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一个产品经理对标准化设备结构设计的看法

发布时间: 2017-09-23 01:09:20 来源:新战略机器人网

核心提示: 在设计过程中,对不清楚的地方一定要虚心地寻求帮助,没有哪个工程师或供应商会瞧不起虚心求教的人,就算生产线的小小钳工车工,相信他也会很乐意告诉你他的打磨方法或能达到的加工精度。机械工程师也需要有一定的电气基础知识,在设计中才能更好地布局电气路,当然,最主要还需要有专业电气工程师的团队合作与互补。

结构是产品实现功能的基础,软件是产品的灵魂,两者任一个缺陷都造不出优秀的产品,评价一个工程师的能力可以从其设计项目看出其放入多少设计思想,绘画员级别的工程师画零件图通常不加入任何思想进去,从草图开始可能就没有完全定义,装配图就如同搭积木一层一层叠加,不考虑因加工精度等原因造成装配困难,工程图基准与公差随意性较大。初级工程师会对零件图按加工顺序或加工方法进行绘制,不至于车床加工的轴件按拉伸凸台的方式一层一层叠加,装配图通常也会考虑装配先后顺序和装配过程中因零件加工精度的原因带来的装配精度,对工程图尺寸标准有明确的加工基础面和公差,不会在非关键尺寸上标0.002的高要求,还说自己设计的东西很精密。

而一个高级工程师其所画的零件图,在加工制作方面考虑到加工装夹与加工成本问题,已完全按工艺需求来设计并充分考虑到运动受力情况,对关键复杂部分会用有限元进行强度、疲劳等的分析,在结构设计、材料、加工处理、功能方面融合一体,装配图上已有了使用寿命和损坏后的维修方法,极少出现为换一个寿命短的零件拆下一大堆东西的问题,并且可以清晰地写出自己的设计文档。对一个大师级的工程师,他已经很少会在零件与工程图之间花费时间,更多的是对整个产品的核心竞争力负责。对产品的规范化,标准化、模块化方面花费更多的精力,了解国内外制造业相关标准规范和行业动态同时分析自己的产品在市场上的价值与寿命,并有更好的技术方案对策,清楚竞争对手的产品并能够一针见血的指出对方的短木板与自己产品的优势所在,并制定长期的发展战略来提升自己的产品来满足市场需求。


要想成为真正的机械设计工程师,除了需要一定的时间经验进行磨砺之外,更重要的是需要有自己的设计灵魂,精明的工程师勤奋好学更讲究方法。一个优秀的结构工程师应具备以下基本条件:

1.   见多识广,熟悉市场能提供的通用零件、标准零件和其它组件,清楚各类标准零件结构与应用,了解各行业配件与设备,熟悉当前产品工艺。了解常用的外购件的品牌,有助于你选择合适的供应商,尽可能多的了解外购件和标准件的种类,拓宽知识面。对一个产品设计有优质的方案构思,产品的设计成本很大程度上取决于方案,见过同一种产品加工工艺,有用各种机械手进行操作,成本几十万的方案,而另一种只用两个气缸及一些软胶进行操作,成本只有一万多的方案。一般刚入门的时候,只是帮老工程师出图,或跟进修改一些小问题,就算设计很多只能照抄,在此过程中需要去理解原设计者的意图和思维,理解整个机器的传动,各个装置之间的相互关联,每个零件的相互关系,理解之后就可以出图,图纸上就可以有明确的尺寸配合要求,形位公差约束。

2.   基础扎实,了解材料特性,机械加工工艺,机械运动控制形式和优缺点,能分析各运动结构和主体结构的受力情况。会设计不一定要会机械加工,但至少要懂得各类机械加工工艺与加工特点,在设计时加以充分考虑,会画图不代表设计,如果自己都不知道按什么方法画,也不知道设计的零件如何加工那就不叫设计了。之前碰到好多自以为设计的东西是很精密的工程师,不管设备零件是否有必要精度要求,都玩命的把精度往上标,动不动就0.005,0.002,本来就用普通平垫可以解决的还非得定制一个垫圈来用,只会把成本都浪费在无意义的地方。

3.   学会使用工具,很多勤劳的工程师喜欢自己花一天时间去计算整理,甚至不知疲倦地重复设计相类似的结构,不会在设计过程中查手册和资料,不懂得运用可自动计算的工具来复制自己的工作,而在他们忽略的手册和工具中已有很多前人已整理好的经验技术资料或各种科学计算的方法和公式,也有很多供应商手册中就有设计教导方法。精明的工程师通常都会在空闲之时翻阅各类设计手册,设计图例,优秀供应商资料,哪怕只看看目录也能加深印象,以便在以后需要之时找到。

4.   熟练使用一两门设计软件,相似软件不需要门门精通,找到一个适合自己使用的软件并应用精通,如果软件只是用来画零件装配出工程图,那只能说你会用而已,最多也就用了20%,有些工程师得到一个项目就开始画图,没有明确的思路,先做哪个草图,先建哪个特征,后做哪个特征,全是想到那,做到哪。甚至草图都没有约束完全,想到要减短不去改总长直接来个切除。随着零件特征的不断修改,一个很简单的零件做到最后,占用的内存很大。因为没有明确的思路,往往会给后面的修改带来很大麻烦,经常拿到一些工程师的相似零件想修改点尺寸使用,看了后发现比自己重画还复杂,因为根本找不到要修改的尺寸或修改一个尺寸出现一堆特征报错的问题。建模的思路远比会操作某个命令要重要得多,软件功能很强大,一些功能可以批量处理你的重复工作;一些功能可以检查你的设计缺陷;一些功能可以改善你的设计性能;一些功能可以降低设计产品的制造成本。


制作一个优秀的产品,如果还是按非标产品来进行设计,工程师凭经验感觉进行设计,其很难兼顾到最小的制造经济与最大的机器性能,对产品而言,理论先行是最省时省钱的办法,机械设计没有理论很难做出精品。当一台非标设计要转变成标准产品时,需要做的工作便比非标项目多很多,原来可以随意建立的零件都需要充分考虑其命名规则,通用性、经济性、可扩展性和是否可量化,对产品各部件进行模块化、标准化转变,对使用者充分考虑安全简单、人性化操作。

非标自动化设计多数在时间上较紧,通常省略了前期市场分析评估,直接根据客户需求确定方案,再进行功能选型、零件匹配,在设计过程中也简化了评审再评审的工作,工程师多数以之前的经验作为基础进行设计或用相似机器原型进行修改拼装成适合的新机器,对理论数据设计相对较少,也由于产品数量少的原因,放弃了通用性、经济性、可扩展性的考虑。

一个产品的开发必须经过市场调研,了解市场背景确定产品市场定位,再根据市场情况及相关行业的技术情况分析可开发产品的范围,定义好产品功能,分析公司的设计制造能力。一台大型设备通常由多台机器组合而成,而每台机器又分多个功能模块,每个模块再设计不同功能的零件或用标准零件装配而成。在设计过程通常由多名工程师根据自身特长针对性地设计功能模块或机器,共同协作完成。

机械设计包含方案、设计、制造、使用,维护几个过程的思想,前期的优劣直接影响到后期的性能与成本,就有设计一天修三天,设计三天闲两天;卖一年烂机器修三年的说法。设计时的疏忽总会在后面反映出来,设计的过程中,受制造的影响很大,也就是说好的设计是不能脱离制造的,对制造越了解,越有助于提高设计水平。设计的图纸,投入生产,很多并不能立即按图加工装配,在审图、工艺等过程发现大堆的问题很常见,包括一些资深的高工、总工拿出的图纸,也有可能是经过多次开会研究反复讨论出来的结果,原因是一个人不可能全才,其他方面总有高人,但设计人员对制造工艺的了解不深入会是主要原因。以前一个零部件在设计过程中检查修改八遍的事情我干过,一个方案功能结构在设计完成后推倒重定方案再设计也没少做。

设计方法不同工程师会有不同的思路,现就谈谈个人在产品设计整个过程思路。

1.分析产品功能定义与工艺要求,把大脑中想象出来的产品在纸上勾画出大概形状并理清功能模块设计方法,总体思路清楚后再用软件对产品进行方案式设计,初步评估设计方案可行性。

2.确定产品重点功能模块(影响工艺要求相关部分),分出整机设计先后顺序,按整体方面从大到小,细节方面从内到外的原则进行。整体方面,设计一个机器框架、平台,预定各运动模块尺寸与位置,最后确定小型功能模块安装,整体规划好后便进入细节设计,细节设计顺序刚好与整体设计顺序相反,最先对安装于运动未端部分进行设计,以便清楚未端部件大小、重量、重心位置等参数,然后根据已有参数再逐级向上设计各运动部件,最后才设计机器机架与外壳。

3.零件设计可以根据主要加工工艺顺序一步步进行出图,其与加工制作形成同步,如板件可以按外型画出草图并拉伸厚度,把下原料、加工外形、加工通孔等一次性画好,其与加工方法也基本相同,同时考虑好加工基准面并尽量用基准面去标注尺寸,然后再画重点特征,并对后续特征(如打孔挖槽)尺寸关联到重点特征上,以便后继修改位置时无需每个特征都修改,最后才画无位置关系的加工。轴件可以画出各台阶面尺寸并定好轴芯旋转生成,同时考虑单端还是两端装夹,是否需要端面支撑等,分两端加工的还得考虑先加工哪一端,加工一端后如何装夹才能满足同心度,长度是否方便测量,测量基准面为哪个台阶面。钣金件设计与加工商能力关系很大,通常在尺寸上不能太理想化,不光要考虑钣金成型工艺造成的尺寸偏差,更要考虑加工商能力与方法上的误差,这样就需要工程师在装配设计上充分满足因各种误差带来的装配效果。一般来讲,零件的结构和形状越复杂,制造、装配和维修将越困难,成本也越高。所以,在满足使用要求的情况下,零件的结构形状应尽量简单,力求减少加工表面的数量和加工的面积,公差精度越少越好,产品的成本是按精度的几何级数上升的,设计者笔头上稍微疏忽,成本可能直线上升几倍。几个符合精度的零件不一定能装起来,尺寸链问题在装配设计中就要考虑避免。

4.功能模块设计,个人习惯在模块设计时用配置生成系列化零件库或模块化功能配件,各零件装配关系都直接在零件草图中标注清楚公差等级,以便在生成工程图或转交其他工程师时可以很直观地了解设计思想。对功能模块设计如同整机设计相似,也是先确定整体安装情况,先对工艺要求及安装要求进行初步规划结构,再根据使用条件选择零件材料、工艺处理、成本评估,如运动部件还需对速度、重心、力矩等进行计算,关键部件要用有限元分析应力、变形、失效等优化设计,最后确认尺寸与重量是否与定义相符,装配顺序是否与设计相符,是否会因人为原因造成模块装配精度不稳定,维护是否方便拆装。

5.零件的选择,很多工程师都很勤快很卖力,设计起来一头扎进去玩命地画图,标准的非标的都一五一十地描绘出图,相似的零件也一个个画出来。在这种缺乏有效选择的情况下,只会出现工作效率低、生产管理成本高、非标零件图纸数量多、售后维护难的情况。很多时候,工程师需要的是准确判断,如果可以用标准零件的就必须用,装配后对精度要求不高的零件就尽量不标公差要求,之前见过十多年的老工程师还特别喜欢在小皮带轮上自制非标垫片,理由是精度高,但实际皮带比轮宽足足小0.5mm,自制垫片只不过是在浪费成本而已,此类华而不实的设计尽量少干。可能有人认为拿别人画好的零件或设计好的半成品体现不出自己的设计能力,但问题是很多工程师也仅仅只是重画一遍而已,没有创新。设计之时,我首先考虑使用各类设计手册或软件上自带的标准零件,节约设计时间与成本,对于常用的非标准零部件,通常先在供应商或网上找相关设计模型资料,因为此类零部件我们自己生产与外购价格不会相差很多,质量与交期可能外购更有优势,同时因技术经验管理等方面,供应商已形成他的标准零部件而我们还是非标件,充分利用他人的技术经验与资源,实在没有必要去再设计。

6.设计检查,完成一个零件、工程图或者一台机器的设计,最重要的是检查检查再检查,因为大神也有分神的时候,每个人都有考虑不周的时候。所以检查很重要,零件的加工问题、公差尺寸、装配工艺、运动干涉、受力情况等。每一个设计者从一开始搞设计就应该保持一丝不苟、严格要求,坚持不懈的作风,久而久之习惯了才能练就一身敏捷、利落的好本事。

7.虚心学习团队合作,在设计方面,包括各个部门或供应商,各个机械工程师和电气工程师。由于各个工程师都在负责不同部分,这就面临各工程师之间需经常沟通协作,在技术讨论的时候,尽量用理论数据结合实际进行技术说明,不依靠个人经验或权威独裁,因为很少有人可以兼顾产品的多个方面的能力。在设计过程中,对不清楚的地方一定要虚心地寻求帮助,没有哪个工程师或供应商会瞧不起虚心求教的人,就算生产线的小小钳工车工,相信他也会很乐意告诉你他的打磨方法或能达到的加工精度。机械工程师也需要有一定的电气基础知识,在设计中才能更好地布局电气路,当然,最主要还需要有专业电气工程师的团队合作与互补。

 

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