《智能制造装备机械系统设计技术规范》标准征求意见稿

T/CMEEEAXXXX—2025智能制造装备机械系统设计通用技术规范本文件规定了智能制造装备机械系统设计的基本要求、机械系统结构设计、运动与传动设计、控制接口、安全性设计、制造与装配。本文件适用于智能制造装备中机械系统的设计。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T150压力容器GB/T8196机械安全防护装置固定式和活动式防护装置的设计与制造一般要求GB/T15706机械安全设计通则风险评估与风险减小GB/T16754机械安全急停功能设计原则GB/T17587滚珠丝杠副3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1机械系统mechanicalsystem指由机械结构、传动机构、执行机构、控制接口及辅助部件组成的能够完成特定功能的整体装备单元。4基本要求4.1基本原则4.1.1机械系统设计应满足预期功能、安全性和可靠性要求，其总体设计原则应符合GB/T15706中关于机械本质安全化设计的基本要求。4.1.2系统设计应在充分进行需求分析的基础上确定功能边界，包括负载能力、运行周期、环境条件及维护策略，并应确保结构布局合理、接口关系清晰。4.1.3设计应遵循生命周期理念，在结构、材料、制造与装配等方面综合考虑制造性、运行经济性与维护便利性。4.2安全性4.2.1机械系统应在正常、异常及故障状态下保持可接受的安全水平，涉及危险运动部件的区域应设置防护装置、安全联锁及急停装置，防护措施应符合GB/T8196的规定。T/CMEEEAXXXX—202524.2.2对高温、高压、高速或危险能量部件，应设置隔离、防护或限制装置，并在明显位置设置风险提示标识。4.3可靠性4.3.1系统的可靠性设计应通过结构设计、材料选择、环境防护和应力控制等手段达到预定可靠性指标。4.3.2关键部件应进行寿命评估和必要的可靠性验证，确保满足预期持续运行时间及维护周期。4.4可维护性4.4.1系统设计应便于维护作业，主要维护位置应具备良好的可视性和可达性，拆装操作应简单、安全。4.4.2系统应预留必要的状态监测和故障诊断接口，以支持运行监控与健康管理。4.5功能性与性能指标4.5.1系统功能应满足预期工艺要求，包括执行功能、运动功能、信息交互功能及辅助功能等；功能需求应在设计文件中明确说明。4.5.2系统性能指标应进行量化，包括运行速度、定位精度、重复性、刚度、载荷能力、运动平稳性及能耗等，并应依据适用的产品或行业测试规范进行验证。4.5.3对具有智能功能的系统，应明确传感器精度、采样频率、数据延迟等性能要求，并确保其与控制系统的匹配性。4.5.4各项性能指标应通过计算、仿真和试验验证，试验方法应符合现行国家或行业标准的规定。4.6模块化与可扩展性要求4.6.1机械系统应采用模块化设计原则，模块划分应明确功能边界和接口关系，并便于装配、拆卸和升级。4.6.2系统应考虑未来扩展与升级的需求，预留必要的安装空间、通信端口、功率余量及软件扩展能4.6.3模块化设计应兼顾维护与替换的便利性，模块应具备独立性和可替换性，不应因单个模块维护影响整个系统的功能。5机械系统结构设计5.1整体结构布局5.1.1机械系统整体结构布局应根据功能需求、载荷分布、运动路径及安装条件进行合理规划，确保结构紧凑、受力明确、布置有序。5.1.2系统的功能单元、执行机构、传动部件及辅助部件的布置应保持空间利用率高、干涉风险低，并应满足安装、调试及维护操作的可达性要求。5.1.3整体结构应具备良好的刚度与稳定性，运动部件的布置应避免共振区间，并应在设计阶段通过计算或仿真进行动力学分析。5.1.4对大型、复杂或具有多自由度结构的机械系统，应采用模块化结构布局，使关键结构单元具有独立性和可替换性。5.1.5系统结构布置应便于电缆、气路、液压管路的布线和固定，减少折弯、摩擦及应力集中，布线方案应符合安全及耐久性要求。T/CMEEEAXXXX—202535.2关键部件设计要求5.2.1执行机构5.2.1.1执行机构的运动精度、速度范围和负载能力应满足具体工艺要求，并在设计文件中予以明确。5.2.1.2执行机构的安装位置应具有足够的刚度和稳定性，安装基准应明确且易于校准。5.2.1.3执行机构应设置必要的极限位置保护、缓冲机构或行程限制装置，以保障运行安全。5.2.2传动系统5.2.2.1传动系统的类型（如齿轮、链、带、丝杠、滑轨、直驱等）应依据运动精度、负载特性、使用寿命和维护要求进行选择。5.2.2.2传动部件应确保平稳、可靠、低噪声运行，并通过结构优化减少振动及冲击。5.2.2.3传动链条或皮带应设置张紧和调整机构，齿轮系统应进行必要的润滑设计。5.2.2.4丝杠副、导轨副等高精度传动部件的选型与使用应参考GB/T17587及相关精度等级要求。5.2.3支撑结构5.2.3.1支撑结构应具有足够的刚度、强度和耐疲劳能力，确保系统在静载荷、动载荷以及冲击工况下保持结构稳定。5.2.3.2支撑结构的连接方式应根据载荷路径、制造工艺与维护需求选择焊接、螺栓连接或整体加工等方式，并避免过度约束导致应力集中。5.2.3.3对高振动或高动态工况，应在支撑结构设计中采用加强筋、阻尼材料或隔振装置，以提升系统稳定性。5.3材料选择5.3.1材料选择应依据力学性能、疲劳性能、加工性、环境适应性、重量要求和成本等因素综合确定，并符合现行国家或行业材料标准。5.3.2承载构件应进行强度、刚度、疲劳寿命等设计与校核，结构强度计算应符合GB/T150及机械结构类相关标准的要求。5.3.3对存在腐蚀、磨损或高温环境的部件，应采用耐腐蚀、耐磨或耐高温材料，并采取表面处理措施，例如氧化、镀层、渗碳或涂层保护。5.3.4精密配合部件应优先选择稳定性好、加工精度高、热变形小的材料，并采用热处理或时效处理降低残余应力。5.3.5材料的批次一致性、性能稳定性和可追溯性应满足质量控制要求。5.4轻量化设计5.4.1在满足强度、刚度及使用寿命的前提下，机械系统应采用轻量化设计方法，降低整体质量，提高动态性能和节能效果。5.4.2轻量化应通过结构优化、拓扑优化、材料替代（如铝合金、复合材料、高强钢等）或空腔化设计实现，但不得降低结构安全性。5.4.3对于高速运动部件，应尽量减少移动质量，以降低惯性，提高响应速度和控制性能。5.4.4轻量化设计应结合加工性、成本和可靠性进行综合权衡，不应因轻量化导致加工困难或维护成本增加。5.4.5对采用轻质材料设计的部件，应重点关注其抗疲劳性能、变形量和连接可靠性。6运动与传动设计T/CMEEEAXXXX—202546.1运动机构设计6.1.1运动机构的类型与配置应根据工艺要求、自由度需求、作业空间及负载特性进行确定，保证运行轨迹、运动范围和定位精度满足设计要求。6.1.2运动机构的自由度配置应具有明确的运动分工，避免冗余运动造成结构复杂化或控制难度增加。6.1.3对涉及高速运动的机构，应进行运动学和动力学分析，确保运动平稳、加减速合理、冲击力可控。6.1.4运动副（如旋转副、移动副、滚动副等）的选择应依据精度、摩擦特性、耐磨性和维护周期综合确定。6.1.5运动机构在极限位置处应设置限位装置或缓冲机构，以降低冲击并确保使用安全。6.2传动系统选型6.2.1传动系统的选型应综合考虑传动精度、响应速度、刚度、噪声、效率和使用寿命，并与整体运动性能相匹配。6.2.2传动形式的选择应满足结构紧凑、布置合理、维护便利的要求，并尽量缩短传动链以减少累积误差。6.2.3对高精度传动需求的部位应优先采用滚珠丝杠传动、直线电机或高精度齿轮传动等；相关精度和性能等级可参考GB/T17587的规定。6.2.4对大负载或远距离传动场景，可选用链传动、带传动或减速机构，并应设置张紧装置和防脱措施。6.2.5对具有反向力矩或高扭矩需求的场合，传动系统应具备足够的强度和抗疲劳能力，必要时应采用双支撑、加粗轴系或高强度齿轮材料。6.3精度、速度与稳定性设计6.3.1运动精度应根据工艺要求设定，包括定位精度、重复定位精度、轨迹精度等，并应在设计文件中明确其允许偏差范围。6.3.2速度、加速度和加加速度（jerk）参数应与执行任务匹配，避免过大的加速度引发振动、共振或部件疲劳。6.3.3对运动平稳性要求较高的部件，应通过结构优化、质量分布调整或采用减震、隔振装置提升运行稳定性。6.3.4运动与传动系统应根据固有频率和工作频率进行避振设计，避免产生共振现象。6.4振动控制6.4.1机械系统在运动过程中应进行动力学分析，明确惯性力、冲击力、振动特性及载荷变化规律。6.4.2对高速、重载或频繁启停工况，应采取优化质量、调整传动比、增加阻尼或应用柔性连接等措施降低振动与冲击。6.4.3结构应避免长悬臂设计和不合理的结构过渡，以降低振动放大效应。6.4.4必要时应采用振动隔离结构、阻尼材料或主动/半主动振动控制技术提高系统稳定性。6.5润滑、冷却与保护设计6.5.1运动副和传动系统应设置适当的润滑方式（集中润滑、自动润滑或人工润滑并根据负载与速度设计润滑周期。6.5.2齿轮、导轨、轴承等易发热部件应具有相应的散热措施，必要时应采用强制冷却或冷却循环系6.5.3传动与运动部件应采取防尘、防水、防腐蚀措施，环境等级应满足设备使用环境需求。T/CMEEEAXXXX—202556.5.4润滑和冷却系统应具备监测能力，能够检测异常压力、温度或流量，并在设计上避免泄漏风险。6.6控制系统协调性6.6.1运动与传动系统的动态性能应与控制系统能力匹配，包括响应速度、反馈频率、调节精度等。6.6.2驱动系统、编码器、传感器的选型与布置应考虑控制系统的采样周期、带宽要求及通信协议。6.6.3机械系统的运动特性应为控制系统提供可预测的动态响应，避免结构非线性或柔性过大导致控制误差。6.6.4对复杂或高速运动系统，应通过联合仿真验证机械结构与控制算法的匹配性。7控制接口7.1总体要求7.1.1控制接口设计应根据系统的功能需求、运动特性和控制模式进行配置，确保机械系统与控制系统之间的信号传输准确、稳定和实时。7.1.2控制接口类型、数量及布局应在设计文件中明确，并应具备可扩展性，以满足系统升级或模块扩展的需要。7.1.3控制接口的布局应避免干涉、干扰和交叉布线，确保布线安全、可维护，且符合电磁兼容性要7.2电气接口设计7.2.1控制器、驱动器、传感器及执行器的电气接口应采用标准化的端子、连接器或插件方式，保证接线可靠、防护等级满足使用环境要求。7.2.2电源接口应根据负载能力选择合适的线径、保护装置和接口形式，并设置过载、短路、漏电保护措施。7.2.3控制信号线与动力线应分布布线，必要时应采用屏蔽线或金属槽盒，以降低电磁干扰风险。7.2.4电气接口的标识应清晰、统一，便于安装和维护。7.3传感器与信号采集接口7.3.1系统应根据功能需求配置必要的传感器，包括位置、速度、温度、压力、振动、负载等，并确保测量范围、精度与响应速度满足控制要求。7.3.2传感器接口应采用适配的输入方式（如模拟量输入、数字量输入、编码器接口、总线接口其电气特性应与控制器匹配。7.3.3传感器应具有防误插、防松脱和固定可靠的安装方式，避免因振动或外力导致信号失真或中断。7.3.4对关键测量信号，应采取冗余设计或异常检测机制，提高系统运行的可监测性与安全性。7.4信息交互接口7.4.1信息交互接口应支持设备内部模块之间及设备与外部系统之间的数据通信，通信方式应满足实时性、完整性与安全性要求。7.4.2数据传输应具备必要的校验机制，确保数据的正确性、完整性与抗干扰能力。7.4.3对实时性要求高的控制信号，应优先采用实时通信协议或采用硬件触发方式。7.5控制系统兼容性7.5.1控制接口应具备向上兼容能力，支持控制系统升级、新模块接入或功能扩展。7.5.2通信口、处理能力等控制系统硬件资源应预留冗余，以满足未来扩展需求。T/CMEEEAXXXX—202567.5.3控制系统的接口标准化程度应保证不同模块之间具备互换性和可替换性。7.5.4当采用多控制单元协同工作时，应明确主从关系、通信方式及同步策略，确保指令一致性和任务协调性。7.6信息安全7.6.1控制接口和通信网络应采取必要的安全措施，防止非法访问、错误操作或恶意攻击。7.6.2关键通信链路应具有加密、访问控制、权限管理和日志记录等安全功能。7.6.3对重要控制命令和关键数据应进行权限验证，避免误操作或未经授权的更改。7.7接口管理7.7.1所有接口应具有明确的标识、编号和接线说明，便于维护和故障排查。7.7.2控制接口应在设计阶段考虑维护操作空间，避免插拔困难或拆卸风险。7.7.3当接口发生故障时，应具备断点检测、异常报警或故障隔离能力，以减少故障影响范围。7.7.4控制接口的管理信息（端口分配表、编号规则、维护记录等）应在技术文档中完整记录。8安全性设计8.1人机安全要求8.1.1机械系统设计应遵循本质安全原则，避免因结构、运动或能量释放导致人员伤害。涉及人员接触区域的设计应符合GB/T15706的要求。8.1.2操作人员可能接触的区域应避免尖角、锐边、突出物和夹点；若无法避免，应采取必要的缓冲或隔离措施。8.1.3操作界面布置应合理，保证操作者在自然姿态下能够安全、方便地进行操作，避免因过度伸展、弯曲或扭转引发风险。8.1.4设备应明确人员操作区域、维护区域和禁止进入区域，并通过标识、线框或光栅等方式进行区8.1.5若设备涉及高温、高压、高速运动部件、危险化学物质或强电，应采取隔离、屏蔽或多级保护措施，避免人体接触风险。8.1.6设备在启停、调试和切换模式时，应确保不会因误操作或延迟响应导致对操作者造成意外伤害。8.2防护装置8.2.1机械系统应根据危险等级设置防护装置，包括防护罩、防护栏、隔离罩、透明观察窗等，防护装置应牢靠、安全、易维护。8.2.2防护装置设计应确保能够有效阻止人员接触运动部件或危险区域，同时不影响设备运行、观察与维护。8.2.3对涉及高速旋转、飞溅、挤压、切割等危险情况的部件，应采用固定式或联锁式防护装置；必要时采用双重或多重防护结构。8.2.4防护装置的材料、抗冲击性和结构强度应根据使用环境和风险等级进行设计。透明防护材料应具备耐疲劳、耐冲击和足够的光学性能。8.2.5防护装置在被拆卸或打开后应确保设备无法恢复危险运行，直至防护装置复位并确认安全状态。8.3紧急制动8.3.1机械系统应配备紧急停止装置，其布置应使操作人员能够在任何可能的危险瞬间迅速触及并触发紧停。T/CMEEEAXXXX—202578.3.2紧急停止功能应符合GB/T16754的规定，并应实现安全、快速和可控的停机效果。8.3.3紧急停止装置应优先采用机械式或硬件级联动方式，确保在控制系统故障、电源中断或通信异常情况下仍可生效。8.3.4设备应配备关键部件的故障检测与保护机制，包括过载保护、过温保护、断气保护、断油保护、短路保护等。8.3.5当系统发生关键故障时，应能够自动进入安全状态，包括停止危险运动、卸载压力或切断能量源等。8.3.6系统在恢复供电或故障排除后应采取安全启动措施，避免设备自动恢复运行造成危险。8.3.7对涉及高风险