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      通用自動(dòng)包裝機(jī)模型的研究

      發(fā)布時(shí)間:2020-06-16 11:05:02 |來源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載

       

      引 言

      隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇, 客戶的需求也越來越高,產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期 已越來越短"因此要求包裝機(jī)械具有良好的柔 性和靈活性,使包裝機(jī)械的壽命遠(yuǎn)大于產(chǎn)品的 壽命周期,這樣才能符合經(jīng)濟(jì)性。這種要求還 體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:一是提高生產(chǎn)效率,二 是適應(yīng)產(chǎn)品更新變化的需求,三是能進(jìn)行遠(yuǎn)程 診斷服務(wù),四是基于環(huán)境保護(hù),噪聲低、粉塵 和廢棄物少,五是設(shè)備購(gòu)置投資盡可能少,價(jià) 格盡可能低"利用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),為包裝機(jī)的設(shè)計(jì)及創(chuàng)新提供了科學(xué)、可靠的方法"

      1拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

      設(shè)計(jì)理念上,應(yīng)該以用戶的需求為設(shè)計(jì)的 目標(biāo),并結(jié)合柔性設(shè)計(jì)、模塊化設(shè)計(jì)的理念, 一機(jī)多用,或更換少量的零、部件就可以完成 不同的功能;通過拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)創(chuàng) 新,滿足不同產(chǎn)品的包裝需求"

      1.1概述

      拓?fù)洌═opology)是將各種物體的位置表示成 抽象位置。拓?fù)洳魂P(guān)心事物的細(xì)節(jié)也不在乎什么 相互的比例關(guān)系,只將討論范圍內(nèi)的事物之間的 相互關(guān)系表示岀來,將這些事物之間的關(guān)系通過 圖表示岀來。并以一定的結(jié)構(gòu)方式進(jìn)行連接實(shí)現(xiàn) 互聯(lián)。這種連接方式就叫做“拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)”。

      引入此概念,從包裝機(jī)整體功能岀發(fā),進(jìn) 行機(jī)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅需要 考慮機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)要求,如運(yùn)動(dòng)確定性、運(yùn)動(dòng) 輸岀特征等,也要考慮控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的 要求,如控制解耦、驅(qū)動(dòng)器位置可選擇性等。 在深入、系統(tǒng)地揭示機(jī)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與功能之間 的內(nèi)在聯(lián)系與規(guī)律性基礎(chǔ)上,建立了機(jī)構(gòu)拓?fù)?設(shè)計(jì)的數(shù)理模式,減少設(shè)計(jì)中的經(jīng)驗(yàn)性因素, 開拓了以功能為導(dǎo)向的創(chuàng)造新機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)理論 與方法。

      1.2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分類

      拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)分為兩類:機(jī)構(gòu)集成創(chuàng) 新和原始機(jī)構(gòu)創(chuàng)新。機(jī)構(gòu)集成創(chuàng)新是指通過對(duì) 已知基本機(jī)構(gòu)(元機(jī)構(gòu))及其元功能進(jìn)行重組, 以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的整體功能與原理創(chuàng)新, 已知元機(jī)構(gòu)及其子功能是機(jī)構(gòu)集成創(chuàng)新知識(shí)庫(kù) 的基礎(chǔ)。機(jī)構(gòu)原始創(chuàng)新是發(fā)現(xiàn)具有特定功能的 新基本機(jī)構(gòu),可直接開發(fā)為新產(chǎn)品,又可作為 機(jī)構(gòu)集成創(chuàng)新的元機(jī)構(gòu),擴(kuò)大了知識(shí)庫(kù)中元機(jī) 構(gòu)空間。

      對(duì)自動(dòng)包裝機(jī)而言,這里的元機(jī)構(gòu)指機(jī)構(gòu) 的各功能模塊,具有一定的獨(dú)立性,能完成包 裝過程的某一動(dòng)作的機(jī)構(gòu)。狹義的講,機(jī)構(gòu)集 成創(chuàng)新可以看作在對(duì)一定范圍內(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(jìn)行功能 分析的基礎(chǔ)上,劃分并設(shè)計(jì)岀一系列功能模塊, 通過模塊的優(yōu)化選擇和組合來構(gòu)成不同產(chǎn)品以 滿足市場(chǎng)不同需求的一種設(shè)計(jì)和制造方法。

      從廣義的范疇來講,機(jī)構(gòu)集成創(chuàng)新不僅僅 局限于通過元機(jī)構(gòu)的重組,快速實(shí)現(xiàn)包裝變化 的要求,還在于可以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的整 體功能與原理創(chuàng)新,構(gòu)造岀其數(shù)學(xué)模型,為開 發(fā)岀更先進(jìn)的包裝及提供了可靠的依據(jù)。

      1.3拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程

      對(duì)于具體的設(shè)計(jì)任務(wù),我們需要選擇合理 的模型進(jìn)行求解。綜合目前國(guó)內(nèi)外在拓?fù)錂C(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用情況,提出了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過 程的3個(gè)層次,即產(chǎn)品元機(jī)構(gòu)分解(模塊化分 解)、模塊系列設(shè)計(jì)及新產(chǎn)品的配置與組裝。

      1. 模塊化分解

      包裝機(jī)械成套設(shè)備是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng), 對(duì)其模塊的劃分必須把握一定的度。若把模塊 劃分得過細(xì),其通用性雖高,但失去了模塊化 分解的意義;若把模塊劃分得過粗,其功能綜 合程度雖高,卻影響模塊拼裝時(shí)的柔性,功能 相對(duì)獨(dú)立性也不能充分體現(xiàn)。因此在劃分模塊 時(shí),既要考慮模塊間的分離和組合,又要保證模 塊在功能上有一定的獨(dú)立性和完整性;盡量簡(jiǎn) 化模塊自身的復(fù)雜程度,以避免模塊組合時(shí)產(chǎn) 生混亂,降低系統(tǒng)的可靠性。

      1. 模塊系列設(shè)計(jì)

      模塊系列設(shè)計(jì)要從包裝機(jī)的整體功能岀發(fā), 通常包裝機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)時(shí)一定要考慮其柔性 和靈活性,具體表現(xiàn)在以下三個(gè)方面:

      一是量的靈活性,既能包裝單個(gè)產(chǎn)品,也 能包裝不同批量產(chǎn)品。

      二是構(gòu)造的靈活性,整臺(tái)設(shè)備釆用單元組 成,換用一個(gè)或幾個(gè)單元,即可適應(yīng)產(chǎn)品的變 化。

      三是供貨的靈活性,可采用單元組合,將 各單元組合在一起供貨。

      因此模塊化系列設(shè)計(jì)要基于標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè) 化的原則,為包裝機(jī)的組裝提供豐富的資源庫(kù), 使得各模塊執(zhí)行件的動(dòng)作協(xié)調(diào)配合。標(biāo)準(zhǔn)化可 以使大批量生產(chǎn)成為可能,并大大降低產(chǎn)品的 生產(chǎn)成本,模塊化則是標(biāo)準(zhǔn)化的新形式。國(guó)際 包裝界十分重視提高包裝機(jī)械加工和整個(gè)包裝 系統(tǒng)的通用能力,所以包裝機(jī)械零部件生產(chǎn)專 業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化是發(fā)展的必然趨勢(shì)。

      1. 產(chǎn)品配置與組裝

      在設(shè)計(jì)開發(fā)新的包裝設(shè)備時(shí),首先綜合考慮 包裝對(duì)象,根據(jù)要求完成的操作選擇不同用途和 性能的基本模塊以構(gòu)成所需模型機(jī)構(gòu)。同時(shí)選 擇和組合適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理,充分實(shí)現(xiàn)待定 運(yùn)動(dòng)所需機(jī)構(gòu)。如連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等。設(shè) 計(jì)過程中應(yīng)盡量減少不確定性因素造成的影響, 使機(jī)構(gòu)趨于平穩(wěn)。設(shè)計(jì)時(shí)仍要對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力 學(xué)分析,以提升機(jī)械運(yùn)行速度和平穩(wěn)性。除機(jī) 構(gòu)設(shè)計(jì)外,還應(yīng)該考慮各功能另外的實(shí)現(xiàn)途徑, 可以參考各類包裝機(jī)的長(zhǎng)處,以期最優(yōu)組合該 產(chǎn)品!

      模塊化組合的設(shè)備,其優(yōu)點(diǎn)顯而易見,靈 活的模塊化結(jié)構(gòu)使機(jī)器的功能和適應(yīng)性得以擴(kuò) 展,使設(shè)備實(shí)現(xiàn)自我診斷,快速確定故障點(diǎn), 維修調(diào)整更容易,而且具有明確針對(duì)性,不牽 涉和影響正常模塊。

      2自動(dòng)包裝機(jī)的建模

      對(duì)包裝機(jī)進(jìn)行元機(jī)構(gòu)分解,掌握各基本機(jī) 構(gòu)的功能特性,根據(jù)客戶要求對(duì)原包裝機(jī)進(jìn)行 重組設(shè)計(jì),同時(shí)可以對(duì)包裝機(jī)進(jìn)行改進(jìn)創(chuàng)新得 到可實(shí)現(xiàn)多功能復(fù)雜操作的模型機(jī)。

      隨著機(jī)械自動(dòng)化的發(fā)展,對(duì)包裝機(jī)的要求 也越來越高。其發(fā)展趨于壟斷化,零部件生產(chǎn)

      冋行性分析I
      両能分析I
      I功能,分析I I功能'創(chuàng)新I

      I , I

      ^計(jì)目標(biāo)

      I實(shí)現(xiàn)功能的基本工作原理

      I工作原理選擇與組合I

      I執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)方案構(gòu)思I
      藝動(dòng)作構(gòu)思

      I工藝動(dòng)作的分解I

      I執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)'方案設(shè)計(jì)探索I

      I各子系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)I
      F優(yōu)選設(shè)計(jì)文案

      專業(yè)化,并向智能化發(fā)展。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方 法為包裝機(jī)模型的研究提供了廣闊的平臺(tái),通 過模塊重組、創(chuàng)新,并對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)等的 考慮,使得模型可靠性更高。

      3自動(dòng)包裝機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況

      國(guó)內(nèi)大多以生產(chǎn)單機(jī)為主,而國(guó)外大多為 成套生產(chǎn)線,很少單機(jī)銷售。我國(guó)的食品和包 裝機(jī)械單機(jī)多、成套少,通用機(jī)型多、滿足特 殊要求、特殊物料的設(shè)備少;技術(shù)含量低的多, 高技術(shù)附加值、高生產(chǎn)率的產(chǎn)品少;智能化設(shè) 備還處于研制階段。

      德國(guó)與美國(guó)、日本、意大利均為世界包裝 機(jī)械大國(guó),在包裝機(jī)械設(shè)計(jì)、制造、技術(shù)性能 等方面居于領(lǐng)先地位。德國(guó)包裝機(jī)械的設(shè)計(jì)是 依據(jù)市場(chǎng)調(diào)研及市場(chǎng)分析結(jié)果進(jìn)行的,其目標(biāo) 是努力為客戶,尤其是為大型企業(yè)服務(wù)。為滿 足客戶要求,德國(guó)包裝機(jī)械制造廠商和設(shè)計(jì)部 門采取了諸多措施:

      1. 工藝流程自動(dòng)化程度越來越高,以提 高生產(chǎn)率和設(shè)備的柔性及靈活性。
      2. 提高生產(chǎn)效率,降低生產(chǎn)成本,最大 限度地滿足生產(chǎn)要求。
      3. 使產(chǎn)品機(jī)械和包裝機(jī)械一體化。許多 產(chǎn)品要求生產(chǎn)之后直接進(jìn)行包裝,以提高生產(chǎn) 效率。
      4. 適應(yīng)產(chǎn)制品變化,具有良好的柔性和 靈活性。
      5. 普遍使用計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)技術(shù)。大大 縮短了包裝機(jī)械的開發(fā)設(shè)計(jì)周期。

      借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)可以拓寬我們?cè)谶M(jìn)行拓 撲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建模思路。就提高生產(chǎn)效率為例, 除了提高轉(zhuǎn)速外,還可從另外的渠道設(shè)法解決: 一是采用連續(xù)工作或多頭工作方式。二是降低 廢品率,提供故障分析系統(tǒng)。三是使產(chǎn)品生產(chǎn) 機(jī)械和包裝機(jī)械一體化。這些為全面分析設(shè)計(jì) 包裝機(jī)模型提供了更多的信息。

      除了考慮上述因素外,還應(yīng)該注意,現(xiàn)代 包裝機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)該滿足“綠色設(shè)計(jì)” ,即人性化設(shè) 計(jì)的要求。它是面向質(zhì)量設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)、制 造設(shè)計(jì)、維修設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)的綜合設(shè)計(jì)。 要考慮到安全性等各方面的因素,充分體現(xiàn)原 理優(yōu)化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、制造優(yōu)化、造型優(yōu)化。

      4結(jié) 論

      運(yùn)用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了包裝機(jī)模型設(shè)計(jì)過 程,縮短設(shè)計(jì)制造周期,增強(qiáng)可靠性;便于實(shí)現(xiàn) 標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化、集成化和開放化。

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