时间：2023-05-25 15:09:42
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【关键词】 非标准 自动化 装配设计 机构单元
1 引言
所谓装配就是将各种零部件或总成件，按规定的技术条件和质量要求连接组合成完整产品的生产过程，也可称为使各种零部件或总成件具有规定的相互位置关系的工艺过程。可以说，装配工艺在制造行业的应用是十分普遍的。近年来，随着制造业的迅速发展和新技术、新工艺、新材料的广泛应用，高质量、高性能的装配设备也逐渐得到应用，而自动化装配设备就是在这样的形势下出现的。自动化装配设备具有性能稳定、所需人工少、生产效率高、单件产品的制造成本大幅降低、占用场地最少等优越性。下面就非标准自动化装配的设计进行研究，以确保设备能发挥其应用的作用。
2 非标自动化装配设备设计研究
只有通过合理而科学的设计，确保设备的可靠性，我们才能更好地应用非标准自动化装配设备。为此，主要从以下几个方面入手。
2.1 产品的装配工艺设计
为了实现产品的装配质量要求，必须首先分析产品装配过程中每一工艺环节的技术要求，编制和设计合理的产品装配工艺，这直接决定了最终实现每一装配工序的机械装置结构和功能，机械系统的动作顺序。没有对产品的生产工艺要求和装配要求进行深入研究，会导致最终设计出的自动化装配设备出现不易改进的弊端，甚至直接导致不易克服的产品质量问题。同时，装配工艺也直接影响装配设备的总体功能实现方式、结构布局、控制和检测方式等。自动化装配工艺一般包括五个部分。
2.1.1 装配工序
装配工序分为安装工序和固定工序，安装工序是指在自动装配设备的专用工位上进行装配零部件的预备联接。通常固定工序在安装工序之后，也可以把安装和固定放在一个工位上进行。根据装配任务的复杂程度，一个装配过程具有多个装配工序，装配工序的合理分析是进行工艺设计的重要内容。
2.1.2 检测工序
检测工序包括对装配零部件的检验、检查和测试等，检测工序一方面保证装配质量，如装入零件是否有缺陷、装入零件方向位置是否准确、装入后的尺寸精度、密封质量、装配质量等，另一方面在装配过程中对各种故障进行处理。
2.1.3 调整工序
调整工序是对装配工序后具有安装偏差的零部件位置的纠正。
2.1.4 辅助工序
辅助工序包括对装配件的清洁、打标记、分选等环节。
2.1.5 机械加工工序
在某些自动装配设备上，在对零部件安装和固定的过程中，还对一个或几个特定零件进行机械加工。
产品的生产装配工艺往往不是唯一的，符合产品性能要求的生产工艺很多，对可行的装配工艺进行分析比较，结合功能实现的难易程度和品质差异，选择最优的产品装配工艺。
2.2 设备的功能分解和功能设计
产品的装配工艺确定后，如何实现每一装配工艺环节，需要结合装配工艺进行功能分析，将自动化装配设备的总功能分解为分功能或功能单元，自动化装配设备是一个集合机械、电子、信息等技术的机电一体化系统，其所分解得到的功能单元不仅包括了对应于各装配工艺环节的子功能，也包括了检测、控制、辅助、动力驱动、传动等其他功能。
功能分解可以简化自动化装配设备的设计难度，有利于找到最优的功能实现方式。
设备总功能的实现需要各功能单元的协同工作，进行设备功能设计就是寻求功能单元解的过程，也是将功能单元具体化、结构化的过程，解决功能单元解的可行性，要通过“功能效应作用原理”的求解过程，寻求功能单元实现的机械结构、装置或物理效应。最后，对所有功能单元的解进行综合、集成和系统化，实现各功能单元解之间的匹配和协同，从而得到一个系统化的功能解。
装配设备的功能分解、求解过程和装配工艺的设计过程是一个相辅相成，互相促进的过程，以产品装配工艺流程为主线，结合产品的性能要求，对功能求解过程进行检查和优化，大胆提出新的工艺方法，可以进一步优化装配设备的功能。
2.3 设备的结构布局设计
装配性生产设备按照自动化程度可以分为半自动装配机、全自动装配机、自动化装配线。设备的结构布局一般可以分为转盘型布局设计、环线型布局设计和直线型布局设计。
如何选择合适的设备结构布局，需要考虑具体的生产实际，按照装配工艺的复杂程度和装配设备的使用需要进行分析。
转盘型布局具有结构紧凑，占地面积小，操作方便等特点，适合于装配工艺简单，单机生产，产品大小适中的装配环境。但由于所有的装配单元都围绕转盘来布局，使得转盘型装配机具有实现机构复杂，且不宜改进和进行柔性化生产的缺陷。
如图1所示的环线型布局适合于装配工艺复杂程度适中的装配环境，并可以最大限度地节省使用场地，环线型布局增大了产品在装配线上的装配空间，因此可以按照装配要求的改变增减装配的功能单元，使装配设备具有柔性化。
图1 环线型布局
直线型布局主要使用于大、中型的自动化生产装配生产线，不但可以完成产品加工制造后期的各种装配、检测、标识、包装等，也可以集合产品的加工制造、装配、检测于一体，完成成品的全自动化生产和装配过程。它适用于装配工序多，产品设计成熟，市场需求巨大的产品的生产和装配。直线型布局占用场地较大，有足够的空间布局各装配单元的实现机构和装置，可以简化装配机构，并易于增减和改进装配的功能单元，但由于整个生产线较为复杂，对生产线上各装配单元的控制和协同，生产节拍和效率提出较高要求。
2.4 自动化机构系统设计
自动化机构系统设计是按照设定的装配工艺和组成功能单元的原理解，针对组成装配工艺的每个工序模块或功能单元，分别构建完整的机构，然后按照整体装配工艺和功能实现要求进行组合联接，构建出能实现整个装配过程的机构系统。一个自动化装配设备一般包括如下几个机构单元。
2.4.1 供料单元
供料单元是自动化装配设备的重要组成部分，从装配单机的上料机构到大型装配生产线的物料输送系统，供料单元是自动装配设备具有高效率的先决条件。供料机构单元必须保证各种装配零件能在准确的位置、时间和空间状态，从行列中分离并移置到相应的装配工位上。供料单元的检测的可靠性是影响自动装配过程故障率的主要因素。
2.4.2 装配主体机架单元
装配主体机架单元是指可完成装配主件输送功能的主体部分，它包括自动输送机构，实现装配主件的多工位同步或异步传递、夹取、装配和检测，还包括配置齐全的液、气压管路及电气配线装置，而且具有驱动某些装配单元的装配工作头的主动轴。
为了实现装配主件在输送过程中实现同步装配，需要选择和设计精确的机械分度控制装置，以保证每个装配单元的工装夹具与输送动作准确吻合。装配主体机架上一般应间隔排列装配工位和检测工位，以在上次装配工序完成后在下道检测工位上检测有无工件和装配位置是否正确，各装配工位和检测工位之间进行智能化控制，以保证发生错误时自动停机，以消除连续的误装配，避免生产浪费。
2.4.3 自动化装配单元
自动化装配单元布置在装配主体机架上，对应于各装配工位的装配功能，自动化装配单元可以由机构、液气压、电机拖动所构成，和装配主体机架相配合完成特定装配动作。
机械手或工业机器人可以在一次动作循环中完成各种动作，可以作为布置在主体机架上的装配单元进行复杂部件的装配。使用机械手可以简化装配主体机架的复杂程度，提高装配的可靠性。
2.4.4 分捡单元
为保证最终装配成品的合格率，在装配自动化机构系统的设计中，要充分考虑和布置适当的分选换向机构，对各道装配工序中产生的次品按照要求进行分检和分流。分检单元不但可以提高装配的成品合格率，而且可以有效保证装配错误的半成品避免进入下面的装配工序，减小因装配和检测故障造成的停机，大大提高装配生产效率。
2.5 自动化控制系统的选择
整个装配设备的机构系统设计完成后，需要考虑采用何种控制系统来实现整机的自动化控制。对简单的控制任务较少的自动化装配设备，采用单片机控制系统具有成本低等优点。
3 结语
总之，装配是决定产品质量的关键环节，为此，自动化装配设备的出现无疑能使产品质量大大提高，并能减少劳动量、提高装配效率，可以大大降低企业的装配成本。因此，为了确保自动化装配设备能发挥其应用的作用，加强自动化装配设备设计研究是十分必要的。
关键词：非标准；自动化；装配设备；设计要点
装配就是指将总成件或者是总的零部件全部按照相应的规定和质量要求来进行全部产品的连接与组合的过程，也被人们称作是各种总成件或者是零部件的位置关系的具体工艺过程。装配工艺在制造行业的发展中是极为重要的，伴随着制造业的发展，新材料与新工艺是极为广泛的，各种高性能与高质量的装配设备都在制造行业的需求中被研发出来，因此，可以说非标准自动化装配设备的设计工作是非常重要的，自身有着生产效率高、所需人工少、稳定性强的特点。
1 非标准自动化装配设备产品装配工艺
装配工艺对于装配设备有着一定的影响，能够在结构布局、实现方式。检测方式和控制方式上进行充分的控制。自动化装配工艺主要包括五个部分：装配工序、检测工序、调整工序、辅助工序、机械加工工序。
1.1 装配工序
装配工序主要分为两个步骤，一个是安装工序，另外一个是固定工序。安装工序主要是指自动装配设备上的一些专用工位进行相应的装配零部件的预备连接工作。一般情况下，固定工序是在设备的安装工序之后的，固定工序是装配设备设备安装中十分重要的环节，有些装配设备在安装的过程中，也可以将固定工序与安装工序结合在一起进行安装，放在同一个工位上来进行。装配任务是极为复杂的，但是也根据任务的具体情况而定，装配的过程是极为复杂的，需要有着多个装配的程序，装配设备的设计工作主要就是对这些装配程序进行设计，这样才能够保证装配的合理性。
1.2 检测工序
检测工序主要包括b配零部件的测试、检验和检查等环节，这样能够充分的保证整个装配的质量，例如装入的零部件方位知否是正确的、装入的零件是否有着缺陷、在装入之后装配质量、密封质量和尺寸的精度是否符合相应的工艺要求，装配设备在装配的过程中，一定要重视对于各种故障的处理，这也是检测工序中十分重要的环节，将检测工序做好，才能够充分的保证装配设备的正常进行。
1.3 调整工序
调整工序主要是指对于整个装配工序环节中可能存在的误差进行纠正。
1.4 辅助工序
辅助工序主要包括分选、打标记和清洁等环节。
1.5 机械加工工序
机械加工工序在自动化装配设备的设计的过程中主要表现在固定和安装上，能够对一个或者是几个零部件进行充分的加工，提高生产的效率。但是产品的生产装配工艺并不是唯一的，与产品要求相同的工艺是也有很多，在这样的情况下，就要对可行的装配工艺进行充分的分析，对于整个工艺进行充分的比较，根据产品生产的难易程度和功能来进行差异的比较，从而选择出最有的产品装配工艺。
2 非标准自动化装配设备的设计工作要点
2.1 结构布局设计
装配设备按照相关的自动化程度可以将其分为全自动装配机、半自动装配机和自动化装配机，装配设备的设计结构在布局上可以分为直线型的布局设计、环线型的布局设计和转盘型的布局设计。在这样的情况下，就要明确整个装配设备的运行过程，从而选择正确的结构布局设计，还要按照具体的生产情况，根据相应工艺的复杂性和装配设备的应用情况来进行全面的分析。
转盘型的布局有着操作方便、占地面积小和结构紧凑的特点，而且适合应用在装配工艺较为简单的自动化装配设计中，还要保证产品大小适中，其生产的环境是适合单机生产的，这样才能够保证自动化装配设备的设计更加的合理，布局符合生产的基本要求。但是由于装配设备的装配单元都是通过相应的转盘来进行相应的布局的，这样就导致了整个转盘装配机有着不宜改进、结构复杂和需要进行柔性化生产的缺点。环线型的布局是适合应用在装配工艺比较复杂的装配设备生产中，这样就能够最大限度节省设备的使用场地，而且环线型布局会增加整个装配的空间，也能够按照装配设备的生产要求来对整个功能单元进行增减，这样装配设备就有着柔性化的特点。
2.2 自动化机构系统设计
2.2.1 供料单元
供料单元是自动化装配设备的重要组成部分，从装配单机的上料机构到大型装配生产线的物料输送系统，供料单元是自动装配设备具有高效率的先决条件。供料机构单元必须保证各种装配零件能在准确的位置、时间和空间状态，从行列中分离并移置到相应的装配工位上。供料单元的检测的可靠性是影响自动装配过程故障率的主要因素。
2.2.2 装配主体机架单元
装配主体机架单元是指可完成装配主件输送功能的主体部分，它包括自动输送机构，实现装配主件的多工位同步或异步传递、夹取、装配和检测，还包括配置齐全的液、气压管路及电气配线装置，而且具有驱动某些装配单元的装配工作头的主动轴。
为了实现装配主件在输送过程中实现同步装配，需要选择和设计精确的机械分度控制装置，以保证每个装配单元的工装夹具与输送动作准确吻合。装配主体机架上一般应间隔排列装配工位和检测工位，以在上次装配工序完成后在下道检测工位上检测有无工件和装配位置是否正确，以保证发生错误时自动停机，以消除连续的误装配，避免生产浪费。
2.2.3 自动化装配单元
自动化装配单元布置在装配主体机架上，对应于各装配工位的装配功能，自动化装配单元可以由机构、液气压、电机拖动所构成，和装配主体机架相配合完成特定装配动作。
机械手或工业机器人可以在一次动作循环中完成各种动作，可以作为布置在主体机架上的装配单元进行复杂部件的装配。使用机械手可以简化装配主体机架的复杂程度，提高装配的可靠性。
2.2.4 分捡单元
保证最终装配成品的合格率，在装配自动化机构系统的设计中，要充分考虑和布置适当的分选换向机构，对各道装配工序中产生的次品按照要求进行分检和分流。
3 结论
综上所述，装配是决定产品质量的关键环节，根据自动化装配设备的特点，提出在自动化非标装配设备设计中，从装配工艺、结构布局、等方面进行总体设计，优化和合理的总体设计可以加快非标装配设备的设计进度，保证自动化装配设备系统的可靠性。
参考文献
[1]程广华.自动化装配系统及其应用[J].日用电器，2012（03）.
名：
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2、根据生产线的要求购买设备，及评价供应商，对设备改进以及新设备的安装，调试，验收等。
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4、协助设备维修、维护提出改进工艺流程、生产设备等方面的建议;及时、高效地诊断并解决生产设备的故障。
5、建立设备维护体系，使机械处于良好状态，保证生产平稳进行。
技能专长：
1、熟悉生产的设备等管理体系，可从事生产和设备工程管理;
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3、精通工业自动化多种设备维护;维修和改良性维修;
4、擅长自动化机械设备改良和技术革新;
关键词关键词：Inventor iLogic；规则驱动；模型设计；快速设计
DOIDOI：10.11907/rjdk.162861
中图分类号：TP301
文献标识码：A文章编号文章编号：16727800（2017）005001103
0引言
随着我国经济的快速发展，现代制造业获得了巨大进步，一系列复杂而严峻的考验也随之而来。制造商们面临着如何满足客户的多样化需求、如何有效控制产品质量和成本，以及如何合理利用资源、减少重复工作等亟待解决的难题。尤其是对于类似产品的设计，在已有的产品设计平台上创建能够满足不同客户多样化产品需求的设计方法迫在眉睫。随着三维设计软件功能的日益强大，产品设计已经进入可视化、可编程的智能设计阶段，在已有的产品模型基础上通过对其进行参数化设计，将模型中的定量尺寸变量化，使之成为可以任意修改的参数，再利用尺寸驱动的方法，结合可视化交互界面，可达到快速生成模型的目的。目前，各种计算机辅助设计软件如UG、SolidWorks、ProE、Inventor等都可以对模型进行参数化设计。Inventor是Autodesk公司研发的一款三维设计软件，其内嵌的iLogic模块可以通过编写规则驱动模型的参数和属性，从而实现模型的快速设计。
1Inventor iLogic概述
1.1Inventor iLogic 介绍
Inventor软件的功能和数据结构具有明显的“设计支持”的特点，起初在设计意图表达、设计数据关联和设计决策支持3个方面，Inventor并没有能够提供一种可靠完善的解决方案，对于产品研发中诸如设计重用等功能需求也没有很好的解决途径，直到Inventor iLogic 的到来令Inventor软件的设计功能得到了极大提高。iLogic是由Autodesk于2008年从Logimetrix公司收购的，起初作为外部插件使用，在Inventor软件更新到2011版本时被正式列入软件， 成为Inventor中的一个模块。“iLogic”的“i”代表智能，“logic”代表逻辑，这些都体现在设计过程中对于模型的一些手动操作，可以由iLogic自动完成。iLogic主要通过编写规则，调用自身函数功能进行逻辑判断，执行相应操作。这种设计方法称为规则驱动设计（RDD，Rules Driven Design），它是iLogic事务处理的主要手段，是设计构思片段的一种程序表达，这些规则的运行能够改变模型参数，减少重复的修改操作＼[1＼]。
1.2iLogic与结合
语言功能强大，简单易懂，继承了Visual Basic 语言的特点，并且是一种面向对象的语言，许多三维造型软件例如SolidWorks、ProE等都提供了二次开发的API接口。此外，可以在Visual Studio 集成_发平台上，借助其强大的编辑和调试功能，使开发过程更加简捷、方便＼[2＼]。iLogic可以与结合，利用其面向对象的技术完成自定义界面的创建，包括复杂计算和函数创建都可以封装，从而被iLogic调用。这样可以充分发挥两者优势，将计算、界面和模型连接起来，简化繁杂的步骤，提高设计效率。具体作用过程为将模型中的参数传递给交互界面，通过自定义计算将结果传递给对应的参数，利用计算所得的参数数据驱动模型，达到快速改变模型尺寸的目的。
2设计模式与基本原理
Inventor iLogic具有两种设计模式，其本质都是利用iLogic读写Excel表格和自动更新模型的功能，实现产品的快速改型，提高开发效率＼[3＼]。第一种是简单的并行设计，在产品设计过程中，如果需要用到参数传递，可以先把数据之间的关系写入Excel表格。等到产品装配完成，再利用iLogic编写相应规则并运行，从而实现数据的传递与模型自动更新。另一种模式则是利用数据驱动工程图的模式，不同于一般从数据到三维模型再到工程图的设计流程，数据驱动工程图能够建立数据与工程图的直接联系，利用iLogic自动完成打开模型、获取最新数据、更新模型和更新工程图这一系列动作。
Inventor iLogic设计原理非常简单，主要体现在设计过程中对于模型参数、特征、属性等信息逻辑上的处理。编写规则时对字符串数据类型进行对比判断，对数值类型数据进行大小判断，对布尔型数据进行是非判断，再根据判断结果，完善规则的编写。iLogic的所有功能都是调用自身的函数实现的，不同于SolidWorks、ProE以及Inventor自身用于二次开发的API函数的复杂难懂，iLogic模块提供的函数和代码简单易学，想要实现什么功能，以及如何编写代码段实现，具有怎样的语法规则，iLogic在规则编辑器的函数区域都已一一列出。所以使用Inventor iLogic进行参数化设计，其本质就是要了解并掌握其提供的函数及编程规则。
3设计实例
3.1设计思路
本文以SC型气缸（见图1）的快速生成设计为例，详细介绍利用iLogic规则驱动模型的整个过程。建模分为3个部分，分别为气缸缸体部分、活塞部分和活塞杆体上的螺母部分，属于两层装配关系（见图2）。对于零件模型，在建模之前可以先分析每个部分涉及的建模参数，例如气缸直径、行程以及缸体宽度等，总结相关参数并建立自己的命名规则。建立命名规则时，应当注意变量名称不能与Inventor中的单位类型相冲突。
在建立模型时，Inventor参数编辑器会自动记录每个特征用到的参数（见图3），可以对参数名称进行修改，与之前总结的参数名称相对应。除自动记录的模型参数外，还可以自定义用户参数，例如气缸缸体上的“孔1”特征可以通过自定义文本参数“孔1规格”的方法进行驱动修改。创建总装配体时，Inventor iLogic可以通过创建零件之间的关联达到改变零件尺寸时部件也随之变化的协同设计，这种通过关联尺寸改变部件尺寸的方法大大节省了时间，提高了效率。装配时，首先放置各零件模型，添加约束和定位，然后添加用户参数，定义关键参数，使用iLogic语句实现参数相互传递的过程。以下是将零部件定义的尺寸参数相互关联的部分代码：
Parameter（“缸体部分：1” “V1”） = Parameter（“活塞部分：1” “d1”）
Parameter（“活塞部分：1” “d1”） = Parameter（“螺母部分：1” “d2”）
这样即可将零件之间的尺寸相互关联，改变一个零件尺寸，与之相关的另一个零件尺寸也会随之改变，重新生成所需要的模型。将模型参数和用户参数定义完毕之后，可以建立一些iLogic规则，例如赋予模型不同材料特性，完善iproperty中的各项特性等。
3.2自定义用户界面
利用搭建交互界面，首先定义公共变量，变量名称要与之前定义的fx参数表中的参数名称一致，部分代码如下：
因为建立模型时所用到的尺寸参数与根据标准录入Excel表格内的参数并不是完全对应，Excel表格所有的型号尺寸都是按照国家标准录入，但建模时所用的部分驱动尺寸是由标准尺寸计算所得，所以要总结并列出所有一级尺寸和二级尺寸之间的运算关系，将计算公式编入程序。当输入一级尺寸数值时，利用后台自动运算，可以获得所需的二级参数值。编写好的界面如图4所示。用户可以自定义模型各参数尺寸，也可以选择标准型号，将Excel表格中的数据（见图5）自动加载到文本框中。为避免用户输入尺寸时超出规定范围，还可以在程序里加入一些判断语句，限定尺寸界限，以避免不合理的计算和驱动过程＼[4＼]。
If L1000 Then
MessageBox.Show（“气缸的行程超出了合理范围，请重新输入尺寸！”）
编写好相关赋值和计算代码后，运行程序会产生一个.dll文件，将文件放置到三维模型的目录下可将文件加载到Inventor中。同名参数会自动一一对应，用户也可以在此基础上添加规则，实现一些其它的附加功能。运行规则，编写好的界面会自动加载，输入相应参数，即可对模型进行驱动。
3.3运行结果
界面上的参数与fx参数表里定义的用户参数对应，通过输入自定义尺寸驱动生成的气缸模型如图6所示。
3.4工程图生成
在建模的同时生成模型的工程图模板，每次驱动模型，工程图也会随之更新。为了完善模型工程图，可以对模型iproperty进行设置，自动生成各零件模型的名称、规格、材料和颜色等特性。此外，对于工程的各种操作也可以利用iLogic函数实现，比如放置各视图的位置、图幅大小的控制、标题栏的完善等。iLogic还支持将工程图导出，转化为AutoCAD DWG以及PDF等常用的文件格式＼[5＼]。
4结语
本文主要介绍了如何利用Inventor iLogic模块的功能实现模型的参数化设计，并且通过实例论述了整个开发过程，利用iLogic和相结合的方法创建了良好的交互界面，实现了产品模型快速设计的目的。由此可见，Inventor结合iLogic在模型设计方面能够将其设计重用的能力提高到一个新水平，利用Inventor iLogic能够将模型数据融入各个规则，代替原来手动操作的过程，实现更高效、便捷的模型改型设计。而Inventor涵盖的零件、部件、工程图文档类型及其支持对零件参数、模型材料外观等一系列功能的控制可使其对于产品的改型设计更加全面、便利。另外，利用强大的面向对象功能来完善整个设计过程中的界面设计和复杂的计算过程，使交互过程更加方便、直观，极大地提高了工作效率。随着Inventor iLogic技术的日益完善，用户关联设计和自动化设计的能力也不断提高，利用编写好的则和程序代替重复的手动操作，对于各类机械产品的设计具有重要意义。
参考文献参考文献：
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[2]梁凯旋. 浅谈结合Inventor iLogic在工程中的应用＼[J＼]. 黑龙江水利科技，2016，44（5）：139142.
[3]张建军. Inventor iLogic应用二例＼[J＼]. CAD/CAM制造业信息化，2012（6）：3538.
