本帖最后由 y0221120 于 2018-1-19 10:59 編輯
本人根據自己的設計經驗，總結了復雜機械裝備，尤其是非標自動化設備的三個設計建 議，分享給行業(yè)內的朋友們，尤其是年輕的設計工程師。這三個建議分別是：1 穩(wěn)定化設計； 2 直驅化設計；3 試驗設計。 1 穩(wěn)定化設計 穩(wěn)定化設計就是在制定設計方案的時候，考慮方案在原理上的穩(wěn)定性（有些行業(yè)叫做魯 棒性 Robustness）。 我記得有個紀錄片曾經是講張衡設計地震儀的時候，剛開始設計的機構 總是出現(xiàn)誤報，后來他總結了誤報的原因，改進了設計，就大大提高了地震儀的預報精度。那是一個典型的將不穩(wěn)定系統(tǒng)改進成穩(wěn)定系統(tǒng)的案例，喜歡的朋友可以去找一下那個視頻。 我舉兩個例子說明穩(wěn)定化設計。第一個例子是，如果在設計杠桿驅動機構的時候，盡量 將驅動放到省力杠桿的一端（既離支點遠的一端），用費力的一端（離支點近的一端）作為執(zhí)行機構。這樣的好處是，驅動端的運動誤差被杠桿按比例縮小了。如果反過來用，則是被 杠桿按比例放大了。 第二個例子是，我曾看到一個設備，其簡化結構如下圖所示。設備是要把一根鋼絲推出 一定長度，使推出的鋼絲端部進入工作臺上的指定位置，然后工作臺上的其他部件對鋼絲的端部進行加工。工作時：①送絲機構夾住鋼絲向前推，鋼絲從導向機構伸出；②鋼絲端部進入工作臺以后，送絲機構松開；③送四機構返回到初始狀態(tài)。
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2018-1-19 10:53 上傳
這個機器在使用過程中最大的問題是不穩(wěn)定，因為鋼絲常常推不到指定位置。其實這就 是一個典型的不穩(wěn)定設計，因為推出機構只能保證鋼絲在離開導向機構時的位置是準的，但是如果鋼絲本身存在彎曲，伸出去的部分肯定會偏離預設位置。而原材料本身的差異是設備 無法控制的，這樣的不穩(wěn)定因素在這個設計中就無法控制。 以下是對該機構的改進方案。在改進方案中，取消了送絲機構，把工作臺改成可移動式。 工作時，①首先，使切斷的鋼絲在導向機構處伸出很短的一段，由于伸出的長度不長，因此位置比較準確；②工作臺移動到導向機構附近，夾住鋼絲的末端；③工作臺拉動鋼絲到指定位置，松開鋼絲。這當然不是唯一解決方案，比如也可以使導向機構夾住鋼絲送到工作臺， 然后再返回。這樣的設計都是偏向于穩(wěn)定的，鋼絲的質量問題不會影響設備的運行。
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2018-1-19 10:53 上傳
2 直驅化設計 直驅就是直接驅動（Direct Drive），常見的直線馬達，直驅旋轉馬達都是直驅理念的典 型應用。就像直線馬達和直驅旋轉馬達一樣，它們都是直接驅動負載，中間沒有任何傳動部件，因此不但剛性好，動態(tài)響應高，且系統(tǒng)可靠性好。 直驅化設計的理念是，在驅動部件（如馬達，氣缸，液壓缸）和執(zhí)行部件之間盡量減少 傳動機構。這樣的好處機械系統(tǒng)趨向于簡單，穩(wěn)定。 我曾經設計過一個 PCB 板的傳板機，當時為了節(jié)約空間，我把硬限位塊設計成很細很長，為了保證限位塊運行順暢，我還增加了一個mini 直線導軌為硬限位導向，在很遠的地 方用氣缸驅動細長限位塊的運動。這個設計節(jié)約空間的目的肯定是達到了，但是由于 mini 直線導軌很小，安裝螺絲更小，使用時螺絲經常松動，穩(wěn)定性很差。后來痛定思痛，釋放了 一點空間出來，將氣缸直接安裝在傳送軌道上，用氣缸的伸出桿直接當做硬限位塊用，從此再也沒有出現(xiàn)過任何問題。 我們在學校里面學過很多種傳動機構，比如連桿機構，凸輪機構，棘輪機構。從技術上 來說這當然都是很好的東西，技術含量也很高，設計這樣的機構很能體現(xiàn)設計者的能力。但是，很多從事自動化設備研發(fā)和設計，尤其是非標自動化設備設計的朋友都知道，在現(xiàn)實應 用中，設備的穩(wěn)定性是首要的，不穩(wěn)定的機構沒有用戶愿意買單。直驅化設計能大大提高設 備的穩(wěn)定性。 當然我們也必須清楚，在復雜運動場合，直驅化設計意味著要采用復雜運動控制技術， 這當然會造成設計成本的大幅增加，如何在穩(wěn)定型和成本之間找到一個平衡點也是設計者需要培養(yǎng)的能力。 3 試驗設計 作為一個設計者，很多時候我們都會面臨兩個難題：一是設計任務中有沒有遇到過的部 分；二是設計任務有明確的時間要求，有時甚至是緊迫的時間要求。時間的緊迫性只允許我們進行一輪設計驗證。這種情況下，我們必須在一次進行實驗設計（DOE Design of Experiment） 中找到最佳方案，或者退而求其次，找到可接受的方案。 如果一次試驗設計沒有得到可接受的方案，后果是可想而知的。如何才能確保一次試驗 設計就能找出可接受的方案呢？方法就是增加試驗因子和水平，其實就是增加測試的數量。說白了就是花錢買時間。 記得有一次我接到一個處理超黏流體的設計任務，而且時間比較緊迫。現(xiàn)實問題是我對 超黏流體沒有任何概念，匆匆了解樣品之后，我就開始設計。所有需要接觸流體的零件我都至少設計了一種備用方案。關鍵部分全部從設計了不同結構，不同粗糙度，不同直徑，不同 材料甚至不同倒角的各種零件。樣機零件的數量是實際設備零件數量的好幾倍。雖然這樣做 材料成本很高，但是我的確是在沒有任何經驗的情況下，一次設計中就得到了一個非常理想的結果。 實際工作中，我們的設計任務未必那么極端，但是對不確定的部分進行試驗設計往往能 有效縮短設計時間。
以上是我在以往的設計工作中的經驗小結，希望對你有所啟發(fā)。
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發(fā)表于 2018-1-19 10:55:02
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