機(jī)械自動(dòng)化方案的工程化設(shè)計(jì)涉及的面很寬，要考慮的因素也很多。本書(shū)以提高工業(yè)自動(dòng)化工程師工程化設(shè)計(jì)的能力為目標(biāo)，針對(duì)現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)的實(shí)際需求，以機(jī)電軟一體化為核心，闡述機(jī)械自動(dòng)化方案設(shè)計(jì)的方法與步驟。對(duì)于如何創(chuàng)建高效而且富有競(jìng)爭(zhēng)力的機(jī)械自動(dòng)化設(shè)計(jì)方案，將結(jié)合工程實(shí)踐案例，著重介紹四個(gè)方面的內(nèi)容。

  1.基于精準(zhǔn)測(cè)算的自動(dòng)化硬件配置方案

  機(jī)械自動(dòng)化方案指由控制系統(tǒng)、人機(jī)界面以及運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)所構(gòu)成的方案。由于機(jī)電一體化硬件配置最核心的問(wèn)題是運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)與機(jī)械本體的融合與協(xié)調(diào)度，所以本書(shū)重點(diǎn)介紹伺服驅(qū)動(dòng)控制、減速器以及電動(dòng)機(jī)的硬件配置方法。

  運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)如何選定一直是困擾自動(dòng)化工程師的問(wèn)題。在實(shí)踐中，人們往往類(lèi)比同樣或類(lèi)似型號(hào)的機(jī)器上已經(jīng)使用的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，根據(jù)其額定數(shù)據(jù)進(jìn)行模仿設(shè)定，卻不知其所以然。這其實(shí)是很致命的設(shè)計(jì)習(xí)慣，是“差不多”文化的折射。因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)系統(tǒng)如果選得過(guò)小，輕則機(jī)械裝備達(dá)不到設(shè)定的性能指標(biāo)，重則須更換系統(tǒng)，造成浪費(fèi)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)如果選得過(guò)大，也就是設(shè)計(jì)裕量過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致機(jī)械造價(jià)過(guò)高，能耗過(guò)大。即使運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的大小合適，其中也有一個(gè)驅(qū)動(dòng)控制、減速器以及電動(dòng)機(jī)的相互配合問(wèn)題。如果它們配合不當(dāng)，就會(huì)影響機(jī)械的精度或動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。

  在滿(mǎn)足機(jī)械設(shè)備動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能指標(biāo)的前提下，盡量壓縮設(shè)計(jì)裕量，降低材料用量和成本，同時(shí)在精準(zhǔn)計(jì)算仿真手段的支持下，使運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)最佳地適配機(jī)械本體，從而獲得一個(gè)優(yōu)化的配置方案。

  2. 方案模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)范

  以典型的PID(比例、積分、微分)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)為例，如果PD調(diào)節(jié)器的算法在每一次應(yīng)用中都要重新由項(xiàng)目工程師編寫(xiě)源代碼，將造成工時(shí)的浪費(fèi)和工作效率低下。如果將PID調(diào)節(jié)器的各種應(yīng)用狀態(tài)考慮周全，使其無(wú)論是對(duì)快速和大滯后的被控對(duì)象，還是對(duì)機(jī)械控制和過(guò)程自動(dòng)化的回路調(diào)節(jié)都能適用，然后將各種算法及參數(shù)作為一個(gè)可以重復(fù)使用的模塊進(jìn)行封裝，這樣就可以顯著地提高工程效率，避免無(wú)謂的人力資源的浪費(fèi)。

  現(xiàn)實(shí)情況常常是一個(gè)團(tuán)隊(duì)中有眾多的優(yōu)秀自動(dòng)化工程師，他們有各自的風(fēng)格和優(yōu)勢(shì)，但他們所創(chuàng)造的軟件方案各有千秋，雖然在應(yīng)用中沒(méi)有問(wèn)題，但不能相互兼容和借鑒。更有甚之，如果一個(gè)工程師離開(kāi)公司，那么沒(méi)有人能讀得懂他的軟件，這樣，前期的投入將變得一文不值。

  針對(duì)團(tuán)隊(duì)和個(gè)人，設(shè)計(jì)并執(zhí)行自動(dòng)化方案的標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范是非常重要的。從軟件的架構(gòu)，到模塊的接口定義，甚至到變量名稱(chēng)的定義都應(yīng)該有一套詳細(xì)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，使得一個(gè)團(tuán)隊(duì)的優(yōu)秀工程師們都遵循這些規(guī)范進(jìn)行工作，那么，這個(gè)團(tuán)隊(duì)所產(chǎn)出的自動(dòng)化方案將不僅具有長(zhǎng)久的生命力，而且團(tuán)隊(duì)的工程效率將給企業(yè)帶來(lái)強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力。

  3.基于數(shù)字化模型仿真的工程化設(shè)計(jì)手段

  汽車(chē)制造業(yè)之所以能夠不斷地提高汽車(chē)的性能價(jià)格比，其主要原因之一在于設(shè)計(jì)手段的改革。如果對(duì)設(shè)計(jì)每做一項(xiàng)改動(dòng)或?qū)嶒?yàn)都要新制作一個(gè)樣車(chē)，不僅會(huì)造成研發(fā)成本的高企，而且研發(fā)周期也將成為不可承受之重。HiL可以完美解決這個(gè)瓶頸。機(jī)械自動(dòng)化方案的工程化設(shè)計(jì)也是如此。將機(jī)電系統(tǒng)的部分作為數(shù)字化的模型直接與自動(dòng)化系統(tǒng)連接，可以直接測(cè)試和優(yōu)化控制算法、驗(yàn)證設(shè)計(jì)改動(dòng)是否合理，并無(wú)須為此生產(chǎn)樣機(jī)，這種設(shè)計(jì)方法使得最終的樣機(jī)一次性完成并能夠達(dá)到滿(mǎn)意的設(shè)計(jì)效果。這種設(shè)計(jì)手段的采用就是工程化設(shè)計(jì)的一次革命。

  作為自動(dòng)化工程師，應(yīng)該學(xué)會(huì)充分利用成熟的資源和先進(jìn)的技術(shù)手段，以最短的時(shí)間、最低的成本設(shè)計(jì)出性能價(jià)格比最佳的產(chǎn)品，這不僅是企業(yè)的需求，也是時(shí)代的要求?；跀?shù)字化模型的仿真手段，就是這樣的一個(gè)設(shè)計(jì)捷徑。

  4. 工程化項(xiàng)目管理計(jì)書(shū)書(shū)

  工程化項(xiàng)目管理的目的就是使得一個(gè)項(xiàng)目能夠利用有限的人力資源，在最短的時(shí)間內(nèi)，高質(zhì)量地得以完成，并使其具有傳承性和借鑒性，同時(shí)最大限度地規(guī)避未來(lái)可能的風(fēng)險(xiǎn)，使企業(yè)獲得最大的收益。

  項(xiàng)目管理對(duì)一個(gè)項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，要解決“做什么，誰(shuí)來(lái)做，怎樣做，什么時(shí)間完成，完成標(biāo)準(zhǔn)完成后的文檔總結(jié)”等問(wèn)題。項(xiàng)目管理的步驟是①需求分析②項(xiàng)目規(guī)劃③項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的組建④角色分配以及溝通⑤監(jiān)控機(jī)制的制定⑥項(xiàng)目的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)與驗(yàn)收⑦項(xiàng)目的文檔總結(jié)。

  工程化項(xiàng)目管理的核心是解決如何提高工程化效率，如何培養(yǎng)自動(dòng)化工程師的行為規(guī)范與素質(zhì)。