包裝機械的模塊化設(shè)計研究

1、 王東愛等 包裝機械的模塊化設(shè)計研究包裝機械的模塊化設(shè)計研究王東愛 王嶺松,天津商業(yè)大學(xué) 天津,(300134 )摘要 大部分包裝機械結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜 都是由若干具有一定功能的子部件組成的 。在進行設(shè)計時 應(yīng),:,盡可能將各子部件設(shè)計成相對獨立的功能模塊 模塊化設(shè)計是進行包裝機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的一種有效方法 。,著重研究了包裝機械的模塊劃分方法 、模塊庫的建立問題 并應(yīng)用實例說明了該方法的有效性 。,關(guān)鍵詞 模塊化設(shè)計 包裝機械 模塊劃分;:;中圖分類號文獻標(biāo)識碼文章編號: 1001 - 3563 (2008) 11 - 0041 - 03: TB486 ; T H122: AResea rch on

2、Modula r Design of Packaging Machine22W A N G Dong ai , W A N G L ing song( Tianjin University of Commerce , Tianjin 300134 , China)Abstract : Most of packaging machines are complicated. They are composed of parts with definite f unc2tion. Modular design is an effective method. Packaging machine is

3、divided to different f unction modules.The method of module partition and module warehouse establishment was discussed. An example was givento verify the method.Key words : modular design ; packaging machine ; module partition包裝機械是包裝工業(yè)的一大門類產(chǎn)品 在包裝工業(yè)中有著,和經(jīng)驗知識的過程 而是采用自上而下的任務(wù)驅(qū)動的方式 。,舉足輕重的地位和作用 它給行業(yè)提供必要的

4、技術(shù)設(shè)備 以完,采用規(guī)劃好 、標(biāo)準(zhǔn)化或易于變型的零部件模塊可以降低成本,成產(chǎn)品的包裝工藝過程 。沒有現(xiàn)代化的包裝機械 就沒有現(xiàn)代,提高速度 。2 化的包裝工業(yè) 。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和顧客需求的多樣化 市,特點1. 2場競爭越來越激烈 企業(yè)必須不斷更新自己的產(chǎn)品已滿足需,模塊設(shè)計的主要特點如下:求 。包裝機械行業(yè)也面臨著一系列巨大的挑戰(zhàn)與激烈的競爭,實現(xiàn)完整的產(chǎn)品定義 。模塊化設(shè)計源于對市場調(diào)查和1)由于日用品生產(chǎn)商致力于在容器形狀方面推陳出新 以滿足客,產(chǎn)品的功能分析 通過模塊組合形成產(chǎn)品族 并且模塊體系,戶不斷變化的喜好與需求 所以包裝機械的變化則更為突出,可以根據(jù)不同設(shè)計要求和新技術(shù)的發(fā)展

5、 及時組裝或重新設(shè),可以說每一臺包裝機械都是“非標(biāo)準(zhǔn)”機型 每個客戶都有不同,計個別模塊 使產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上和性能上有更高的柔性和對產(chǎn),的訂貨要求 所以包裝機械制造企業(yè)必須有一定的技術(shù)力量應(yīng),品的完整定義 。付日常生產(chǎn)的需要 而且控制產(chǎn)品成本上也有一定的難度 。采,可縮短設(shè)計和試制周期 。針對用戶的要求 選擇模塊,2)用模塊化設(shè)計就可以解決這個問題 企業(yè)可根據(jù)用戶的不同要,進行產(chǎn)品配置設(shè)計以縮短設(shè)計和試制周期 適合小批量 、多品,求將各種模塊組合起來形成新的機型 從而滿足多種客戶需,種、多功能設(shè)備的制造生產(chǎn) 。求、提高生產(chǎn)效率并降低成本 。產(chǎn)品性能穩(wěn)定可靠 維修方便 可降低成本 。由于部,3),件

6、標(biāo)準(zhǔn)化程度高 有利于先進加工制造技術(shù)的應(yīng)用,使產(chǎn)品,模塊化設(shè)計介紹1具有良好的性能和較高的可靠性 。采用模塊化設(shè)計后 將產(chǎn),品內(nèi)部多樣化減至最少 在最大程度滿足用戶的功能要求的,含義1. 1同時 不降低產(chǎn)品的多樣化特點 使企業(yè)可以做到大規(guī)模定,模塊化設(shè)計的概念在世紀(jì)年代由歐美一些國家提50,20出 隨后得到越來越廣泛的關(guān)注和研究 。模塊化設(shè)計是對一定,制 并有利于降低成本 。,范圍內(nèi)的不同功能或相同功能不同性能 、不同規(guī)格的產(chǎn)品進行4)實現(xiàn)知識管理和集成設(shè)計 。模塊化設(shè)計的過程是產(chǎn)品功能分析 劃分并設(shè)計一系列功能模塊 通過模塊的選擇和,結(jié)構(gòu)設(shè)計的規(guī)范過程 , 模塊的規(guī)劃和實現(xiàn)需要建立模塊的接,

7、組合構(gòu)成不同的產(chǎn)品 以滿足市場的不同需求的現(xiàn)代設(shè)計方,口和產(chǎn)品知識的信息 。整個產(chǎn)品模塊化設(shè)計過程貫穿產(chǎn)品知法 。新產(chǎn)品的設(shè)計過程不再是傳統(tǒng)的自下而上的基于規(guī)則1 識創(chuàng)建和管理的過程 通過對產(chǎn)品知識的有效管理 有利于, ,收稿日期: 2008209217作者簡介 王東愛:女 山西平遙縣人 天津商業(yè)大學(xué)講師 主要從事機械設(shè)計及優(yōu)化研究 。, , ,(1974 - ) ,41 包裝工程PAC KA GIN G EN GINEERIN G Vol. 29 No. 11 2008. 11設(shè)計人員針對模塊進行持續(xù)的優(yōu)化和改進 。模塊化設(shè)計結(jié)合產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理 技術(shù) 更容易建立模塊間的信息連接機械、捆扎機械和

8、集裝機械、輔助包裝機械和設(shè)備等。同一類型的包裝機 其組成部分大致相同 只是根據(jù)不同的包裝容器和( PDM)形成可擴充的專家系統(tǒng) 。一般過程模塊化設(shè)計分為 個不同層次 第 個層次為系列模塊化,包裝材料 以及不同的物料和計量方式 對具體結(jié)構(gòu)進行變化。,對同一類型的包裝機械進行合理的模塊劃分 并且建立數(shù)字化,1. 3的模塊庫 是包裝機械模塊化設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。,2,1產(chǎn)品研制過程 需要根據(jù)市場調(diào)研結(jié)果對整個系列進行模塊化,基于功能層次的包裝機械模塊劃分2. 2設(shè)計 本質(zhì)上是系列產(chǎn)品研制過程 第 個層次為單個產(chǎn)品的2包裝機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜 對其進行模塊劃分時 應(yīng)主要以部件,;,模塊化設(shè)計 需要根據(jù)用戶的具體要

9、求對模塊進行選擇和組,作為模塊 或者根據(jù)具體情況進行功能或結(jié)構(gòu)的相關(guān)性分析,合 并加以必要的設(shè)計計算和校核計算 本質(zhì)上是選擇及組合,對零部件重組形成模塊 。3 ,過程 見圖 。1根據(jù)集合論理論 當(dāng)功能域與結(jié)構(gòu)域由于在信息需求和,表達方式上的差異而存在從功能表達空間到結(jié)構(gòu)表達空間的映射 表明兩個空間具有某種函數(shù)關(guān)系,。功能域表達產(chǎn)品4 的功能結(jié)構(gòu) 通過將功能層層分解 形成產(chǎn)品的功能樹 功能,樹中的功能在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)域中映射為產(chǎn)品不同層次的結(jié)構(gòu)單元,結(jié)構(gòu)單元具有其特定的功能 這種結(jié)構(gòu)單元是否能夠作為模,塊 需要從功能和結(jié)構(gòu)等方面考慮 見圖 。2,圖系列產(chǎn)品與單個產(chǎn)品的模塊化設(shè)計過程1Fig. 1 Th

10、e modular design process圖功能結(jié)構(gòu)映射原理2of series products and single productFig. 2 Function and structure mapping theory第 個層次是模塊化設(shè)計的重要過程 其中最關(guān)鍵的就是,1對一種包裝機械的總功能進行逐層劃分 ,層次不需要太劃分模塊 如何科學(xué)地、有節(jié)制地劃分模塊 是模塊化設(shè)計中很,多 層次太多 將來映射到結(jié)構(gòu)部件的粒度太小 模塊間的接口,具有藝術(shù)性的一項工作 既要照顧制造管理方便 具有較大的,標(biāo)準(zhǔn)化較難實現(xiàn) 。當(dāng)然如果層次太少 模塊化設(shè)計的優(yōu)點也體,靈活性 避免組合時產(chǎn)生混亂 又要考慮

11、到該模塊系列將來的,現(xiàn)不出來 。一般的包裝機械例如充填機械 、灌裝機械 、封口機擴展和向?qū)Ｓ?、變型產(chǎn)品的輻射 劃分的好壞直接影響到模塊,械、裹包機械分 層就可以了 多功能包裝機可以分到,234,系列設(shè)計的成功與否 。第 層次設(shè)計的好 那么第 層次的設(shè)21,層 。然后再利用功能結(jié)構(gòu)影射原理 映射到相應(yīng)的部件層次,計相對就比較簡單了 。確定合適的模塊 。包裝機械模塊庫的建立產(chǎn)品模塊合理劃分后 需要進行模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計 并形成2. 3包裝機械的模塊化設(shè)計2,模塊庫 。一位資深的包裝機械設(shè)計師表示 最大的目標(biāo)是盡可,包裝機械的特點2. 1能使用標(biāo)準(zhǔn)的模塊和零部件完成每種新產(chǎn)品 的開80 % 90 %包

12、裝機械是特殊類型的專業(yè)機械 種類繁多 生產(chǎn)數(shù)量有,發(fā)工作 然后再利用優(yōu)化的工作流程以最短的時間完成剩余的,限 大部分包裝機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜 而且由于被包裝產(chǎn)品的更新?lián)Q代,10 % 20 %的開發(fā)工作 。所以要想形成可以重復(fù)應(yīng)用的模塊速度加快 要求包裝機械具有良好的柔性和靈活性 整臺包裝機,庫 計算機輔助設(shè)計、三維圖形設(shè)計技術(shù)必須用來,(CAD)(3D)( PDM)些模塊組織存儲到數(shù)據(jù)庫中 。隨著虛擬概念的提出 電子技術(shù)械最好采用單元組成 換用一個或幾個單元 即可適應(yīng)產(chǎn)品的變,進行模塊化設(shè)計 而且還需要產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù) 把這,化。所以采用模塊化設(shè)計方法可以縮短包裝機械的研發(fā)周期,增加產(chǎn)品系列 提高其質(zhì)

13、量 以快速應(yīng)對市場的變化 且便于包,和計算機仿真設(shè)計的同步發(fā)展 采用虛擬設(shè)計、虛擬制造 根據(jù), ,裝機械的制造和維修 減少設(shè)備投資。用于完成包裝過程的包,客戶的實際需求就可以調(diào)用模塊庫中的模塊 進行單個產(chǎn)品的,裝機械可分為 類 它們是充填機械、灌裝機械、封口機械、裹11模塊化設(shè)計 再把實際生產(chǎn)時的數(shù)據(jù)和指標(biāo)輸進去 把各種可, ,包機械、多功能包裝機械、標(biāo)簽機械、清洗機械、干燥機械、殺菌能發(fā)生的故障輸進去 計算機三維模型即可仿照真實工作情況,42 王東愛等 包裝機械的模塊化設(shè)計研究進行操作 演示出能達到的生產(chǎn)能力 廢品數(shù)量、生產(chǎn)線各環(huán)節(jié)模塊 多用于流動性較差的物料和固 、液混合物料 。在單個灌,

14、的匹配情況、生產(chǎn)瓶頸等 并可根據(jù)客戶的意見修改模型 快速,裝機設(shè)計制造時 針對客戶具體要求 選擇模塊庫中的合適模, ,運作 直到客戶和設(shè)計者滿意為止 。,塊 進行快速設(shè)計 。,應(yīng)用實例3結(jié)語4灌裝機是將液體按預(yù)定量灌注到包裝容器內(nèi)的機器 對其,采用模塊化設(shè)計能有效地提高系列產(chǎn)品零部件標(biāo)準(zhǔn)化 、通用化程度 能使這些標(biāo)準(zhǔn)件 、通用件保持一定的生產(chǎn)批量 。模進行功能層次分解見圖 映射到結(jié)構(gòu) 經(jīng)過分析最后劃分的3 , ,塊化設(shè)計有利于實現(xiàn)多品種生產(chǎn) 能以相對較低的成本 快速,滿足市場多變的需要 采用模塊化設(shè)計 可以使設(shè)計人員的主,要精力集中在研制新型模塊上 避免相同功能單元模塊的重復(fù),開發(fā) 這樣將會促

15、進我國對進口包裝機械的消化吸收 逐漸實,現(xiàn)包裝機械創(chuàng)新設(shè)計 加快我國包裝機械工業(yè)的發(fā)展 。,3參考文獻:Fig. 3 Function hiberarchy of filling machine北京 機械工業(yè)出版社: ,1993.浦玉祥 蘇軍 谷傳文 機械的模塊化設(shè)計在包裝領(lǐng)域中的應(yīng)用.,J .高衛(wèi)國 徐燕申 陳永亮 等 廣義模塊化設(shè)計原理與方法,機,.J .:械工程學(xué)報,胡亞輝 徐燕申 鐘偉弘 等 面向廣義模塊化設(shè)計 制造的產(chǎn)品族.,/動態(tài)模型研究J . 機床與液壓(上接第頁)40求解優(yōu)化8 采用內(nèi)點罰函數(shù)法 其中套用了單純行法 。選用初始值2. 3結(jié)語3,:1式中= 1 , = 0. 1

16、, = 0. 01 , X = (33 , 22 , 55)0T初始變量值 。通過上述優(yōu)化過程 設(shè)計出了一套既可以滿足印刷機收紙,: X0計算結(jié)果 見圖 、。1 2條件又可以具有最大傳動功率的印刷機收紙鏈條機構(gòu)。該種優(yōu)化設(shè)計方法省去了傳統(tǒng)鏈條設(shè)計過程的繁瑣和不能公認最優(yōu)的,X 3 =(49. 9999 , 31. 7499 , 107. 9871) = 0. 006174T不足。由于所選優(yōu)化方法 內(nèi)點懲罰函數(shù)法 本身的缺陷 致使)f ( X 3(,所得優(yōu)化參量的取值為連續(xù)量 與工程應(yīng)用中鏈條參數(shù)的離散,量間有一定的差距。但總的來講 采用這種優(yōu)化設(shè)計方法設(shè)計,出來的鏈條系統(tǒng)要優(yōu)于傳統(tǒng)設(shè)計方法設(shè)計出的鏈條優(yōu)化有效。,參考文獻:馮昌倫 膠印機的使用與調(diào)節(jié).北京 印刷工業(yè)出版社:1 2 M.,2005.張海燕 印刷機與印后加工設(shè)備.北京 中國輕工業(yè)出版社: M .,圖收紙鏈條二維優(yōu)化圖圖收紙鏈條三維優(yōu)化圖122004.Fig. 1 Sketch map of two2dimensionaloptimizationof deliverychainFig. 2 Sketch map of three2dimensionaloptimization張海燕 印刷機設(shè)計.北京 印刷工業(yè)出版社:3 4 M.,2006.孟兆