護(hù)要求;產(chǎn)品的大小尺寸和重量，確定設(shè)備的動(dòng)力和方式;設(shè)備預(yù)算，設(shè)備零件的選材和標(biāo)準(zhǔn);。

2.2動(dòng)力設(shè)計(jì)

2.2.1電機(jī)的選擇計(jì)算

根據(jù)負(fù)載性質(zhì)和生產(chǎn)工藝對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等，選擇合適的電機(jī)類型。

根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩、速度變化范圍和啟動(dòng)頻繁程度等要求，考慮電機(jī)的溫升限制，過(guò)載能力和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，選擇合適的電機(jī)功率，并確定冷卻通風(fēng)方式。

一般電機(jī)功率P的計(jì)算如下：

根據(jù)使用場(chǎng)所的環(huán)境條件，選擇電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式。

根據(jù)使用電壓標(biāo)準(zhǔn)和功率因數(shù)的要求，確定電機(jī)的電壓等級(jí)和類型。

根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的最高轉(zhuǎn)速和對(duì)電力傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程性能要求，以及機(jī)械減速機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度，選擇電機(jī)額定轉(zhuǎn)速。

另外，選擇電機(jī)也必須符合節(jié)能要求、運(yùn)行可靠性、設(shè)備供貨情況、備品備件的通用性、安裝檢修的難易，以及產(chǎn)品間隔、建設(shè)費(fèi)用、運(yùn)行和維修費(fèi)用、生產(chǎn)過(guò)程中前后期電機(jī)功率變化關(guān)系等各種因素[5]。

2.2.2氣動(dòng)元件的選型計(jì)算

氣動(dòng)執(zhí)行元件是在氣動(dòng)系統(tǒng)中，將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的一種傳動(dòng)裝置。它能驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)、擺動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或夾持動(dòng)作。由于氣動(dòng)的工作介質(zhì)是氣體，具有可壓縮性，因此氣動(dòng)元件的重復(fù)精度可控制在0.2mm內(nèi)。

氣動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行元件是氣缸和真空閥，影響真空閥吸力大小因素之一為吸盤。

2.3傳動(dòng)設(shè)計(jì)

以下為常見(jiàn)傳動(dòng)方式：

齒輪傳動(dòng)。傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，傳遞功率和速度范圍較大，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，傳動(dòng)效率可達(dá)98%以上，但不能用于中心距過(guò)大的傳動(dòng)，安裝要求較高;

帶傳動(dòng)。分為皮帶和同步帶：皮帶傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)平穩(wěn)無(wú)噪聲、能緩沖和吸振，能過(guò)載保護(hù);同步帶傳動(dòng)，傳遞效率可達(dá)98%，傳遞平穩(wěn)，無(wú)打滑，安裝和維修成本低，不能在高溫環(huán)境下工作。

鏈傳動(dòng)。傳遞功率比較大，能在低速，重載和高溫條件下工作，傳遞效率可達(dá)95%～97%，但是，鏈傳動(dòng)安裝、維修成本較高，磨損容易脫落。

摩擦輪傳動(dòng)。可以無(wú)間隙的實(shí)現(xiàn)正反向傳動(dòng)，噪聲低;但是摩擦傳遞軸向受力較大，不能保持準(zhǔn)確傳動(dòng)。

2.4緊固聯(lián)接

螺釘?shù)穆菁y有很多種，這里只介紹常用的普通螺釘，牙型角為60度，自鎖性能好，螺牙抗剪強(qiáng)度高。

螺釘直徑d的計(jì)算

3.總結(jié)

制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的主體，是立國(guó)之本、興國(guó)之器、強(qiáng)國(guó)之基。工業(yè)制造企業(yè)逐步向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展，無(wú)人工廠將成為常態(tài)。作為自動(dòng)化設(shè)備設(shè)計(jì)者必須不斷學(xué)習(xí)新技術(shù)、應(yīng)用新技術(shù)，才能設(shè)計(jì)出更精準(zhǔn)、更高效、更智能的設(shè)備。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳明寶.世界先進(jìn)制造業(yè)創(chuàng)新與發(fā)展趨勢(shì)及其啟示[J].海峽科技與產(chǎn)業(yè)，2006

[2]張柏興.機(jī)器人與智能制造，IAIS 2016.11.25智能機(jī)器人專場(chǎng)

[3]車建國(guó)。世界制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)和中國(guó)制造業(yè)的路徑選擇[J]，現(xiàn)代管理科學(xué)，2008

[4]彭瑜。中國(guó)制造業(yè)探索實(shí)踐，工業(yè)控制與智能制造，2015.