包装机械的模块化设计研究

1、 王东爱等 包装机械的模块化设计研究包装机械的模块化设计研究王东爱 王岭松,天津商业大学 天津,(300134 )摘要 大部分包装机械结构比较复杂 都是由若干具有一定功能的子部件组成的 。在进行设计时 应,:,尽可能将各子部件设计成相对独立的功能模块 模块化设计是进行包装机械结构设计的一种有效方法 。,着重研究了包装机械的模块划分方法 、模块库的建立问题 并应用实例说明了该方法的有效性 。,关键词 模块化设计 包装机械 模块划分;:;中图分类号文献标识码文章编号: 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包装机械是包装工业的一大门类产品 在包装工业中有着,和经验知识的过程 而是采用自上而下的任务驱动的方式 。,举足轻重的地位和作用 它给行业提供必要的

4、技术设备 以完,采用规划好 、标准化或易于变型的零部件模块可以降低成本,成产品的包装工艺过程 。没有现代化的包装机械 就没有现代,提高速度 。2 化的包装工业 。随着科学技术的发展和顾客需求的多样化 市,特点1. 2场竞争越来越激烈 企业必须不断更新自己的产品已满足需,模块设计的主要特点如下:求 。包装机械行业也面临着一系列巨大的挑战与激烈的竞争,实现完整的产品定义 。模块化设计源于对市场调查和1)由于日用品生产商致力于在容器形状方面推陈出新 以满足客,产品的功能分析 通过模块组合形成产品族 并且模块体系,户不断变化的喜好与需求 所以包装机械的变化则更为突出,可以根据不同设计要求和新技术的发展

5、 及时组装或重新设,可以说每一台包装机械都是“非标准”机型 每个客户都有不同,计个别模块 使产品在结构上和性能上有更高的柔性和对产,的订货要求 所以包装机械制造企业必须有一定的技术力量应,品的完整定义 。付日常生产的需要 而且控制产品成本上也有一定的难度 。采,可缩短设计和试制周期 。针对用户的要求 选择模块,2)用模块化设计就可以解决这个问题 企业可根据用户的不同要,进行产品配置设计以缩短设计和试制周期 适合小批量 、多品,求将各种模块组合起来形成新的机型 从而满足多种客户需,种、多功能设备的制造生产 。求、提高生产效率并降低成本 。产品性能稳定可靠 维修方便 可降低成本 。由于部,3),件

6、标准化程度高 有利于先进加工制造技术的应用,使产品,模块化设计介绍1具有良好的性能和较高的可靠性 。采用模块化设计后 将产,品内部多样化减至最少 在最大程度满足用户的功能要求的,含义1. 1同时 不降低产品的多样化特点 使企业可以做到大规模定,模块化设计的概念在世纪年代由欧美一些国家提50,20出 随后得到越来越广泛的关注和研究 。模块化设计是对一定,制 并有利于降低成本 。,范围内的不同功能或相同功能不同性能 、不同规格的产品进行4)实现知识管理和集成设计 。模块化设计的过程是产品功能分析 划分并设计一系列功能模块 通过模块的选择和,结构设计的规范过程 , 模块的规划和实现需要建立模块的接,

7、组合构成不同的产品 以满足市场的不同需求的现代设计方,口和产品知识的信息 。整个产品模块化设计过程贯穿产品知法 。新产品的设计过程不再是传统的自下而上的基于规则1 识创建和管理的过程 通过对产品知识的有效管理 有利于, ,收稿日期: 2008209217作者简介 王东爱:女 山西平遥县人 天津商业大学讲师 主要从事机械设计及优化研究 。, , ,(1974 - ) ,41 包装工程PAC KA GIN G EN GINEERIN G Vol. 29 No. 11 2008. 11设计人员针对模块进行持续的优化和改进 。模块化设计结合产品数据管理 技术 更容易建立模块间的信息连接机械、捆扎机械和

8、集装机械、辅助包装机械和设备等。同一类型的包装机 其组成部分大致相同 只是根据不同的包装容器和( PDM)形成可扩充的专家系统 。一般过程模块化设计分为 个不同层次 第 个层次为系列模块化,包装材料 以及不同的物料和计量方式 对具体结构进行变化。,对同一类型的包装机械进行合理的模块划分 并且建立数字化,1. 3的模块库 是包装机械模块化设计的重要环节。,2,1产品研制过程 需要根据市场调研结果对整个系列进行模块化,基于功能层次的包装机械模块划分2. 2设计 本质上是系列产品研制过程 第 个层次为单个产品的2包装机械结构复杂 对其进行模块划分时 应主要以部件,;,模块化设计 需要根据用户的具体要

9、求对模块进行选择和组,作为模块 或者根据具体情况进行功能或结构的相关性分析,合 并加以必要的设计计算和校核计算 本质上是选择及组合,对零部件重组形成模块 。3 ,过程 见图 。1根据集合论理论 当功能域与结构域由于在信息需求和,表达方式上的差异而存在从功能表达空间到结构表达空间的映射 表明两个空间具有某种函数关系,。功能域表达产品4 的功能结构 通过将功能层层分解 形成产品的功能树 功能,树中的功能在产品结构域中映射为产品不同层次的结构单元,结构单元具有其特定的功能 这种结构单元是否能够作为模,块 需要从功能和结构等方面考虑 见图 。2,图系列产品与单个产品的模块化设计过程1Fig. 1 Th

10、e modular design process图功能结构映射原理2of series products and single productFig. 2 Function and structure mapping theory第 个层次是模块化设计的重要过程 其中最关键的就是,1对一种包装机械的总功能进行逐层划分 ,层次不需要太划分模块 如何科学地、有节制地划分模块 是模块化设计中很,多 层次太多 将来映射到结构部件的粒度太小 模块间的接口,具有艺术性的一项工作 既要照顾制造管理方便 具有较大的,标准化较难实现 。当然如果层次太少 模块化设计的优点也体,灵活性 避免组合时产生混乱 又要考虑

11、到该模块系列将来的,现不出来 。一般的包装机械例如充填机械 、灌装机械 、封口机扩展和向专用 、变型产品的辐射 划分的好坏直接影响到模块,械、裹包机械分 层就可以了 多功能包装机可以分到,234,系列设计的成功与否 。第 层次设计的好 那么第 层次的设21,层 。然后再利用功能结构影射原理 映射到相应的部件层次,计相对就比较简单了 。确定合适的模块 。包装机械模块库的建立产品模块合理划分后 需要进行模块的结构设计 并形成2. 3包装机械的模块化设计2,模块库 。一位资深的包装机械设计师表示 最大的目标是尽可,包装机械的特点2. 1能使用标准的模块和零部件完成每种新产品 的开80 % 90 %包

12、装机械是特殊类型的专业机械 种类繁多 生产数量有,发工作 然后再利用优化的工作流程以最短的时间完成剩余的,限 大部分包装机械结构复杂 而且由于被包装产品的更新换代,10 % 20 %的开发工作 。所以要想形成可以重复应用的模块速度加快 要求包装机械具有良好的柔性和灵活性 整台包装机,库 计算机辅助设计、三维图形设计技术必须用来,(CAD)(3D)( PDM)些模块组织存储到数据库中 。随着虚拟概念的提出 电子技术械最好采用单元组成 换用一个或几个单元 即可适应产品的变,进行模块化设计 而且还需要产品数据管理技术 把这,化。所以采用模块化设计方法可以缩短包装机械的研发周期,增加产品系列 提高其质

13、量 以快速应对市场的变化 且便于包,和计算机仿真设计的同步发展 采用虚拟设计、虚拟制造 根据, ,装机械的制造和维修 减少设备投资。用于完成包装过程的包,客户的实际需求就可以调用模块库中的模块 进行单个产品的,装机械可分为 类 它们是充填机械、灌装机械、封口机械、裹11模块化设计 再把实际生产时的数据和指标输进去 把各种可, ,包机械、多功能包装机械、标签机械、清洗机械、干燥机械、杀菌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,42 王东爱等 包装机械的模块化设计研究进行操作 演示出能达到的生产能力 废品数量、生产线各环节模块 多用于流动性较差的物料和固 、液混合物料 。在单个灌,

14、的匹配情况、生产瓶颈等 并可根据客户的意见修改模型 快速,装机设计制造时 针对客户具体要求 选择模块库中的合适模, ,运作 直到客户和设计者满意为止 。,块 进行快速设计 。,应用实例3结语4灌装机是将液体按预定量灌注到包装容器内的机器 对其,采用模块化设计能有效地提高系列产品零部件标准化 、通用化程度 能使这些标准件 、通用件保持一定的生产批量 。模进行功能层次分解见图 映射到结构 经过分析最后划分的3 , ,块化设计有利于实现多品种生产 能以相对较低的成本 快速,满足市场多变的需要 采用模块化设计 可以使设计人员的主,要精力集中在研制新型模块上 避免相同功能单元模块的重复,开发 这样将会促

15、进我国对进口包装机械的消化吸收 逐渐实,现包装机械创新设计 加快我国包装机械工业的发展 。,3参考文献:Fig. 3 Function hiberarchy of filling machine北京 机械工业出版社: ,1993.浦玉祥 苏军 谷传文 机械的模块化设计在包装领域中的应用.,J .高卫国 徐燕申 陈永亮 等 广义模块化设计原理与方法,机,.J .:械工程学报,胡亚辉 徐燕申 钟伟弘 等 面向广义模块化设计 制造的产品族.,/动态模型研究J . 机床与液压(上接第页)40求解优化8 采用内点罚函数法 其中套用了单纯行法 。选用初始值2. 3结语3,:1式中= 1 , = 0. 1

16、, = 0. 01 , X = (33 , 22 , 55)0T初始变量值 。通过上述优化过程 设计出了一套既可以满足印刷机收纸,: X0计算结果 见图 、。1 2条件又可以具有最大传动功率的印刷机收纸链条机构。该种优化设计方法省去了传统链条设计过程的繁琐和不能公认最优的,X 3 =(49. 9999 , 31. 7499 , 107. 9871) = 0. 006174T不足。由于所选优化方法 内点惩罚函数法 本身的缺陷 致使)f ( X 3(,所得优化参量的取值为连续量 与工程应用中链条参数的离散,量间有一定的差距。但总的来讲 采用这种优化设计方法设计,出来的链条系统要优于传统设计方法设计出的链条优化有效。,参考文献:冯昌伦 胶印机的使用与调节.北京 印刷工业出版社:1 2 M.,2005.张海燕 印刷机与印后加工设备.北京 中国轻工业出版社: M .,图收纸链条二维优化图图收纸链条三维优化图122004.Fig. 1 Sketch map of two2dimensionaloptimizationof deliverychainFig. 2 Sketch map of three2dimensionaloptimization张海燕 印刷机设计.北京 印刷工业出版社:3 4 M.,2006.孟兆