非标自动化设备设计经验：多年非标设计师的感悟，献给奋战自动化一线的你们 ...

你知道为什么大学里要学高数，要学C语言，要学控制理论，学英语吗？因为：

1、数学是一切科学的基础，一切的控制研究的基础来自于高数中的理论或者公式。

2、培养一种工科生的思维能力和学习能力。

3、数学、力学基础决定着机械设计工程师的高度。

4、英语水平高低决定着工程师的发展空间。

多年来，我在机械非标设计一线跌跌拌拌，主持设计了几十种产品的设计；在这些项目中与帝都知名设计研究院，著名高校及兄弟单位进行过多次合作。深深体会到机械设计人才良莠不齐，浑水摸鱼沽名钓誉之徒太多；大多数设计人员毕业后很少再学习，甚至平均下来每月还不看一本专业书籍，所以其水平也不敢恭维。国人学习做事喜欢捷径找方法，总结起来有四种方法：模仿别人，学习别人的经验消化理解，这是最聪明的方法；经过自己深思熟虑实践，这是最宝贵的方法；总结自己失败的经验和教训，这是最痛苦的方法。国外的工业帝国有企业出书和工程师出书，读几本也受益匪浅。但是机械行业鉴于当今知识产权做的不到位，机械行业大都互相堤防，不像电子等新兴行业，好多工程师把自己的经验发到论坛上分享。机械行业大家相互遮遮掩掩，唯恐被别人看破看懂；在此我想记录下自己设计过程中的点滴，抛砖引玉，互相交流。

古代有三教九流之类的说法“一官、二吏、三僧、四道、五医、六工、七匠、八娼、九儒、十丐”，一目了然，咱们做匠人的值得庆幸的是排到了娼前面。按照当下国内的说法人才分四类：首先是搞艺术，因为中华艺术是神圣的所以咱们常人无法达到；然后一流人才做销售，在中国各种政府采购及规则，能把销售做好不亚于搞艺术。二流的人才做管理，神舟飞天好几年了贪污腐败到现在还没好办法，可见管理这谭水不是一般的深啊；当你放弃了梦想，失去了斗志，没有了勇气，不要过于悲伤，还可以做三流人才，做技术吧。

说句骄傲的话：机械的发明和精巧的设计仅仅是极少数天才人物凭知识和才能所掌握的一种技巧，而且在设计时除了设计者的直观能力外，还要对设计过程的一系列关键过程加以分析，并根据相应的规律有计划地予以实现。

过去的几位天才的工程师，如阿基米德、达·芬奇、尼古拉斯特拉、他们把设计思想留给了后人近代的富朗克、汉森、凯塞林、罗登纳克、沃格包尔、等天才从事机械设计研究。但这些搞机械设计的人才们结局都不很乐观，看过电影“太极”身为铁道部总工程师的方子敬和机械设计工程师陈栽秧的悲催遭遇，还有发明家“灰太狼”身为机械设计的优秀人才，却为每天吃饱肚子发愁，我不明白为什么鄙视机械的片都这么流行；就好像央视那军事评论员说美国的航母不环保一样，自己做不好的东西就要鄙视。深深地感觉到机械设计师——中国三流人才里最悲催的职业。之所以称之为悲催就是经过痛苦的挣扎和不懈的努力终于从茧里爬了出来却发现自己不是蝴蝶。机械设计有这么难吗？简单地说：设计就是综合。

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综合是创造一套完成某项给定目标的计划或办法的过程。规定机器的尺寸、形状、材料和零件的组合以便使机器顺利完成它的预定工作的过程。说深奥一些：设计过程的总体却有一种非常象科学一样的艺术特性，科学在设计中的作用仅是为设计者提供用以实践他们艺术的工具。

想成为一个优秀的设计师，要经历一下几个阶段：

1. 婴儿级

这个级别就是能掌握设计所需的工具；熟练操作CAD，ProE，SW，ANSYS、Mathcad等软件，深刻理解材料力学，工程力学，机械设计理论，机加工工艺，金属工艺学等基础理论；熟练掌握公差配合，工程材料等基础知识。当然什么叫做熟练操作，经常见那些自称用某种软件很熟练的小伙子们实际操作软件的时候是那么生疏，熟练程度不好界定，如果必须量化那么只能给个近视量，如果用某个软件绘制工程图不到500张，如果三维模型画够上千个就别说自己是熟练。深刻理解力学理论也一样，不说对那些要点如数家珍，最起码说对一个学科能系统地从头到尾穿起来。熟练掌握是更进一步的要求，举个例子，对于公差配合熟练掌握就是对基准基准体系、形状公差、位置度公差、延伸公差带、等知识熟记于心，对这些公差的应用，公差的检测，以及加工过程中保证这些公差的工艺等有初步了解。达到了这些要求，具备了机械设计的基础知识。

2. 幼儿级

图纸是工程师的语言，作为幼儿就应该学会说话了；国标就是语法，常用的三五十个制图国标应该倒背如流，如果有企业标准和规范会稍多一点，这些倒没这么难绘制两三千张工程图这些标准就会形成一种习惯；关于制图，之前也曾说过“现在好多工作多年的机械设计人员连张像样的图纸都画不出来”。三维图也是有语法的，并不是按照尺寸画出三维图就行了：是采用自上而下、还是自下而上，如果自下而上从零件时候就必须为下一步装配，方针，修改做准备；基准面怎么选，用什么特征都不是随便选的；零件图绘制顺序还要结合零件的加工工艺顺序一致，是先拉伸切除还是先旋转切除都要结合零件的加工工艺；三维图装配也一样，根据装配规范的总成逐级装配。

3. 儿童级

儿童级是最为漫长的一个阶段，这个阶段可以在师傅的指导下完成简单的零件设计。既然是设计肯定要对这个零件的功能要求力学性能了如指掌，然后进行适当的力学计算；不要依靠分析软件，因为当没搞明白本质之前，靠软件就是盲目的；在这里需要强调的就是在机械设计中任何软件都是工具，真正宝贵的是设计者的思想和创意，而并非软件。分析的目的在于获得符合要求的工作性能的同时，做到重量轻巧，加工简单，降低成本，其实归根结底就是钱的问题；那么设计就可以理解为在某事某地某工况下为某以技术任务给出一个尽可能好的解决办法所必须的一切综合和分析的活动，在儿童级别可以狭义地理解设计即：确定一个零件部件机器的尺寸结构及材料特性等。这个阶段应该很清楚设计的每一个零件是怎么加工出来的，用到什么机床，采用什么样的表面处理工艺，每个公差存在的意义，只有这样才能保证你设计的零件在当今的加工条件下能制造出来。然后就是装配问题，心中应该比较明确自己设计的部件，机器，是怎么安装的，采用什么工具安装，需不需要吊装孔，要不要定位。然后维修，使用，易损件更换是否方便。这个阶段应该深刻认识到对加工工艺了解远比理论更有意义，这个阶段你会慢慢感觉到那些每天炫耀三维软件制作三维动画和生成红黄绿网格的最多只能算是个制图员。

当终于把这个阶段走完的时候，发现作为设计师终于可以自己设计一些简单的结构了。这时候也慢慢发现有人在骂你，或者说有机会挨骂了。因为生产、采购、使用、维修、运输、所有的错误都可以归结为设计的错误，的确如此，因为设计的时候都可以避免的。

4. 少年级

因为为机械设计付出过那么多辛勤的汗水；为了设计某个产品而彻夜难眠，甚至为设计中的一个失误而在梦中惊醒；注重每个细节甚至为了某个螺栓的取舍而费尽心思；为了攻读某个学科而熬过的无数个夜晚；为了未知领域自己一个人与枯燥的专业书为伴；最好的年华献给了机械，所以轻狂一些可以理解因为你已经具备了一些可以轻狂的基础。工艺方面。这个阶段不但清楚地知道每一个零件是怎么加工出来的，而且知道这个零件有多少种加工方法，每道工序在机床上装卡几次，需要什么样的机床附件，需要用到什么规格的刀具等；拿螺纹为例：车削内外螺纹各需要什么的车刀，常见螺纹刀有多少种，螺纹刀进刀方式有多少种，梯形螺纹锯齿形螺纹矩形螺纹各怎么加工。

总之，一切错误都是设计者的错，机械设计者是可怜的。设计出好的产品并非是件容易的事情。厂商希望尽量降低成本，销售商希望产品能吸引客户。客户在采购时候领导会注重产品的价格、外观和品牌；一线使用人员更在乎产品的功能和操作。售后维修人员所关心的则是产品拆装、检查和维修的难易度。与产品相关的各方面有不同的需求，而且这需求还经常相互冲突。即便如此，一个优秀的设计师依然能够设计出让各方面都能接受或都能满意的产品。

机械设计的重点在于以下几个方面：

1、绘图是一个设计师的脸面，面子工程

由一张图纸可以看出一个工程师的基本素质，一张图纸可以看出设计师的严谨程度和对国标的掌握情况，一张图纸也可以看出设计师对加工工艺的熟悉程度。绘图的境界就是严谨与艺术的结合，所有的标准、知识、分析都是为了一个字“美”，这是对绘图的较高层次的要求。作为设计师的基本功，所谓功到自然成，“绘制过18K张图纸，才会看到超越机械的美”。

2、螺纹的设计应用可以看出设计师的基础

是硬工夫装不出来的。螺纹就像是数学中的“0”，最简单却又最复杂，随处可见但又千变万化。从日不落帝国发明了英制螺纹，然后山姆大叔推行联盟标准并衍伸到公制（米制）螺纹，公制螺纹在严谨的日耳曼民族推广至欧洲大陆然后漂洋过海来到了中国，螺纹在漫长的演变中应用到各种各样的工况。

常见的米制普通螺纹，美制统一螺纹，英制惠氏螺纹，小螺纹，航空航天螺纹。用于传动的米制梯形螺纹，爱克母螺纹，米制锯齿螺纹，美制锯齿形螺纹，英制锯齿形螺纹。用于密封的英制密封管螺纹，英制非密封管螺纹，日韩旧英制管螺纹，美制密封管螺纹，美制干密封管螺纹，美制非密封管螺纹米制管螺纹。另外还有行业专用螺纹等。螺纹作为复制的空间曲面力学分析更为复杂。

3、公差是一门哲学，是一种思想

公差配合是机械的精髓所在。公差之所以称为精髓，因为公差是影响产品性能，成本的重要因素；公差可以解决降低成本和保证性能的矛盾；对公差的理解也可以看出设计师空间想象能力，抽象事物理解能力，逻辑思维能力。在我所接触过的机械设计行业中，能搞明白公差的人少之又少，说白了就是没有；在我看过有关公差的书籍里，能写明白公差的人寥寥无几，大都一知半解就粘贴上去了。我曾去图书馆查阅关于公差的书籍，这类的书籍在书架上应该有上百本，但是从深度上没有找到一本满意的，不禁想国图、首图这些人们采购书的时候。

4、数学、力学决定着机械设计的高度

设计就是规定机器的尺寸、形状、材料、零件组合特征及组合方式。在设计者要有科学的支撑，要运用大量的数学，力学及相关学科工具；数学、静力学、运动力学、动态力学所得到的信息会比设计师凭直觉和估计要精确可靠。再者，机械原理，机构学等本质也都是数学物理的组合。

5、英语水平高低决定着设计师的发展空间。