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模塊化設計的概念在20世紀50年代由歐美一些國家正式提出，隨后得到越來越廣泛的關注和研究?？芍貥嬍怯擅绹炒髮WLee在1997年定義的，其含義為以低成本和短周期重組制造系統。中國清華大學的羅振璧教授認為可重構技術是一個廣泛的概念，它不僅適用制造系統，也適用其它產品和軟硬件系統〔七可重構模塊化技術是面向客戶定制的一種技術，應用該技術的主要特點是產品具有模塊化結構和可重構能力，即能夠通過對機器部件或模塊的重組與更替，調整其加工功能和某些性能，及時、高效地滿足產品的各種需求，實現一機多用口。
目前可重構模塊化技術在機床和機器人領域應用較多，但在包裝機械領域應用極少，而立式袋包裝機在國內外應用最多，因此本文研究了立式袋包裝機可重構模塊化設計問題。
1可重構模塊化設計
傳統的模塊化設計在包裝機領域的應用并不陌生，但是其重組的能力有限，一般情況下并不能完成產品的重構，只是便于包裝機械產品的設計與制造。而可重構模塊化設計是一種即面向產品使用者又面向產品制造者的設計方法，其主要通過模塊結構的重組與更替達到一定的使用要求，實現功能和性能的調整。
因此其在設計概念、設計原理到具體設計方法與傳統的模塊化設計方法都有所區(qū)別，是模塊化設計的延伸與發(fā)展。
2我國立式袋包裝機的功能與結構
制袋充填包裝機的類型有多種多樣。按總體布局分為立式和臥式；按執(zhí)行部分的運動形式分為連續(xù)式和間歇式。其中立式分為兩邊封、三邊封和四邊封。立式袋包裝機體積小、操作簡單、維修方便,且連續(xù)工作，生產效率高，因此應用普遍。
無論是三邊封袋包裝機還是四邊封袋包裝機都能實現制袋、計量、充填、封合、切斷等功能，完成袋包裝。三邊封與四邊封的區(qū)別之一就是對包材的要求不同。當封合寬度比較寬，而且袋型比較小時，適合三邊封；當封合寬度比較窄，袋型比較大時適合四邊封。另外，當包材韌性比較差時，不能用三邊封，只能用四邊封。三邊封與四邊封的區(qū)別之二就是四邊封可實現多條袋包裝，而三邊封為單條袋包裝。由于三邊封與四邊封各具特點，因此應用都非常廣泛。如果能將三邊封與四邊封立式袋包裝機以模塊的形式組合在一臺設備上，并具有可重構性，可將在滿足快速設計，變換功能和性能的基礎上，實現一機多用，降低成本，減少占地面積。

3立式三四邊封袋包裝機的模塊劃分研究
3.1模塊劃分方法
模塊劃分通常分為面向設計、面向制造、面向裝配的三種模塊劃分方法⑶。面向設計的模塊劃分方法最主要的目的是便于新產品的設計，提高產品的研發(fā)效率，所以在對產品進行模塊劃分時首先應該考慮產品使用功能方面的因素，對于那些在以后使用功能上發(fā)生變化的產品，應該盡可能把發(fā)生變化的那部分功能所對應的模塊進行獨立設計，把相關、相近的功能所對應的部分劃分到一個獨立的模塊當中，這樣滿足了該模塊在整個產品組成當中的獨立性。因此，面向設計的模塊劃分方法最大程度地提高了產品的研發(fā)速度，最大限度地利用了現有資源，降低了工作強度，提高了生產效率。
面向制造的模塊劃分方法主要目的是對產品的加工方法而言，便于加工過程的調整。通常按照加工方法的不同對產品進行模塊劃分。應盡量把加工中聯系比較緊密的部分劃分到一個模塊當中，使得該模塊具有獨立的加工方法。這樣劃分有利于一個模塊的加工過程或方式發(fā)生變化時不會影響到其它模塊的加工。
面向裝配的模塊劃分主要是從用戶的角度考慮。當產品的使用功能發(fā)生變化時，要對產品進行重新組合。而面向裝配的模塊劃分使得模塊間的接口盡可能的簡易，使用戶能夠方便快捷地對產品的某個功能模塊進行拆裝。這樣的劃分也使得裝配過程變得簡單易行。為了實現這些目的必須把產品經常需要拆卸或者替換的模塊獨立出來，從而方便模塊的裝配或更換。
3.2模塊劃分
本文從便于設計和裝配的角度出發(fā)，將立式三四邊封袋包裝機分為供料模塊、成型器模塊、封合模塊、切斷模塊、輸送帶模塊、卷帶根模塊、卷帶調整模塊、動力模塊、機架模塊及電控檢測系統十大功能模塊，稱為一級模塊，如圖1,2所示。

圖2為立式袋包裝機三四邊封組合機型各模塊。

這種劃分方法滿足了模塊的劃分原則，即：實用原則——盡量少的模塊組成盡量多的產品；可擴充原則一塊與模塊之間可以增加其它模塊；通用件原則——將通用的部分獨立出來；包容性原則——將縱橫封化為一個模塊等，是因為它們之間有緊密的配合關系；統一性原則——如供料模塊是由料斗部分、下料部分、計量部分組成。料斗部分為載體，其與下料部分、計量部分有緊密的裝配關系,屬于物料供給部分；標準化原則一個模塊之間采用標準化接口連接，如圖3所示。
本文又從便于設計和制造的角度將供料模塊分為料斗模塊、上料管模塊、下料管模塊、計量模塊：將封合模塊分為縱封模塊、橫封模塊和打印模塊；將切斷模塊分為縱切模塊、橫切模塊、斷裂線模塊。此部分為二級模塊圖1中的(a)和(b)是基于可重構模塊化的立式三四邊封袋包裝機。(a)和(b)的區(qū)別為組裝的模塊不同。其中四邊封機型的供料模塊與封合模塊之間有一個空模塊，此部分在三邊封機型中為成型器模塊，即包裝袋袋成型部分；另外，四邊封機型與三邊封機型中的封合模塊不同。三邊封時，可同時封合兩條袋，縱封輾只需兩個封合環(huán)；再有，三邊封機型中的切斷模塊無縱切輻，如圖1(b)所示

4標準化接口研究
一級模塊之間的連接釆用標準L型接口，使用兩個釵制孔螺栓定位和普通螺栓連接，如圖3所示
二級模塊通過標準軸徑、標準軸承、標準軸承座、標準機架定位槽、標準軸端和標準齒輪內孔實現連接，如圖3所示。
5立式三四邊封袋包裝機的可重構性研究
立式三四邊封袋包裝機的變化分為機型變化、參數變化和功能變化。
機型變化為：三邊封和四邊封；參數變化主要為：袋的尺寸變化，封袋列數變化，生產率變化。三邊封功能變化主要為：袋成型、縱橫封、供料、打碼和單袋橫切；袋成型、縱橫封、供料、打碼、斷裂線。四邊封功能變化主要為：縱橫封、供料、打碼、縱切和單袋橫切；縱橫封、供料、打碼、縱切和多袋橫切；縱橫封、供料、打碼、斷裂線和縱切。本文研究的立式袋包裝機的機架是通用的，各模塊的支承板是通用的，軸承是通用的，支承板安裝軸承座的定位槽是通用的，軸承座是通用的，電機是通用的等等。當機型、參數和功能發(fā)生變化時,可改變一級模塊和二級模塊實現改變。如當袋的尺寸變化或封袋列數變化時，可改變各輻的軸向尺寸，同時調節(jié)兩支承板之間的距離，改變料斗尺寸和下料管數量；當生產率變化時，可改變電機轉速;當功能變化時，可通過改變電機轉速實現多袋橫切或電機靜止實現不橫切等。
本文的可重構性為兩方面：一是設計的可重構性，另一個是應用的可重構性。設計的可重構性為:通過重新設計某一級模塊或二級模塊，就可改變某功能或某參數尺寸，這樣大大地縮短了設計周期。應用的可重構性為：當封合邊數變化時，改變某一級模塊或二級模塊即可；當袋的尺寸或封袋列數變化時，可將滿足要求的料斗、下料管、縱橫封輻和切斷相等換上，調整支承間距即可；其通用的零部件正常使用，縮短了制造和安裝周期。
6立式三四邊封袋包裝機動力研究
為了實現立式三四邊封袋包裝機的可重構模[3]通過控制程序可實現各執(zhí)行部分的同步以及生產率的變化。
7結束語
本文研究的立式三四邊封袋包裝機可重構模塊化設計方法便于設計、制造和裝配，也便于產品的變形和功能的改變。它為縮短產品開發(fā)周期，提高產品生產效率，使產品快速適應市場變化奠定了基礎，也為其它包裝機械的可重構模塊化設計奠定了基礎。

作者：黃健,李志明,尚銳,張禎

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