1　引　言

　　我國包裝機(jī)械行業(yè)起步于20世紀(jì)70年代，在80年代末和90年代中得到迅速發(fā)展躬翁。已成為機(jī)械工業(yè)中的10大行業(yè)之一昧旨，無論是產(chǎn)量，還是品種上抽减，都取得了令人矚目的成就允青，為我國包裝工業(yè)的快速發(fā)展提供了有力的保障。目前卵沉，我國已成為世界包裝機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)和消費(fèi)大國之一颠锉。

　　包裝機(jī)械作為一種產(chǎn)品，它的含義不僅僅是產(chǎn)品本身的物質(zhì)意義史汗，而是包括形式產(chǎn)品足贴、隱形產(chǎn)品及延伸產(chǎn)品3層含義牡泡。形式產(chǎn)品是指包裝機(jī)本身的具體形態(tài)和基本功能；隱形產(chǎn)品是指包裝機(jī)給用戶提供的實(shí)際效用哮寨；延伸產(chǎn)品是指包裝機(jī)的質(zhì)量保證尔产、使用指導(dǎo)和售后服務(wù)等。所以包裝機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)該包括：市場調(diào)研瞎遗、原理圖設(shè)計(jì)每此、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)截纹、使用說明書編寫及售后服務(wù)預(yù)案等形维。

　　2　我國包裝機(jī)械設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀

　　包裝機(jī)械設(shè)計(jì)的類別主要有：測繪仿制設(shè)計(jì)、開發(fā)性設(shè)計(jì)贬屹、改進(jìn)性設(shè)計(jì)塞秤、系列化設(shè)計(jì)。如啤酒灌裝生產(chǎn)線生產(chǎn)能力為1．6～4萬瓶/h相贺，其中灌裝機(jī)的灌裝閥工位數(shù)從48個(gè)轻欣、60個(gè)、90個(gè)到120個(gè)就屬于系列化設(shè)計(jì)肃弟。

　　由普通啤酒灌裝生產(chǎn)線到純生啤酒灌裝生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)就屬于改進(jìn)玷室、開發(fā)性設(shè)計(jì)。對于中低速運(yùn)行的包裝機(jī)笤受，目前我們基本上可以進(jìn)行自主設(shè)計(jì)穷缤。而高速運(yùn)行的包裝機(jī)，特別是一些先進(jìn)機(jī)型箩兽，大多是測繪津肛、仿制國外的同類機(jī)型，進(jìn)行國產(chǎn)化設(shè)計(jì)和系列化設(shè)計(jì)汗贫。其主要的原因是：(1)大多數(shù)設(shè)計(jì)人員還沒有真正掌握先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法身坐，如高速包裝機(jī)械的動力學(xué)設(shè)計(jì)理論和方法等，對高速工況下機(jī)構(gòu)的動態(tài)精度分析等問題還不能模擬解決落包；(2)產(chǎn)部蛇、學(xué)、研結(jié)合不夠緊密咐蝇，理論上的科研成果不能及時(shí)地在實(shí)際設(shè)計(jì)中運(yùn)用涯鲁，設(shè)計(jì)人員缺乏及時(shí)的技術(shù)培訓(xùn)；(3)整個(gè)行業(yè)缺乏宏觀調(diào)控的力度法雄，優(yōu)勢資源不能得到合理的配置與調(diào)整用兵。

　　在包裝機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，絕大多數(shù)設(shè)計(jì)人員仍沿用以前的設(shè)計(jì)方法：(1)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書尋找同類機(jī)型作為樣機(jī)；(2)參考樣機(jī)制定各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)及使用范圍晴顷；(3)設(shè)計(jì)工作原理圖排憨、傳動系統(tǒng)圖；(4)設(shè)計(jì)關(guān)鍵零件订搏，部件锯运；(5)設(shè)計(jì)總裝圖方案和動作循環(huán)圖；(6)設(shè)計(jì)部件圖框辞、總裝圖和零件圖；(7)對主要部件中的關(guān)鍵零件進(jìn)行強(qiáng)度糊晋、剛度校核缤媒；(8)設(shè)計(jì)控制原理圖、施工圖等际器。

　　而今岔冯，國內(nèi)一些大學(xué)的設(shè)計(jì)軟件，可以對包裝機(jī)中常用機(jī)構(gòu)進(jìn)行有限元分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)舅逸，其開發(fā)的凸輪連桿機(jī)構(gòu)CAD／CAM軟件已經(jīng)能夠滿足企業(yè)進(jìn)行凸輪連桿機(jī)構(gòu)自主設(shè)計(jì)的能力桌肴，但在實(shí)際包裝機(jī)械的設(shè)計(jì)中應(yīng)用還不普遍。

　　新型包裝機(jī)械往往是機(jī)琉历、電坠七、氣一體化的設(shè)備。充分利用信息產(chǎn)品的最新成果旗笔，采用氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)彪置、伺服電機(jī)驅(qū)動等分離傳動技術(shù)，可使整機(jī)的傳動鏈大大縮短蝇恶，結(jié)構(gòu)大為簡化拳魁，工作精度和速度大大提高。其中的關(guān)鍵技術(shù)之一是采用了多電機(jī)拖動的同步控制技術(shù)撮弧。其實(shí)掌握這種技術(shù)并不很難潘懊，只是一些設(shè)計(jì)人員不了解包裝機(jī)械的這一發(fā)展趨勢。如果說以前我國包裝機(jī)械設(shè)計(jì)是仿制贿衍、學(xué)習(xí)階段授舟，那么現(xiàn)在我們應(yīng)該有創(chuàng)新設(shè)計(jì)的意識。

　　3　德國包裝機(jī)械設(shè)計(jì)的新趨勢

　　德國與美國桶悍、日本乐跺、意大利均為世界包裝機(jī)械大國。在包裝機(jī)械設(shè)計(jì)讼逐、制造症忽、技術(shù)性能等方面居于領(lǐng)先地位。德國包裝機(jī)械的設(shè)計(jì)是依據(jù)市場調(diào)研及市場分析結(jié)果進(jìn)行的凸翩，其牙晰，目標(biāo)是努力為客戶暂臀，尤其是為大型企業(yè)服務(wù)。為滿足客戶要求较谣，德國包裝機(jī)械制造廠商和設(shè)計(jì)部門采取了諸多措施：

　　(1)工藝流程自動化程度越來越高帐扯，以提高生產(chǎn)率和設(shè)備的柔性及靈活性。采用機(jī)械手完成復(fù)雜的動作趾赡。操作時(shí)赴辨，在由電腦控制的攝像機(jī)錄取信息和監(jiān)控下，機(jī)械手按電腦指令完成規(guī)定動作好勤，確保包裝的質(zhì)量捣域。

　　(2)提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本宴合，最大限度地滿足生產(chǎn)要求焕梅。德國包裝機(jī)械以飲料、啤酒灌裝機(jī)械和食品包裝機(jī)械見長卦洽，具有高速贞言、成套、自動化程度高和可靠性好等特點(diǎn)阀蒂。其飲料灌裝速度高達(dá)12萬瓶/h该窗，小袋包裝機(jī)的包裝速度高達(dá)900袋／min。

　　(3)使產(chǎn)品機(jī)械和包裝機(jī)械一體化脂新。許多產(chǎn)品要求生產(chǎn)之后直接進(jìn)行包裝挪捕，以提高生產(chǎn)效率。如德國生產(chǎn)的巧克力生產(chǎn)及包裝設(shè)備争便，就是由一個(gè)系統(tǒng)控制完成的级零。兩者一體化，關(guān)鍵是要解決好在生產(chǎn)能力上相互匹配的問題滞乙。

　　(4)適應(yīng)產(chǎn)制品變化淤汽，具有良好的柔性和靈活性。由于市場的激烈競爭脱处，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期越來越短卸能。如化妝品生產(chǎn)三年一變，甚至一個(gè)季度一變忍抗，生產(chǎn)量又都很大延坡，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)品的壽命周期付厦，這樣才能符合經(jīng)濟(jì)性的要求舵博。

　　(5)普遍使用計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)技術(shù)。隨著新產(chǎn)品開發(fā)速度不斷加快，德國包裝機(jī)械設(shè)計(jì)普遍采用了計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)技術(shù)蟆盖，大大縮短了包裝機(jī)械的開發(fā)設(shè)計(jì)周期吓挣。

　　包裝機(jī)械設(shè)計(jì)不僅要重視其能力和效率，還要注重其經(jīng)濟(jì)性多梦。所謂經(jīng)濟(jì)性不完全是機(jī)械設(shè)備本身的成本奄础，更重要的是運(yùn)轉(zhuǎn)成本，因?yàn)樵O(shè)備折舊費(fèi)只占成本的6％～8％劳吠，其他的就是運(yùn)轉(zhuǎn)成本引润。

　　4　包裝機(jī)械設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)思路

　　首先在設(shè)計(jì)理念上要借鑒先進(jìn)國家的經(jīng)驗(yàn)，以用戶的需求為設(shè)計(jì)的目標(biāo)赴背，并結(jié)合柔性設(shè)計(jì)椰拒、模塊化設(shè)計(jì)的理念，一機(jī)多用凰荚，或更換少量的零、部件就可以完成不同的功能褒脯，或滿足不同的產(chǎn)品需求便瑟。

　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及市場競爭的加劇，客戶的需求也越來越高番川。這種需求體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是提高生產(chǎn)效率到涂，以滿足交貨期和降低生產(chǎn)成本的需要，對一些產(chǎn)品颁督，還要求包裝機(jī)械和生產(chǎn)機(jī)械相銜接践啄；二是為適應(yīng)產(chǎn)品更新變化的需要，包裝機(jī)械要具有高的柔性和靈活性沉御；三是當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)小愚，要求能進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷服務(wù)；四是利于環(huán)境保護(hù)芋甸，噪聲绪毅、粉塵和廢棄物少；五是設(shè)備購置投資盡可能少谬咽，價(jià)格要盡可能低叙傅。所以，一定要在市場調(diào)研的基礎(chǔ)上麸癌，充分了解熊赐、認(rèn)真分析用戶的需求，確定包裝機(jī)應(yīng)該完成的功能和各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)性躬，制訂初步的原理設(shè)計(jì)方案汛滩。

　　現(xiàn)代包裝機(jī)的設(shè)計(jì)過程應(yīng)該包括：市場調(diào)研、用戶需求分析、包裝機(jī)功能的確定把奢、可行性論證薇痛、制定設(shè)計(jì)方案、用戶效益分析什湘、方案的可行性論證长赞、原理圖設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)闽撤、施工圖設(shè)計(jì)得哆、樣機(jī)制作(虛擬制造)、技術(shù)驗(yàn)證和施工圖修改哟旗、制定售后服務(wù)預(yù)案及遠(yuǎn)程診斷方案贩据、改進(jìn)設(shè)計(jì)、系列化設(shè)計(jì)等闸餐。

　　市場調(diào)研是一切包裝機(jī)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)工作饱亮。沒有市場調(diào)研，我們所做的所有設(shè)計(jì)工作都可能等于零舍沙。市場調(diào)研近上，可以根據(jù)政策導(dǎo)向、行業(yè)供求信息拂铡、專家分析壹无、行業(yè)展會、技術(shù)交流會等線索实射，找到用戶的需求信息启中，并加以整理分析后，確定包裝機(jī)應(yīng)該完成的功能磺伍。

　　在原理方案設(shè)計(jì)過程中疯食，首先要充分了解相關(guān)的信息產(chǎn)品、電子產(chǎn)品的功能膨溃，了解氣動元件的性能呐猴，并用以簡化機(jī)械傳動系統(tǒng)，還可采用多電機(jī)拖動來縮短機(jī)械傳動鏈肠祭。對于必不可少的機(jī)械傳動系統(tǒng)常废，應(yīng)盡量利用現(xiàn)代化設(shè)計(jì)手段，在對產(chǎn)品功能分析的基礎(chǔ)上螺啤，通過創(chuàng)新構(gòu)思蝇蝶、系統(tǒng)建模、動力分析淌踢、動態(tài)優(yōu)化危号，從而得到最佳設(shè)計(jì)方案牧愁。

　　技術(shù)設(shè)計(jì)是將原理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)化，確定零部件的數(shù)量外莲、形狀猪半、尺寸、材料等偷线，對主要部件中關(guān)鍵零件進(jìn)行動力計(jì)算磨确、功率計(jì)算、強(qiáng)度計(jì)算声邦、剛度計(jì)算乏奥。

　　總體設(shè)計(jì)時(shí)，要全面考慮整個(gè)包裝機(jī)系統(tǒng)的布局亥曹、運(yùn)動協(xié)調(diào)性邓了、造型設(shè)計(jì)、人-機(jī)環(huán)境以及裝箱運(yùn)輸?shù)认钡伞ＤK化設(shè)計(jì)是一種先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法骗炉，它的核心思想是將系統(tǒng)根據(jù)功能分為若干模塊，將包裝機(jī)中同一功能的單元設(shè)計(jì)成具有不同性能蛇受、可以互換的模塊找塌，通過模塊的不同組合，使包裝機(jī)多功能化困煤、系列化。采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：(1)使包裝機(jī)更新?lián)Q代速度加快幻渤。因?yàn)樾聶C(jī)型的替代技蝌，往往是局部改進(jìn)。將先進(jìn)技術(shù)引進(jìn)相應(yīng)的模塊牌完，比較容易實(shí)現(xiàn)局部改進(jìn)伦窜；(2)縮短設(shè)計(jì)周期。當(dāng)用戶提出要求后坎谱，只需更換模塊始坝，或設(shè)計(jì)制造部分模塊，即可得到新的機(jī)型念婶，滿足用戶需求蓄揭；(3)降低成本，便于維修分搞；(4)性能穩(wěn)定可靠儿捧。因?yàn)槟K設(shè)計(jì)時(shí)，對包裝機(jī)的功能劃分和模塊設(shè)計(jì)挑宠，進(jìn)行了精心的研究菲盾，保證了模塊的性能颓影，如：凸輪機(jī)構(gòu)、伺服機(jī)構(gòu)懒鉴、檢測系統(tǒng)诡挂、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)临谱、計(jì)量機(jī)構(gòu)璃俗、下料機(jī)構(gòu)等。

　　另外包裝機(jī)械系列化吴裤、模塊化的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)旧找，也到了該制定的時(shí)候，包裝機(jī)械已成為我國十大機(jī)械行業(yè)之一麦牺，而系列化钮蛛、模塊化的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定必將促進(jìn)我國包裝機(jī)械行業(yè)跨上新的臺階。

　　隨著虛擬概念的提出剖膳，電子技術(shù)轮砸、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、三維圖形設(shè)計(jì)(3D)和計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)的同步發(fā)展策睛，在設(shè)計(jì)中采用一種新技術(shù)——虛擬設(shè)計(jì)应胎、虛擬制造，即將各種機(jī)器元素?cái)?shù)據(jù)庫存人計(jì)算機(jī)闪割，把圖紙數(shù)字化后輸入計(jì)算機(jī)而逞，計(jì)算機(jī)即可自動成為三維模型。再把實(shí)際生產(chǎn)時(shí)的數(shù)據(jù)和指標(biāo)輸進(jìn)去粪业，把各種可能發(fā)生的故障輸進(jìn)去黄骇，計(jì)算機(jī)三維模型即可仿照真實(shí)工作情況進(jìn)行操作，演示出能達(dá)到的生產(chǎn)能力牵巾，廢品數(shù)量倒奋、生產(chǎn)線各環(huán)節(jié)的匹配情況、生產(chǎn)瓶頸等赂牍，并可根據(jù)客戶的意見修改模型翰鲸，快速運(yùn)作，直到客戶和設(shè)計(jì)者滿意為止相速。

　　現(xiàn)代包裝機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)該滿足“綠色設(shè)計(jì)”碟渺，即人性化設(shè)計(jì)的要求。它是面向質(zhì)量設(shè)計(jì)和蚪、裝配設(shè)計(jì)止状、制造設(shè)計(jì)、維修設(shè)計(jì)攒霹、可靠性設(shè)計(jì)的綜合設(shè)計(jì)怯疤。我國人口眾多浆洗，人均消費(fèi)水平比發(fā)達(dá)國家低，而且城鄉(xiāng)差異較大集峦，包裝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)以價(jià)廉物美為主伏社，不能盲目追求高精尖。要考慮到可靠性塔淤、安全性摘昌、環(huán)保性、低噪音等各方面的因素高蜂。充分體現(xiàn)原理優(yōu)化聪黎、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、制造優(yōu)化丢华、造型優(yōu)化船白。

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