中小型机械设备制造商如何开发出优秀的自动化机械

1、中小型机械设备制造商如何开发出优秀的自动化机械设备山东大风机电自动化 王伦概述：根据我4年的开发经验，总结了一些中小型机械设备厂如何开发出优秀的自动化设备的经验。自动化设备是指相对于普通手工机械，只需要很少的人就可以完成生产的设备。如木工行业的全自动连续式梳齿/涂胶/齿接生产线，钢筋加工机械里的高效数控钢筋锯切生产线，玻璃加工行业里的全自动划圆玻璃切割机，五金行业里的自动弯管机。暖气片加工行业里的自动焊接设备。这些设备具有以下特点：节省人工：原本使用手动或者普通设备需要很多人操作，改用自动化后仅需要很少的人操作。生产速度快，效率高。产品性能优秀。自动化机械生产多采用自动精密元件，加工精度相比人

2、要高出很多。图1：全自动连续式梳齿/涂胶/齿接生产线图2：自动弯管机哪些行业的设备适合自动化生产：机械制造，电气技术发展到今天，可以说各个行业的机械生产都可以实现自动化，没有做不到，只有想不到。这里说的开发，特别是对于中小型机械厂而言，说山寨，仿造更确切，自己原创开发的有，但是很少很难，时间长，远不如山寨的快捷。要点1：市场定位机械公司的老板应该首先确定设备的市场定位，要实现什么样的功能，客户群体是什么，市场价位在哪里。市场定位直接决定了电气设计师（电控箱厂家）的方案设计。不能的功能要求需要选择不同类型的元器件。不同的市场价位决定了元器件的品牌选择，是国内的还是国外的，是高端的还是低端的。不同

3、的客户群体影响操作设计，对于大企业用户，工人素质高，则操作上可以更精细，更明晰。对于普通小作坊的用户，工人素质有限，则操作上要尽可能的简化，最好是一个按钮就完事，尽可能的减少操作失误。以普通的自动剪切（剪板材，剪钢管，塑料包装）用电机为例。要是要求剪切误差一般，可以选用普通的电机或者变频电机，要是要求剪切精度很高，则需要用到步进电机或者伺服电机。高端的变频电机有蓝海华腾的，有国外知名品牌的，低端的国产货多的是。可以把操作设置的很多，以方便用户使用，但是操作多了失误就多，对操作者素质要求高。也可以简化操作，一两个按钮就可以，这样因为操作失误带来的事故就会减少，但是限制了使用灵活性。机会与风险并存

4、，鱼和熊掌不可兼得，作为决策者的机械厂老板，应该首先明确设备的定位，然后电气设计人员才能下手。要点2：机械方面大部分机械都是仿造的，就机械而言，一般不存在问题。但是需要注意两个方面。1 如果是自己原创开发或者找不到借鉴设备的：一定首先确定机械方案的可行性。如果机械在手动情况下都无法实现，用自动就更没法实现了。图3：PVC管自动卷绕机上图是我2011年参与的一个开发，主要是将生产出来的PVC管（家用水管）自动打包。这类设备在国内还未出现，因此机械方案上存在很大难度。如图3，实验看起来卷绕的有模有样的，当时我也是这么实验的，很是兴奋了一阵子。但是当拿到生产车间的时候傻眼了：刚生产出来的管子很黏很软

5、，工人先是手动卷绕，然后当管子到了一定重量后，减切，充气。当时给客户的建议是需要更改生产工艺，不改变生产工艺没法实现自动打包。但是更改工艺很难很难。在这种机械方案都不成熟情况下，即便是国内最好的电气设计师也不容易完成。2 加工精度问题：北方的厂家加工精度上总感觉不如南方人细腻，或许和北方人的性格有关。很多设备要求精确，长度上都精确到丝。电气自动化技术发展到现在，编码器，伺服电机，步进电机，抛开机械而言，电气上完全可以做到0丝的误差。但是设备是机械电气共同组成的，机械精度不达标，奈何电气如何努力也不行。3 机械方案设计：以切割送料类机械为例子。送料剪切分为两大类：图4：摩擦传送第一类：如图所示，

6、拖动电机通过链条与托辊连接，托辊与管材紧密压紧，通过摩擦带动管材移动。既然有摩擦，必然存在摩擦系数问题。或者说，必然会存在打滑的问题，托辊与管材之间压力的多少，托辊的干净程度，都会影响拖动。无论拖动电机是什么类型，变频电机，步进电机，伺服电机，都会存在误差而且无法避免。这种情况下，无论电气上如何努力都不会消除误差。图5：夹托传送第二类：如图5所示，传动部件托住或者夹住管材，拖动电机带动传动部件移动，传动部件移动多少，管材移动多少。此时的精度只与电气有关系了，与机械无多大关系。拖动电机选用变频电机，伺服电机，步进电机，普通电机对精度的影响此时就不同了。所以说，机械方案的设计很重要，不是任何设备加

7、上自动化技术就可以实现设计要求，不要性能不达标时首先查找电气问题。自动化设备的关键首先在于机械。要点3：电气设计1 方案设计：电气工程师的方案设计直接决定了产品性能。但是，这个方案设计往往和采购价格挂钩。机械设备的电气控制箱很多是外部公司或者个体户制作与设计，大多数机械设备公司里没有专门的设计人员，顶多是有些装配与维护人员。一般的流程是：机械厂询问价格，感觉价格合适了就行了，至于电控箱里的具体是什么东西，性能如何，相信绝大多数机械厂都不清楚。2 装配调试：按照机械的动作要求设计软件，并且进行调试，使得设备能够按照机械厂家要求的动作进行。3 设备定型：定型就是机械设备按照各种情况反复进行试验，确

8、定设备运行可靠，性能达标，操作方便为止。这是很多机械厂家和电控柜制作方忽略的事情。机械厂家忽略这个事情是因为外行，按照自己的要求操作一遍，一看设备运行的好就以为万事大吉了。或者按照自己的想法进行操作，留下电控柜厂家呆几天，一看没问题，就认为可以了。电控柜制作方忽略是因为定型是件枯燥费钱的事情，反复测试机器，不如编写程序软件带劲。定型就需要时间，就需要支出钱。一个完美的定型方案应该由电气设计人员制定，考虑到所有可以考虑的因素然后加以测试。4 后续改进：电控柜设计方应该时刻关注着设备的市场情况，不断改进设备性能。一分钱一分货，机械厂出多少价格，大概也就会得到同样性能的电控柜了。人的问题：如今做自动

9、化的人很多，掉个砖头就能砸晕几个和自动化有关系的人。做自动化的人主要来源于几个地方。一个是大学院校出来后就干自动化的，一个是从使用自动化设备的工厂出来的。前者的水平相对较好，后者的水平就不敢恭维了。人和人的能力也不相同。要点4：投入方面山寨一款设备就资金而言，花不了多少，对于任何企业都是可以接受的。主要是精力投入：在很多中小型机械厂，产品开发也是老板负责的，老板有空想起来了就搞一阵子，想不起来或者忙碌了就放一边了。这种情况下根本做不好新产品。提倡办法：集中精力与人力，配合得当的话，中等难度的设备一个月完全可以仿造好的。忙碌的老板们其实做好一件工作就可以了，给要开发的设备进行市场定位。市场定位好

10、了之后完全可以授权一个信得过的产内人员全力负责此事。需要注意的关键一点：电控柜的设计人员（电气工程师）应该是调试的主角，负全权领导责任。整个机械设备的运行由电控箱控制，设备运行的好坏在哪里大脑（PLC）知道，电气工程师不领导谁领导。附录：常见的几款电控柜元器件单片机：图6：单片机及显示装置简单的说它是一个微型电脑，里面可以编写程序，可以控制继电器，交流接触器，步进电机，伺服电机，一般带有一个小小的显示器，用来显示数据和设置参数。在民用产品领域，如智能温度显示器，血压计，汽车仪表，电力仪表上应用相当广泛且性能可靠。在一些机械设备领域也有应用，但是性能很差。主要原因在于：民用产品很多都是大批量生产

11、的，血压计，电表，一次生产就是几千几万个，电路板的设计，生产，检验是很严格的。但是机械设备领域就不一样了，用量少的几十个的就自己焊接，几百个的估计也是自己焊接，要知道电路板自动波峰焊接是需要一定数量的，不然没有利润。自己焊接的电路板如何与大批量全自动波峰焊接的相比。再者，电路板的设计是相当难的，可靠性，稳定性，抗干扰，每一样都是需要时间的。之前也有搞技术的想和我理论，为嘛不能用，一样好好的。在技术领域，在实验室，你可以用单片机控制步进电机，伺服电机，变频器，但是在机械设备上绝对不提倡使用，可靠性是首要问题。顺便说一句：这类设备很便宜的，想想血压计才几个钱。5 PLC图7：PLCPLC也是一种微

12、型电脑，里面可以编写程序，可以控制继电器，交流接触器，步进电机，伺服电机，可以和触摸屏连接用来显示数据和设置参数。PLC是在单片机的基础上发展而来，在单片机的基础上逐渐加入一些特别的电路和厂家软件，为的是在工业领域能够可靠的应用。工业领域的使用环境很复杂，潮湿，高温，高压，电磁辐射，电流干扰，雷击等等。PLC要在这些复杂的工业领域能够可靠的工作。简而言之：PLC是单片机发展出来的，专门用于工业复杂领域的微型电脑。价格也不便宜，国外的几千元，国产的好几百，不是几十元就能买到的。6 文本显示器图8：文本显示器用于工人查看和设置一些生产数据。优点是价格便宜，二三百块钱，缺点是设置参数麻烦，特别是对于

13、文化水平有限的工人。由于价格便宜，在早期设备中应用较多。但是在触摸屏大发展今天，在一些高端设备场合不提倡使用这种操作费劲的显示器。7 触摸屏图9触摸屏用于工人查看和设置一些生产数据。优点是操作方便，画面清晰。国产的价格均在千元以下，且质量好，参数设置很方便。8 变频器图10：变频器通过改变电机的频率调节电机的转速，进而达到调速，节能的目的。主要应用场合：空调调节，破碎机球磨机类负载，大型用电机组，压缩机类，泵类，特点是调速范围一般，不适合精确调速运动的场合。9 步进电机图11：步进电机驱动器步进电机将电机一圈分为若干份，如2000份，10000份，电机转1份需要PLC发送一个脉冲信号，电机转动的多少和速度与PLC发送多少脉冲和脉冲发送速度有关。通过这种方式可以实现电机运行距离与速度的精确控制。应用领域：主要用于一些有定位要求的场合如线切割的工作台拖动，植毛机工作台（毛孔定位），包装机（定长度）。喷绘机、刻字机、写真机、喷涂设备、医疗仪器及设备、计算机外设及海量存储设备、精密仪器、工业控制系统、办公自动化、机器人，电脑绣花机等。这类步进电机