包装机械设计例1

我国的包装机械行业起步于20世纪70年代，在80年代末和90年代中得到迅速发展。已成为机械工业中的10大行业之一，无论是产量，还是品种上，都取得了令人瞩目的成就，为我国包装工业的快速发展提供了有力的保障。目前，我国已成为世界包装机械工业生产和消费大国之一。但在包装机械设计领域，绝大多数设计人员仍沿用传统的设计方法。随着科学的不断发展以及市场竞争的加剧，客户的需求也越来越高。体现在以下几个方面：为了满货期和降低生产成本的需要以及包装机械和生产机械相衔接必须提高生产效率；为了更好地适应新变化的需要，包装机械要具有高的柔性和灵活性；当设备出现故障时，能进行远程诊断服务；利于环境保护、噪声、粉尘和废弃物少；设备购置投资尽可能少，价格要尽可能低。而传统的设计方法根本无法满足这些要求。

1、现代机械设计方法

为了寻求保证设计质量、加快设计速度、避免和减少设计失误的方法和措施，并适应科学技术发展的要求，使设计工作现代化，引发了现代设计方法的研究。现代设计方法的特点是动态的、科学的、计算机化的方法。它将那些在科学领域内得到应用的所有科学方法论应用到工程设计中。现代设计方法实质上是科学方法论在设计中的应用。冠以“现代”二字是为了引起重视，其实有些方法也并非是现代的。可归纳为下列具有普遍意义的方法：信息论方法、系统论方法、控制论方法、优化论方法、对应论方法、智能论方法、寿命论方法、离散论方法、模糊论方法、突变论方法、艺术论方法。把以上现代设计方法应用到机械设计中来，则称其为现代机械设计方法。

2、现代机械设计方法在包装机械设计中的应用

首先在设计理念上要借鉴先进国家的经验，以用户的需求为设计的目标，并结合柔性设计、模块化设计的理念，一机多基本一样，但设计阶段侧重点不同如：总体设计时，要全面考虑整个包装机系统的布局、运动协调性、造型设计、人-机环境以及装箱运输等。模块化设计是一种先进的设计方法，它的核心思想是将系统根据功能分为若干模块，将包装机中同一功能的单元设计成具有不同性能、可以互换的模块，通过模块的不同组合，使包装机多功能化、系列化。采用这种方法的优点是：（1）使包装机更新换代速度加快。因为新机型的替代，往往是局部改进。将先进技术引进相应的模块，比较容易实现局部改进；（2）缩短设计周期。当用户提出要求后，只需更换模块，或设计制造部分模块，即可得到新的机型，满足用户需求；（3）降低成本，便于维修；（4）性能稳定可靠。另外现代包装机设计应该满足“绿色设计”，即人性化设计的要求。它是面向质量设计、装配设计、制造设计、维修设计、可靠性设计的综合设计。我国人口众多，人均消费水平比发达国家低，而且城乡差异较大，包装系统的设计应以价廉物美为主，不能盲目追求高精尖。要考虑到可靠性、安全性、环保性、低噪音等各方面的因素。充分体现原理优化、结构优化、制造优化、造型优化。

包装机械设计例2

中图分类号：TB486 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）10（c）-0090-03

包装机械是机械设备的一种，它符合机械设备的各种特性，但是因为包装机械的特殊性，它比一般性的机械又多了延伸的意义。我国包装机械在经过一段时间的发展后，技术手段正在走向成熟。然而，因为我国制造的包装机械的稳定性和可靠性等问题，在国际上广为诟病。因此，必须改变这种现状，从包装机械的设计入手，优化整个包装机械的行业，以此来促进我国包装机械行业的发展。

1 我国包装机械设计的现状

1.1 我国包装机械的创新

当前，我国包装机械的改进和设计能力不足，即创新能力无法满足时代的需求。所以，我国包装机械的设计大多是模仿国外的同类型机器，然后根据国内的实际情况做一定程度的改动。我国包装机械的改进和设计能力不足的原因主要有以下几种。

（1）我国包装机械设计人员的素质不高。我国包装机械的起步较晚，虽然发展得较快，但是并没有掌握真正顶端的科技。设计人员应用的设计理论和参考的设计规范比较陈旧，满足不了包装机械设计创新的需求。

（2）科学研究和产业结合不够紧密。我国关于包装机械设计的研究并不少，但很少能够应用在实际的生产中。因此，我国包装机械设计的相关研究无法及时地在生产中实践，验证其可行性。

（3）资源配置不合理。我国对包装机械的宏观调控无法和包装机械行业发展的速度相匹配，这导致了资源配置的不合理，阻碍包装机械行业的发展。

1.2 我国包装机械设计的方法

在我国包装机械设计的行业中，仍然沿用着较为陈旧的方法。具体表现为以下几种。

（1）模型模仿性质高。我国包装机械在设计时，往往是根据任务设计书的特征，寻找同类型的样机，在此基础上设计自己的包装机械。整个设计中创新的程度较低，参数模仿的痕迹很明显。

（2）性能指标不够自主。我国包装机械在确定设计任务后，机械设备的技能指标和技术性能的数据在很大程度上是仿造样机的参数。因此，设计的包装机械性能和样机相比无太多进步之处。

（3）绘制图纸。在完成性能指标参数的设定后，我国的包装机械就开始进行工作原理图的绘制和传动系统图的绘制。这个过程符合机械设计的标准流程，而且这方面的技术我国和发达国家并没有太大的差距。

（4）其他设计。机械的设计是一个整体的工程，在设计的时候需要统筹整个机械的工作系统，设计到每一个零件。所以，在绘制完传动系统的图纸和工作原理的图纸后，需要进行关键零部件的设计。然后，设计整个机械的工程图和装配图，最后校核强度和刚度，确定施工图。

我国包装机械设计行业还停留在较为陈旧的模式上，缺乏必要的创新和高新技术手段的应用，这是包装机械设计行业发展的最大阻碍。基于此，必须加快自身改革的步伐，参考国际先进的设计经验，结合自身的实际情况创新的应用，这样才可以给我国包装机械设计行业的发展提供源源不断的动力。

2 发达国家包装机械设计的发展方向

包装机械设计的大国有美国、德国和日本等，它们的包装机械设计技术较为成熟，也经过了较长时间的发展，所以产品的性能要优于我国。它们的设计和生产都是以市场为基础，在充分地了解市场需求后，进行针对性的设计。正因为如此，它们的包装机械有很强的创新性和技术性，也符合市场的需求。美国、日本和德国等在包装机械设计和生产领域领先的国家，它们在发展中有以下主要思路。

（1）注重自动化程度。自动化是指降低人在机械设备生产中的作用，加大机械自动化的程度。这是时展的必然趋势，而且自动化的生产还可以利用机械手完成较为复杂的操作，让生产的包装机械产品质量更高。再者，自动化的生产对提高产品的柔性也有一定作用，可以使产品满足更多的需求。

（2）控制生产成本，着眼于客户的需求。以德国的机械为例，其生产的包装机械可以显著提升产品的产出速率，可靠性也有极强的保证。这就降低了客户生产的成本，使客户的需求得到了满足。

（3）采用模块化的设计。模块需要根据种类做出划分，以方便客户的选择。通过这种设计，用户可以选择模块的组合来决定产品的性能，以此来应对市场的快速变化。同时，这种设计也减缓了包装机械更新换代的速度，用类似半智能化的设计手段来促进包装机械的发展。

（4）产品机械和包装机械的一体化。包装机械是整个生产机械的一部分，以往的分体制使机械间的配合常出现问题，一体化的机械设备很好地解决了这一问题，推动了包装机械的发展。

（5）注重计算机仿真技术。计算机的发展给机械设计行业的改革提供了技术支持，各种绘图软件和仿真技术共同推动了机械设计行业的发展。特别是方针技术在机械设计行业的应用，缩短了设计的周期，降低了技术开发的成本，加快了产品发展的速度。

（6）高新技术在包装机械中的应用。国外的包装机械注重新科技的机械设计中的应用。以包装机械为例，他们将尖端的计算机技术、设计理论大胆地应用在包装机械中，然后在不断的实践中改进应用的方法，最终实现包装机械行业的进步。

3 包装机械设计的改进方法

根据上述的分析可以得出，我国包装机械存在设计创新不足和设计方法不够优化的问题。所以，我们需要改进设计的方法，加入我国特色的元素，用技术推动包装机械的发展。以此来满足市场发展的需求，促进我国包装机械设计的发展。

3.1 从客户需求入手改进包装机械的设计

市场的发展和技术的进步给包装机械的客户提供了更多的考虑空间，所以他们的需求也发生了一定的变化。首先，他们要求提高包装机械生产的效率。生产效率是成本的保障，提高生产的效率就提高了自身的市场竞争力。其次，客户还追求包装机械和生产机械的一体化，要求生产商改变生产的思路和方向。再者，客户还追求包装机械的柔性，要求其能适应多种系统的工作和满足产品变化的需求。除了上述的三点之外，客户对包装机械新的需求还体现在以下几点上。

（1）售后要求。机械设备由于运作时间和运作环境的原因，会出现各种问题，影响正常生产。所以，维修的及时性就体现着设备生产生的竞争力。就以目前的情况而言，远程诊断是最常用的一种方式，生厂商通过远程的视频和数据接受判断设备的问题，然后指出维修的措施或者派出专门的维修人员进行设备故障的排除。对于一些大型的包装机械设备和较为先进的包装机械，我国的售后服务多以派出维修人员为主，因为现场情况的复杂和机械的运行参数传输不准确等问题，一直无法较好地处理售后服务。基于此，可以加强传感器在包装机械中的应用，让生产企业可以更好的了解设备运行中的各种参数，不仅可以保护自身的技术，还可以实现远程诊断的目的，方便售后的维修。

（2）包装机械的设计对环境的影响要小。当前发展的是可持续的经济，要求机械设备产生的污染物较少，产生的噪声也要小，这就对包装机械内含的科技提出了更高的要求。但是当前我国的包装机械在这方面做得还不够好，设计和生产的包装机械还是以追求利益和生产为主，忽视了机械设备附属的价值。

（3）设备购买的成本尽可能少。包装机械设备的竞争力在某种程度体现在价格上，客户想用最低的价格购买性价比最高的产品。这种性价比更多体现在包装机械设备的科技内涵上，包含的科技越高端，其本身的附属价值就越高，同等资源消耗，可以用更快的速度和更高的质量产出更好的商品。

基于上述的几点客户需求，我国的包装机械设计行业可以从这些方面入手，改进设计的方法和思路，以此来满足市场的需求，完善自身的发展。

3.2 采用模块化设计的思路

模块化设计是一种统筹整体和局部的方法，对于包装机械设备性能的优化有着很大的作用。首先，模块化设计及可以简化包装机械的设计过程。包装机械的设计是一个复杂的过程，需要从多个需求入手，然后分别设计相应的功能，最后综合机械设计的原则和指标，完成包装机械的整个设计。但是模块化的设计却可以极大程度地简化包装机械的设计过程，原本的模块是固定的，只要根据功能需求选择相应的模块，然后综合在一起，就可以基本完成整个设计。其次，模块化设计的包装机械产品柔性程度高。模块设计和机械设计不同，它可以独立存在，随时将最新的技术应用在自身。因此，模块化设计的更新换代是极快的。在此基础上，生产商可以通过模块设计来替代原本的产品功能，可以符合多种需求，有很强的设计柔性。再者，模块化设计生产包装机械的成本较低。模块化的包装机械在设计和制造的过程中都可以通过选用相应的模块来完成，再加上设计的柔性较高，可以实现小批量的生产，降低了包装机械的设计制造成本。

模块化设计的优点还有便于维修和成本较低。机械产品存在问题之一就是维修和保养困难，有时机械设备的维修和保养花销远远超过了设备本身的价值。包装机械也是如此，面对着维修困难的局面。模块化设计很好地解决了这个问题，使不同模块可以独立地存在，在维修时只需要选择相应的模块就可以，方便了维修的过程。模块化的包装机械在设计和制造的过程中都可以通过选用相应的模块来完成，再加上设计的柔性较高，可以实现小批量的生产，降低了包装机械的设计制造成本。

当前的机械已经向着自动化和智能化的方向发展，需要满足多种需求。所以，包装机械可以利用模块化设计来优化整个包装机械的性能，尽快追赶发达国家的脚步，完善自身的发展，进而优化整个包装机械设计的行业。

3.3 绿色设计和虚拟设计

产品的设计是否成功在很大程度上取决于它能否迎合整个市场的需求和社会发展的法向。当前社会高速发展，也带来了很多发展中的问题。所以，人们要求设计的人性化和绿色化，即设计的产品既能满足可持续发展的要求，又能体现以客户为本的宗旨。我国是人口大国，人均资源的占有相对发达国家较少，必须把设计的方向对准广大的群体，追求产品的性价比，从而优化设计的产品。

虚拟设计是一种新型的机械设计手段，它是随着计算机技术的发展而兴起的，例如计算机的辅助绘图软件CAD和Solidworks等，它们可以实现在电脑上的三维绘图，然后生成相应的技术指标和性能参数。这种方式不仅可以用来检验设计的故障与瑕疵，还可以简化整个设计的过程。最重要的是，这种设计方式很方便修改，可以根据客户的需求做出各种调整，直到客户满意为止。虚拟设计是在计算机基础上发展起来的，所以它对计算机依赖的程度较高。但是这种依赖却有利于包装机械设计行业的发展，它不仅可以提高设计的速度，还可以将设计的成果进行模拟，检验其在特定环境下的工作状况。

基于上述的分析，可以得出，虚拟设计和绿色设计是用现代的科技手段进行传统的包装机械设计。这是时展的趋势，也给包装机械设计行业提供了新的发展方向。但是这种设计手段还在逐步的探索和发展中，技术层面并没有真正意义上的成熟。因此，必须加快这方面发展的脚步，不断在实践中完善技术的瑕疵，最终使绿色设计和虚拟设计发挥自身的优势，促进包装机械设计行业的发展。

上述几种包装机械设计改进思路都是有成功的经验作为参考的，但是创新技术的应用也不容忽视。我国很多大学都开发出了软件对包装机械进行有限单元分析和优化设计，然而因为企业和大学结合得不紧密，这些软件应用的程度并不高。因此，我国包装机械设计的行业可以开展校企合作的形式，加快新技术的研发，以便于给我国包装机械行业提供源源不断的进步动力。

4 结语

传统的包装机械生产的批量较大、成本较高、品种较少，这已经适应不了市场的需求，必须加快自身改革的脚步。我国是包装机械设计和生产的大国，如果不改进当前的设计方法，很难取得长远的发展。所以，我国的包装机械设计行业可以在参考国外先进技术的基础上，加快自身设计方法的改进，从而加速我国包装行业的发展。

参考文献

[1] 张克盛.改进包装机械设计方法的新思路探讨[J].中国包装工业，2015（5）：60-61.

包装机械设计例3

包装机械设计新趋势分析

包装机械设计例4

1 绿色产品设计的内涵与特点

1.1 绿色产品设计的内涵

绿色产品是指在其全生命周期过程中，符合特定的环境保护要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率最高，能源消耗最低的产品。绿色产品设计是以环境资源的保护为核心的产品设计过程。在产品的整个生命周期内，优先考虑产品环境属性（自然资源的利用、对环境和人的影响、可拆卸性、可回收性、可重复利用性等），并将其作为设计目标，在满足环境目标要求的同时，并行地考虑并保证产品应有的基本功能、使用寿命、经济性和质量等。

1.2 绿色产品设计的特点

1.2.1 产品设计的闭环设计过程。在传统的产品设计中，其全生命周期是从产品的设计、制造直到产品的废弃，是一个开环过程，没有考虑到产品废弃后的处理情况。但是绿色产品设计要将开环设计进行延伸，不仅包含了产同产品的全生命周期，并且对产品废弃后的一系列环节进行设计，包括对产品的拆卸回收和后期的处置，在减少浪费的同时，提高利用效率。

1.2.2 节约资源和能源。在绿色设计理念中，将大大的提高了零部件和各种材料的利用效率，使各种材料都得到了高效的利用。所以在减少能源消耗的同时，避免了浪费和污染现象的发生。

1.2.3 从源头上减少环境污染。绿色产品设计本着节能高效的设计理念，在使用的过程中，不仅减少了废弃物的产生，并且对废弃物进行了高效的处理，从源头上控制了污染的产生。

1.2.4 有利于保护环境。绿色产品设计的核心就是减少对环境的污染，所以在设计阶段，就在理念上有所改善，防止在产品使用的过程中产生过多的废弃物，并且设法高效的处理废弃物，在提高生产效率的同时，减少对环境的污染，维护生态系统的平衡。

2 绿色包装机械设计的关键技术

2.1 包装机械的结构设计

目前，包装产品已趋向精致化及多元化，在这种大环境变化下，多元化、弹性化且具有多种切换功能的包装机械方能适应市场需求。正基于此，绿色包装机械的结构设计除应满足进行工商业产品包装功能的基本要求外，主要考虑提高资源利用率，结构易于拆卸和回收处理。较低的资源消耗、良好的拆卸性能和回收性能是包装机械进行绿色设计的主要内容。其具体原则为：简化包装机械的结构设计，尽量减少可有可无的零件；采用多功能的零件，使零件数量减少，减少资源消耗；对零件、支撑、载荷的布置进行优化设计，使整机产品尽可能小型化，提高材料利用率。

2.2 面向材料的包装机械设计技术

面向材料的设计技术就是从使用的材料入手，保证在产品生产的每一个环节都严格控制产生的废弃物，以减少对环境造成的污染为目标，在保证生产效率的同时，控制资源浪费和环节污染。所以材料的使用非常重要，在应用材料的过程中主要应该遵循以下几点：

第一，使用的材料要与生产实际进行比较，要便于加工制造，减少机械加工的难度，提高可操作性。充分的考虑到各项电、气的配套使用，尽量减少能源的消耗。第二，对于材料的种类要进行科学的计算，从成本的角度考虑，减少稀缺昂贵材料的应用，降低成本支出。第三，对使用的各种材料进行对比分析，在符合生产需要的基础上，选择易于回收，可以循环使用，对环境污染小的材料。第四，因为包装机械的材料具有各向异性，所以在使用材料选择的过程中，应该充分的考虑到材料的取向作用，保证其发挥最大的性能。

2.3 包装机械的制造工艺设计

包装机械的绿色制造工艺设计包括以下内容：1）采用合理的新型加工方法，优化包装机械的工艺设计方案，确定最佳工艺参数，降低原材料消耗，使生产过程的废料最少化；2）采用合适的包装机械生产工艺，减少废次品，提高产品合格率，提高能源利用率，降低消耗；3）在包装机械的生产过程中应尽量减少对环境或操作者有影响或危害的物质。

2.4 模块化设计

模块化设计是进行包装机械的结构设计的一种有效方法，也是绿色产品设计中确定其结构方案的常见手段之一。模块化设计就是在一定范围内，在对不同功能、或相同功能下的不同性能、不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合可以构成不同的产品，以满足市场的不同需求。

2.5 可拆卸设计

良好的可拆卸性是包装机械便于维护、所用零件材料可回收、可再生的重要保证，只有具有良好的可拆卸性才能实现完全的材料回收和可能的零部件再利用，从而达到节省成本、减少污染、保护环境的目的。基于此，先应从观念上重视可拆卸性设计。包装机械的研发人员应经常与使用者、产品维护及资源回收部门取得联系，获取包装机械的结构在拆卸方面存在的不足，并为可拆卸性设计的发展准备有关数据资料。其次，为便于拆卸，包装机械进行整机的系统规划时，就要从结构上考虑拆卸的难易程度，提出相应的设计目标、结构方案。

3 结束语

工业发展对我国的经济建设具有重要的作用，在工业生产的过程中，机械设备的应用大大的提高了生产效率。在现代社会，我国越来越重视环境保护，而工业生产对环境造成的污染十分严重，所以要对工业生产进行改革。包装机械的应用对于企业的生产具有重要的推动作用，但是传统的包装机械会产生大量的废弃物，容易对环境造成极大的污染。我国以往使用的包装机械都是以进口为主，在借鉴国外先进技术的基础上进行设计研发。面对我国的工业生产与环境保护现状，应该改善包装机械的设计，将绿色产品技术融入包装机械的设计中，在提高生产效率的同时，减少对环境的污染。绿色包装机械在我国已经得到了广泛的应用，并且取得了良好的效果，使企业获得了经济效益与生态效益，为我国工业的发展创造了有利的条件。

参考文献

[1]陈庄，刘飞，陈晓慧.基于绿色制造的产品多生命周期工程[J].中国机械工程，1999，（2）：233-235.

包装机械设计例5

前言

烟草包装机械通过国际经济交流使不同区域的各种零件按统一的可靠性标准进行配置，这种较为先进合理的配置为烟草包装机械可靠度的提升带来了一定的升值空间，同时也对具体操作人员的操作技术提出了更高的要求。正因为外部环境处在这种条件下，所以，现阶段人们把更多的注意力放在烟草包装机械自身系统和具体操作可靠性这两方面的研究上。

1 对烟草包装机械的具体分析

目前我国使用的各种烟草包装机来源渠道比较广泛，既有德国FOCKE公司生产的包装机械也有意大利GD公司生产的包装机械，同时在包装机械市场上还可以看到我国上海烟草机械公司生产的烟草包装机械产品。国外一台具备超高速机组的烟草包装机可以在每分钟内有效完成600到1000包香烟的包装任务，相比之下，我国生产的传统烟草包装机无论是工艺还是性能与国外同类产品都存在着一定差距，规定时间内的包装工作效率相对落后，这对如何缩小我国与国外同类产品的代差提出了一个亟待解决的课题。只有完善烟草包装机各种元件结构及相关配套，在设计中强化人机界面的更加灵活性，对控制软件和设备的自诊功能不断升级改造，才能使它的各项功能更加全面，并能在设备运行中有效检测各种潜在的故障与风险，使烟草包装机能够保持较长时间的连续生产作业，使它自身的可靠性得到有效保障。从烟草包装机械的自动化技术应用方面来说，在有效提高资源利用率、减少能源消耗、高端环境保护等领域也与国外发达地区的同类产品有一定的差距，特别是在对工业生产所产生的污染排放物处理上还显得十分落后。目前，电子齿轮伺服系统被大量使用在烟草包装机械的节能端，这种能源管理新技术大大降低了机械传动所造成的能量损失，进一步提高了烟草包装机械的整体使用功率，减少了无用功率造成的各种消耗与浪费。

2 烟草包装机械系统的相关技术分析

串联、并联、混联是烟草包装机械系统常见的三种形式，构成系统的各零部件以及组织形式的可靠性直接制约着烟草包装机械全部系统的可靠性。目前我国大部分烟草包装机械还在采用相对落后的串联形式，包装机械系统的各组成单元配置依然缺乏科学性与合理性，对系统失效概率缺乏有效控制，从设计之初到使用流程缺乏系统有效的科学管控，这些都是导致烟草包装机械整体质量不高不可忽视的重要因素。我们要不断向先进技术看齐，要科学有序地使传统的串联形式逐步向更为先进的混联形式过渡，使各种子系统都能在运作中发挥它们良好的性能，从而进一步全面提升烟草包装机械的整体可靠度。

在目前众多的烟草包装机械结构中还有很大一部分组成单元构成仍旧使用串联系统方式的情况下，要想摆脱结构复杂的每一个组成单元可靠性的负面影响，就必须要在设计过程中优先重点考虑混联形式的可靠度，采用最先进合理的配置全面提升烟草包装机械的整体可靠度，在具体分配方法上要尽量做到合理化，把误差降到最低点。同时，对烟草包装机械系统各组成单元可靠度的推演计算要做到精准，对各种影响烟草包装机械可靠度的设计及时加以修订与整改，正确评估与计算不良可靠度所产生的影响，并通过这些评估与计算对烟草包装机械的串联系统组成单元的可靠度进行最合理的分配。从以上分析中我们不难看出烟草包装机械系统的可靠度至关重要，这就要求在设计中正确判定内部元件的组合形式是否合理，对各种不同形式的组合系统可靠性进行合理优化组合，尽量采用较为先进的并联系统形式提高包装机械的整体可靠性，把传统的包装机械串联系统形式逐步向并联形式转变。

3 烟草包装机械的设计与操作要符合可靠度的要求

人机工程学比较强调操作人员对机械可靠度的影响，但实际上烟草包装机械系统的可靠度是同时受两个方面影响的，这里既强调操作人员的可靠度，也强调烟草包装机械系统自身的可靠度。现行的烟草包装机械大多是采用串联形式的，这种形式对机械本身和操作人员的可靠度同时提出了很高的要求，在对烟草包装机械进行可靠度设计时必须充分考虑到这两个方面，采用科学合理的方法避免烟草包装机械可靠度的下降。在机械系统自身存在各种缺陷时，人的操作行为也显得十分重要。

人为操作的可靠度在整个操作行为中会直接影响成功与失败概率的高低。通过对人为差错可靠度的全面分析，逻辑推演法对相关指数做出了较为详尽的明确规定：操作人员视线区域的划分以15度为基本标准，违反这个标准将会导致操作人员的失效效果在一定程度上发生退化。在具体数值控制中我们用D来表示视线退化程度，根据推理计算当操作人员的视线区域发生在0到15度时D值便会在0.0001至0.0005区间，假若操作人员的视线区域在15度到30度这样一个范围时，那么D值会同步发生变化为0.0015；操作人员的视线区域如果在5度到60度区间D值则为0.002；操作人员的视线区域继续攀升达到60度至75度时D值为0.0025；倘若操作人员的视线区域高达75度到90度时D值便为0.003。依据逻辑推演法的规定，当D值在0.0005时则表示这个评级级别的质量为最优，以此类推，表示评级级别为良好的数值是D值为0.001，而0.002的D值则表示这个评级级别是最差的。根据以上数据分析，为了使包装机械系统的整体可靠度得以保障，就必须对D值进行严格执行，必须在实际操作中将操作人员的视线区域控制在合理区间范围内。比如说，我们在一台烟草包装机械的控制板上安装可供操作人员进行实际操作的7个仪表，这7个仪表当中有3个仪表在操作人员视线区域上下15度之间波动，有2个仪表比较靠近操作人员视线区域的50度，在操作人员附近65度视线区域里有2个仪表，这种情况下分析表盘设计按人为差错的可靠度去进行评估便可以结合操作人员的有效操作概率进行，它的数值表现形式是可靠度（1-0.0001）3x（1-0.002）2x（1-0.0025）z，根据所得出的这种数值在对烟草包装机械系统进行可靠性设计时主要以操作人员视觉的退化值作为主要依据。

烟草包装机械在实际生产中要保持它的生产连续性，没有特殊情况发生时尽量不要使机器长时间处于停车状态，无论是相关科技人员还是制造厂家，在研发新产品时必须对机器的可靠性进行科学合理的设计以满足市场和市场竞争力的需求。烟草包装机械系统必须具备优质可靠度才能适应市场快速发展的需要，才能在激烈的市场竞争中保持良好的竞争状态。在对烟草包装机械系统进行研发设计时必须要以它的可靠度作为优先选项，最大限度地完成各组成元件可靠度的优质设计。另一方面要高度重视人机操作可靠度的有效结合，具体设计中要充分考虑到操作人员视觉效果退化值的影响，采用科学合理的设计方法将这种退化值控制在最小范围内。

4 结语

随着我国各类生产加工工艺水平的不断提高，烟草包装机械系统与国外同类产品的差距也在逐步缩小，这也为优质设计制造烟草包装机械提供了良好的外部环境。要适时抓住这种机遇，使我国的烟草包装机械再上一个新台阶。

参考文献：

[1]孙华强.超高速烟草包装机械过程控制新特点[J].包装与食品机械，2015（04）.

包装机械设计例6

0 引言

目前，很多小作坊和网店将售卖各种各样散装食品作为主营业务，其主要原因为此类商品可以实现现做现卖，前期投入低，制作简单，易上手，且投资风险低，比较适合于刚进入电子商务行业的创业人员。而此类似的食品网店中，大部分都存在以下问题：（1）食品采用纯人手包装，而此类食品店存在人手少、工作量大、耗时长等问题，不利于劳动力的解放；（2）食品包装过程中的污染问题。对此，设计一种高效能、低耗能的真空包装机械有着显著的意义。

1 当前常见的真空包装机械

在笔者设计之初，为了获得系统的客观的信息，为设计决策做准备。笔者对作品进行了详细的资料查阅，根据相关资料可知，目前的真空包装机主要包括：

1.1 家用真空封口机

家用真空封口机是集真空和封口于一体的家用厨房设备[1]。其操作步骤为：打开压盖―拉下气嘴―将袋口套上气嘴―压下上盖左右两端，上盖将配锁住―按下电源，开始抽真空，从而实现真空包装。

1.2 立式真空包装机

立式真空包装机适用行业（如大包装食品原料、大枣、核桃仁、松子儿，电子产品，海藻制品防氧化等）[2]。该机型真空室容积大，袋口立封形式。可连同产品外包装（如桶、盒）直接搁置于真空室内，完成内袋的真空封口。开门式的操作形式便于重物搁置。

1.3 外抽式真空包装机

外抽式真空包装机是通过抽气嘴放到被包装物的包装袋内，抽空空气，退出抽气嘴，然后完成封口[3]。

以上三种真空包装机虽然能够完成真空和封袋过程，但是此前的准备步骤如开袋、填料、将袋口送入抽气嘴等步骤均需要人工操作，自动化程度不高，不适合于人手少的食品店，而且人手的接触会增加食品污染的可能性。

2 新型真空包装机械

2.1 新型真空包装机械总体设计

机械系统总体设计是机械设计过程中极其重要的一步，关系到机械的性能、强度、尺寸、外形、质量及成本。因此，笔者采用结构化的设计方法对作品进行了主要功能的分析以及功能的分解。下面将进行详细介绍。

2.2 主要功能及其分解

经过笔者大量的市场调研，上述这种熟食类全自动真空包装机预计实现的主要功能：

（1）可自动完成取袋，保证PE袋单张输出；

（2）输袋与取袋合理衔接，工作台可移动；

（3）对物料完成称重、输料，减轻人工称重的负担；

（4）完成开袋、输料、封袋过程的配合；

（5）完善的控制系统，对各部分进行协调控制。

根据对各项功能的分析研究，笔者提出了总体设计方案，并且对主要功能进行分解，系统框图主要有输袋机构、可移动工作台、开袋机构、送料机构以及真空封装机构。

2.3 机械部分设计

为了保证熟食类全自动真空包装机每个部分协调有效的完成各自功能，本设计采用多电机配合处理。在本设计中，使用多类型多部电机共同作用。由于可移动工作台需做往复型周期运动，需采用步进电机驱动；在整个包装系统中需要采用真空吸盘、进行真空封装需多个真空泵配合使用；本设计在输袋结构、可移动工作台等中均采用了电动推杆，通过直流电机驱动，在保证其驱动力的同时，提高了结构的稳定性及可操作性，从而提高了包装机在工作期间的工作效率；采用丝杆传动结构，通过步进电机驱动，实现了工作台的移动。为了设计更为人性化，结合人体工程学，设置平台，连杆的高度及位置，使操作更加舒适。

3 新型真空包装机械结构

新型真空包装机械主要由机械结构以及控制系统两个主要部分组成。

3.1 机械结构

机械结构主要可以由零部件分为以下几个结构：外部框架结构、可移动工作台、取袋结构、开袋结构、送料结构、真空封装结构。

外部框架机构主要是新型真空包装机械的整体外表结构，为了保障新型真空包装机械的实用性以及内部零部件的安全性，外部框架架构主要使用670mm×460mm×500mm的尺寸，并设定装置总重20KG。经过笔者分析，这样的结构以及连接方式能够最大程度的提升框架的稳定性、安全性。除此之外，鉴于框架在正常的工作情况下，应该有较为出色的强度，硬度，刚度等机械性能。对此，装置骨架采用2mm厚的角钢型材，通过螺栓螺母联接，使整个装置外框连在一起，使装置骨架能够达到较为出色的强度，硬度，刚度等机械性能。除此之外，考虑到实际情况中会有一些碰撞等突况，表面材料选用厚度为0.7mm厚的铝合金板，由此便能够极大程度提升新型真空包装机械的结构安全性。

3.2 控制系统

新型真空包装机械设计的控制系统由51单片机及附加的24V直流电源、继电器完成。通过51单片机控制直流有刷电机的正转和反转来实现电动推杆的伸缩，同时通过矩阵键盘控制51单片机可以实现单步或多步操作。整个过程由时序电路完成，不需要反馈及检测环节。

4 总结

综上所述，随着我国经济条件的变化，人们对食品的安全性要求越来越高，对于食品、药物等商贩而言，真空包装是一种防止食品变质的有效措施，由此可见真空包装的重要性。高效、节能的真空包装机械其既能够保障食品的质量，还能够极大程度的降低劳动力、包装材料，为市场提供更好的服务。

【参考文献】

包装机械设计例7

1简介

包装机械是指能完成全部或部分产品和商品包装过程的机械。包装过程包括充填、裹包、封口等主要工序，以及与其相关的前后工序，如清洗、堆码和拆卸等。使用机械包装产品可提高生产率，减轻劳动强度，适应大规模生产的需要，并满足清洁卫生的要求。

2问题的提出

在自动包装过程中，总会出现一些失误，我国包装机械行业发展的主要问题是产品结构的零散局面。我国包装机械品种约有1300多种，配套数量少，缺少高精度和大型产品，不能满足市场需求。国内包装机械行业缺少龙头企业，生产规模大、产品档次高的企业不多。所以如何开发出一种程序来改变现状是极为必要的。

3 PCL编程应用

3.1 PCL在人为误操作中的编程应用

在包装机械过程中误操作不可避免，使用微分指令DFIIJ（13）可以解决，微分指令检索按钮首先送入电信号的上升沿，而在一个周期里，PLC只执行一次，从而避免此类误操作的发生。 如下图1 中，007 和HR007分别为红光停止按钮和绿光起动标志位。当按下绿光起动按钮005时， 信号可以转化为微分指令HR007，HR007在一个程序扫描周期里，只能接收一个上升沿脉冲， 由于手指颤动而产生多余的脉冲就被过滤掉了，如此就能保证定时器TIM00正常延时10分钟，确保红光控制按钮0102按时起动。

3.2 PCL在系统本身产生失误时的编程应用

为了减少误操作，本研究在程序中加入了干扰滤除子程序。TIM00用来消除瞬间闭合带来的问题。图2中0101接点断开时，因机械振动影响设备出现的瞬间闭合，TIMO1用于消除0101接点闭合时， 因跳动、受干扰等的影响出现的瞬间断开。CNT20用来保持输人的信号。HR410和HR411为相关的运行设备。

图中0101是水位下线开关。当0101断开后，0101瞬间闭合，起动定时器TIM00，定时器设定的有一定的时间，如果在设定时间内，水位下线开关0101断开， 则系统判定此次开关闭合为误动作， 不执行以后的程序； 若水位下线开关0101在设定时间内仍为闭合，则系统判定此次开关的闭合为正常的命令，下面的程序就开始执行，通过计数器CNT20保持输人信号，相关的运行设备起动[2]。

当0101 闭合后，0104以瞬间断开定时器启动，TIM00、TIM01的时间设定为0002（即0.2s）， 输入继电器可靠吸合后立即断开这一过程需要的时间，大约0.2-0.5s ，考虑到这种因素，TIM00、TIM01的时间也设为0.2-0.5s。在此时间范围内都可以达到消除触点跳动干扰的目的。

4 PCL在温度控制中的应用

温度控制在包装机械中经常用到，有些包装机中采用的是铂热电阻温度传感器模块，传感器模块也有一定的温度测量范围，检测到的模拟数据被输入传感器模块中进行转换，最后转换成以BCD表示的温度值，接着送入到PCL中，而如果触摸屏和PCL链接的话，我们就可以直接在触摸屏中看到当时的实际温度[3]。

在PCL程序设置中，一个数据区设置三个通道，分别为AT0000、AT0001和AT0002。AT0001是设定的上限温度。AT0002是设置的下限温度。AT0000为温度传感器检测的实际温度。首先，一旦温度传感器检测到加热电极的温度，直接把数值传送到AT0000中，而AT0000、AT0001和AT0002在PCL程序中会进行比较，如果实际温度在设定温度的允许范围内，那么PCL就行驶封口的命令，完成封口动作；如果实际温度不再设定温度的允许范围内，那么封口动作不会进行，同时PCL程序会调整加热电极中电流的大小，一直在温度达到允许的范围内之后，才能对塑料袋进行封口。

5结论

首先，以PCL 为基础的自动包装控制系统在应用过程中控制更加严格、准确和精细，操作的时候也就更加的理想。其次，PCL程序的设置使更直观的监视生产过程中的各种情况成为可能。最后，像经典的继电-接触器控制系统中的大部分连锁控制都可转移至PLC中实现，各种控制系统大大地简化。

【参考文献】

包装机械设计例8

中图分类号：TB486 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）29-0012-03

随着世界经济的发展，一场绿色变革浪潮正在席卷全球。纵观世界绿色文明的发展趋势，21世纪必将成为“绿色世纪”。

在现代包装工业生产包装产品中最主要的技术设备是包装机械，伴随着高新技术在包装机械行业的日益渗透，由于人们不断开发新产品，淘汰旧产品，而且在消耗资源进行生产的同时，废弃物延续不断增加，极大的污染了环境，所以，在包装机械行业发展绿色制造势在必行，它将是开往“春天”的地铁。

1 绿色设计概述

1.1 绿色设计的基本内容

绿色制造，又称环境意识制造，它的目标是使产品在从设计、制造、包装、运输、报废的整个产品生命周期中，对环境的影响最小，是一个考虑环境影响和资源效率利用的现代制造模式。其技术体系包括绿色设计、绿色工艺、绿色材料、绿色处理、绿色包装五个方面。

1.2 包装机械在发展绿色设计中的必要性

包装机械是指能完成全部或部分产品和商品包装过程的机械。使用机械包装产品可提高生产率，减轻劳动强度，适应大规模生产的需要，并满足清洁卫生的要求。常见的包装机械如充填机、封口机、复卷机、模切机等。

从市场容量上看，美国的市场调查报告中称，到2007 年，美国的包装工业总产值占国民经济总产值的3%，欧洲包装机械的市场总值将由2000年的46亿美元增长至65亿美元，而我们中国包装机械年产值约在100亿美元左右，市场潜力巨大。

因此，可以看出，包装机械市场容量大，然而，在包装机械行业中新科技的不断渗透，新产品源源不断的被开发出来，同时，淘汰旧产品，从而积累了大量行业的废弃物，环境不堪重负。因此，一场绿色革命必将爆发。

1.3 绿色设计在包装机械行业中的发展趋势

包装机械装备更新换代的主要特点是：智能化、绿色化。

智能化即进一步提高包装机械装备和生产线的可靠性、安全性、无人作业性等自动化水平。

绿色化将作为时代的主题将广泛应用于包装机械设计、制造、生产、回收的各个环节中。绿色设计在包装机械行业中的发展重点在节能减排、功能多样、绿色原材料等几个方面。

2 绿色包装机械设计的关键技术

2.1 绿色包装在机械设计关键技术的体系

根据包装机械绿色设计原则对包装机械进行设计时，即资源、能源利用原则、“零污染”原则、技术先进原则等，可以从结构、材料、工艺等技术层面上进行设计，其中包含的一些关键技术有：多元化、弹性化设计、模块化设计、可拆卸设计、均衡寿命设计、人机工程设计、集成化设计、面向材料的包装机械设计技术、包装机械的制造工艺设计等，如图1所示。

2.2 绿色包装在设计结构上的关键技术

绿色包装机械的结构设计不仅要满足进行产品包装功能的基本要求，还应考虑提高资源利用率。其具体原则为：是产品具有多元化、弹性化的功能；简化设计，应尽量减少零件；采用具有不同功能的零件，减少零件的数量，以达到减少资源消耗；应优化机构设计，使产品“小型化”，提高材料的利用率。

2.2.1 多元化及弹性化设计

为适应市场需求要求包装机具有多元化以及弹性化等多种切换功能。多元化机型的应用不仅节约了成本，更提高了资源的利用率。对于包装机械来说可从开发多形状包装机、多料态、多种基材袋包装机来进行多元化设计。

2.2.2 模块化的设计

在一定范围内，对不同规格、功能的产品进行功能分析上，划分和设计出一系列的功能模块，并通过功能模块的选择、组合构成了不同的产品，从而达到满足市场的需求的称为模块化设计。模块化的设计都是由若干个具有一定功能的子部件构成的。

2.2.3 可拆卸设计

一台机器当运行到一定程度时，不可避免的要进行拆卸和维修，只有拥有优良的可拆卸性才能实现的材料回收和再利用，以达到减少污染、保护环境的目的。

作为一个包装机械的研发人员，应重视优良可拆卸性设计，了解获取包装机械结构在拆卸方面有可能存在的不足，并提出相应的设计目标、结构方案。

2.2.4 均衡寿命设计

对包装机械而言，不可能满足每个零部件拥有相同或相似的使用寿命。所以，在设计开发时，应考虑使某一些模块具有较长的寿命，而设备中易于损坏的模块应设计成易于更换的结构，涉及到安全的模块在设计时应考虑设计成易于检测和维修的结构。

2.3 绿色包装的设计在控制上的关键技术

如果说结构设计是对一台机械产品的骨骼设计的话，那么对控制系统的设计就是对其大脑及神经的规划。对于包装机械而言，在其控制系统方面也可以从人机工程和一体化两方面来进行绿色设计。

2.3.1 人机工程的设计

优化包装机械的人机系统即人机工程的设计，比如，在进行包装机械的设计时，不仅要求包装机械本身有满意的精度，而且要适于人的使用习惯，以便识别和操作；设计的操作环境应尽量适合于人的工作需要，使包装机械设计达到人机系统优化的最佳效率。

2.3.2 一体化设计

包装机械是集合机、电、气、光、生、磁于一体的机械电子设备，是现代包装工业的骨干。

在进行包装机械的绿色设计时，实现机电一体化控制，着力提高包装机械的自动化程度，着力于提高包装机械的稳定性和可靠性，将包装机械的研发与计算机紧密结合。

2.4 面向材料包装机械设计的技术

面向材料的设计技术是在产品的全生命周期中的每一阶段里，以材料对环境的影响为控制目标，在实现产品功能要求的同时，拥有达到对环境污染最小和资源消耗最少的绿色产品设计技术。

2.5 包装机械的制造工艺设计

绿色制造工艺技术是以传统的工艺技术为基础，结合控制技术、材料科学等新技术的先进制造工艺技术，采用合理的新型加工方法，优化包装机械的工艺方案，使生产过程的废料最少化；采用合适的包装机械生产工艺，提高能源利用率；在包装机械的生产过程中应尽量减少产生对环境和操作者有危害的物质。

3 涂布机的改进设计

3.1 涂布机的系统组成及其工作原理

涂布机是在材料表面上涂布定量粘合剂或涂料等液体高分子材料的机械，就是把胶涂在薄膜上。它属于包装、印刷行业的印前设备。

涂布机的种类比较多，其系统组成一般包括自动放卷、收卷装置、张力检测和控制系统、张动纠偏导向机构和烘干系统等。

在涂布机的垂直支撑臂上装有涂布机构两端，通过皮带、链条或电缆的传动，使得涂布机构完成上下运动。连接在伺服或变频电机上的传动机构，使其操作平稳，精确控制涂布机构的位置。

涂布前，在涂布机前面或侧面装入清洁绷好网的网版，当网版处于正确的位置时，气动夹紧装置或机械式夹紧装置随即闭合，锁定网版。安装完网版灌入相应的感光乳剂后，即可开始涂布。根据设备所具有的功能，设备可同时对丝网的两面进行涂布。

其主要工作流程是：放卷涂胶贴合烘干收卷。

3.2 涂布机机构上的改进

在涂布机的结构设计方面，绿色包装机械设计的一些关键技术，可以在多个方面去改进，如：

3.2.1 自动换卷、接纸装置代替手工换卷、接纸装置

任何涂布机在使用过程中，都涉及到纸卷的更换。当无自动接纸装置的涂布机在更换纸卷时，必然有个从减速、停机、引纸、升速到上料的过程，其中在换卷后还涉及到重新调整幅度、涂布量等问题，这些调整不可避免的会降低生产效率和资源的浪费。

采用一自动换卷、接纸装置（如图2所示），由纸幅张力检测装置，新纸卷加速系统，双纸卷回转式退纸架，接纸装置等部件组成。在涂布机主机全速运行时，通过光电检测机械动作，将正在运行的纸幅从即将退卷完成的旧卷准确的切换到新纸卷上，同时通过PLC实现整机各个分部的自动连锁动作。

在整个换卷、接纸过程中，除了需要人工上纸卷、做接头标签等之外，其余都是通过PLC程序控制、光电开关来控制顺序动作，只需要按一下启动按钮即可实现连锁控制，这样既不需要减速、停机、加速，又降低了劳动强度，还保证了接纸的成功率，消除了设备和操作人员的安全隐患。

3.2.2 喷射式上料装置取代上料辊

将传统的上料辊用一个喷射式上料装置代替的话，一方面可以使涂布机在较高的速度下运行，减少基材断头，提高基材的清洁度，改善机器运行状况；另一方面，可以生产出更好、更均匀的被涂件，具体表现在涂料更好地覆盖在基材上，更好的光泽度并且基材不会出现遗漏涂布的现象。

3.2.3 横幅可自动调节的新的智能刮刀梁代替现有的刮

刀梁

将现有的刮刀梁改成横幅可自动调节的新的智能刮刀梁即是对涂布头刮刀梁的改造。由于不均匀的横幅涂布量使得传统的涂布头刮刀梁很容易产生达不到质量要求的损纸，由此经常发生断纸现象，而在更换刮刀片或断纸后，横幅的恢复时间太长。由于涂料在纸页上的湿条痕得不到有效的干燥，在涂布机干燥器中的纸幅容易产生皱折，涂料容易粘着在烘缸及辊子上。

损纸都会在出现在以上这几种情况中，从而降低纸机的生产效率。涂布机、压光机和复卷机的运行性能会受到不缙云的横幅涂布量的影响，超级压光机的辊子也不得不频繁更换。而经过改造后的刮刀梁可自动调节横幅涂布量，避免了因不均匀横幅涂布量引发的不良现象。

3.3 涂布机在生产原材料上的改进

涂布机是在材料表面上涂布定量粘合剂或涂料等液体高分子材料的机械，主要目的是将胶涂到薄膜上，所有的涂布机进行生产加工，都必须用到粘胶剂。然而，溶剂聚氨酯的分子量一般从几万到几十万，没有溶剂时粘度很大，常温下达到上百万毫帕.秒（mPa.s），无法直接涂布，所以常规方法是借助有机溶剂溶解稀释到可涂布的粘度。可是，有机溶剂大多数具有脂溶性，除经消化道和呼吸道进入机体内外，尚可经完整的皮肤迅速吸收，有机溶剂吸收入人体后，将作用于富含脂类物质的神经、血液系统，以及肝肾等实质脏器，同时对皮肤和粘膜也有一定的刺激性。可引起呼吸道炎症、过敏性皮炎、湿疹等，甚至可能会引发白血病。

因此，利用有机溶剂粘胶剂对操作人员环境都会造成不同程度的危害，根据绿色设计的理念和“零污染”的原则，是坚决摒弃的。因此，无溶剂复合机的研发成为解决这一问题的有效途径。

无溶剂复合机是用无溶剂胶粘剂把几种基材相互结合，经过熟化处理后，将基材牢固结合在一起的加工方法。它的特点就是使胶粘剂的固态含量是100%，不含任何溶剂，并且还少了烘干这一工序，环保。

其原理是利用加热将无溶剂聚氨酯胶粘剂变为粘度低的可流动的液体，能适合无溶剂复合机的涂布。因为无溶剂聚氨酯的分子间吸引力大（可形成氢键），在常温下粘度很高，当温度升高时，氢键断裂，粘度下降，加温使粘度降到可涂布的粘度。但温度过高，胶粘剂内部反应速度加快，也会造成涂布困难和涂布不均匀。因此要确定涂布的最佳温度，并保持最小的温度差。

4 结 语

环境、资源、人口是当今世界面临的三大主要问题，特别是环境问题，其恶化程度与日俱增，最有效的利用资源和废弃物的零排放才是治本之道，因此，“绿色制造”应运而生。作为绿色制造技术体系的核心――绿色设计的作用尤其突出。

包装机械产品具有生产和使用的双重属性，实行绿色设计尤为重要。包装机械的“绿化”应该主要从机械结构的“绿化”、控制系统的“绿化”、材料的“绿化”、生产工艺的“绿化”四方面来进行设计和分析。

从绿色设计理念和技术应用于涂布机结构和材料改进的案例中，可以看出其效果还是很明显的，不但提高的质量和生产率，而且改善了工作环境，减少了对人体和环境的危害。因此，绿色设计在包装机械行业发展中将是那辆开往“春天”的地铁。

参考文献：

[1] 丁建军.绿色是现代制造的和谐标志[J].装备制造技术，2009，（2）.

[2] 朱明霞.浅谈绿色制造技术[J].百家论苑，2007，（4）.

[3] 武瑞之，魏风军.绿色包装机械设计的关键技术探析[J].包装工程杂志，2004，（12）.

包装机械设计例9

近年来，在我国科学技术发展的过程中，人们为了使得机械设计技术的应用效果得到进一步的提升，就将许多先进的科学技术和设计理念应用到其中，从而满足当前现代化机械设计的相关要求。而虚拟样机技术的运用，主要是在计算机信息技术的基础向，建立其相关的数字化模型，对其整个机械系统进行简化设计，这样不仅有效的降低了机械设计的成本，优化了机械设备的工作性能，还使得机械产品开发设计的质量得到进一步的保障，有效的解决了传统技术设计技术在使用过程中存在的问题。下面我们就对虚拟样机技术在保证机械设计中的实际应用情况进行介绍。

1. 虚拟样机技术简介

1.1虚拟样机技术概述

目前在我国社会经济发展的过程中，人们也已经进入到了一个知识信息化的时代，许多先进的科学技术也不断的出现在了人们的生活当中，这样不仅很好的改变了人们的生活方式，还使得社会生产的质量和效率得到了进一步的提高。而在我国机械设计行业发展的过程中，人们为了使得机械产品的工作性能得到进一步的提升，使其传统机械开发技术中存在的问题得到很好的解决，人们也将许多先进的科学技术应用其中。而讯样机技术的应用，主要是为了对机械产品进行相应的创新设计，并且通过测试和评估的方法来对机械设备的质量和性能进行优化，尽可能的降低人们在机械产品开发过程中所设计到的成本消耗，从而促进我国机械设计行业的发展。目前，在我国机械设计当中，虚拟样机技术也被人们称之为机械系统动态技术，被人们应用到各种机械设备设计当中。

而仿真技术作为虚拟样机技术中的一种，人们早在上个世纪80年代，都已经将其应用到机械行业当中。并且随着社会的不断进步，也将许多先进的设计理念和科学技术应用到其中，从而使得方针技术的应用效果得到了进一步的提升。这样使得人们机械设计的过程中，通过计算机技术的应用，来对其样机实践进行分析，从而保障机械产品性能的最优化，有效的解决了人们在传统机械设计过程中，存在的相关的问题，从而促进我国机械设计行业的发展，满足现代化社会经济发展建设的相关要求。

1.2虚拟样机技术的优越性

本质上，虚拟样机技术是一种模拟仿真技术，涉及到多体系统运动学、动力学建模理论及其技术实现等方面，是在先进的建模技术、信息管理技术、多领域仿真技术、交互式用户界面介绍和虚拟现实技术的基础上的综合应用技术。虚拟样机其实就是实际产品在计算机上显现出的模型，又称为数字化样机。虚拟样机的智能性是实现人机交互的一种机械设计技术，是计算机辅助工程师进行设计，而不是完全由计算机程式化的进行产品设计分析。虚拟样机并不会因其虚拟性而在功能方面与物力样机存在差距，而是在一定程度上拥有与物力样机相似的功能，其检测的真实度具有可信性。利用相关分析软件，结合机械设计等方面知识，可通过分析产品虚拟模型，预测产品性能，包括运动学特性、动力学特性、强度分析、疲劳寿命等，为优化产品提供依据。

2. 虚拟样机技术相关软件

2.1 Pro/Engineer（Pro/E）

三维建模工具的出现和应用改变了传统的设计方法和过程。相比二维绘图软件，三维建模工具所独具的优点使得其正越来越多地得到应用。就目前市场上存在的三维建模软件来说，Pro/E软件，尤其是第三代产品Pro/E wildfire版本，其所具有的强大的参数化特征造型功能（现代CAD技术的一个主要发展方向）而受到企业界的一致认同。通过Pro/E 设计出来的与物理样机完全相同的虚拟样机，其零部件之间的装配和嵌合一目了然，而且通过它的运动仿真分析功能可以把设计错误消灭在设计的初始阶段，还可以简化复杂的设计工作，把设计人员从繁琐的工作中解放出来，使设计人员把精力放在机械产品的结构优化和创新上。

2.2 ADAMS

虚拟样机技术的典型应用软件是ADAMS软件。ADAMS是美国Mechanical Dynamics Inc公司开发的虚拟样机分析软件，使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格郎日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS一方面是虚拟样机分析的应用软件，用户可以运用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。另外，又是虚拟样机分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析的二次开发工具平台。

3. 包装机械设计过程中虚拟样机的应用

设计初期直接在计算机环境中创建虚拟样机，并进行各项仿真实验和分析，如此不仅可以使机械的结构和功能得到模拟，还能检测出机械产品的缺陷，使缺陷在最初的设计阶段就能及时发现并加以改进，实现设计与完善同步进行。虚拟样机技术的兴起，不仅使复杂的机械设计工序简单化，也为机械设计提供了全新的设计理念。本文将以机械中的减速器为例阐述虚拟样机给机械设计带来的巨大作用。减速器主要涉及到ADAMS和Pro/Engineer两种软件。设计者可以使用虚拟样机技术，通过三维建模、动力学仿真分析和优化设计等三个过程，研究零部件参数对减速器性能的影响并对测试结果进行分析，依照分析结果优化设计，实现最优设计。在建模过程中，设计者首先应用Pro/E软件建立减速器的带有质量、转动惯量等物理特征的各个部件，并装配好零部件。减速器Pro/E模型建立以后，利用IGES接口输到入实体模型ADAMS软件中，添加相应的约束与驱动后，设置仿真平台相应的输入输出参数，即可进行减速器动力学性能参数的分析与求解。在仿真的基础上就可以得到相关的数据，分析后进一步对所设计的机构进行结构参数优化，进而得到更为完善的减速器。由以上分析可以看出，ADAMS和Pro/Engineer软件可以图形的方式在计算机上显示出减速器，很方便的帮助设计者评估出产品设计方案的优劣，并能把虚拟样机中存在的缺陷及时发现并优化。有了这些参数，我们就可以快速、准确为完成物理样机设计奠定基础。

4. 结束语

总而言之，目前我们在包装机械设计的过程中，已经将虚拟样机技术应用到其中，这就使得机械设备的工作性能得到进一步的优化，从而有效的经济了传统机械设计技术在实际应用的过程中，存在的相关问题。而且随着社会经济的不断发展，人们为了使得虚拟样机技术的应用效果得到明显的增长，也将许多先进的科学技术应用到其中，这就有效的促进我国机械设计行业的发展，满足了现代化社会经济发展的相关要求。■

包装机械设计例10

中图分类号:TP273 文献标志码:A

Design of embedded OS based motion controller for packaging machinery

HUANG Xiao-hong1CHEN Zhi-ming2

(1Guangdong Industry Technical College, Guangzhou Guangdong, 510300, China

2 Department of Electronic Science, Huizhou University, Guangzhou Guangdong, 516007, China)

Abstract: Motion control is very important for packaging machinery. A design method of embedded Operation System (OS) based motion controller for packaging machinery is proposed in this paper. The overall system structure is presented, and the hardware and software design and implementation of the motion controller and its driver are discussed in detail. This proposed method can promote the application of automation technology for packaging machinery design, and is a referential example.

Key word: packaging machinery; motion control; embedded system

包装机械是发展包装工业的基础，在化工、建材、药品、食品等包装工业中都具有独特的作用[1]。虽然近年来我国包装机械发展很快，但是还存在着产品单一、能耗高、技术水平较低等诸多问题。要提高我国包装机械水平，就要加速包装机械工业的技术进步，充分利用现代电子和计算机技术的发展成果，提高包装机械设计的技术水平和市场竞争能力。

嵌入式技术作为一种最新的计算机技术发展成果，已经在国民经济和生活的各个方面得到广泛的应用[2,3]，它在包装机械设计中的应用也必将成为一种趋势。而运动控制在包装机械的设计中是一个很重要的方面，本文将介绍一种基于嵌入式操作系统的包装机械运动控制器的设计和实现方法。