如何做好非标设计方案

经验分享】如何做好非标设计方案深圳市百特兴科技有限公司周杰平本文将从以下三个方面来展开探讨:1、何为非标设计/方案？2、何为好的非标设计方案？3、如何做非标设计方案？一、何为非标设计方案1、非标设计的概念非标设计，不是按照国家颁布的统一的行业标准和规格制造的进行的机械设计工作，而是根据用户的用途需要，自行设计制造的作为某一特定用途的机器设备。且外观或性能不在国家设备产品目录内的设备。设计这种设备或零件叫“非标设计”。对于一个企业来讲，可以这样来定义：以前制作过的，图纸及相关资料已经标准化的设备对该企业来讲可看作是标准设备；反之，新设计或在现有设备基础上设计改动比较大的设备就可看作是非标设备。设备整体设计或局部设计的过程称之为“非标设计”。从这个观点来看，非标设备在技术成熟定型之后可转变成为标准设备，换而言之，标准设备是从非标设备发展过来的。2、非标设计的特点2.1、定制性非标设计方案是根据用户需求而设计的，要满足不同客户个性化需求。其显著特征是先有需求，再展开设计。设计具有很强的目的性、针对性。2.2、创新性非标设备是一般在市场上买不到现存的能完全满足客户需求的设备，因此设备供应商必须根据客户需求，结合自身经验和市场现有技术状况来展开设计，不能完全照抄照搬。需要强调的是这种创新并不是“拍脑袋式”的发明创造，相反是参照、借鉴成熟原理结构的基础上进行再创新。形象地说，非标设计更像是搭积木，通过不同的组合方式，搭建出不同的模型。积木越多，可搭建的东西越多。设计者经验越多，积累的“积木”越多，解决问题的方法就越多。非标设计既要有创新，又要有继承性。2.3、时效性与标准设备不同，非标设计具有很严格的时间限制。标准的设备往往是较长时间有些甚至几十年不断改进、完善、优化,又经过长期的实际生产应用得到验证的成熟技术。（标准设备的研发有很严格规范的流程，读者可自行百度或看相关设计手册）。非标设计从客户提出需求到生产使用具有严格的时限要求，这就对非标设计提出了更高的要求，要求做到“快”、“稳”、“准”。反应要快，交期要短，此谓之“快”；方案要可靠，设备要稳定，此谓之“稳”；一次到位，没有太多修改的余地，此谓之“准”。2.4、行业性非标设备运用于不同的行业，具有不同的行业特点和要求。俗话说“隔行如隔山”，行业不同，生产工艺不同，对设备的要求也各有不同，设备的技术特点也会有较大的差异。对非标设计工程师来说，不仅要有丰富的设备设计经验，还要有一定的行业经验，要“见多识广”。现在有人说“同行如隔山”，是说同样是做设备的，这个行业你是专家，换一个行业你可能是外行了。如做电子产品生产设备，与做工程机械，农业机械等其它行业设备有很大的差异。2.5、风险性虽然说非标设备设计尽可能是在成熟结构原理上的创新，但创新就意味着改变，使用环境的改变，尺寸的改变，材料的改变，工艺的改变等都给新的设备带来了不确定的因素，有些即使理论上分析似乎没有问题的方案，在实际生产过程中也会暴露出很多的问题。要克服这些风险，不仅要设计工程师具备很好的设计能力和经验，还必须有一套系统科学的方法和手段来将风险降到最低。3、非标设计方案的涵义从事非标设计多年的工程师也未必能准确说出其准确的涵义。有些工程师认为是根据客户需求设计的2D或3D图档；也有人认为是方案说明书等等,其实这些说法都不准确，至少是不完整。上网搜索,也没有明确的定义。参考相关资料，结合实际工作经验，作出如下定义：为了达成客户需求而提出的设计构想、设计理念、设计意图以及实现的方法步骤等,并对其作出评估。其输出形式包括设计图（2D或3D设计图档）在内所有用于内部或外部说明、分析、检讨、交流、评估、承认的相关文件资料，包括设计任务书、概要设计、方案图、方案说明书等。4、方案设计阶段非标设计贯穿于整个设备开发始终，是一个动态的过程，是一个不断分析、判断、决策、完善及发现问题解决问题的过程。为了便于探讨，我们把它分成两个阶段：方案设计阶段和细化设计阶段（简称方案阶段和设计阶段）。从接到客户需求设计工程师介入，到客户承认设计方案的时间阶段统称为方案阶段。除了时间段区分外，两个阶段区别还在于图档细化程度不同。方案阶段侧重于表达设计构想和设计思路，更多表达的是实现的方法、可行性和效益评估。对于全新设计的关键部分往往需要细化设计来进行验证评估，但对于原理结构相对成熟的部分在设计细节上基于时效性的考量可以不必细化。两个阶段在实际操作过程中其实是一个交错的过程。二、何为好的非标设计方案说“这个方案做得太简单了”，可能有两层意思，一是说方案资料做得不够完整，二是说设计图档表达不够细，不足以表达设计的思想，或者说不能让客户很完整了解设计的思路，指的都是输出层面。说“这个方案好”，一是说方案资料做得好，能让客户清晰了解设计者的意图，是指输出层面，更多的是对设计思想的肯定，是技术层面。准确评价一个方案的好坏，要分别从两个层面来展开讨论。1、输出层面主要评价输出设计方案相关文件的好坏。方案输出是方案设计的重要环节，是表达设计思想的手段，是内部交流和与客户沟通的依据。设计方案再好，方案输出做得不好，也不能得到客户的认同。很多设计工程师不太重视方案书的编写,习惯直接用展开3D设计，往往容易出现设计了几天的图纸,检讨时发现有很多地方与客户要求不相符，甚至出现方向性错误。输出层面评价内容应包含以下几个方面：1.1、完整性完整性指的是输出文件既要能全面反映客户需求，又要能清晰完整表达设计思想。包含方案输出形式完整性和输出内容完整性。在充分了解客户具体需求后，通过消化并转化，形成“设计任务书”；依据设计任务书进行方案构想，形成“概要设计”，再展开方案设计，形成图档，最后整理形成“方案说明书”，这是方案设计的一般过程。当然，具体到每一个企业和项目，不一定都完全一样。设计工程师要充分理解每一阶段输出的作用，不能变成一种形式，看作是一个额外负担。1.2、准确性设计方案输出要能准确理解设计需求和准确表达设计的意图，尽量采用规范化的工程语言来表达，表达形式上要尽量数据化，不要出现模糊语言和似是而非的表述。举例说明如下：序号模糊表述1 产能比原来提升了80%2 品质出现了很大提升3 自动化程度高占地面积小5 气缸采用国外品牌6 设备精度高7 效益大幅提升准确表述产能为1000件/小时或设备C/T:2秒良率：99%节省人力：3人设备外形尺寸：1000X850X1400（毫米）*气缸为：品牌+型号*轴重复定位精度：0.02毫米设备回收期：0.5年1.3、清晰性输出文件要简洁明了，逻辑清晰。遵循“文不如表，表不如图”的原则，这里的图不仅指的是图表，还包括2D或3D图当，3D动画，结构图片等，要善用各种相关的工具软件来增强表达的效果。1.4、严谨性方案要切合实际，实事求是，客观严谨。数据的来源要有依据。产能说明，必须依据时序图；关键标准件的选用，要有计算依据；关键结构要进行刚性、强度的校核计算，对于不确定或有风险的关键结构，要有验证方案和验证报告。过于夸大和过分保守都不是好的方案。1.5、规范性文件和图档符合机械设计的国家（国际）标准和企业制定的相关标准，符含行业规范和要求。规范的输出便于沟通，减少沟通误会，从而减少设计差错。在正式文件中尽可能采用专业术语，少用口头用语。2、技术层面从技术层面对方案作出评价，主要包含以下几个方面：2.1、功能性这是设计方案最基本的要求，主要评价方案是否完全满足客户要求，包括功能要求，产能要求，环境要求等。评价方式必须数据化，评价结论分为完全满足，基本达到，不能满足。不能满足要求的部分要么是修改设计方案，要么是与客户沟通修改客户需求。这里要强调的是要客户修改需求，必须有足够的依据，清楚告诉客户不能达成的原因。2.2、可靠性这里主要指设计方案原理的可靠性，结构的可靠性放在设计阶段评估。透过软件工具进行理论分析、仿真模拟或实物验证来评估可靠性。评价结论分为：可靠，可行，有风险。方案在理论上评估必须可靠，否则必须通过验证和修改方案来保证。功能性和可靠性直接决定方案的成败。2.3、合理性a、生产过程符合产品工艺要求，工件流向清晰，不允许二次不良风险存在。b、方案原理成熟合理，具有可操作性。标准件选用和零部件设计合理。c、整体结构布局设计合理协调，机构动作简洁顺畅。2.4、使用性a、操作性：操作简单方便，操作界面人性化，结构尺寸符合人因工程学要求。b、安全性：评估设备安全、产品安全、操作安全，人身安全，没有安全隐患。c、维护保养：方便设备的维修保养，要有适当的维修操作空间，拆卸和更换零件方便。d、运输：考虑吊装、叉车，运输柜、电梯、过道、地面载荷、减震等。2.5、适用性a、在满足性能要求、使用要求等的前提下，要考虑设备的适用性。不盲目追求高大上，不过于追求完美，不过渡设计。现代设计强调有限寿命设计。b、时效性：要结合客户需求制定合适的方案，要考虑整体开发周期，能否满足交期。c、性价比：性价比是评估方案好坏的重要指标。如为节省一个人力，不惜采用各种设计手段，导致价格远远高出人力的成本，哪这个方案不一定是好的方案。其实我们在讨论案子能不能做的时候，很多时候不单纯是技术的问题，更多的是性价比。2.6、适应性也称为设备的柔性包含：a、适用范围，设计方案在设计之初要尽可能考虑需求的变更如产品尺寸变更，工艺变更等，如果在现有设计方案的基础上，适当进行变更就可满足要求，这样的设计方案更有价值。另一方面如果设计方案能适应多种产品制造要求和多个客户的要求，设备具有很好的推广性，极有可能转化成企业的标准设备，具有一定开发价值。b、再用性：在设备的设计生命周期结束后，是否经过适当改造后再利用，或其关键结构是否可重复再利用到其它场合。工业机器人得到广泛应用，其优势之一就是具有较好的再用性。2.7、创新性a、先进性：设计方案是否在了解了国内外先进技术基础上设计而成，与国内外技术相比，与竞争对手技术相比具有其先进性。b、新颖性：具有比较独到的、巧妙的构思，性能提高了，机构变小了、简单了，速度提升了等，但不一定是“剑走偏锋”式的特立独行式创新。创新的原则是为了解决某些瓶颈，在验证可靠的基础上的创新。2.8、规范性a、符合国家标准及行业规范。b、机构设计尽可能采用标准化，模组化设计。3、评价体系为了保证对设计方案评估的客观性，要建立一套完整的评价体系。包括评价标准，评价流程，评价结果处理等。每个人都有自己的局限性和观点，人为的评价一不能做到客观，二是会出现遗漏。实际操作中所谓的好方案往往是各种需求指标平衡的结果。符合客户需求，满足客户现场使用的就是好方案、好设备。三、如何做非标设计方案非标方案设计的主要工作内容包含：消化客户需求，制定符合自动化的产品制造工艺，提出设备功能要求，提出设计构想，进行可行性评估，效益分析，绘制整体方案图，方案说明书编写等。设计工作表面上看是技术的问题，很多人认为找几个厉害的工程师就行了，其实并不尽然。设计方案主要是靠设计工程师来具体实施，管理工作也起着至关重要的作用。本文将从下面从技术管理和设计展开来探讨：1、技术管理1.1技术管理的目的a、提高设计效率通过与客户的充分沟通，全面了解客户需求；通过设计团队脑力激荡，综合评估，减少设计工程师的“纠结”，少走弯路，“一次把工作做好”，极大减少方案设计时间。b、降低设计风险透过团队协作、方案检讨会、方案会签等工作模式，减少对设计工程师个人过分倚重，充分调动企业的技术资源，确保设计方案最佳化，最大限度降低设计失误和设计风险。c、确保任务落实制定项目计划，分工协作，职责明确，各项工作落到实处，确保任务的完成。让设计工程师把主要的精力放在设计工作上。1.2管理的职责1.2.1开发系统建立a、设计流程建立。包括设计工作展开的步骤，工作节点衔接,异常状况处理，责任单位和项目负责人。表单则是各阶段工作的输出。b、设计规范的制定根据国家（国际）标准、行业标准，结合本企业实际，包括企业规模、技术能力、市场定位等而制定的一系列设计标准，指导性文件等。c、任务下达根据项目的内容，转化为设计任务指标，指定合适的项目工程师（项目组）来承担。包括工作的具体内容，达成的目标，完成的时间，由部门主管或项目负责人来制定和签发。d、项目计划的制定和追踪由具体项目负责工程师根据设计任务书来制定，项目任务分解与完成时间相对应，具有可操作性和可控性。项目计划既要尽可能详细，又要考虑到异常问题的影响。e、方案检讨会组织定期组织方案检讨会，列入到计划书中。根据项目进展状况适时召开方案检讨会，检讨会内容包括会议主题，与会人员，会议记录，问题分析，解决对策，执行人，完成时间等。检讨会参与人员除项目相关的机构设计人员外，还应包含技术主管、电气设计工程师、装配工程师、售后服务工程师、IE工程师、采购工程师等。根据不同的主题内容可做相应的调整。1.2.2技术团队建立a、设计工程师的选拔、培养一般来说，承担较为复杂的方案设计需要工程师具备较强的设计能力和丰富的设计经验。作为项目工程师主管，不仅要有一定的设计、管理、IE、加工等方面的综合专业技能，还要有良好的沟通协调能力和解决问题的能力。选拔，培养优秀设计工程师是技术管理的重要职责。专业培训、经验交流、项目组（以老带新，分工协作，相互配合）等都是提升工程师技能的有效手段。b、专家团队建立一个人的专业能力、经历经验是有局限性的。专业的非标设备供应商，必须有一个专家团队。团队由经验丰富，从事相关行业五年以上，包含机构、电控、系统、装配、IE、工程（工艺）等专业人才组成。评价一个公司的技术实力，一是有没有核心技术人才，二是有没有核心的技术。c、聘请专家顾问要找到各方面都很优秀的人才其实是可遇不可求的。对大多数成长型企业来说聘用太多的高级专家人才也不现实。聘请专家顾问是一个不错的选择。尤其对处于成长阶段的企业来说是一个既节省成本，又能享受到专家服务的选择途径。1.2.3设计资源整合a、夕陪0资源建立建立供应链系统，选择优质品牌供应商，作为战略合作伙伴。包括标准件供应商，加工件供应商等。b、资料库建立公司内0设计资料完善、改善、标准化、存档，确保完整性，准确性、继承性。内容包括整套设备（线体）和标准组件等。这些资料的累积形成企业的核心技术。标准件型录样本包括产品说明书、2D或3D图档收集、分类整理。c、对外合作当今社会要想在激烈的市场竞争中立于不败之地，不是看一个人，一个团队的技术实力有多强，关键是看整合资源的能力有多强。与同行业设备商建立合作关系，与国内夕专业研究院和院校合作，垂直整合，横向联合，弥补自身的不足。2、设计展开2.1设计准备2.1.1需求转化a、将产品的工艺制程转化为设备的动作过程，在明确理解产品的加工流程的基础上，进行工艺优化整合，制定符合自动化的流程图。b、产能需求转化为设备C/T（设备节拍）。2.1.2 设计方案初步构想。2.1.3 相关设计的资料的收集。2.2、概要设计a、概要设计是依照客户需求和设计任务书，提出设计构想包括工作原理、结构组成等。用于项目初期内0检讨和与客户沟通，指导后续方案设计展开。b、为快速响应客户，以文字描述为主，结合局部结构设计。c、明确设计的基本思路，找出关键问题点并提出对策。d、尽可能多罗列出各种实现的可能性。e、综合分析评估，避免方案设计方向性错误。可行性评估要考虑自身的技术能力，及外部合作资源。f、前期以较小投入，为进一步与客户沟通准备g、概要设计书的内容包括功能模块、功能要求、结构组成、动作分解、实现方法、比较说明、判别结果等。根据项目的具体情况可适当增减内容。可采用EXCEL表格方式，预先制定好标准模版。2.3、方案设计运用2D或3D设计软件将设计构想用工程语言表达出来2.3.1以产品为核心进行展开，了解产品特性、来料方式、产品形态变化、产品定位及定位精度要求。2.3.2先有整体构思，绘制layout;先作局部结构设计，再作整体结构设计。整体结构设计与局部结构设计交替进行。2.3.3 优先考虑功能的实现和可靠性，再作结构优化和成本考量。开始设计时不要设置过多限制条件，放开思路，不要轻易否决自己的创意和想法。2.3.4 尽可能采用成熟的结构。包括以前做过的结构或市面上成熟的标准模组和结构。2.3.5 涉及到功能实现和对整体方案有重大影响的关键结构要尽可能细化，其它机构不必要太细，但尺寸要准，尤其是安装尺寸，连接关联尺寸。2.3.6 标准件的选用原则：在满足功能情况下尽量选择常用件。品牌选择可按客户要求或设备精度要求分类分级。2.3.7常用典型机构选用a、动力选择优先原则：气缸一普通电机一步进马达一伺服电机一直线电机。b、动力传递优先原则：普通皮带一同步带一链传动一齿轮传动一丝杆传动一凸轮传动一连杆机构。c、直线输送装置：普通皮带线双侧皮带线链条输（倍速链）滚筒线机械手悬挂链。d、旋转输送装置：旋转气缸一气动转台一凸轮分割器+转盘一DD马达。e、导向装置：非标导向结构直线轴承+导向杆直线滑轨。2.3.8设计验证，对于不确定的功能结构要做验证，尽可能降低风险及费用；设计局部结构，用最小的代价来达成验证目的。2.3.9用好供应商资源和其它资源，但对供应商不能盲听、盲信、盲从。对外部可充分但不能依赖。2.3.10了解市场信息及行业信息，尽可能借鉴和采用先进的技术。即使是“抄”，但也要判别被“抄”的对象是否代表先进技术。2.3.11尽可能找出所有问题，并提出相应解决方案；解决方案要简单可靠，必要时做验证。2.3.12保持设计思路的连贯性，设计过程中想到的问题，及时记录下来，不要影响整体设计思路，先记录2.3.13设计完成后要对照记录和需求就逐一检查2.3.14碰到问题不要回避，自己解决不了的提出来检讨。2.4、方案说明书编制方案说明书是方案设计的最终输出，是与客户沟通的重要文件。方案说明书的编制工作就是将方案设计段所做的工作进行整理、编辑。建议采用PPT文件形式，预先制定标准模版。方案说明书的内容包含：需求分析、现状分析、制程分析工艺转换、设备原理、设备整体介绍、结构介绍、时序图、方案比较、成本预估、效益评估，开发周期，风险评估。五、结语方案设计阶段是整个设计开发的重要阶段，只有方案得到客户认可，才能接到客户订单。设计方案不仅对后续设计工作的展开具有指导性，对能否开发出符合客户需求的设备有着决定性意义。方案设计工作不仅是设计工程师的事情，而是一个系统性工作。后记：写这篇文章的目的一是总结，二是分享。尽管从事非标设计工作近三十年，积累了一些设计和管理的经验，但真正动手写的时候，才发现要写好这个题目并不简单。一方面本身这个问题并没有标准答案，不同的企业，项目类型和复杂程度不同做法不尽相同；二是文章展开到什么程度不太好拿捏，写的太细，显得过于庞杂；写得太粗浅，说明不了问题。本文力求全面涵盖相关内容，共性和概念谈的多些，细节后续以专题展开探讨。