基于智能化的機械設備設計分析

賈瑞寬 王玉良

1.山東碩誠機械有限公司 山東 臨沂 276000；2.山東臨工工程機械有限公司 山東 臨沂 276000

1 機械設備智能化設計策略

1.1 改進機械設備結(jié)構(gòu)

部分智能化機械設備的結(jié)構(gòu)復雜，結(jié)構(gòu)使用功能單一，制造成本與使用成本較高。因此，在智能化機械設備設計階段，設計人員需要從兩方面著手。一方面，對機械設備使用用途與各部位使用情況進行綜合分析，保留利用率較高部位，對剩余結(jié)構(gòu)部位進行裁撤或是修改完善。另一方面，使用全新材料以替代原有材料，如配置智能元器件與傳感元件等，這將起到完善機械設備使用功能的作用。

1.2 應用網(wǎng)絡通信技術(shù)

在老舊型號機械設備使用期間，受到技術(shù)限制，需要采取人工操控方式，手工記錄機械設備實時運行參數(shù)，采取目視檢查法判斷設備運行工況。在這一運行模式中，設備所產(chǎn)生信息數(shù)據(jù)存在滯后性，不利于設備控制與維護檢修工作的開展，且企業(yè)需要投入大量人力資源組織開展設備現(xiàn)場巡查與參數(shù)記錄等工作。因此，在智能化機械設備設計環(huán)節(jié)，為有效解決這一問題，應靈活運用網(wǎng)絡通信技術(shù)，以突破空間與時間限制，依托信息化系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)，實時將機械設備現(xiàn)場信號傳輸至控制系統(tǒng)，幫助管理人員掌握機械設備實時運行狀況。同時，在機械設備中增設數(shù)據(jù)采集與處理模塊，在無人工干預條件下，基于程序運行準則，自動對設備實時運行數(shù)據(jù)進行采集，并對數(shù)據(jù)進行運算處理，將數(shù)據(jù)處理結(jié)果反饋至控制系統(tǒng)，這將有效減小操作人員的實際工作量[1]。

1.3 應用傳感技術(shù)

在傳統(tǒng)機械設備實際使用期間，暴露出設備運行僵化問題，在外部環(huán)境發(fā)生變化時，難以在短時間內(nèi)調(diào)整機械設備運行狀態(tài)及負荷，不但造成了電力能源的浪費，在問題嚴重時，還容易出現(xiàn)設備運行故障。針對于此，在智能化機械設備設計階段，可選擇應用傳感技術(shù)，在機械設備結(jié)構(gòu)中增設傳感元件，在設備運行期間，持續(xù)對周邊環(huán)境情況進行感知，基于所獲取感知信息來判斷外部環(huán)境情況，并判斷機械設備運行狀態(tài)，如基于感知模塊持續(xù)對機械臂運行軌跡進行監(jiān)控，如果機械臂實際運行軌跡與預期不符，則表明機械設備處于異常運行狀態(tài)。同時，還需要賦予機械設備自動控制功能，將傳感信息為主要依據(jù)，準確判斷外部環(huán)境情況與設備運行狀態(tài)，在必要情況下，控制系統(tǒng)將自動對機械設備運行模式進行調(diào)整，如自動校正與自動定位，消除機械臂等部件的偏移量，恢復機械設備正常運行狀態(tài)。

1.4 構(gòu)建自診斷系統(tǒng)

目前來看，多數(shù)型號機械設備的結(jié)構(gòu)精密復雜，且生產(chǎn)環(huán)境條件影響，在設備長時間運行過程中，受到環(huán)境與自身老化震動因素影響，容易產(chǎn)生運行故障，對設備運行狀態(tài)造成影響。同時，需要操作人員前往現(xiàn)場開展設備檢修工作，及時恢復設備正常運行狀態(tài)。而在機械設備出現(xiàn)故障與檢修工作期間存在時間差，在這一階段內(nèi)的生產(chǎn)效率將出現(xiàn)明顯波動，對企業(yè)造成一定難度經(jīng)濟損失。

因此，在智能化機械設備設計階段，為縮減甚至消除這一時間差，避免企業(yè)經(jīng)濟效益下降，應在智能化機械設備中構(gòu)建自診斷系統(tǒng)，設置若干數(shù)量自檢信號。在機械設備運行期間，自診斷系統(tǒng)將持續(xù)對設備運行狀態(tài)進行監(jiān)測，當監(jiān)測到異常狀態(tài)時，發(fā)出故障信號，自動開展設備故障診斷工作，將診斷結(jié)果為依據(jù)，執(zhí)行相應控制措施，如切斷故障設備與其他設備的連接，快速恢復機械設備正常運行狀態(tài)，并減小設備故障所造成損失。

1.5 標準化設計

機械設備過程中受到生產(chǎn)工藝限制，需要配置不同型號的智能化機械設備，并將設備接入控制系統(tǒng)中。如果所配置智能化機械設備的兼容性較差，將會影響到設備控制效果與生產(chǎn)效率。同時，從機械設備檢修層面來看，在機械設備運行期間出現(xiàn)故障問題后，如果配置非標智能化機械設備，需要企業(yè)配置特定型號尺寸的配備配件，加之缺乏這類非標設備的檢修經(jīng)驗，不利于設備檢修工作的開展。

因此，在保證機械設備滿足實際使用需求與條件允許前提下，設計人員盡可量使用標準化零部件，遵循相關(guān)設計規(guī)范，以提高智能化機械設備的標準化與兼容性。而標準化設計的本質(zhì)在于，具備共同視同和重復使用特點。例如，企業(yè)配置標準型號的備品備件，在各類機械設備出現(xiàn)運行故障后，都可以直接從備品備件庫中領(lǐng)取所需備品，對設備破損部件進行直接更換，即可解決故障問題，恢復設備正常運行狀態(tài)[2]。

2 智能化機械設備發(fā)展趨勢

現(xiàn)階段，根據(jù)智能化機械設備應用情況來看，多數(shù)企業(yè)秉持整體化設計理念，機械設備運行系統(tǒng)與各項使用功能之間保持密切聯(lián)系。這不但加大了機械設備的設計難度，同時，在出現(xiàn)設備運行故障后，容易導致機械設備陷入運行癱瘓，造成嚴重損失，設備運行穩(wěn)定性較差。因此，應推動智能化機械設備的模塊化設計發(fā)展，基于使用需求，將機械設備運行機制劃分為若干模塊，如故障診斷模塊、傳感模塊、自動控制模塊等，分別開展各模塊設計工作，再對多套設計方案進行整合處理，以此降低設計難度，縮減工作量。同時，機械設備各功能模塊處于獨立運行狀態(tài)，相互之間互不統(tǒng)屬，在任意模塊出現(xiàn)運行故障后，并不會對其他功能模塊與機械設備運行狀態(tài)造成明顯影響，以此保證機械設備的安全穩(wěn)定運行。從設備維修層面來看，在基于模塊化理念設計的機械設備出現(xiàn)運行故障后，維修人員僅需對機械設備故障模塊進行更換或維修，即可解決故障問題，恢復設備正常運行，對機械設備實際運行效率的提升有著重要意義[3]。

3 結(jié)束語

綜上所述，在全新時代背景下，為切實滿足生產(chǎn)需求，解決機械設備使用期間面臨的難題，企業(yè)必須加大智能化機械設備的設計力度，積極落實科學設計策略，樹立一體化與模塊化設計理念，更好地推進機械設備與智能化的融合。