現代包裝機械設計方法

湖北水利水電職業技術學院 郝玉龍

武漢工業學院工商學院 徐泰燕

引言

我國包裝機械行業起步于20世紀70年代，在80年代末和90年代中得到迅速發展。已成為機械工業中的10大行業之一，無論是產量，還是品種上，都取得了令人矚目的成就，為我國包裝工業的快速發展提供了有力的保障。目前，我國已成為世界包裝機械工業生產和消費大國之一。但是在包裝機械設計領域，絕大多數設計人員仍沿用傳統的設計方法。隨著科學技術的發展及市場競爭的加劇，客戶的需求也越來越高。體現在以下幾個方面：為了滿足交貨期和降低生產成本的需要以及包裝機械和生產機械相銜接必須提高生產效率；為了適應產品更新變化的需要，包裝機械要具有高的柔性和靈活性；當設備出現故障時，能進行遠程診斷服務；利于環境保護，噪聲、粉塵和廢棄物少；設備購置投資盡可能少，價格要盡可能低。而傳統的設計方法根本無法滿足這些要求。

1、現代機械設計方法

為了尋求保證設計質量、加快設計速度、避免和減少設計失誤的方法和措施，并適應科學技術發展的要求，使設計工作現代化，引發了現代設計方法的研究。現代設計方法的特點是動態的、科學的、計算機化的方法。它將那些在科學領域內得到應用的所有科學方法論應用到工程設計中。現代設計方法實質上是科學方法論在設計中的應用。冠以“現代”二字是為了引起重視，其實有些方法也并非是現代的。可歸納為下列具有普遍意義的方法（表1現代設計方法分類）：

表1 現代設計方法分類

把以上現代設計方法應用到機械設計中來，則稱其為現代機械設計方法。

2、現代機械設計方法在包裝機械設計中的應用

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

現代包裝機的設計過程與現代機械的設計過程基本一樣（如圖1），但設計階段側重點不同，如：總體設計時，要全面考慮整個包裝機械系統的布局、運動協調性、造型設計、人-機環境以及裝箱運輸等。模塊化設計是一種先進的設計方法，它的核心思想是將系統根據功能分為若干模塊，將包裝機中同一功能的單元設計成具有不同性能、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。采用這種方法的優點是：（1）使包裝機更新換代速度加快。因為新機型的替代，往往是局部改進。將先進技術引進相應的模塊，比較容易實現局部改進；（2）縮短設計周期。當用戶提出要求后，只需更換模塊，或設計制造部分模塊，即可得到新的機型，滿足用戶需求；（3）降低成本，便于維修；（4）性能穩定可靠。

圖1 現代包裝機械設計流程

另外現代包裝機械設計應該滿足“綠色設計”，即人性化設計的要求。它是面向質量設計、裝配設計、制造設計、維修設計、可靠性設計的綜合設計。我國人口眾多，人均消費水平比發達國家低，而且城鄉差異較大，包裝系統的設計應以價廉物美為主，不能盲目追求高精尖。要考慮到可靠性、安全性、環保性、低噪音等各方面的因素。充分體現原理優化、結構優化、制造優化、造型優化。

3、包裝機械可靠性的設計方法

機械可靠性設計可分為定性可靠性設計和定量可靠性設計。所謂定性可靠性設計就是在進行故障模式影響及危害性分析的基礎上，有針對性地應用成功的設計經驗使所設計的產品達到可靠的目的。所謂定量可靠性設計就是在充分掌握所設計零件的強度分布和應力分布以及各種設計參數的隨機性基礎上，通過建立隱式極限狀態函數或顯式極限狀態函數的關系，設計出滿足規定可靠性要求的產品。

機械可靠性設計方法是常用的方法，是目前開展機械可靠性設計的一種最直接有效的方法，無論結構可靠性設計還是機構可靠性設計都是大量采用的常用方法。可靠性定量設計雖然可以按照可靠性指標設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據目前還很缺乏，加之其中要考慮的因素很多，從而限制其推廣應用，一般在關鍵或重要的零部件的設計時采用。

機械可靠性設計由于產品的不同和構成的差異，可以采用的可靠性設計方法有：

將這些方法應用到包裝機械設計中去即為現代包裝機械可靠性設計，當然，機械可靠性設計的方法絕不能離開傳統法，如機械計算機輔助設計、有限元分析等。

4、結語

目前，微電子技術、信息技術、網絡技術、材料科學等學科迅猛發展，而且不斷向機械工業滲透。現代設計技術也不斷地與機械設計技術相結合，向集成化、敏捷化、網絡化、智能化的方向進一步發展。在包裝機械設計中引用現代機械設計方法，使得包裝機械的設計周期大大地縮短，提高了產品的性能，而且還有助于經濟效益的提高。隨著設計新手段、新方法、新技術不斷地涌現，廣大技術人員應不斷更新設計思維，采用現代設計技術，真正提高產品的開發能力和設計水平，以增強市場競爭力。

表2 機械可靠性方法及應用