设备设计标准合集12篇
设备设计标准篇1
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设备设计标准篇2
一、非标准自动化装配设备产品装配工艺设计
装配工艺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。
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、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。
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。
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。
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。
二、非标准自动化装配设备的设计内容
1、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。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。
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、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。
（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）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。
（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。
（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。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。
三、结束语
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
设备设计标准篇3
中图分类号：TH71 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）03（a）-0079-02
计量标准仪器设备的溯源，现场计量保障，仪器设备的外借，核查标准的传递等，都是计量标准仪器设备的移动、远程运输的时机。标准仪器设备的安全运输可以实现现场、原位计量保障，解决了用户大量仪器设备运输、大型仪器设备、系统不能搬运等问题；避免溯源返回的仪器设备、核查标准传递的仪器设备在途中造成量值失准等问题。计量标准仪器设备大多都是贵重、精密设备，其性能完好是完成计量工作的基础，也是测量质量的基本保证，它决定了计量保障工作的成败。所以，仪器设备的安全运输应该作为一项深入细致的工作，必须按照预先的程序稳妥、有效地进行。
1 安全运输的内涵
标准仪器设备的安全运输是指在运输过程中仪器、设备、附件、文件、包装等，做到无丢失、无损坏，标准仪器设备启封使用时计量特性的完好性、组合功能正常、标准量值准确可靠。为了保证标准仪器设备运输安全，必须做到防振动、防污染、防潮湿、防高（低）温、防磁化、防电磁损伤、防电离辐射、防丢失等。
防振动。在搬运和运输仪器、设备工程中避免超出承受的振动，由于振动产生的加速度小于规定值，以保证不因振动而产生机械损伤和参数的偏移。
防污染。在运输的全过程中避免与有毒和有害的气体、物质接触，保持标准仪器设备包装的清洁，避免人员的毒害和设备受到的污染。
防潮湿。防潮是要做到防雨、防水浸，避免长期在不适合的湿度环境中存放、运输，湿度过高可能使仪器受潮、受腐蚀，湿度过低可能遭到静电的危害及其使结构开裂。运输、存放环境的相对湿度最好为40%～80%。
防高、低温。标准仪器设备的运输和存储应注意防寒和防高温，避免阳光直射仪器、设备及其装有标准仪器设备的包装箱，尤其是密封的包装箱不宜长时间在过高或过低的温度环境下存放、运输，一般运输、存放环境的温度以0 ℃～50 ℃为宜，有特殊要求的应按照具体的要求进行运输、存放。
防磁化、防电磁损伤、防电离辐射。电磁、电离辐射、强磁场往往会造成电子器件的损伤和仪器、设备的污染。运输、存储应远离辐射源及其能造成损伤的磁场、电场，必要是采用防护包装，进行电磁屏蔽和良好接地。
防丢失：运输、存储的每个环节应对仪器、设备、附件、文件等交接清楚，必要时对包装箱铅封，并适时检查铅封，委托信誉良好的物流公司，保证做到不丢失。
2 包装方式
不论选择何种交通运输工具，标准仪器设备在运输过程中包装起着十分重要的保护作用。包装承载标准仪器设备，抵御运输、搬运、存储过程中的振动、冲击、跌落、潮湿、温度变化等因素的影响，降低标准仪器设备受损的风险，因此，标准仪器设备的包装是仪器安全运输的关键一环。
标准仪器设备的包装材料选择是非常重要的，要根据标准仪器设备的种类、体积、重量、形状等特点，结合运输距离、运输工具、路途特点、中转等具体情况而定。主要把握软包装、硬包装两个方面。硬包装主要指的是选用的外包装箱、运输箱、专用仪器箱等，其主要功能是防振、防潮、防污染、防电磁和电离辐射等。软包装是硬包装箱内对被包装仪器设备进行固定、支撑、衬垫，是对仪器设备进行的预先包装、包裹，主要功能起是固定、支撑、缓冲、减振、保护仪器的外表面等作用。
根据软包装要够软，硬包装要够硬的原则进行有效包装。在没有专用包装箱的情况下，预先使用软物质（珍珠泡棉等）将标准仪器设备包裹起来，包裹的层数视仪器的抗振程度而定，用胶带或者拉伸膜粘住软物质防止其脱落，将仪器设备放入外包装箱内，在标准仪器设备的6个面与包装箱内间壁放入泡沫，根据仪器设备的质量，仪器设备的表面与包装箱的内壁的距离为50～200 mm，使标准仪器设备在箱体内不晃动；选用专用包装箱时，根据仪器设备的大小尺寸选用包装箱，预先根据仪器设备的尺寸、形状，将专用包装箱内装带防静电功能的整块高弹泡棉，并抠出与仪器设备形状相适合空间，将标器设备放入高弹泡棉即可，或采用发泡工艺将仪器设备与外包装箱之间充满防振泡沫塑料。包装中还应注意仪器设备形状、薄弱点、显示屏、输入输出接口或接线柱、功能按键等易损的部位，对其的包装处理要格外留心。在运输箱上做好防震、防潮等运输标识。通常极短途的运输可以不进行包装，将其放在运输车（工具）的软座上，专人负责护送，保证不滑落、碰撞，运输车辆慢速行驶。
3 运输方式
仪器设备的运输方式应视现场保障地点和路途情况选择。一般来说长途运输宜采用航空运输、公路运输、随身携行等方式。航空运输速度较快，能和人员同步到达，运输过程可控性强，仪器设备安全有较高的保证，但费用较高，适用路途远、任务急、携带的标准仪器设备多的情况，方便在大中城市间运送，有利于计量保障任务的快速开展。公路运送、物流托运采取长途汽车运送的方式，出发地装车，目的地卸车，避免了货物中途换乘所带来的风险，中小城市均能到达，经济实用，适用于对时间要求不高的情况，公路运输对包装要求较高，安全风险较大。当携带的仪器设备少、体积较小，对运输安全要求较高的情况下，可以采用随身携带的方式，检定人员与仪器同时到达计量保障现场，便于现场计量任务的快速展开。短途运输通常采用自备车的方式，检定人员与仪器、设备同行。这样可以实现仪器设备运输过程全程可控，降低了安全运输的风险。
无论是长途运输还是短途运输，人员押运是保障运输安全的有效措施，可以保证运输中仪器设备一直在押运人员的可控范围内，增加仪器设备运输的安全系性。押运人员可以是随行的现场计量保障人员，也可以是专门指派的人员负责，押运人员的主要职责是在装车、行运、中途休息、目的地卸车过程，确保仪器设备运输全程可控。
4 安全运输的质量控制
计量标准仪器设备的运输质量控制应纳入质量体系管理，并制定标准程序文件、作业指导文件，以规范仪器、设备运输，并将其作为计量机构内审要素。质量体系应规定具体仪器设备的托运、押运、随身携带等运输方式，包装方法，负责人等内容。仪器、设备相关负责人（实验室负责人）在质量管理室和质量负责人的监督管理下，做好仪器设备出、入实验室工作，确保仪器设备运输的安全和完好受控。采取定人、定位方式来实现对仪器设备的安全运输控制，仪器设备运输的各个环节专人负责，每台仪器设备都有专用运输包装箱。定人对运输的仪器设备进行检查、包装、押运、装卸等；每台仪器、设备、附件、资料有专用包装运输箱，特定包装箱运输标识和具有发货、收货单位等信息的标识。
5 结语
按照目前计量标准仪器设备的使用、维护、溯源方式和方法，计量标准仪器设备在实施大量的移动和运输，给仪器设备可靠使用带来极大风险，保证计量标准仪器设备在移动和运输过程中的安全和保持技术性能稳定可靠，已经成为保证量值准确可靠的重要环节。标准仪器设备的安全运输是实现计量保障的必要条件，正确、合理地进行仪器设备的移动和运输，能提升仪器设备的完好率，提高工作效率，降低成本，保证量值准确可靠，延长仪器设备的使用寿命。
设备设计标准篇4
Abstract: The determination of parameters, the formulation of the design, parts of the rational design and several important issues of non-standard design are discussed.Key words: non-standard equipment; mechanical design; machinery manufacturing
中图分类号: G356.9献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）01-0020-02
1引言
非标准设备，简称为非标设备。它包括的内容十分广泛，种类繁多，工作条件差别大，生产数量少，专用的工、夹、量、模具难以配置齐全，原材料也往往不易得到充分计划供应。其特点决定在非标准设备设计过程中，往往难以在理论上或具体结构上找到现成的参考资料，或作一些必要的模拟实验，比标准设计所遇到的困难要多得多，因非标准设备设计是一项相当繁重而又必须经常进行的重要工作，故探讨非标准设备设计有着积极的意义。本文从参数的确定、设计方案的拟定、零件的合理设计等方面，对非标准设备设计过程中的几个重要问题进行了探讨。
2非标准设备参数的确定
在进行设计前，通常需要预先确定的参数有设备工作效率、传动功率、主轴转速、往复运动速度、工作行程等，这些参数是进行非标设计的依据。其大小变化往往会引起结构甚至整个设计方案的变动，故对原始参数的选定，必须十分慎重。在许多情况下，原始参数是由使用单位提供，使用单位对设备的使用条件比较熟悉，通常能提出比较切合实际的要求，但也可能提出一些不合理的或难以实现的参数和设计要求，这时应多做调查研究，与使用单位共同商量。
3非标准设备设计方案的拟定
方案的好坏关系到设备是否适用、可行和经济的决定性环节。方案拟定包括两个方面内容：根据工作原理确定结构方案。
（1）确定工作原理为完成同一工作，可以选择不同的工作原理。究竟选用哪一种工作原理，要根据具体条件和各种要求的综合性能指标评定。对传统的工作原理，行之有效的应酌情考虑。同时，应大胆慎重地寻求新的，可简化结构、提高工作性能及获得较好的经济效果的工作原理。因此，作为设计者应密切注意新技术的发展，把比较成熟的新技术和先进经验及时吸收到非标准设备设计中，但不能盲目，因为衡量设备设计的好坏，不以是否采用新技术或实现某某化为标准，而是从工作性能及经济效果等方面来衡量。
（2）确定结构方案正确的工作原理只有通过合理的结构方案才能实现。因为相同的工作原理可用不同的结构方案来实现。这要求设计者对可能的方案进行分析和比较，利用已有的实践经验和理论知识，找出存在的矛盾，通过调研去判别各种方案的优劣，以决定取舍，使之逐步完善起来。当然具有良好工作性能的设计方案，并不一定靠采用复杂的结构来实现，有些不好解决的设计问题，往往采用很简单的结构就能实现。
总的说来，拟定设备结构方案应注意以下五个方面：①适当选择机构及传动形式，使所拟定的机构既要符合所选定的工作原理，又能符合机构运动学规律。②在总体布置上，合理安排各零件的相对位置，在保证操作安装和维修方便的条件下，尽量缩小结构尺寸。③在结构中，尽可能采用外购标准件及本厂产品零部件，或用标准设备的零部件来进行必要的改装，以节省工作量，有利于提高质量、降低生产成本和维护成本。④对较复杂的非标设备，尽可能采用组合结构，即将设备设计成由各个部件组成，可减少零件数，既便于装配和拆卸，又便于生产管理缩短生产周期，也便于设备的设计修改和改装。⑤注意从结构上改进零件的工艺性，特别是利用加工等方面的经验和知识，设想各零件实际装配和加工过程，考虑装配和加工的可能性，分析可能出现的问题，逐一加以解决。
前述各个环节是互相联系的有机整体，设计时要反复交替考虑，多做调查研究，使结构方案逐步完善。
4非标准设备零件的合理设计
（1）合理确定零件的结构形式和尺寸零件的结构形式和尺寸主要决定于零件的工作性能、装配关系、工艺性以及对强度和刚度的要求。这些要求之间常存在各种各样的矛盾，但经验证明，在满足既定工作性能的要求下，零件形状及尺寸往往有较大的余地，这要求设计者善于根据具体情况加以解决。
为保证加工工艺性，一般尽可能简化零件形状，减少零件加工余量，从而减少材料消耗及降低加工成本。由于非标设备大多是单件生产，钢制毛坯多用现成的材料、板料或其它型钢，很少根据零件形状锻制毛坯，故减少零件最大外形尺寸对降低材料消耗具有决定性的意义。比如：用棒料车制轴类零件，耗材仅取决于最大轴肩尺寸及轴的长度；为提高零件强度，可以采取增大危险断面尺寸、选择高强度材料、适当改变零件结构形状的方法（如制成过渡圆角或柔性结构）；为提高零件刚度，在不增加零件的截面的前提下，把实心改成空心的截面，圆截面改方截面等方法从结构上采取措施，可使抗弯或抗扭的刚度系数提高数倍至数十倍。同时，还应考虑在现有条件下便于装夹、切削及测量，尽可能减少配制专用工、夹、刀、量、模具，尽可能用工厂现有的和效率较高的设备来加工，尽可能减少安装及换刀次数。当然，为了便于合理选择材料或毛坯，或者机械加工工艺、便于装配及更换磨损零件，根据工作及制造条件的不同，考虑零件采用整体式结构，或采用组合式结构。若是受载荷零件，为满足强度和刚度要求，其结构形状及主要尺寸就通过一定的计算来确定。
设备设计标准篇5
电能计量设备对数据的准确记录关联设备的现场使用环境，其环境中包含了频繁对设备进行卸载及装载可导致设备运行故障等问题。如果忽略这些问题的发生便会致使设备使用寿命遭受骤减，设备使用寿命关联设备的数据计量系统，在互相影响之下，设备计量出的设备便会出现一定的偏离，因此，正确规范的应用电能计量设备，并加强工作人员专业知识及技能的培训，可保障计量装置现场检定工作的检测结果。
一、现场电能计量标准设备使用方法、维护方法及保养要求
1、现场突发性问题及保养要求概述
计量设备在使用上应注意装置不可长期处于运行状态，长期运行的机器会导致内部硬件的亚健康，引发机器硬件高烧，严重可至机器损毁，因此，阶段性展开对计量设备的维护工作可有效避免机器呈现亚健康状态。计量设备的维护及保养工作应同时展开，其维护工作主要是保障机器的正常运行，而保养工作则是针对机器内部硬件进行升级，其升级同样是为满足计量设备的运行。由于电能计量设备具有十分脆弱的运行系统，因此，为尽量减少设备运行期间的漏洞现象，应严格按照规章要求展开其作业流程，在机器运行期间应设立具备专业技能和知识的工作人员对设备进行监管，防止机器出现运行故障等问题。设备的监管模式应根据具体情况进行制定。
2、设备系统漏洞的维护措施
设备在运行期间会不可避免的出现系统漏洞，这类问题的产生是由于维护措施的不恰当所导致，根据现有设备操作规章制度，展开其操作流程的整改，对操作方式进行备选。在整改期间，机器应处于运行状态，因此，工作人员为防止计量数据丢失，应对数据进行编写并备注数据内容。其中，数据编写应注意格式的要求，其格式应依照标准格式展开，而非人为随意进行编写。正确的数据编排有助于设备漏洞修秃笕新工作内容的展开，同时也更便于其它工作人员对数据的审核。
3、制定计量检定员证
优秀的工作人员运用正确的心态开展工作内容，其工作内容仅在极少数情况下会出现些微误差，并且其误差十分便于整改。而技能、知识均不足的技术人员在制造错误的同时，不会注意问题细节，致使问题恶化。在电力机构中同样如此，因此，针对工作人员电力设备基础知识和技术技能的培训变得尤为重要。电能计量设备的技术标准为设备稳定运行、计量数据精准可靠。
熟练掌握电能技术可同时加强工作人员的基本素养，减少其在工作期间所造成的误差，培养其健全责任心的逐步养成。同时，也可避免车间现场设备事故的发生。在车间中，专业的计量人员应配备相应的专业计量检定员证，该证件表明工作人员的技术符合公司业务考核，这名工作人员可按照专业要求进行设备的使用、管理及维护，对于不具备证件的工作人员抑制其上岗资格。
4、现场电能计量检定
按照计量标准设备的使用、维护和保养管理制度规定以及不同计量标准设备的维护和保养要求，制订相应的维护和保养措施，指派有实际经验和熟悉计量标准设备的现场检定人员进行维护和保养，以保证计量标准设备的完好无损和准确可靠。从设备使用前期即把好设备质量关，杜绝计量性能不稳定和超差的计量标准设备用于现场电能计量检定工作。
二、计量标准设备的使用注意事项及现场维护和保养技巧
1、运输及现场设备检查
目前使用的电能表现场校验标准装置都是高准确度智能型设备。所以，在运输和现场保管过程中，应做好防震、防尘和防潮措施，在冬季还应做好保温措施，在使用前应对其显示器、开关、接线端钮、插座、光电头、专用试验导线等进行仔细检查。尤其应检查试验导线的绝缘、导通状况、相别和极性标志、连接插头自锁功能，如检查不到位，极有可能在使用过程中发生意外。如使用过程中发现测量数据不稳定，要及时在试验室进行误差数据比对，若发现设备故障，应立即停止使用并及时返厂维修。
2、电流互感器标准装置的运输、装卸和现场保管
电流互感器标准装置由标准电流互感器、误差测量装置、电流互感器负载箱、电源及调节装置、监视用电流表、专用试验导线等组成。由于几乎均为质量较大的精密设备，所以在装卸和使用过程中一定要轻拿轻放，在运输和现场保管过程中一定要做好防雨雪、防震、防尘的保护措施，其中误差测量装置还应做好保温措施，防止其在低温状态下液晶显示器不能正常显示，影响正常使用。
三、现场计量标准设备的具体维护及保养措施
1、维护后送检
计量标准设备维护保养分为日常维护保养和维护性质的试验两部分。必须由有维护保养经验和熟悉设备结构性能的使用人员进行，维护保养过程不得改变设备内部结构和接线。若需打开设备进行维护，必须请示上级电能计量检定机构和本单位领导同意，且维护后要及时送检。
2、误差测量装置的维护保养方法
误差测量装置与电能表现场标准装置的维护保养方法基本相同。电压、电流专用试验导线包括大电流导线和二次试验接线2部分。大电流导线的维护保养应保证其外套绝缘良好和接线鼻平整及防锈蚀度层完好。试验接线的维护和保养应保证其绝缘外套及接线插头和插片完好。若发现大电流导线和试验接线外套绝缘破损可使用绝缘胶带进行包扎，其中，大电流导线要保证具有一定的柔软度不影响穿匝和更改变比使用。
结论：检定工作具备较多的要求，其工作流程涉及多方面因素。其中，最为关键性的因素是电能计量设备，该设备具备完善的设备标准及管理体系，并且其维护和保养工作同样是其日常工序之一。为令检定工作正常进行，其首要便是从计量设备的保养和维护工作开始着手。因此为了更好的开展设备的保养和维护工作应从工作人员的专业知识及技能开始着手培训，使其掌握全面的知识技能，以便设备的稳定运行。
设备设计标准篇6
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.10.254
0 引言
测试性设计是为了提高产品自诊断和外部诊断能力，能方便有效地确定产品状态和隔离故障[1]。随着新一代武器装备的日益复杂化，对装备本身的故障诊断能力也提出更高的要求。IEEE 1149.1标准的提出为采用低速高复杂性数字集成电路和高密度表面封装等工艺技术的印制电路板的故障诊断问题提供了良好的解决方案，但是随着新装备电子设备集成化程度的提高，千兆位串行数据通信协议的使用高速增长，在该领域交流耦合差分信号的工程应用逐渐成为主流，特别是同步光纤网络通信，以太网以及带宽和同步光学技术等领域都广泛使用交流耦合技术，IEEE 1149.1越来越难以满足来自于测试、调试和功能等多方面的挑战。为了实现对上述网络的自动化测试，2001年5月，IEEE成立了1149.6工作组，并于2003年3月推出了IEEE 1149.6标准。该标准兼容了IEEE 1149.1标准，沿用已存在的边界扫描测试技术，具有高可靠性、高故障覆盖率和噪声抑制能力强等特点。我国装备在交流耦合差分传输信号测试性设计方面仍然缺乏研究与技术的推广，本文就分析了IEEE 1149.6在装备测试性设计中的适用性并提出了IEEE 1149.6的实现途径，可以对装备中电子设备交流耦合差分信号的测试性设计提供指导。
1 IEEE 1149.6简介
1.1 标准概述
IEEE 1149.6标准在IEEE 1149.1标准的基础上拓展了测试交流耦合或差分耦合互连所需的硬件，它可以兼容IEEE 1149.1标准，仍然沿用IEEE 1149.1标准结构进行测试，它们的基本原理相同，不同的是IEEE 1149.6针对交流耦合、差分互连被测信号制订了专门的测试结构及测试指令。
与IEEE 1149.1类似，IEEE 1149.6标准所需的基本结构包含以下几个部分[2]：
（1）TAP（测试存取通道）：TAP是访问元器件内嵌入式测试支持功能的通用端口，能够提供PCB或IC测试所需要的数据。IEEE 1149.1标准定义的测试逻辑至少包括TCK（测试时钟信号）、TMS（测试方式选择信号）和TDI（串行测试数据输入信号）3个输入信号的连接和一个TDO（串行测试数据输出信号）连接。若TAP控制器不能上电复位，就要加上输入信号TRST（测试系统复位信号）的连接。TAP的所有的输入和输出必须是专用的。
（2）TAP控制器：TAP控制器实现JTAG规范的核心控制器，基本功能是产生时钟信号和控制信号，这些信号是指令寄存器和数据寄存器正常工作所要求的。它可以实现指令寄存器指令信号的装入功能、数据从TDI到移位寄存器及从TDO到移位寄存器的控制功能、数据的捕获/更新/移位操作功能。
（3）指令寄存器：主要提供在扫描路径访问数据寄存器所需要的控制和地址信号。
（4）数据寄存器：包括器件标志寄存器、旁路寄存器和边界扫描寄存器等，数据寄存器提供了边界扫描测试路径上的数据传输通道，整个工作过程中，及旁路寄存器BYPASS和扫描寄存器是必须参与的寄存器，其它的数据寄存器则可以根据需求选择。器件标志寄存器IDCODE就是一个典型的数据寄存器，IDCODE数据只能读出，它们是芯片生产厂商用来表示这种型号芯片的信息。
1.2 交流耦合差分信号测试驱动器与测试接收器
在硬件上，IEEE 1149.6的驱动端在1149.1边界扫描单元的基础上添加了输出测试驱动器（OTSG），根据不同的测试指令，OTSG能够产生不同的测试信号。同时，IEEE 1149.6标准在相应的引脚上安置可观测单元（即输入测试接收器），进而允许测试系统从一对差分引脚中的负引脚上捕获数据。其次，IEEE 1149.6还增加了直流/交流选择单元，能够快速切换直流和交流测试方式。给AC/DC选择单元的相关寄存器写入配置数据就可以控制选择不同的测试方式。
1.3 用于支持交流耦合差分信号测试的交流（AC）测试指令
IEEE 1149.6在IEEE 1149.1标准的基础上增加了新增指令EXTEST_PULSE和EXTEST_TRAIN，该指令不仅可对直流管脚进行符合IEEE 1149.1标准的EXTEST测试，更重要的是它实现了一种新的交流管脚测试方式。
2 IEEE 1149.6适用性分析
IEEE 1149.6标准适用于单端直流信号、单端交流信号、直流差分信号、交流差分信号，支持有源终端、负载终端、有参考终端、无参考终端的测试，能够检测多种短路及开路故障。IEEE 1149.6将测试的管脚分为直流和交流两种类型：直流管脚指利用IEEE 1149.1就可以进行测试的类型；交流管脚则需要通过IEEE 1149.6才可进行测试。
2.1 IEEE 1149.6适用的信号类型
该标准可用于检测单端直流信号、单端交流信号、直流差分信号和交流差分信号故障，能够支持有源终端、负载终端和有参考终端、无参考终端等的测试。1149.6将测试的管脚分为直流和交流两种类型，其中直流管脚指利用1149.1就可以进行测试；而交流管脚则需要通过1149.6才可进行测试[3]。
（1）单端直流信号：通过一个通道进行传输，通常用作设定静态参考电压。
（2）单端交流信号：如图 1（b）为单端交流耦合连接示意图（电压源和终端电阻器也可以置于IC内部）。如图6所示，TX端为驱动器，RX端为接收器，在TX与RX之间只有一个信号通道，该通路上串联了一个电容，这种结构的通道即为单端交流耦合通道。
（3）直流差分信号：如图 1（c）所示为基本的直流耦合差分通道结构，在TX和RX间的两个通路即为差分通路：在工作时，驱动信号在两个通道上表现为两个相位相反的独立信号，这种信号传输方式可有效降低信号传输通道中的共模噪声，RX将两个通道上的信号相减形成单信号流。
（4）交流差分信号：图 1（d）为交流耦合差分通道结构示意图，图中的偏压网络与耦合电容可以在接收器电平与直流耦合不兼容时形成电平偏移器，保证系统的正常工作。
2.2 IEEE 1149.6可检测的故障范围
1149.6与1149.1的目的相似，它们都是为检测电路板中所存在的缺陷或故障而制定。这些缺陷包括器件性能失效和器件的开路、短路等。1149.6主要针对差分和AC耦合通道的上述缺陷，包括TX、RX正负端的短路、断路，搭接，耦合电容的短路等。
如图 2所示的交直流耦合电路，IEEE 1149.6主要检测的故障包括接收器引脚短路、驱动器引脚开路、耦合电容与接收器端开路以及驱动器引脚短路、接收器引脚短路、驱动器/接收器A与B引脚短路、驱动器A正或负与接收器B负或正引脚短路、驱动器正或负引脚与接收器负或正引脚短路、耦合电容两端短路等故障。
2.3 IEEE 1149.6在装备测试性设计中的适用性分析
（1）装备中总线类信号常用的检测手段及其不足。目前装备中针对高速差分耦合信号（如PCI-E、SGMII、SATA总线）的检测方式仍然与普通的单端信号（如PCI、GMII、ATA信号）的检测方式没有大的区别，一般均采用了数据校验或握手机制检测的BIT设计方式。一般总线类信号的故障会发生在三个层次上，即物理层、电气层、数据层。物理层的故障一般包括信号通路上的器件的开路、短路故障等；电气层上的故障一般包括信号电压错误、阻抗匹配电阻参数漂移等；数据层的故障一般包括数据信号时序错误、输出电平错误等。这些器件层的故障传递至功能电路级的故障表征一般为总线信号无输出、总线信号输出错误、总线信号传输不稳定。在功能电路级上，单端直流信号大部分故障发生后均能直接导致传输数据的错误，通过数据校验方式或握手机制可以检测到故障是否发生，但是交流耦合差分信号的故障具有一定的隐蔽性，如差分信号一端开路或短路、耦合电容的短路等，这些器件级故障并不能够直接导致数据的错误，而是会影响数据传输的稳定性，这种不稳定的故障类型在复杂环境下（如高低温、高强度电磁干扰等）有可能会变的非常致命。
（2）支持IEEE 1149.6的芯片及工具。IEEE 1149.6标准的提出，交流耦合差分信号提供了成熟的BIT设计思路。在2003年该标准提出之后，很多公司都推出了支持IEEE 1149.6标准的芯片和相关技术工具，IEEE 1149.6逐步得到了广泛的应用推广。
目前市面上已存在较多支持IEEE1149.6标准的芯片，如TI公司开发了一系列的芯片SCAN15MB200、SCAN15MB200EVK、SCAN90004EVK、SCAN90CP02等。Altera公司在自己的芯片上也集成了支持IEEE 1149.6边界扫描的功能单元，如Arria Ⅱ GX芯片上的高速串行接口（HSS）收发器单元就完全支持1149.6的交流测试模式。另如NSC公司推出1.5 Gbps的2x2低电压差分信号传输（LVDS）模拟交点开关SCAN90CP02，具备符合IEEE 1149.6标准的测试能力，可以配合TAP控制器完成符合IEEE 1149.6的测试。
Goepel的最新版（Ver.4.3）CASCON软件工具能支持IEEE 1149.6标准，它的目标是测试带有高速交流耦合和差分连接的数字电路，该软件工具可以支持测试很多电路元器件，如高速串行/解串IC和差分发射器与接收器。同时该公司为扩展超越传统IEEE 1149.1标准规定的边界扫描测试能力而开发的ScanFlex平台，不仅可用于AC边界扫描的IEEE 1149.6，还可支持用于片上编程的IEEE1532、用于模拟边界扫描的IEEE 1149.4，模块化的ScanFlex可在多达8个独立测试存取端口（TAP）中支持80MHz频率的串行扫描模式。ScanFlex系统包括一个边界扫描控制器、多个TAP收发模块和支持附加测试设备的可选I/O模块，其配置是两个独立可编程TAP，可支持32个动态数字I/O信号、2个模拟I/O信号、3个静态数字I/O信号和3条触发线[4]。另如Altera该公司的Medalist i3070系列5在线测试平台能够满足极小面积印制电路板的IEEE 1149.6边界扫描标准测试和有限测试应用。
（3）采用IEEE 1149.6标准技术的条件。IEEE 1149.6边界扫描测试系统与IEEE 1149.1结构基本一样，同样需要在被测电路板上设计能够支持IEEE 1149.6的电路，同时很多支持IEEE 1149.1标准的芯片也可以用于构建IEEE 1149.6标准边界扫描系统。为支持IEEE 1149.6边界扫描测试，设计的电路应尽量选取具有边界扫描单元的器件来构成扫描链路，以降低测试的成本及难度。若边界扫描器件不存在，则可以采用二次集成设计的方式自建符合IEEE 1149.6标准的边界扫描链路，这种方式实现难度较高，但设计出的测试系统可以覆盖更多不具备边界扫描单元器件，同样具有一定的实用价值。
目前装备中采用的新型芯片很多可以支持IEEE 1149.6标准，但是这些新片并没有建成边界扫描链路，不能够实现大规模的自动化测试，同时在装备中还存在大量年代较早的芯片，这新芯片出现之前IEEE 1149.6标准还未推出，这就使得在已研制的装备难以采用符合IEEE 1149.6标准的BIT测试电路。在新研的电子装备上，采用符合1149标准的芯片并构建起边界扫描链路的硬件成本并不高，具有较高的实用价值。
3 IEEE 1149.6的实现途径
应用IEEE 1149.6标准的边界扫描测试系统的整体架构与IEEE1149.1基本一样。其测试系统的架构如IEEE1149.1研究报告的附录B所述。最主要的区别在于边界扫描控制器实现边界扫描测试逻辑时，能够实现交流测试指令EXTEST_TRAIN和EXTEST_PULSE的功能，使TAP进入RUN-TEST/IDLE状态，并控制在该状态的时间，以满流测试信号的脉宽TTest的要求。另外边界扫描测试软件需能够分析电路中差分、交流耦合网络的连接情况，并据此生成交流测试和直流测试的激励向量，分析故障情况。
3.1 具有IEEE 1149.6边界扫描单元的电路测试性设计方法
根据边界扫描测试系统功能和性能需求，边界扫描测试系统由主控计算机、边界扫描测试控制器和被测电路板组成。系统总体结构如图 3边界扫描测试系统总体结构所示。
PC机运行边界扫描测试软件，主要完成三个方面的工作：测试任务、人机交互和数据管理。
边界扫描测试控制器的任务是与计算机通讯，获取测试向量，从而选择相应的扫描链路，并驱动边界扫描测试总线，将测试向量加载到被测链路上进行测试；测试结束后，通知主控计算机读取测试响应数据。
被测电路板是完成可测试性设计的电路板。设计电路板时考虑可测性要求，使开发的电路板既能实现自身的功能，也可以使用边界扫描测试系统进行测试。
首先对电路板进行可测性设计，并获得相应的网络表文件和BSDL文件。然后建立一个测试电路板的工程，并添加对应的BSDL文件和网络表文件，对BSDL文件和网络表文件进行分析和信息提取，并将有用的信息放入数据库中。接着生成完备性测试向量并进行扫描链完备性测试，完备性测试无故障后再选择其他测试类型并进行测试。测试类型包括互连测试、簇测试和其他功能测试等。
3.2 不含IEEE 1149.6边界扫描单元的电路测试性设计方法
若当前设计电路芯片不含具有边界扫描单元的芯片（简称BS器件），可以用同功能的BS器件置换原非BS器件，但如果同功能的BS器件不存在或设计代价较大，导致边界扫描器件置换难以进行时，则可以采用以下方法：
3.2.1 二次集成设计
（1）将非BS器件按照功能聚类合并，构成相应的逻辑功能簇；
（2）按其确定的功能内核形成VHDL语言设计文本，在一定的设计工具平台（如MENTOR公司的BSDA系统）上对原内核进行边界扫描结构插入；
（3）经仿真形成新的VHDL描述的逻辑块设计文本；
（4）在底层进行物理实现。
3.2.2 自建扫描结构置入法
通过在非BS逻辑中插入边界扫描结构的BIST（built in self test）内核，附加额外边界扫描结构。
（1）利用VHDL语言对边界扫描结构的BIST内核进行描述；
（2）应用可编程逻辑器件设计具有边界扫描能力的模块。
该模块应能完成IEEE1149.6标准所定义的所有功能，主要包括TAP控制器、指令寄存器、指令译码器、旁路寄存器、多路开关及大量边界扫描单元。
设计成功后，不仅能够实现非BS逻辑与外部电路的互连测试，而且其BIST能更好地支持非BS逻辑的功能测试。但这种方法设计较复杂，要求对IEEE1149.1标准的完全掌握，同时还要求所设计的结构能够支持通用指令，实际实现起来有一定难度。
3.2.3 扫描器件置入法
是指将支持BS测试的BS芯片直接置入功能电路中，利用扫描器件本身自带的边界扫描单元实现对非边界扫描电路的可控又可测。
扫描器件置入法不需要自行设计符合IEEE1149.1的扫描结构，只需依靠扫描器件本身的边界扫描结构实现电路内部点的可测试性。实现较为容易，但可能会给电路带来部分冗余功能。应用时需权衡考虑功能设计与测试性设计，尽量实现硬件的复用。
根据扫描器件的置入方式的不同可分为两种类型：
（1）将所需观测点直接与扫描器件的管脚相连，利用其缓冲/驱动的基本功能和BS链，实现内部点的可控与可测；
若非边界扫描器件已连接到BS器件的IO上，其被BS单元包围，则可以将非边界扫描器件分组，通过电路板上存在的边界扫描器件来实现对非边界扫描器件的测试；
若非边界扫描器件功能上没有和任何BS器件相连，需要在设计中附加一些边界扫描器件，通过BS器件IO上的BS单元，才能进行测试。附加BS器件后，其仅在原电路的增加可控和可测点，设计较为简单。
（2）将扫描器件作为功能电路的一部分，嵌入到功能电路中，完成功能电路的部分功能，同时也达到了可控与可测的目的。
当电路处于工作状态时，边界扫描器件正常工作。当电路处于测试状态时，置入的BS器件与其它BS器件一起组成串行扫描链路。
4 总结
IEEE 1149.1标准可以很好地解决器件直流引脚的测试问题，但是对于电路中普遍应用的交流引脚却是无能为力，而IEEE 1149.6标准的提出很好地弥补了IEEE1149.1这一短板，并能够做到与IEEE 1149.1很好地兼容，可以检测到交流耦合、差分信号传输路径上的器件开路、短路等多种类型故障。
目前国外对于IEEE 1149.6标准研究较多，技术相对成熟，在该标准提出之后，很多器件厂商都设计了符合该标准的芯片，同时也涌现出较多测试工具，而国内对于该标准的研究与应用步伐相对落后。由于IEEE 1149.6所能覆盖的故障类型（如差分管脚中正极管脚的开路、交流耦合结构中耦合电容的短路等）很多具有一定的隐蔽性，如不能及时做出诊断，势必会引起一系列安全隐患，所以有必要进一步研究IEEE 1149.6标准在装备测试中的应用。
在装备电子设备中用到的很多芯片本身就具有IEEE 1149.6边界扫描单元，在实际应用时只需将这些芯片互联起来构成边界扫描链路，通过芯片本身的JTAG口即可控制与读取被测芯片的引脚状态，以此来判断连接是否正常。对于不具备边界扫描单元的芯片，也可以自建边界扫描结构形成边界扫描链路，来完成相应的测试。
总之，应用IEEE 1149.6标准可以对装备中符合该标准的电路板和系统中的差分电路及AC耦合电路进行快速、准确的故障诊断，对于装备故障检测率及故障覆盖率的提升具有很大意义。
参考文献：
[1]田仲，石君友，系统测试性设计与分析与验证[M].第一版.北京：北京航空航天大学出版社，2003.
[2]吕彩霞.JTAG的设计与研究[D].北京：北京交通大学，2006.
[3]赵志宏，陈冬，李小珉.IEEE 1149.6可检测端口与故障判定[J].计算机测量与控制，2006，14（03）：301-304.
设备设计标准篇7
嵌入式系统的组成一般有硬件设备、应用程序、嵌入式微处理器和嵌入式操作系统四个框架。随着嵌入式技术的不断发展，在移动通信、工业控制和信息家电等诸多领域都得到了良好的运用。为了满足嵌入式系统发展和运用的需要，必须对嵌入式系统软件的开发提出更高程度上的要求。
一、不同环境下嵌入式通信系统的设计标准
（一）在Linux操作系统环境下的驱动程序
在Linux操作系统环境下的驱动程序要求无论是什么样的设备都要提供相同的接口，通常情况下是把一个设备映射成为一个设备文件。Linux驱动程序支持硬件设备下的两个标准接口：
字符特别设备文件和块特别设备文件。字符设备接口支持面向对象是字符的输入/输出端口的操作，规定输入/输出端口请求的长度一定是设备要求的基本块长度的倍数。块设备接口仅支持输入/输出上的操作，而能支持任意位置和长度上的输入/输出请求，能满足随机存取的要求。其中，Linux设备驱动程序能分成三个最主要的部分：中断服务子程序、自动配置和初始化的子程序;服务于输入/输出请求的子程序。在Linux系统的内部，输入/输出数据的存取需通过一组特定的入口进行操作，这组入口就是由每个设备的驱动程序来提供的。
（二）在Windows操作系统环境下的驱动程序
微软公司中的WindowsXP操作系统和Windows2000系列均采取了WDM技术设备的驱动程序模型，由原来的Window3.0到现在的WindowsXP和Windows2000，都依据其特定环境下的驱动程序制定了具有标准化的体系结构，同时为了满足驱动程序开发时所要调用的程序，程序员提供了完全的系统数据结构和函数封装。
在驱动程序中，每个硬件设备在WDM模型下都至少存在两个驱动程序：总栈驱动程序和功能驱动程序。而设备还可能在过滤驱动程序下通过其选择的特性来改变标准的设备驱动程序，其中驱动程序服务于同一个设备的被组成了一个链表，叫做设备栈。
例如：在一个驱动设备程序结构栈中，处于数据结构栈最底层的是物理设备对象的物理驱动程序，被用来描述物理总栈和设备之间的关系，在物理驱动程序上是功能设备对象的功能驱动程序，被用来描述设备中的逻辑功能。在功能驱动程序周围，存在很多过滤设备对象中的过滤驱动程序。因而数据结构栈中的每一个对象都有其特定的驱动程序，其中物理设备对象属于功能驱动程序，过滤驱动设备对象属于过滤驱动程序。
（三）嵌入式通信设备下的驱动程序
不同于上述两种操作环境下的驱动设备程序。
第一，嵌入式系统拥有高效的实时性，在应对外部突发事件时要求要以微秒级的速度相应，这就需要嵌入式操作系统不能有过于繁琐的上下文切换和频率过高的堆栈操作来响应事件操作，故一般嵌入式系统都没有十分复杂的分层构造。
第二，通信设备下的嵌入式系统还具有可配置性和高可靠性以及可裁剪性。这些特性就要求整个系统要有微内核结构，才能保证模块间具有很高的独立性。上述的这些特性共同决定了嵌入式系统不具有供驱动程序调用的函数封装和定义的设备驱动模型。但因在标准化的输入/输出设备中，只分为块设备和字符设备，具有局限性，而嵌入式系统所使用的芯片大都为HDLC、TSI等，大部分属于控制型的芯片，不属于块设备和字符设备，无法纳入标准的输入/输出体系结构中。
第三，嵌入式的设备驱动程序直接面向的对象是硬件，任何对硬件的不正当操作都可能导致驱动系统发生崩溃。所以，在嵌入式系统的开发过程中，需要制定一套完善的驱动程序的规范指导工作人员的开发工作。
二、关于通信系统下嵌入式驱动程序设计的标准化探讨
（一）嵌入式系统标准化设计的分层结构
制定关于通信系统下嵌入式驱动程序的标准，最终的目的是要制定出一套清晰的驱动程序的构造，用来统一上层应用以及用来管理程序接口，在一定程度上提高驱动程序的健壮性和可移植性，从而减少重复开发的可能。设备驱动程序在结构上可大致分为两层：接口封装层和硬件控制层。
接口封装层是负责把硬件控制层封装变为标准的应用接口，对其上层的管理软件提供一致的接口。在接口封装层，硬件设备中的差异大部分会被屏蔽掉，仅仅体现在应用程序接口的函数数据在结构上的解析;
接口硬件控制层就是把硬件中的各个模块按功能分给各个控制的接口，处于驱动程序结构中的最底层，以此来完成对所有硬件设备的配置和控制工作。因硬件控制层是直接面向硬件的，因而与硬件的相关性最大，也是在所有结构中最为灵活的一层。硬件控制层将所有的硬件设备的作用体现在控制接口上，并由接口封装层进行了调用。在考虑了硬件设备的多样性之后，控制接口的设计并没有明确的规范定义接口，但控制接口一般情况下可分为四类：硬件设备的属性控制、硬件设备初始化、时钟中断和设备的输入/输出操作。
（二）嵌入式设备驱动程序标准化设计的要求
接口封装层对上层软件提供的所有操作都被叫做元语操作，要特别注意的是接口的重入问题。首先，对控制层的接口来说，均为同步非阻塞函数的调用，对输入/输出型设备在得到用户允许的情况下可以提供阻塞的同步接口。嵌入式设备驱动程序一定要求能够进行单独编译，设计时要优先引用操作系统下的抽象层的函数;其次，接口封装层要尽可能对封装操作系统库函数做出调用;然后，驱动程序设计时要充分考虑硬件的特点，不考虑任何状态下的同步。
三、结语
综上所述，要想实现通信系统下嵌入式驱动程序的设计，需要一套驱动程序的标准来规范，因此提出基于嵌入式通信设备驱动程序设计标准化的构想，定义了较为清晰的分层结构，在一定程度上使得通信系统下的嵌入式驱动程序的设计变得愈加标准化和规范化。
参考文献
[1]陈鑫旺，姜秀杰.基于嵌入式Linux和FPGA的数据通信系统设计[J].微计算机信息，2013（06）.
设备设计标准篇8
化工设备设计主要是在把握设计标准的基础上，设计出安全合理经济的产品。标准规范介绍了各种形式化工设备的设计原理和规则。熟悉化工设备的设计原理，需要了解化工设备的结构和计算模型。化工设备根据结构的不同，具有不同的计算模型，卧式容器的计算模型是对称外伸悬臂梁，塔器的计算模型是多自由度振动体系。总的来说，化工设备的计算模型可以从结构、受力和约束三方面来分析。化工设备的结构由外壳、内件和支座等组成，外壳多为圆柱壳体或球壳。约束指的是设备的支撑方式，包括支座、鞍座、裙座和球罐支柱等。受力主要是压力、液柱静压力和接管载荷等。不同形式的设备承受不同的载荷，并且主次载荷并不相同，比如，卧式容器和换热器不考虑横向风载荷，但是塔器和球罐需要考虑风载荷（且是主要载荷），还需考虑水平风力和水平地震力。总而言之，化工设备设计的原理包括结构的设计和计算。结构设计主要是确定不同设备的外形和内件形式，使其满足工艺要求；结构计算主要是确定计算模型，使设备及零部件满足强度、刚度、稳定性和使用寿命的要求。此外，设计是制造的上游工序，因此，设备设计还要考虑制造和检测的要求[1]。
1.1工程设计方法
化工设备的设计包括零部件的设计和总体设计。具体设计方法上包括材料选择、结构选型和尺寸计算、材料选择需要考虑工艺介质和各种材料的物理化学和机械加工性能等。结构选型一方面指的是工艺的设备选型，另一方面指的是设备的强度计算模型，比如开孔补强方法采用补强圈还是厚壁管或者增加壳体壁厚的整体补强。尺寸计算指的是确定满足工艺要求和设备强度要求的尺寸。零部件的设计可分为标准件的选型和非标件的设计。对于标准件的选型来说，需要设计者充分了解标准件的适用范围，做到既满足工艺和结构要求，又经济合理。当设备的设计条件超出标准件的使用范围时，就需要设计者设计非标件。对于非标件的设计，需要设计者从计算模型上把握产品的合格标准，在满足产品要求的前提下，追求设计的最优化。非标件的设计经常使用经验对比的设计方法，主要是参考标准件和竣工图纸的形状和尺寸作为初始参数，补充输入新的设计参数，利用SW6的校核模式来验证是否合格，若合格则可采用，否则需要修改尺寸，重新校核，直至合格。这种方法既可以借鉴原有的成功经验，又同时满足计算的要求，提高了非标件设计的效率。总体设计是将整个设备作为一个计算模型，重点考查零部件之间的连接方式以及连接后产生的局部应力，同时分析整个设备在整体载荷下的安全问题，比如塔器在风载荷、地震载荷和内压共同作用下的应力响应。SW6是化工设备计算软件，包括零部件设计和设备设计。利用计算机的计算方便性，结合理论知识，可以提高设计的效率和产品的品质。
1.1.1化工设备的壁厚
化工设备是根据弹性失效和弹塑性失效准则来设计的。壁厚尺寸是设备满足载荷和工艺要求的关键尺寸。理解化工设备各种壁厚的含义对于合理准确的设计至关重要。计算壁厚指的是满足强度要求的厚度，这是强度要求的厚度，以解决设备在这种载荷下可不可以用的问题。最小壁厚大多是刚度要求的厚度，解决设备变形的问题。腐蚀裕量保证了设备的使用寿命（对均匀腐蚀来讲）。设计厚度是强度和使用寿命要求的厚度，等于计算厚度（或最小厚度）加腐蚀裕量，所以，设计厚度可以保证设备在使用寿命内的强度安全。筒体的名义厚度=设计厚度+负偏差C1+圆整，圆整量是富裕的厚度，此类富裕厚度反映出设备的最大允许工作压力往往大于设计压力。封头的名义厚度需要考虑制造减薄率，封头的最小成形厚度只有大于等于设计厚度，才能保证封头的强度和使用寿命。
1.1.2不同设备壁厚的决定因素
不同的设备有不同的计算模型，因此，不同的设备也就具有不同的关键厚度。关键厚度指的是决定受压元件名义厚度的关键因素要求的厚度。球罐的关键厚度是内压、开孔补强、a点组合应力决定的厚度中最大者。根据经验，球罐壳体的壁厚，大多由支柱和壳体相交最低点的应力决定。卧式容器的关键厚度是内压、开孔补强、鞍座应力决定的厚度中的最大者。一般来说，中低压卧式容器的壁厚大多是由鞍座处壳体厚度决定的。塔器的关键厚度是内压、开孔补强、地震力和风压决定的厚度中的最大者。中低压塔的最大壁厚是由地震力和风压共同决定的。大型储罐的壁厚是由内压（氮封压力）、风压、地震力、物料和自重决定的。一般来说，壁厚主要由液柱静压力或内压决定。除此之外，对于一些特殊的容器，我们还需要特别考虑接管载荷对壳体厚度的要求，比如高温高压反应器封头上接管载荷对封头壁厚的要求。了解不同设备的关键厚度，对于我们掌握化工设备的安全设计至关重要。
1.2设计标准
设计标准是设计的依据。设计者只有熟悉设计标准的内容，理会设计标准表达的内涵，才能准确地利用好标准，设计出合格的产品。标准按照设计内容可以分为设备级标准、零部件标准和施工标准。设备标准包括塔设备、换热设备、反应设备、储运设备标准。零部件标准包括钢制管法兰、紧固件、垫片标准、设备法兰、支座等标准。除此之外，了解压力容器的材料标准，在已知的介质和环境条件下，选择合适的材料，保证结构的安全和使用寿命。我国标准的特点是相互联系，相辅相成，所以学习标准不可只见树木不见森林。首先，就单个标准来讲，要把握标准的使用范围和选择原则；其次，由于我国标准是层层相关的，包括法规、规范、行业标准等，因而使用标准时不仅要把握该标准本身，还要结合与该标准相关的其他标准，这样才能更透彻地理解标准的含义，更准确地把握标准，设计出更优秀的产品。随着社会和学术的发展，标准规范也在不断更新，各个国家的标准也存在差异[2-3]。对于更先进、更经济的新标准来说，老标准相对保守，不经济，存在不足。所以设计者要不断学习新标准，学习新的设计方法和设计理念，这样才能做到与时俱进，设计出更加安全可靠、经济合理的产品。
1.3绘图
图纸是设计理念和结果的表达。化工设备由于其结构的特点，其绘图方法也和一般的机械制图不太一样。绘图对于化工设备的设计十分重要：一是可以表达设计理念；二是可以确定零部件的配合尺寸；三是可以检查设计中的一些干涉问题。化工设备的绘图顺序是先按比例绘制所有的零件图，之后利用配合关系组装出总图。当零件之间，特别是内件之间存在干涉时，需要重新修改零件尺寸，校核验证，直至没有干涉为止。在绘制整体的装配图后，需要绘制零件之间的节点图，比如焊接节点图、局部放大节点等。之后添加必要的制造、检验和安装使用的技术要求。最后，统计材料，填写明细表，完成绘图。绘图中的尺寸可以分为两类：一类是计算出来的精确尺寸，比如工艺的筒体内径和管口尺寸，设备强度计算出的筒体壁厚等；另一类是规则经验尺寸，也就是说该类尺寸不需要经精确的公式计算，只是根据规则和经验而定的，比如高温塔器裙座的过渡段的长度要大于五倍的保温层厚度，且不小于500mm；焊缝间距宜大于三倍壁厚且不小于150mm等。因此，绘图尺寸来自于设计者的计算和设计规则。传统的CAD绘图方法自动化程度不高，生产效率低。随着计算机的发展，更加智能的绘图方法不断出现，大大提高了绘图效率和准确性，比如，交互化、智能化的化工设备CAD绘图系统、PVCAD系统等[4-5]。
2存在的问题和建议
化工设备的设计标准都有一定的使用范围，实际设计中往往会超出标准的使用范围，比如计算模型不同、载荷工况不同等。因此，设计者不仅要把握标准的内容，。在有标准的时候严格使用标准，在没标准可以参照的时候，要依据相关的知识，运用合理的简化和计算方法，设计出合格的产品，比如螺纹锁紧环换热器、夹套搅拌容器等。这类设备的设计一方面可以利用经验对比法，参考以前的图纸进行结构设计；另一方面要根据力学的原理，建立力学模型，进行计算校核；此外，利用有限元法可以对复杂的结构进行分析设计、优化设计或校核等。设计标准的层次和行业众多，针对同一问题，可能不同的标准具有不同的表达方式或者侧重点。设计者不仅要把握标准的内容，更要理解编制标准者的初衷，把握标准的原理。在众多的标准中选择最适合产品工况条件的标准进行设计。设计中需要经常使用标准件，使用标准件可以方便设备的设计和制造。标准件可以直接选择型号，不必再进行计算。但是，实际设计中，当我们选择了标准件，同时需要修改标准件的某个尺寸时，此时的标准件就不能算标准件了，必须重新计算，合格后才可选用，比如，球罐人孔法兰盖，可以选择标准件，如果需要在法兰盖中心再接一个排凝管，此时法兰盖就算是非标件了，需要重新计算。类似的问题还有标准法兰的内径选择，一般标准法兰并不给出法兰内径，只是要求法兰内径与对接的接管内径相同。由于接管和法兰的计算模型不同，接管的壁厚和法兰应力校核需要的直边段厚度不一定相等[6]。因此，对此类情况下的标准件，在苛刻工况下，为了安全可靠，应进行必要的校核后再选用。
3结论
化工设备的工程设计方法包括设计的原理、标准和绘图方法。设计原理是设计的根本，设计标准使设计更加规范和准确，绘图是设计思路和计算结果的表达，设计原理和图纸相辅相成。只有了解了化工设备的计算原理和设计标准，才能设计出安全经济合理的产品。
作者:范强强 单位:安徽实华工程技术股份有限公司
参考文献
[1]陈建俊.从制造角度看化工设备的设计[J].化工设备与管道，2005，42（6）：1-7.
[2]丁伯民.对压力容器有关标准的一些看法[J].化工设备与管道，2008，45（2）：1-3.
[3]丁伯民.压力容器标准应用的探讨[J].化工设备与管道，2001，38（2）：5-10.
设备设计标准篇9
二、机械设备的零部件尽量采用标准成品件
标准零部件的规格尺寸、材质质量、技术参数等均符合国家统一标准，在各种设备制造中具有广泛的通用性，可以有效的避免因尺寸误差、材质硬度不足等一些非标准的因素影响设备的质量。在设计和生产非标准设备时，应当尽量使用外购的标准成品件，比如固定使用的零部件、检验使用的仪器设备、生产用的刀具磨具等，不仅可以有效的降低成本，同时可以提高制造产品的质量。标准成品零部件的使用对提高非标准机械设备的质量具有十分重要的意义，主要表现在以下几个方面：
首先，可以提高非标准设备操作的可靠性。企业外购市场的标准零部件一般是经反复多次的试验和实践才投入市场，其各种条件均符合国家标准，其具有较高的性价比，可以有效的提高非标准设备制造质量。而初次制造且未经过实践使用的非标准零部件或多或少会存在一定的缺陷，缺乏使用可靠性。
其次，可以降低非标准机械设备的制造成本。对于生产厂家而言，单件非标准零部件的制造成本比批量标准零部件的制造成本高，十分不利于生产商的成本控制。比如非标准件制造产生的管理费、设计成本、劳动生产均比标准零部件的制造成本高；或者非标准零部件的加工比较繁杂琐碎，制造过程中因为手工问题导致产品损坏，造成材料的浪费等。最后，可以提高非标准设备制造效率。利用现有的标准成品，可以省却设计的麻烦，同时可以避免后续制造过程中因非标准件的不合理影响制造的进度，提高工作效率
三、设备加工制造和组装过程中质量的控制
3.1设备设计过程的质量监督在设备厂家进行设备设计的过程中，使用单位技术人员应经常与其设计人员联系，了解设计的进展情况。设计结束、图纸绘制完成后，由使用单位技术人员和设备厂家设计人员共同对图纸进行会审，从整体上查看设计是否实现了工艺技术要求，设备关键部位的技术要求是否合适。另外，对于以前制作过的同类设备，在保证工艺技术要求的前提下，对使用中需要经常更换备件的零部件，尽量做到尺寸一致，以方便备品配件的准备。
3.2设备制造过程的质量监督在非标准机械设备制造初期，应当对关键零件的机械加工进度进行监督和控制，特别是大型铸造件、锻造件、焊接件等，严格按照进度计划实施，重点监督高技术要求的设备，确保设备或部件按质按量进行。同时针对外购基础件的质量进行严格把关，检验其精度、密度、材质、光洁度等，确保基础件各方面符合使用标准。此外，特别注重关键零件加工质量的检验，确保零部件的高效利用。比如，在行列式滚筒设备的加工中，应当严格检验上下导轨和齿轮的加工精度，并在淬火处理后进行确认其等级硬度，以及相关的焊接部位的检查。
3.3设备整体组装的质量控制在完成所有零部件加工后，将各分散的部件进行组装，形成完整的台套设备。但在组装过程中，组装的精度是影响设备质量的主要因素，甚至会导致设备无法正常使用。因此，在组装设备零部件时，特别注意清洁零部件的外部杂质，包括铁屑、焊渣、粉尘、油渍等。此外，设备组装完毕后，应当对组装质量进行检验，确认设备是否符合技术要求。比如空载试机、负载试机、联动试机，并根据实际生产进行调节运行参数，确保设备的良好运行。
设备设计标准篇10
（2） 设备价目表、材料预算价格及当地实行的运杂费率标准；
（3） 设备安装工程费用概算定额或概算指标。
设备安装工程概算的主要内容包括：设备购置费概算、设备安装工程费概算。
2 计算方法
（1） 设备购置费概算
设备购置费概算=∑（设备清单中的设备数量×设备原价）×（1＋运杂费率）=∑（设备清单中设备的数量×设备预算价格）
国产非标准设备原价在设计概算时可按下列方法确定：
① 非标准设备台数估算指标法
根据非标准设备的类别、质量、性能、材质等情况，以每台设备规定的估价指标计算，即
非标准设备原价=设备台数×每台设备的估价指标
② 非标准设备吨重估价指标法
根据非标准设备的类别、质量、性能、材质等情况，以某类设备所规定吨位估价指标计算，即
非标准设备原价=设备吨重×每台设备估价指标（元/t）
（2） 设备安装工程概算编制方法
① 预算单价法：当初步设计较深，有详细的设备清单时，可直接按安装工程预算定额单价编制安装工程概算。
② 扩大单价法：当初步设计深度不够，设备清单不完整，只有主体设备或仅有成套设备质量时，可采用主体设备、成套设备的综合扩大安装单价来编制概算。
③ 设备价值百分比法：又叫安装设备百分比法。当初步设计深度不够，只有设备出厂价而无详细规格质量时，安装费可按占设备费的百分比计算。计算式为：
设备安装费=设备原价×安装费率（%）
设备设计标准篇11
中图分类号：TU831；TU201.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）29-0386-01
所谓的非标设备主要是指那些没有形成统一设计标准，需要进行自行设计的非通用性设备。从字面意思上讲，就是指设备的设计制造方面未能形成相关标准的设备。当今市场竞争日益激烈，为追求利润的最大化，各行业都充分利用现代化设备来取代传统的手工操作，或者以智能化设备取代传统设备。设备的样式可谓是千差万别，并没有统一的标准或规律可循。非标设备大多数进行单件小批量生产，并不存在标准设备制造的样机试制阶段。因此，对设计人员在实际操作经验上提出了较高要求。非标设备的设计人员需要充分发挥自己的创造力，设计出既经济又实用的设备，进一步提高设备生产力。随着经济市场化、全球化以及信息化时代的来临，企业为求在竞争激烈的市场中谋求一席的生存和发展之地，相继进行了体制以及技术方面的革新。各生产企业充分利用现代化机械生产设备的高效性，最大限度地实现企业产品的利润化，但是由于企业自身的需求不一样，所要采取的设备也不尽相同，所以就导致了设备形式的多样化，没有统一的标准。在这种情况下，就给非标设备设计人员提供了一个尽情发挥自己创造力的天地。笔者结合自己多年的实践经验，总结了实际的设计要点，现做以下简单介绍和分析，以期对广大同仁提供借鉴。
一、非标设备设计制造的效果和效益
目前，判定非标设备设计制造的成败与否主要取决于设备设计所取得的效果和效益。所谓的设计效果主要是指非标设备在现实使用过程中所展现出来的技术性能、生产效率以及可靠性等技术方面的使用情况；而设计效益主要是指非标设备作为产品的本身经济价值以及其使用过程中所创造的经济效益。我国早期的非标设计人员主要是依据相关设计任务书进行设备的设计制造。但是设计任务书往往只对技术性能指标过分强调，而忽视设备设计制造的成本以及效益等问题。由此，早期设备设计制造的优秀与否主要取决于在设计制造过程中是否采用了某种先进的技术。但是却没有考虑到设备是否符合实际的生产需要，是否能创造经济效益，是否适应市场的发展需求等因素。最终导致了部分非标设备设计人员形成了一种对先进技术的盲目追求之风，忽视设备的实际创造价值的设计理念。
以现在的市场发展需求来看，重视非标设备的设计效果和效益要远比单方面追求设备的先进技术性能有巨大的市场优势。可以说，非标设备只要能够产生良好的效益，那么就会产生良好的效果。因为只有设计制造的设备得到广大用户的认可，才有可能创作良好的经济效益。对于效果不好的设备，用户是不会接受和认可的。因此，非标设备的效益和效果已经成为当下衡量非标设备优秀与否的综合性标准，成为了当下非标设备设计者在进行具体的设备设计制造时要首先考虑的因素。
二、非标设备设计的合理性
在进行具体的非标设备设计和制造时，既要考虑到设备设计是否满足市场的发展需求，是否能够实现设备设计的经济性，还要考虑到非标设备的结构是否简单，是否易于生产制造以及安装维护。
在设计过程中，为了使结构布置合理，需要采用新技术、新方法。同时，要严格执行有关标准规范，做好优化设计 ； 全面了解设备的工艺要求、功能、物理参数等，并向国内同行取经，对他们设计的设备进行分析对比，以确定各方面的最佳组合。设计产品时要进行多方案的比选，通过综合分析选出最佳方案。在条件允许时，应做模拟试验，获得设备实际运行参数，为设备的运行稳定设计提供依据。并在模拟试验过程中及时发现问题，并及时改进完善设计方案。
同时还要注重设备零部件设计的合理性。零部件的形状、尺寸、加工精度和配合种类会直接影响到设备的使用效果。因此，在对零部件进行设计时，首先要校核标准件是否满足强度、刚度要求，同时也要考虑其寿命和疲劳强度。
二是要合理选择零部件的材料，材料既要满足制造零部件的要求又要满足经济性 ； 三是合理选用零部件的配合种类 ；最后还要选择合理的加工方法。
三、标准零部件尽量采用成品件
在非标设计时，要尽量多采用标准零部件的成品件，这样能有效降低非标设备的设计、制造成本。一般来说，在非标设备设计中尽可能采用零部件的成件品。采用零部件的成品件具有如下几个优点。
1、提高非标设备的工作可靠性
零部件的成品件，一般都是经过反复实践和试验才投入市场的，与只经过初次设计、制造的非标零件相比，具有更好的可靠性。在初次设计非标零部件时，或多或少的会存在设计上的缺陷，这些缺陷往往会因为经济和时间上的限制没有得到及时的改进，设备在使用了这些带有缺陷的非标零部件后会降低设备工作的可靠性。
2、降低非标设备的制造成本
生产单件非标零部件时，其成本往往比零部件成批化生产要高得多。这样使得非标产品在原材物料消耗、成品率、管理费用、劳动生产率等方面的成本，要比批量生产的商品化产品高得多。由于是单件生产，设计费用占成本的比例也比较大。有些复杂的部件，不一定一次设计就能完全成功，大多需要局部修改，个别甚至要推倒重来。这些情况会使成本更高。
设备设计标准篇12
近年来能源化工装置开始探索并推进标准化工作，其具体内容为：以固化工艺技术、工艺路线和装置规模能力为前提，以优化固化已有的设计方案为基础，以提高设计图纸重复利用率为目标，开展标准化设计；以技术研发为依托，以加深工厂预制深度为手段，以提高施工质量、提高施工效率、降低施工成本、降低安全风险为目标开展模块化建设；以新建和改扩建装置主要设备材料为重点，以统一采购和制造标准为抓手，以提升设备材料通用性和互换性为目标，开展标准化采购工作。
在保证装置独特性的基础上，上述标准化工作在很大程度上降低了投资和营运成本，提高了经济效益。而实施标准化采购方案的难点之一就是如何在保持产品差异化和独特性的基础上固化工艺技术或采用同一技术来源。为此，以近期一项标准化采购为例进行分析。
一、基本背景情况
某大型企业拟建设三套聚烯烃装置，三套装置规模接近，建设周期接近，拟采用国外先进工艺技术并委托国际知名工程公司进行工艺包设计。项目涉及一个技术专利商，两个国外工程公司，两个国内设计单位和三个业主。在兼顾产品差异化策略和技术独特性的基础上，采取了一系列措施保证标准化工作的顺利开展。
二、标准化采购采取的措施
标准化工作主线依赖于技术、设计工作的标准化，通过标准化设计达到设备采购标准化和模块化施工的目的。在实施上述三个项目的标准化采购中，分合同签订前和签订后两个阶段。
（一）在项目团队建设方面，为保证标准化工作顺利进行，首先对国内设计单位中的设计团队进行合并，由谈判前期的两个项目经理，两个项目团队合并为一个团队，同时要求两个设计单位保持紧密联系和沟通。要求专利商统一协调、调度国外两个工程公司的设计基础及进度安排。
（二）合同签署前
设计标准化工作第一步需先甄别影响项目标准化的内容。经过讨论，将影响因素分为高、中、低三个方面，其中影响因素高的内容有：工艺包、SIS设计原则和DSC/ESD组态、平面布置、项目进度、国内工程设计单位、设计标准和规范一致性原则（统一编号系统、统一设计软件等）；
影响因素中等：乙烯入口压力、产品牌号组合、返回气、3D模型；
影响因素低：循环冷却水条件、蒸汽。
根据上述划分标准，召集三家业主与国内两家工程公司召开协调会，统一认识，在影响因素大的方面达成一致。在商讨过程中，与专利商和国外工程公司进行谈判，最终共同确定工艺标准化方案，并多次对三家技术附件进行了修订和确认，保证了标准化设计。特别关注所有项目供应商名单的一致和主要长周期设备工艺设计规格的标准化，保证了后期设备采购的标准化顺利实施。
（三）合同签订后
上述三个项目的合同签署后，及时召开三个项目开工会，为贯彻落实前期标准化工作达成的一致内容，特将开工会分为两个阶段，标准化阶段和个性化阶段。标准化阶段由三家企业、国内两家工程公司、专利商及国外两家工程公司共计8个单位人员参加。通过会议，将前期确定的标准化内容落实到设计边界条件中，保证前期成果顺利实施。
在开工会中，注重设备采购标准化问题，征求设备采购部门对采购资料交付进度的意见，确保三个项目设备采购能同时进行。在讨论设备采购进度过程中，为减轻同时向单一供应商订货而带来的交货进度压力，科学决策、合理安排我们主动与工程部沟通项目总进度时间安排，确保设备采购标准化方案的顺利实施。
三、标准化内容及实施结果
工艺包标准化：在装置规模、设计基础及界区条件、进回水温度、设备位号、工程设计规范、设备供应商清单、中方设计院设计团队等方面形成统一。
扩展工艺包标准化：在冷却水、蒸汽条件、乙烯界区条件、产品牌号、排放气接入条件、控制系统组态、装置高压区布局、高压段3D模型、编号系统等方面形成统一。
在产品牌号方面：根据三个项目已签署的技术附件，统一了产品牌号方案，使产品方案的特殊性及个性化需求工程设计的影响降到最低。
通过工艺包及扩展工艺包的上述标准化设计方案，不仅降低了引进费用，而且为后续基础设计和详细设计的标准化奠定了基础；同时，项目建设周期接近，因主要工艺参数一致带来的主要设备采购标准化，可实现装置运行后备品备件的通用和储备降低。
四、标准化采购效果及启示
（一）取得的效果
1.通过标准化采购，三个项目共用同一工艺包，同时通过标准化工程设计，使扩展工艺包及后续的基础设计和详细设计具备可复用性，降低了工作量。
2.通过标准化设计，不仅实现了长周期设备采购的标准化，而且奠定了通用设备、仪电设备标准化采购的基础，从而实现设备采购标准化。同时标准化的实施规范了管理，大大降低了工程项目投资和运营成本。
（二）启示
1.充分总结技术引进经验，指导将开展的技术引进工作，是制定科学理性采购策略的保证。通过总结历史采购经验，分析将开展的技术引进项目特点，及时发现与原引进技术的共同点，制定合理的采购策略。
2. 技术来源的固化及统一，减少差异化是标准化的条件。整合专利技术来源，统一产品方案和边界条件，为标准化实施创造条件。通过技术来源的统一达成工艺包的标准化是工程设计、设备采购标准化和模块化施工的基础。
3.在技术条件许可的情况下，采取复用原引进技术，即可为实现标准化设计、设备标准化采购和统一储备打下良好的基础，同时也大大降低了采购成本。
参考文献：
