改进包装机械设计方法新思路

1、改进包装机械设计方法新思路我国包装机械行业起步于20世纪70年代，在80年代末和90年代中得到迅速发展。已成为机械工业中的10大行业之一，无论是产量，还是品种上，都取得了令人瞩目的成就，为我国包装工业的快速发展提供了有力的保障。目前，我国已成为世界包装机械工业生产和消费大国之一。?包装机械作为一种产品，它的含义不仅仅是产品本身的物质意义，而是包括形式产品、隐形产品及延伸产品3层含义。形式产品是指包装机本身的具体形态和基本功能；隐形产品是指包装机给用户提供的实际效用；延伸产品是指包装机的质量保证、使用指导和售后服务等。所以包装机的设计应该包括：市场调研、原理图设计、结构设计、施工图设计、使用说明

2、书编写及售后服务预案等。?2、我国包装机械设计的现状包装机械设计的类别主要有：测绘仿制设计、开发性设计、改进性设计、系列化设计。如啤酒灌装生产线生产能力为1.64万瓶/h，其中灌装机的灌装阀工位数从48个、60个、90个到120个就属于系列化设计。?由普通啤酒灌装生产线到纯生啤酒灌装生产线的设计就属于改进、开发性设计。对于中低速运行的包装机，目前我们基本上可以进行自主设计。而高速运行的包装机，特别是一些先进机型，大多是测绘、仿制国外的同类机型，进行国产化设计和系列化设计。其主要的原因是：(1)大多数设计人员还没有真正掌握先进的设计方法，如高速包装机械的动力学设计理论和方法等，对高速工况下机构的

3、动态精度分析等问题还不能模拟解决；(2)产、学、研结合不够紧密，理论上的科研成果不能及时地在实际设计中运用，设计人员缺乏及时的技术培训；(3)整个行业缺乏宏观调控的力度，优势资源不能得到合理的配置与调整。?在包装机械设计领域，绝大多数设计人员仍沿用以前的设计方法：(1)根据设计任务书寻找同类机型作为样机；(2)参考样机制定各项技术性能指标及使用范围；(3)设计工作原理图、传动系统图；(4)设计关键零件，部件；(5)设计总装图方案和动作循环图；(6)设计部件图、总装图和零件图；(7)对主要部件中的关键零件进行强度、刚度校核；(8)设计控制原理图、施工图等。?而今，国内一些大学的设计软件，可以对包

4、装机中常用机构进行有限元分析和优化设计，其开发的凸轮连杆机构CADCAM软件已经能够满足企业进行凸轮连杆机构自主设计的能力，但在实际包装机械的设计中应用还不普遍。?新型包装机械往往是机、电、气一体化的设备。充分利用信息产品的最新成果，采用气动执行机构、伺服电机驱动等分离传动技术，可使整机的传动链大大缩短，结构大为简化，工作精度和速度大大提高。其中的关键技术之一是采用了多电机拖动的同步控制技术。其实掌握这种技术并不很难，只是一些设计人员不了解包装机械的这一发展趋势。如果说以前我国包装机械设计是仿制、学习阶段，那么现在我们应该有创新设计的意识。?3、德国包装机械设计的新趋势?德国与美国、日本、意大

5、利均为世界包装机械大国。在包装机械设计、制造、技术性能等方面居于领先地位。德国包装机械的设计是依据市场调研及市场分析结果进行的，其，目标是努力为客户，尤其是为大型企业服务。为满足客户要求，德国包装机械制造厂商和设计部门采取了诸多措施：?(1)工艺流程自动化程度越来越高，以提高生产率和设备的柔性及灵活性。采用机械手完成复杂的动作。操作时，在由电脑控制的摄像机录取信息和监控下，机械手按电脑指令完成规定动作，确保包装的质量。?(2)提高生产效率，降低生产成本，最大限度地满足生产要求。德国包装机械以饮料、啤酒灌装机械和食品包装机械见长，具有高速、成套、自动化程度高和可靠性好等特点。其饮料灌装速度高达1

6、2万瓶/h，小袋包装机的包装速度高达900袋min。?(3)使产品机械和包装机械一体化。许多产品要求生产之后直接进行包装，以提高生产效率。如德国生产的巧克力生产及包装设备，就是由一个系统控制完成的。两者一体化，关键是要解决好在生产能力上相互匹配的问题。?(4)适应产制品变化，具有良好的柔性和灵活性。由于市场的激烈竞争，产品更新换代的周期越来越短。如化妆品生产三年一变，甚至一个季度一变，生产量又都很大，因此要求包装机械具有良好的柔性和灵活性，使包装机械的寿命远大于产品的寿命周期，这样才能符合经济性的要求。?(5)普遍使用计算机仿真设计技术。随着新产品开发速度不断加快，德国包装机械设计普遍采用了计

7、算机仿真设计技术，大大缩短了包装机械的开发设计周期。?包装机械设计不仅要重视其能力和效率，还要注重其经济性。所谓经济性不完全是机械设备本身的成本，更重要的是运转成本，因为设备折旧费只占成本的6%8%，其他的就是运转成本。?4、包装机械设计方法的改进思路首先在设计理念上要借鉴先进国家的经验，以用户的需求为设计的目标，并结合柔性设计、模块化设计的理念，一机多用，或更换少量的零、部件就可以完成不同的功能，或满足不同的产品需求。?随着科学技术的发展及市场竞争的加剧，客户的需求也越来越高。这种需求体现在以下几个方面：一是提高生产效率，以满足交货期和降低生产成本的需要，对一些产品，还要求包装机械和生产机械

8、相衔接；二是为适应产品更新变化的需要，包装机械要具有高的柔性和灵活性；三是当设备出现故障时，要求能进行远程诊断服务；四是利于环境保护，噪声、粉尘和废弃物少；五是设备购置投资尽可能少，价格要尽可能低。所以，一定要在市场调研的基础上，充分了解、认真分析用户的需求，确定包装机应该完成的功能和各项技术指标，制订初步的原理设计方案。?现代包装机的设计过程应该包括：市场调研、用户需求分析、包装机功能的确定、可行性论证、制定设计方案、用户效益分析、方案的可行性论证、原理图设计、结构设计、施工图设计、样机制作(虚拟制造)、技术验证和施工图修改、制定售后服务预案及远程诊断方案、改进设计、系列化设计等。?市场调研

9、是一切包装机设计的基础工作。没有市场调研，在包装机械设计、制造、技术性能等方面居于领先地位。德国包装机械的设计是依据市场调研及市场分析结果进行的，其，目标是努力为客户，尤其是为大型企业服务。为满足客户要求，德国包装机械制造厂商和设计部门采取了诸多措施：?(1)工艺流程自动化程度越来越高，以提高生产率和设备的柔性及灵活性。采用机械手完成复杂的动作。操作时，在由电脑控制的摄像机录取信息和监控下，机械手按电脑指令完成规定动作，确保包装的质量。?(2)提高生产效率，降低生产成本，最大限度地满足生产要求。德国包装机械以饮料、啤酒灌装机械和食品包装机械见长，具有高速、成套、自动化程度高和可靠性好等特点。其

10、饮料灌装速度高达12万瓶/h，小袋包装机的包装速度高达900袋min。?(3)使产品机械和包装机械一体化。许多产品要求生产之后直接进行包装，以提高生产效率。如德国生产的巧克力生产及包装设备，就是由一个系统控制完成的。两者一体化，关键是要解决好在生产能力上相互匹配的问题。?(4)适应产制品变化，具有良好的柔性和灵活性。由于市场的激烈竞争，产品更新换代的周期越来越短。如化妆品生产三年一变，甚至一个季度一变，生产量又都很大，因此要求包装机械具有良好的柔性和灵活性，使包装机械的寿命远大于产品的寿命周期，这样才能符合经济性的要求。?(5)普遍使用计算机仿真设计技术。随着新产品开发速度不断加快，德国包装机

11、械设计普遍采用了计算机仿真设计技术，大大缩短了包装机械的开发设计周期。?包装机械设计不仅要重视其能力和效率，还要注重其经济性。所谓经济性不完全是机械设备本身的成本，更重要的是运转成本，因为设备折旧费只占成本的6%8%，其他的就是运转成本。?4、包装机械设计方法的改进思路首先在设计理念上要借鉴先进国家的经验，以用户的需求为设计的目标，并结合柔性设计、模块化设计的理念，一机多用，或更换少量的零、部件就可以完成不同的功能，或满足不同的产品需求。?随着科学技术的发展及市场竞争的加剧，客户的需求也越来越高。这种需求体现在以下几个方面：一是提高生产效率，以满足交货期和降低生产成本的需要，对一些产品，还要求

12、包装机械和生产机械相衔接；二是为适应产品更新变化的需要，包装机械要具有高的柔性和灵活性；三是当设备出现故障时，要求能进行远程诊断服务；四是利于环境保护，噪声、粉尘和废弃物少；五是设备购置投资尽可能少，价格要尽可能低。所以，一定要在市场调研的基础上，充分了解、认真分析用户的需求，确定包装机应该完成的功能和各项技术指标，制订初步的原理设计方案。?现代包装机的设计过程应该包括：市场调研、用户需求分析、包装机功能的确定、可行性论证、制定设计方案、用户效益分析、方案的可行性论证、原理图设计、结构设计、施工图设计、样机制作(虚拟制造)、技术验证和施工图修改、制定售后服务预案及远程诊断方案、改进设计、系列化

13、设计等。?市场调研是一切包装机设计的基础工作。没有市场调研，我们所做的所有设计工作都可能等于零。市场调研，可以根据政策导向、行业供求信息、专家分析、行业展会、技术交流会等线索，找到用户的需求信息，并加以整理分析后，确定包装机应该完成的功能。?在原理方案设计过程中，首先要充分了解相关的信息产品、电子产品的功能，了解气动元件的性能，并用以简化机械传动系统，还可采用多电机拖动来缩短机械传动链。对于必不可少的机械传动系统，应尽量利用现代化设计手段，在对产品功能分析的基础上，通过创新构思、系统建模、动力分析、动态优化，从而得到最佳设计方案。?技术设计是将原理设计结构化，确定零部件的数量、形状、尺寸、材料

14、等，对主要部件中关键零件进行动力计算、功率计算、强度计算、刚度计算。?总体设计时，要全面考虑整个包装机系统的布局、运动协调性、造型设计、人-机环境以及装箱运输等。模块化设计是一种先进的设计方法，它的核心思想是将系统根据功能分为若干模块，将包装机中同一功能的单元设计成具有不同性能、可以互换的模块，通过模块的不同组合，使包装机多功能化、系列化。采用这种方法的优点是：(1)使包装机更新换代速度加快。因为新机型的替代，往往是局部改进。将先进技术引进相应的模块，比较容易实现局部改进；(2)缩短设计周期。当用户提出要求后，只需更换模块，或设计制造部分模块，即可得到新的机型，满足用户需求；(3)降低成本，便

15、于维修；(4)性能稳定可靠。因为模块设计时，对包装机的功能划分和模块设计，进行了精心的研究，保证了模块的性能，如：凸轮机构、伺服机构、检测系统、传动系统、控制系统、计量机构、下料机构等。?另外包装机械系列化、模块化的行业标准，也到了该制定的时候，包装机械已成为我国十大机械行业之一，而系列化、模块化的行业标准的制定必将促进我国包装机械行业跨上新的台阶。?随着虚拟概念的提出，电子技术、计算机辅助设计(CAD)、三维图形设计(3D)和计算机仿真设计的同步发展，在设计中采用一种新技术虚拟设计、虚拟制造，即将各种机器元素数据库存人计算机，把图纸数字化后输入计算机，计算机即可自动成为三维模型。再把实际生产时的数据和指标输进去，把各种可能发生的故障输进去，计算机三维模型即可仿照真实工作情况进行