一款机器人设计过程中工程师间是怎么分工和合作的？

在机器人设计过程中，会有哪些工程师，工程师之间又是怎么分工和协作的？一个8年机器人设计经验的机械工程师带你一起去了解这个。

一、人员角色介绍

我们先定义这个设计过程为机器人设计从开始设计到设计结束（要交付生产前）的这个阶段，通常也称为产品的开发阶段，该阶段也是研发很重的一个阶段，主要分为内部工程师（本公司的研发人员、生产人员等）把大脑中的抽象概念一步一步用完整的3D建模表达来，最终完成产品设计图纸，期间会与多个内部工程师或外部人员进行协同。

对于一个完整的机器人设计项目，包含机器人本体、控制柜和控制软件，那么整个项目团队包含的成员如下：

项目经理：主要负责管理及推进整个项目进度，协同各方资源按时按量完成项目，主要职能包括制定项目计划、管理项目进度、风险、成本、成员等。

产品经理：不同公司的叫法不一样，主要职能是产品概念阶段的调研者，就是收集市场需求，确定要做一款什么样的产品，为机器人设计的输入端，类似于设计的甲方。

系统工程师：就是整个产品设计的系统架构师，把产品经理的需求转化为产品需求，要综合考虑机械、电器、硬件、软件等模块需求和性能。

工业设计师：负责产品的外观设计。

机械工程师：负责整个产品的机械结构设计。

仿真工程师：对整个机器人设计进行仿真校验，包含机械的力学仿真、运动学仿真、动力学仿真、电磁仿真、柜体的流体仿真等等；有些公司没有专门的仿真工程师，都是设计师自己完成。

电气工程师：负责整个产品的电器部分设计，如控制柜的走线、零部件选型等。

硬件工程师：主要负责产品的硬件部分设计，通俗的讲，就是这个产品里有用到电路板的部分，都是硬件工程师设计的。

软件工程师：主要负责整个产品的软件部分，如示教器的操作界面等。

算法工程师：主要负责机器人设计的算法，保障机器人能运动起来，包含运动学正解、逆解、轨迹规划等等。

测试工程师：负责机器人的测试工作，保障机器人的质量，机器人测试一般都有国标标准，把国标转化成公司内部的测试规范，保障机器人出厂时能满足国家标准。

采购经理：主要负责产品的物料采购、加工采购等。

NPI工程师：（NPI：New Product Introduction），对于一些比较中大型企业，由于物料管理比较规范，会有PDM、ERP系统等，在新产品开发过程中，会引进很多新的物料，而此时就需要NPI工程师进行新品测试及验证。

生产人员：生产按部门可以划分为加工、装配、库房、质检四个部门，在机器人设计阶段，研发主要与加工部门（如果自己内部有加工厂的话）进行沟通，目的是对图纸的可加工性进行讨论确认。

外部人员：一款机器人包含了很多零部件，一些零部件在设计过程需要需求样品、技术参数或者技术指导等，那么在整个机器人设计过程中，设计人员需要跟外部人员进行沟通协同；

当然，上述的角色会根据公司规模及产品特性来调整，如果机器人只是设计本体，控制柜和控制软件都是外购，那么就不需要电器工程师、硬件工程师、软件工程师等；一些公司规模较小，整个项目就一两个机械设计师也是存在的。

二、设计过程介绍

现在就以一个最简单的场景来介绍一些工程师之间是怎么协同合作的：假设要设计一款机器人本体，项目里只有1个工业设计师和2个机械工程师（机械工程师兼仿真工程师），分工则是工业设计师负责外观设计，一个机械师是机械总负责，并完成1轴到3轴的设计，另外一个设计师完成4~6轴的设计。

本体的设计主要分为以下几个步骤。

产品外观设计

工业设计师接到机器人的设计需求后，根据产品的外观及大小进行完成外观设计。在机器人设计过程中会经历过设计、评审、修改、再评审的反复迭代，中间也会产生很多过程文件，然后输出一个版本（该版本也不是最终版）可以给到下游（机械部门）开始设计，且输出后不代表工业工程师的工作就完成了，会跟随下游设计中不断迭代修改，也有可能更改了好几版后又返回了到首次方案。所以设计阶段保存好每次设计变更的版本很重要。

概念设计

总机械负责人会根据机器人设计需求进行总体计算，提取各部件受力，进行结构受力分析计算，确定各轴杆长、减速器大小、电机功率等，并初步明确各轴结构部件连接的尺寸。

机械设计师会根据总体设计计算书，分别绘制自己负责的结构图纸。此时，机械工程师并不需要把所有细节都补充完成，通常是先确定机器人的核心结构，6个轴分别采用什么样的传动方式，确定减速器、电机等关键零部件的选型，同时在设计过程中需要不断跟工业设计沟通协商，及时调整外观以满足结构设计。譬如设计的外观无法满足零件的安装，又或者因为电机外置后，电机会影响到外观等等，这都是需要外观和结构共同调整的。

单个模块绘制完后，总机械负责人则把部件添加至自己的总装里，并在各工况下进行校对，避免出现干涉等问题，如出现问题，及时反馈给该设计人员，进行修改调整。

在机器人设计过程中，设计师还需要跟外部人员进行沟通。举个例子，减速器是机器人的核心部件，那么怎么安装减速器、减速器的设计是否能满足减速器要求等就显得至关重要，设计的时候很多技术细节都需要跟减速器厂商确定，双方沟通的方式也基本上是很原始，采用邮件，把设计文件可以外发的部分打包成通用格式（由于双方可能采用不同的设计软件）并上传附件发送给对方，对方再通过邮件回复问题或给出建议，如果有些技术问题对方还需要传回给日本的技术工程师才能回答，整个沟通过程通常都比较繁琐与耗时。如果是涉及到减速器定制，双方还要来来回回沟通减速器图纸技术信息，直至最终版确认。

确定关键零部件的设计后，此时基本结构初步也设计完成，就需要对关键零部件进行仿真校核，确定其寿命是否满足设计要求。因为没有专门的仿真部门，故也是机械设计师自己完成。CAE仿真专业的软件，如运动学可以采用adams，静力学可以用anasys workbench等，当然如果使用solidworks画图的话也可以使用其自带的仿真软件。但通常都是把设计文件导成通用格式（一般可以为.X_T或stp格式），导入到仿真软件里进行计算。在校核过程中，如果发现某个轴不能满足要求，那么还需要返回设计文件上进行修改，修改后再重复上述过程。校核过程一般会写成技术文档，供后期归档使用。

概念细化

在机器人设计的过程中，当核心零部件都设计完成后，则可以对结构进行细化设计，基本上又把概念设计的流程再走几遍。这个阶段也要跟工业设计师进行沟通，因为有可能其外观设计不能满足更细节的零件设计；机械内部也依旧需要进行沟通，你设计的结构对我的部件有干涉等等，该怎么修改等等；同时对外还需要跟很多供应商沟通，因为要细化结构，就需要把很多标准件、非标件等补充完整，如轴承、密封圈，还需要考虑线缆的选型、机器人设计走线方式，选用什么样的油封、油封怎么安装比较合适等等，每个环节都需要不断跟供应商沟通，电话说不清楚的，还需要邮件补充图片或结构说明。

结构设计完成后，还需要再次进行力学仿真校验，确定结构的应力分析是否满足设计要求，又是一轮又一轮的修改-仿真的过程。仿真校核都没有问题后，图纸的设计还没有完成，还需要找加工供应商确认加工的可行性。本体一般都是铸件，小公斤级别的机器人现在为了减轻自身质量，本体一般都采用铸铝设计，那么就需要跟铸件供应商确认是本体设计的结构否可以开模，在模具设计过程中，该零件是否存在问题等，此时又是一番邮件的沟通及结构的修改。铸件厂技术确认完后，还需要跟加工厂确认设计的本体是否能够加工出来，或者怎么加工才能保证机器人所需要的精度等，于是又是一轮讨论及图纸修改。

以上各个阶段，产品的研发部门，都会根据研发流程制度进行多轮的评审，每轮评审的问题关闭后才可以进入下一个设计阶段。

三、经验总结

机器人在设计过程中，因为图纸在不断迭代更新，无论是工业设计师还是机械设计师，设计图纸的版本管理很重要。这里需要重点强调的是：一定要做好图纸的版本管理工作，及时并清晰记录每一次设计变更是一件非常重要的事，它能给你节省很多重复性工作的时间。

图纸管理是一门很系统、很科学的学问，在机器人设计中相当重要，当然，你也可以借助软件来实现。

这里推荐一款专为机械设计师打造的图纸管理软件：追光几何，它借鉴了代码管理的逻辑，可以方便地记录每一次设计的版本，以树状结构清晰展示每一次设计变更的内容，实现了清晰、及时记录设计效果。当然，它还以分支结构记录设计过程中产生的多方案问题，分支之间独立记录，互不影响，你可以通过切换分支来实现不同设计方案设计切换。

因为是多人协同机器人设计，在协同过程中，特别是他人的设计对自己的设计有影响时，怎么保障自己拿到的图纸是最新版本，或者自己更新后的图纸能及时给到对方，从而不给对方设计造成影响一直是个困扰的问题，通常会发现当小伙伴的设计图纸更新后，却收到同事告知其已经更新了图纸。解决该问题，也依旧可以采用追光几何来解决该问题。追光几何以项目为单位进行图纸版本管理，可以添加不同角色成员进入项目，进行协同设计。

追光几何有客户端和云端，设计师在客户端进行本体图纸管理，并把自己最新的设计成果一键同步至云端，项目成员可以在任何一个终端设备上（手机或电脑）随时查看项目成员的最新设计成果，当其要在本地开展新的设计时候，可以一键把云端的最新机器人设计图纸同步至本地电脑，不再担心拿到的版本不是最新的。通过追光几何，可以实现了项目成员间的图纸共享。

机器人设计过程还需要频繁地与供应商进行技术沟通，通过 追光几何进行异地沟通，可以省去邮件来回传输的麻烦。因为设计师已经把设计图纸交付给追光几何进行管理，在云端，可以随时查看设计结果及其零件版本信息，通过分享可以发送给供应商，供应商可以直接查看三维图纸并及时标注评论，当然也可以通过权限控制把一些外部人员添加进项目里，从而更便捷的协同。

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