非标自动化设备的模块化设计

孙庆峰

[摘    要]非标自动化设备模块化设计有利于各行业节约生产成本，提高生产效率，增加收益，还有利于促进国民经济转型升级。文章研究了非标自动化设备的原理和模块化设计的理念，分析非标自动化设备的模块化设计的优点，并对未来非标自动化设备的模块化设计发展提出几点策略。

[关键词]非标自动化设备;模块化设计;劳动力成本

[中图分类号]TP23 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2022）04–0–03

Research on Modular Design of Non-standard Automation Equipment

Sun Qing-feng

[Abstract]The modular design of non-standard automation equipment is conducive to saving production costs， improving production efficiency， increasing income， and promoting the transformation and upgrading of the national economy. This paper deeply studies the principle of non-standard automation equipment and the concept of modular design， analyzes the advantages of modular design of non-standard automation equipment， and puts forward some strategies for the development of modular design of non-standard automation equipment in the future.

[Keywords]non standard automation equipment; modular design; labor cost

1 非标自动化设备的原理及模块化设计的理念

1.1 非标自动化设备的原理

非标自动化设备是根据客户需要而量身定制的自动化设备，符合企业的个性化生产需要，是非标准化、易更改的自动化设备，具有操作简单、灵活应用的特点。非标自动化设备广泛应用于工业、制造业、电子、医疗卫生和航天航空等行业中，在生产过程中根据用途和使用场景的不同进行专门的设计。非标自动化设备和标准化自动设备最大的区别是：标准化设备可以在市场中进行交易，所生产的设备可以卖给不同的客户;而非标自动化设备是不能在市场中进行交易的，生产出来之后只能卖给定制这个设备的企业。非标自动化设备可以根据客户的需要进行独立设计，满足客户在生产过程中的一系列需要。

1.2 模块化设计的理念

模块化设计就是将某些生产要素组合在一起，形成一个独特的子系统，再根据生产中的不同需要，不断在子系统中加入其他要素，最终形成一个个完整的系统，每一个系统都具有不同的功能，适应不同的生产需要[1]。模块化设计在汽车制造业、食品业、物流业等行业都有广泛应用。模块化设计是对生产要素的拆分和组合，子系统的建立要具有通用性。例如，在汽车制造行业中，各个汽车生产厂家所生产的汽车在外形、性能、功用方面不尽相同，但是其内部零部件大多是通用的，如蓄电池、發动机、仪表、音响、雨刷、轮胎等。汽车制造厂家将通用的各个零部件组装起来，再加入自己独特的技术，就完成了自己公司的汽车生产。

2 非标自动化设备模块化设计的优点

2.1 提高工作效率，扩大产品研发

非标自动化设备模块化设计，可以减少设计师的设计成本。在生产过程中，各个模块具有通用性，设计师可以按照图纸将各模块进行组装，再根据用途和适用场景的不同进行改动，使之满足不同的需求。设计师不必再重新进行各个零部件的设计，可以节省时间，提高工作效率。一个子系统可以通过安装不同的生产元素，得到不同功能或相同功能不同性能的产品，有利于扩大产品研发。同时，企业的工作效率提高，单一产品的生产量提升，就会使这类产品在市场上的供应量加大，企业产能过剩造成资源浪费，也会刺激企业进行新产品的研发。

2.2 控制企业成本，提高企业收益

近年来劳动力成本不断上升，企业在生产过程中减少劳动力，增加自动化设备的应用。同时，自动化生产可以日夜进行，大大提高企业的生产效率，提高企业的收益。在企业生产过程中，很多工作无法由人来完成，或者由人来完成所耗费的时间和财力巨大，如大型物件的安装和运输、精密仪器的制作与切割等，人力不能或很难完成，就需要借助自动化设备进行完成，提高工作效率，提高企业的收益。

2.3 改善经济结构，促进我国经济转型升级

自动化设备的应用能解放劳动力，让劳动力向服务业和高新技术行业流动。工业和制造业等第一产业对劳动力的需求减少，劳动力自身的竞争压力加大，就会积极学习各项技能，努力向第二、第三产业发展。自动化设备的应用，还可以提高企业现代化水平，促进企业技术进步。企业应用自动化设备，重视科技发展和技术进步，加快现代化建设，有利于企业从第一产业向第二、第三产业发展，促进企业转型，改变我国的经济结构。

3 非标自动化设备模块化设计的方法

3.1 非标自动化设备硬件设计模块化设计

在进行非标自动化设备硬件的模块化设计过程中，首先要把设备进行分类，根据功能的不同，设备可以分成焊接类、加工类、搬运类、测试类等。分类之后将设备进行拆分，再将每种机械进行模块化设计，使每个模块都能独立完成设备中的一项任务。每个模块都设计好之后，再按照生产的不同需求，将各个模块组合在一起，组合的过程中可能需要几个不同的模块，也会用到几个相同的模块，再经过调试构成一个全新的设备。在非标自动化设备的模块化设计中，不同的机械在设计时都有各自的方式，在拆分过程中也要根据功能的不同，使用不同的拆分手段。各个模块的设计要尽量简单，如果过于复杂就不便于组装和拆卸，给工作造成麻烦。例如，电子行业的设备可以分成离线式设备和在线式设备。离线式设备在生产过程中只能完成一个模块的工作，进行单一产品的生产。在线式设备能够同其他的在线设备相连，共同组成一个在线传输网络，完成不同方式的传输，进行不同产品的生产。每一个在线式设备只能有一个传输模块，这个传输模块就是主体模块，主体模块与其他设备的模块相连，能将不同设备都串联起来进行工作。在生产过程中使用模块化设计，将整个企业的设备都串联起来，同时协作进行工作，有利于企业的集约化生产。979C8163-FAF3-4AD9-AD0D-87C36B5C3FDE

3.2 非标自动化设备程序设计模块化设计

可编程逻辑控制器（PLC）是用于工业设备的自动化控制的数字运算操作电子系统，即编程[2]。在非标自动化设备的模块化设计中，也应用PLC进行程序模块编程。非标自动化设备的功用、性能与PLC水平有很大的关系，在PLC中进行程序模块化，对设备有巨大影响。其和非标自动化设备的硬件模块化设计相似，首先要根据控制要求将程序分为主程序、报警模块、复位模块，加快模块、减缓模块、照明模块等模块，之后再单独进行每一模块的设计，使每一个模块都能独立进行工作，互并不干扰，便于编写和组合。每个模块的设计都要根据它们的特点进行编程，编程过程中要注意简单化，因为它们都只是其中的一部分，如果过于复杂就会对整个设备的运行加大压力。最后围绕着主程序，把报警模块、复位模块，加快模块、减缓模块、照明模块等都连接上，但是在连接时要保证各个模块的完整性和独立性，这样能降低设备在操作时的难度。例如，数控机床的数据控制装置在设计时就先将输入装置、输入方式、信息处理、运行程序、输出方式等方面进行拆分，各自进行程序编程，形成一个个模块，再将各模块连接在一起，形成数据控制装置。在工作中，只要按数据控制装置中的不同按钮，就可以进行不同的工作。

4 非标自动化设备模块化设计的发展策略

4.1 加快技术创新

我国的经济发展水平发展较快，技术水平也取得了较大进步，但是与发达国家相比，无论是现代化建设方面，还是第三产业占比方面都比较落后。我国的非标自动化设备发展水平较低，技术较为落后，没有良好的竞争环境，这对我国的非标自动化设备的模块化发展很不利。所以我国现阶段要注重发展科学技术，提升创新能力，以科技促发展，以创新促进步。要加强政策领导，引导企业和员工进行技术创新，多举办一些高质量的技术创新活动或者知识竞赛，关注行业技术水平进步，提高非标自动化设备模块化设计人才的职位和收入，激发企业和员工的创新热情和创新能力。即，可以创建一个非标自动化设备模块化设计交流平台，邀请广大企业和各行业的人才进行互动，定期举办大型研讨会对所遇到的问题进行商讨，在思想碰撞中促进技术进步。要利用好技术成果，将研发的技术项目应用于具体的设备中，让科技变成生产力，创造财富，再用财富促进科技的发展。国家要加强对专利权的保护，保证人们的脑力劳动成果所获得的收益，才能让人们有持续进行创新的动力。例如，某大型非标自动化设备企业在给另一个做奶茶的企业进行自动化设备生产时，发现了一个能够让奶茶企业节约成本的技术，就可以将这项技术应用到整个行业的自动化设备的生产中。

4.2 提高产品质量

无论生产什么设备，质量都是第一位的。要选用高质量的原材料进行生产和加工，各个机械零件要选择耐用性能高的，电线要选择不易磨损的，按钮要选择结实的，各个模块的接口处都要进行仔细调整，这些细节一点不能马虎。国内的技术水平比较落后，可以借助国外的先进技术，在产品的设计、研发、组装和调试的各个环节和国外的先进技术对标，以期达到他们的水准。要提高设备的精准度，不断进行技术更新，对零部件的功能进行优化，减缓零部件的损耗，保证其在工作中的精度[3]。航空航天行业的设备一般都是非标自动化设备，且对质量和精准度要求极高，因为其技术特殊，危险程度极高，一旦发生意外将会造成无法估计的损失，所以在航天设备设计和制造时，都选用最高质量的材料。还要考虑到当前工业生产的实际问题，结合企业自身的特点以及环境要求，对非标自动化设备进行专门生产，使自动化设备发挥最大优势，帮助企业进行生产，提高收益。例如，给常年处于湿热的南方地区企业生产设备时，要注意防潮，可以将设备的所有空洞都用特殊材料密封好，防止潮气进入设备，还可以在设备中安装一个吸潮装置，自动吸走潮气，保护设备安全。

4.3 注重标准化和实用性

由于市场环境的瞬息万变，非标自动化设备生产企业在设计和研发设备时也要考虑设计和研发的时间，要尽量缩短制作周期。某些零件和某些机械可以进行标准化生产，如果设备的每一个零件都要进行独特设计，每个模块都要进行创新，就会耗费大量的时间。现在的市场上各个零部件以及各种机械部分都能找到质量和技术都上乘的，没有必要再进行设计和生产，可以直接选择高质量的零件进行组装，这样可以减少设计时间，降低设计成本，提高生产效率。非标自动化设备的设计和研发要结合实际，有实用性。因为非标自动化设备要应用到各个行业中，由一线员工进行操作，所以设备的操作方式不能太复杂，要能够让员工短时间内熟练掌握[4]。同时非标自动化设备在设计时要注意不能太特殊，功能上要有独特性，满足客户的不同需求，在使用上要和市场上的产品差不多，便于员工掌握和操作。例如，某医疗机构需要定制一批电脑，要求电脑是台式的，电脑只能连公司内部的网络，只能安装公司内部的软件，并设置严格的隐私要求和防盗措施，由使用者使用密码解锁进行工作，其他人无法使用，如果被盗电脑中的文件则自动销毁。某设备生产厂家根据这个医疗机构的要求，将电脑设计出来，但是无论如何都无法保证电脑在被盗时里面的文件自动销毁。经过与医疗机构商讨，在电脑中植入了GPS监测系统，如果显示电脑离开一定的范围，电脑中的程序自动下达指令将文件销毁。

4.4 注重人才培养

非标自動化设备需要相关专业人才进行设计、安装和维护，非标自动化设备的模块化设计则需要更加高素质的人才进行。与标准的设备不同，标准的设备只要根据国家规定的条件生产就可以，非标自动化设备则需要设计人员有着很高的水平，在硬件设计和程序设计上都有很高的造诣，才能进行非标自动化设备的模块化设计[5]。不同的企业需求不同，同样是制造面包的设备，有的企业需要设备生产出来的面包是圆的，有的企业需要生产出来的面包是方的，不懂的人就会费两遍事，而专业人员只需要设计一张图纸，然后改变其中的一个模块，就能设计出两种不同功能的设备。国家和社会要关注这方面的人才培养，在高等院校和职业院校中开设相关专业进行学习，还要增加学生的实训机会，在实训中锻炼和提高技能。非标自动化设备的运用将会越来越广泛，企业也要注意培养相关人才，在工作中锻炼能力，努力提升员工的职业技能。人才培养讲究方式方法，还是一个长期积累的过程，要有耐心、有恒心，关注人才的发展，关心人才的进步，才能收获更多高质量的人才。每个人都不是一出生就什么都懂、什么都会，只有不断进行学习才能获得大量的知识，取得长足的进步。无论在学习中还是在工作中，都要从最基础开始学起，打下扎实的基础，提升能力。

5 结束语

非标自动化设备的模块化设计有利于提升非标自动化设备的水平，加快产品研发。我国市场广阔，企业众多，如果每个企业都引入非标自动化设备，就会加快中国经济的转型升级。非标自动化设备的模块化设计在发展的过程，要提升技能，保证质量，培养高质量的人才，才能快速进步。

参考文献

[1] 林永福.非标自动化设备的模块化设计分析[J].造纸装备及材料，2021，50（6）：41-43.

[2] 胡魏巍.非标自动化设备的模块化设计探讨[J].内燃机与配件，2019（11）：165-166.

[3] 王友明.汽车发动机附件的非标自动化生产设备模块化设计[D].杭州：浙江大学，2019.

[4] 冯旭东.非标自动化设备的模块化设计[J].科学技术创新，2018（17）：142-143.

[5] 赵亚宁，万文浩.非标自动化设备的现状、开发流程及提高设计效率的措施[J].装备制造技术，2016（10）：246-247，252.979C8163-FAF3-4AD9-AD0D-87C36B5C3FDE