为了便于大家理解我们即将讲述的一些列内容，我们以一个实际例子来贯穿 本章的所有内容配合阐述如何设计自动化设备。
一、提出问题
任何工业自动化设备的目的都是为了对某一种或一系列产品做加工。所以，
我们的第一步工作是拿到需要加工的产品，明确需要设备完成的工作和需要处理 的工艺。请看下图：
图4.1-1
图4.1-2
如图4.1-1 和图 4.1-2 所示为两个工件的装配图。现已知条件如下：
8：设备将来的使用环境为普通工厂车间：温度为 10-40ºC，空气相对湿度 为15%-95%，噪音要求低于 90dB，工厂可提供的电源为三相交流电压 380V、
单相交流电压220V、频率 50Hz。
问题在目前的技术背景下也是可以解决的。现在，剩下最后一个问题，就是产品
六、优化方案并进行失效模式分析
在这个时候，我们的设备方案雏形已经形成。现在，需要项目组成员坐在一 起探讨这套方案的可行性。首先，确定整体方案设计是否可行；然后，确定各功 能模块方案是否可行；最后，根据集体讨论的结果对方案进行修改和优化、完善。
七、制定项目计划
当我们的设备方案制作完成以后，我们就需要根据这个完善的项目方案制定 项目后续实施计划，这个计划实际上是对第三步中初步拟定的计划的一个精细化 和准确化。在这个阶段，必须对项目日程进行精密的安排，日程时间必须以天为 单位。但是，也需要对项目时间留出充分而恰当的余量。因为设计本身就是一项 未知的工作，我们必须要以实物来验证设计的正确性，所以，任何项目在没有实 物验证之前都可能存在许多未知的错误。那么，我们就需要有时间余量来对这些 错误进行修正。
八、制作零件图和设计软件
本阶段是设计过程中工作量最大的环节。我们所说的制作零件图实际上是包 含有各功能模块中所有细节结构设计和零件的设计。这时，我们主要考虑各模块 装配工艺性、控制用管线的布置路线、零件的受力状况、使用寿命、零件结构工 艺性、零件的形状与模块内各部件的协调性以及零件的美观。
设备方案制作完成以后，控制系统也开始进入设计阶段。控制系统设计包括 硬件系统设计和软件设计。
九、制作装配图
装配图是装配作业人员的作业指导书，所以，在装配图中必须明确、清晰地 表达出装配要求、主要的装配参数和装配方法。
十、制作清单
这里的清单指的是所有设备中用到的材料清单：标准件采购清单和加工件清 单。
十一、审核图纸、工件加工和配件采购、装配、调试、试运行、投入生产、
申请知识产权保护。
以上，是工业自动化设备设计制造的一般过程和项目管理流程。
第二节 设备设计的思考方法和决策过程
现在，我们要进入到工业自动化设备设计最为核心的、主要的阶段。这个阶 段主要讨论一台设备从一个想法到实物出现的各个阶段我们应该如何思考问题、
提出解决问题的方法和如何从中选择出最佳的方法。
设备的功能模块划分和布局基础 一、划分设备功能模块
前面我们说了通常设备功能模块的划分是根据设备加工产品的工序或者工 艺动作来进行的。也就是说划分功能模块的一般原则就是产品的工艺动作，应该 每个功能模块实现一个或数个工艺动作。仍然看图4.1-1 的例子。在本例中我们 将这台设备划分为9 个功能模块：机架及安全装置模块、零件 1 上料模块、零件 2 上料模块、产品输送模块、装配及装配压力检测模块、装配高度检测模块、不 合格品分选模块、合格品卸料模块、控制系统模块。其中装配及装配压力检测模 块就是实现了两个工艺动作：将两个零件装配在一起、检测零件的装配压力。
好了，现在我们的第一步工作顺利完成。那么，这么多个功能模块，我们要 如何进行布局呢？
二、设备布局基础
1：基本布局方式 通常，我们工业生产流程是依据产品的工艺流程决定 的，也就是说我们必须依照产品的工艺流程一步一步的设计工序，这是一个串行 过程；但是，我们为了提高生产效率又想使这些所有的工序进行并行工作，那么 我们就把这些所有的工序动作安装产品工艺流程集成在一起，让多个产品依据进 入设备的先后顺序可以同时被加工，这就是流水线的原理。实际上，我们任何一 台现代工厂自动化设备基本上都是一个小型的流水线。显然，明白了这个原理以 后，布局对于我们来说就变得简单多了。换句话说，流水线原理实际上就是我们 的设备布局理论基础。通常的流水线布局方式也就大约4 种：直线式、U 型式、
上下式、转盘式。不论是那种布局方式，它们的布局核心都是围绕产品的流程进 行——也就是围绕产品的传输路线进行布局设计。
直线式的布局方式中，产品的传输装置通常是输送带或者输送链。如图4.2-1 所示。
图4.2-1
U 型式的步进方式中，产品的输送装置通常是输送链或者输送带。如图 4.2-2
所示。
图4.2-2
可以看出，U 型式的布局相较于直线式的优点在于产品的进出在同一个方 向，更方便自动或半自动线中让同一个操作人员进行产品的上下料操作。如果对 U 型式布局方式略加变更就可构成一个封闭式的产品循环输送线，这样的布局方 式就适合随行夹具的使用。如图4.2-3 所示。
图4.2-3
在这里，我们引入了随行夹具的概念，在这里做一个简单的介绍：所谓随行 夹具就是跟随产品在输送系统中随着产品的流程推进而一步一步前进的工装夹 具，随行夹具通常是需要循环使用的。随行夹具主要是在自动生产线、加工中心、
柔性制造系统等自动化生产中，用于外形不太规则、不便于自动定位、夹紧和运 送的工件。工件在随行夹具上安装定位后，由运送装置把随行夹具运送到各个工 位上。
上下式的布局方式主要就是为了充分利用空间并且便于使用随行夹具对产 品进行输送、定位的一种常用布局方法。在本布局方式中，通常上层输送线是用 作工作层，下层输送线是用作随行夹具返回层。如图4.2-4 所示。
图4.2-4
那么，最后一种布局方式是圆盘式，通常，这种布局方式也是使用随行夹具 对产品进行输送和定位。这种布局方式相较于其他布局方式具有结构更加紧凑、
随行夹具使用数量少、传动机构简单、定位容易且定位精度高等优点。但是，由 于这种布局方式是基于圆盘回转的基础上，所以，不可能做得很大，即能实现的 工序动作不会太多。所以，通常这种布局方式主要应用于单机设备中和小型生产 线或者作为生产线的局部布局使用。如图4.2-5 所示。
图 4.2-5
以上，我们介绍了设备的常用布局方式，那么，我们在本例中究竟选择哪种 布局方式比较合理呢？又该如何去选择呢？
2：布局方式的选择思考方法 要选择布局方式，我们首先要弄清我们的 设备中有多少个工序工位。显然，在本例中，根据我们前面划分好的功能模块可 以看出一共有：零件1 上料模块、零件 2 上料模块、装配及装配压力检测模块、
装配高度检测模块、不合格品分选模块、合格品卸料模块等6 个功能模块是属于 工序工位。但是，事实上，请诸位考虑：不合格品分选模块和合格品卸料模块实 际上说的是一个功能——卸料。并且不合格品和合格品不会属于同一个产品，它 们一定会有先后顺序，即以串行方式出现。所以，这样的话，我们就可以把这两 个功能模块合并成一个。当我们要这样计划并做方案的时候，就必须思考，这两 个功能模块合并成一个的话，我们的机构是否可以实现这两个功能：即当产品运 行到卸料工位时，合并后的卸料功能模块是否可以将不合格品从随行夹具中卸下 并放到不合格品的盒子里去，并且也可以将合格品从随行夹具中卸下放进合格品 的卸料位置上去。答案是肯定的，只要我们的卸料功能模块能走三个位置就可以 了。显然，能走三个位置的自动化机构非常多。所以，结论是我们可以把这两个 功能模块合并在一起，即是将这两个工艺工序合并成一个。如下图所示。
图4.2-6
那么，经过合并之后，我们的工序工位就只剩下5 个了。
前面我们说了布局的核心是产品的输送方式，所以，第二步的工作时要确定 我们是需要那种类型的输送装置。我们知道，以上介绍的几种布局方式中，可以 分为两类：一种是直接输送类，另一种是使用随行夹具输送类。那么，在本例中 如何确定我们需要那种输送装置呢？换句话说，我们就是在输送过程中是否需要 随行夹具呢？确定这个问题，我们需要从产品的外形、定位方式（或装夹方式）、 定位精度等几个方面去考虑。首先，我们回头去看图4.1-1 可以知道，本产品中 两个零件都是规则外形——圆形。所以，从这个角度看，是否使用随行夹具对产 品定位不影响。其次，我们看定位方式。通常，圆柱形产品我们使用的定位方式 有三种：一种是V 槽定位，一种是仿形定位，一种是定位销或者定位凸台定位。
或者是几种定位方式综合运用。由于本例中产品有定位定向要求，所以，我们初 步选定仿形定位。最后，我们看定位精度。显然，本例中产品装配要求过渡配合，
或者是几种定位方式综合运用。由于本例中产品有定位定向要求，所以，我们初 步选定仿形定位。最后，我们看定位精度。显然，本例中产品装配要求过渡配合，