現(xiàn)代包裝機械設(shè)計方法

湖北水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 郝玉龍

武漢工業(yè)學(xué)院工商學(xué)院 徐泰燕

引言

我國包裝機械行業(yè)起步于20世紀70年代，在80年代末和90年代中得到迅速發(fā)展。已成為機械工業(yè)中的10大行業(yè)之一，無論是產(chǎn)量，還是品種上，都取得了令人矚目的成就，為我國包裝工業(yè)的快速發(fā)展提供了有力的保障。目前，我國已成為世界包裝機械工業(yè)生產(chǎn)和消費大國之一。但是在包裝機械設(shè)計領(lǐng)域，絕大多數(shù)設(shè)計人員仍沿用傳統(tǒng)的設(shè)計方法。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。體現(xiàn)在以下幾個方面：為了滿足交貨期和降低生產(chǎn)成本的需要以及包裝機械和生產(chǎn)機械相銜接必須提高生產(chǎn)效率；為了適應(yīng)產(chǎn)品更新變化的需要，包裝機械要具有高的柔性和靈活性；當設(shè)備出現(xiàn)故障時，能進行遠程診斷服務(wù)；利于環(huán)境保護，噪聲、粉塵和廢棄物少；設(shè)備購置投資盡可能少，價格要盡可能低。而傳統(tǒng)的設(shè)計方法根本無法滿足這些要求。

1、現(xiàn)代機械設(shè)計方法

為了尋求保證設(shè)計質(zhì)量、加快設(shè)計速度、避免和減少設(shè)計失誤的方法和措施，并適應(yīng)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的要求，使設(shè)計工作現(xiàn)代化，引發(fā)了現(xiàn)代設(shè)計方法的研究?，F(xiàn)代設(shè)計方法的特點是動態(tài)的、科學(xué)的、計算機化的方法。它將那些在科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)得到應(yīng)用的所有科學(xué)方法論應(yīng)用到工程設(shè)計中?，F(xiàn)代設(shè)計方法實質(zhì)上是科學(xué)方法論在設(shè)計中的應(yīng)用。冠以“現(xiàn)代”二字是為了引起重視，其實有些方法也并非是現(xiàn)代的?？蓺w納為下列具有普遍意義的方法（表1現(xiàn)代設(shè)計方法分類）：

表1 現(xiàn)代設(shè)計方法分類

把以上現(xiàn)代設(shè)計方法應(yīng)用到機械設(shè)計中來，則稱其為現(xiàn)代機械設(shè)計方法。

2、現(xiàn)代機械設(shè)計方法在包裝機械設(shè)計中的應(yīng)用

首先在設(shè)計理念上要借鑒先進國家的經(jīng)驗，以用戶的需求為設(shè)計的目標，并結(jié)合柔性設(shè)計、模塊化設(shè)計的理念，一機多用，或更換少量的零、部件就可以完成不同的功能，或滿足不同的產(chǎn)品需求。

現(xiàn)代包裝機的設(shè)計過程與現(xiàn)代機械的設(shè)計過程基本一樣（如圖1），但設(shè)計階段側(cè)重點不同，如：總體設(shè)計時，要全面考慮整個包裝機械系統(tǒng)的布局、運動協(xié)調(diào)性、造型設(shè)計、人-機環(huán)境以及裝箱運輸?shù)?。模塊化設(shè)計是一種先進的設(shè)計方法，它的核心思想是將系統(tǒng)根據(jù)功能分為若干模塊，將包裝機中同一功能的單元設(shè)計成具有不同性能、可以互換的模塊，通過模塊的不同組合，使包裝機多功能化、系列化。采用這種方法的優(yōu)點是：（1）使包裝機更新?lián)Q代速度加快。因為新機型的替代，往往是局部改進。將先進技術(shù)引進相應(yīng)的模塊，比較容易實現(xiàn)局部改進；（2）縮短設(shè)計周期。當用戶提出要求后，只需更換模塊，或設(shè)計制造部分模塊，即可得到新的機型，滿足用戶需求；（3）降低成本，便于維修；（4）性能穩(wěn)定可靠。

圖1 現(xiàn)代包裝機械設(shè)計流程

另外現(xiàn)代包裝機械設(shè)計應(yīng)該滿足“綠色設(shè)計”，即人性化設(shè)計的要求。它是面向質(zhì)量設(shè)計、裝配設(shè)計、制造設(shè)計、維修設(shè)計、可靠性設(shè)計的綜合設(shè)計。我國人口眾多，人均消費水平比發(fā)達國家低，而且城鄉(xiāng)差異較大，包裝系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)以價廉物美為主，不能盲目追求高精尖。要考慮到可靠性、安全性、環(huán)保性、低噪音等各方面的因素。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。

3、包裝機械可靠性的設(shè)計方法

機械可靠性設(shè)計可分為定性可靠性設(shè)計和定量可靠性設(shè)計。所謂定性可靠性設(shè)計就是在進行故障模式影響及危害性分析的基礎(chǔ)上，有針對性地應(yīng)用成功的設(shè)計經(jīng)驗使所設(shè)計的產(chǎn)品達到可靠的目的。所謂定量可靠性設(shè)計就是在充分掌握所設(shè)計零件的強度分布和應(yīng)力分布以及各種設(shè)計參數(shù)的隨機性基礎(chǔ)上，通過建立隱式極限狀態(tài)函數(shù)或顯式極限狀態(tài)函數(shù)的關(guān)系，設(shè)計出滿足規(guī)定可靠性要求的產(chǎn)品。

機械可靠性設(shè)計方法是常用的方法，是目前開展機械可靠性設(shè)計的一種最直接有效的方法，無論結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計還是機構(gòu)可靠性設(shè)計都是大量采用的常用方法。可靠性定量設(shè)計雖然可以按照可靠性指標設(shè)計出滿足要求的恰如其分的零件，但由于材料的強度分布和載荷分布的具體數(shù)據(jù)目前還很缺乏，加之其中要考慮的因素很多，從而限制其推廣應(yīng)用，一般在關(guān)鍵或重要的零部件的設(shè)計時采用。

機械可靠性設(shè)計由于產(chǎn)品的不同和構(gòu)成的差異，可以采用的可靠性設(shè)計方法有：

將這些方法應(yīng)用到包裝機械設(shè)計中去即為現(xiàn)代包裝機械可靠性設(shè)計，當然，機械可靠性設(shè)計的方法絕不能離開傳統(tǒng)法，如機械計算機輔助設(shè)計、有限元分析等。

4、結(jié)語

目前，微電子技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、材料科學(xué)等學(xué)科迅猛發(fā)展，而且不斷向機械工業(yè)滲透?，F(xiàn)代設(shè)計技術(shù)也不斷地與機械設(shè)計技術(shù)相結(jié)合，向集成化、敏捷化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方向進一步發(fā)展。在包裝機械設(shè)計中引用現(xiàn)代機械設(shè)計方法，使得包裝機械的設(shè)計周期大大地縮短，提高了產(chǎn)品的性能，而且還有助于經(jīng)濟效益的提高。隨著設(shè)計新手段、新方法、新技術(shù)不斷地涌現(xiàn)，廣大技術(shù)人員應(yīng)不斷更新設(shè)計思維，采用現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)，真正提高產(chǎn)品的開發(fā)能力和設(shè)計水平，以增強市場競爭力。

表2 機械可靠性方法及應(yīng)用