包裝機械設計制造中計算機仿真技術的運用

郭聰

摘要：在現代包裝行業中，包裝機械是最為基礎的設備，也是商品制造過程中不可缺少的重要裝備之一。伴隨著新型計算機技術的應用，其功能和作用逐步完善，產品的類型也日益增多。隨著國民經濟的不斷發展，社會大眾對產品的制造質量、種類等要求也越來越高。行業競爭日益激烈，要求制造廠商必須在保證產品質量的同時，盡量減少產品開發時間。筆者簡要闡述了機械仿真技術對包裝機械設計制造的作用以及包裝機械制造中仿真技術的運用，包括齒輪設計、機械結構設計和復雜數值計算等，最后舉出相關應用實例。

關鍵詞：包裝機械設計；計算機仿真技術；運用

計算機仿真技術是指通過利用應用程序對問題進行分析和處理的一種實用技術。其主要特點是效率高、安全性高以及性能強大等，目前已成為系統分析和評估等使用的重要技術之一。在其發展的過程中，大致經歷了3個時期，即早期的模擬仿真、后來的混合仿真、逐漸完善的數字仿真階段。隨著社會的發展，計算機仿真技術已逐步運用到社會生產的各個領域，在一定程度上促進了企業產品的制造，進而提升其經濟實力和競爭能力。

1 機械仿真技術對包裝機械設計制造的作用

仿真技術也叫作虛擬樣機技術，設計者通過相關的應用程序在電腦終端設立模型，通過對各類非靜態性的系數進行分析以實現設計方案的優化和完善，其優勢是操作更為便捷，不需要制造事物產品即可完成，實現了用新興技術代替傳統的實驗方式的轉變，為生產制造業提供了技術支持和發展的推動力。在當前的包裝機械設計制造行業中，為及時高效地處理產品生產中的方案設計、研究以及進行實驗等多方面的問題，大都需在電腦終端設定相關系統的仿真模擬造型，通過仿真模型對實際運用的主體進行試驗。

在系統開發和方案設計的初級階段，相關工作人員只需利用輔助程序設計并建立多種類型的模擬樣機，即可對實際中的或正在研發的系統進行分析或實驗，其用于監管和改進的相關應用的操作也十分簡單。新型仿真技術的運用除了能夠幫助提升機械裝備開發研究的質量，同時還能在很大程度上降低產品制造成本和縮短產品開發生產周期，進而提升企業的經濟效益。

2 包裝機械設計制造中計算仿真技術的應用

2.1 齒輪設計

在包裝機械制造中，齒輪是最為主要也是最為基礎的組成零件，因此對其在制作過程中計算機仿真技術的運用的研究是非常有實際意義的。例如，運用Visual Lisp語言就可從幾何角度對齒輪設計提供研究輔助，其主要研究齒輪任一平面的齒輪形狀的模型建立和仿真傳動的設計。齒輪泵的齒輪開發研究中也在一定程度上依靠計算機仿真技術的支持。另外，圓弧針齒行星轉動的動力學研究也可以利用該技術，仿真技術在其中的應用主要是對模擬造型進行監測和實驗，以確認和審核新型設計方案的實用性和是否有技術技術性問題存在，為提高傳動設備的實用性和性能提供了技術理念和數據分析的支持。在電腦終端實現對制造參數的多次修改和確認，保障設計的樣品可直接運用到企業制造或生產的過程中，這也是齒輪設計的關鍵發展趨勢之一。

2.2 機械結構設計

一般來說，機械產品的組裝要求都較高，涉及的零部件較多。為保證已經完成制定的工藝活動能夠順利實現，在對新產品進行開發和研究的過程中，機械產品的相關機構是否能夠正常地完成事先設定的動作，機構相互之間的運動能否實現合理配合，機構之間有無互相影響或干涉的部分存在以及如何確定各類的機構融合形式或設計方案來更好地適應設計指標等等，這種種難題和麻煩都需要通過計算機仿真技術的應用來實現有效解決。

通常規模較大的立體機械設計程序都會自動準備一個機構仿真的功能運用，在模擬條件下設計完成的裝配體能夠實現對機構的運動軌跡和方式進行虛擬演示，這種應用程序大多較為直觀和便捷。同時，這類應用程序根據裝配的數值進行自動機構數據的運算，并且智能添加相關的附加設備，例如彈簧和運動發生器等。若要實現運動學的仿真，對主運動構件進行設定即可，還能實現多方位的觀察和監測，應用程序還可同時對產生干擾的程序進行檢測，以幫助設計者進行檢驗和審核。

2.3 復雜數值計算

新型技術的應用使得大多數計算程序繁雜的分析更加簡單明了、計算難度降低，從而降低了計算的時間成本，規避了無意義的、水平較低的人力耗費，使得計算效率更高、速度更快以及精確度更高，在新產品的開發和研究設計的方面發揮了巨大作用。

機械產品研發程序大多是從理論設計開始，到接下來的廓形設計、細節設計、實驗、細節修改到再次實驗的循環過程，直到產品達到相關的生產標準，其中仿真技術的運用幫助產品研發和設計，在最大程度上降低了財力成本和時間成本的耗費。對包裝產品的動力學虛擬樣機進行技術分析，能夠獲取產品構造的強度應力、運動狀態以及其他相關參數，通過對相關數值的運算和研究可以發現其中的潛在風險和質量問題等，從而提高其開發和生產效率。

2.4 機械設計制造及自動化

計算機技術的運用主要體現在計算機虛擬技術和仿真技術的運用方面。例如借助計算機技術實現各類大型電子設備被開發并投入使用。計算機使機械設計制造的精確度不斷提升，促進了我國計算機工業化的發展，并使得集成電路的集成效率和水平得到有效提升，其存儲器的空間也在逐漸擴大。機械設計制造及自動化的程序較為繁雜，計算機技術的程序優勢使得其在機械設計行業中擁有重要的地位和作用。在機械設計過程中，涉及的復雜的設計圖紙的繪制，需要計算機的有效輔助，例如CAD，CAM等繪圖程序能夠有效幫助降低繪圖的復雜程度，進而提高繪圖效率。

計算機仿真技術是可視技術和虛擬技術不斷改進的結果。仿真程序對仿真對象建立數學模型，將實際仿真對象的相關數據和參數信息較為全面、詳細并客觀地表現出來。隨后通過計算機技術分析，既能提高仿真對象的實用性能，又能在改進的過程中對相關程序進行簡化，降低操作難度。另外，仿真技術將實際與虛擬模擬有效結合，對相關大型機械設計制造進行仿真模擬，能夠促使機械制造的質量和效果得到有效提升。

3 包裝機械設計制造中計算仿真技術應用實例

文章以自動包裝秤的計算機建模以及自動化系統為應用實例。

自動包裝秤大致可分為稱重部分和包裝部分。首先建立自動包裝秤立體模型以及自動包裝秤的零件建模。主要包括下料組件、稱重組件、包裝組件以及秤架。下料組件中的部分零件可通過建立二維圖形，再借助三維建模中的多種工具完成創造。稱重組件的設計是通過在曲面設計模塊中建立旋轉面，再將零件模塊增厚后封閉曲面形成實體，而后進行編輯形成。接著進行自動包裝秤的零部件配置。整體的模型建立需零部件的完整組成，裝配實際上就是在零件之間增加約束力，以對其相對位置關系產生限制。使用操作輔助工具，選擇在不同的坐標軸和平面內移動，使得零部件的位置基本與實際的機型相似。通過約束工具，選擇零部件的點、線、面施加相合或接觸、固定等約束力，對零部件進行精準的位置確定，到此才完成了零部件的裝配。所有的裝配完成之后，就形成了自動包裝秤的各個結構的模型。

模擬制造大致可劃分為以設計為重點的模擬制造和以生產為重點的模擬制造。前者主要通過將產品設計理念滲透到整體設計過程中的方式，實現虛擬技術產品設計方面的優化和完善，進而通過電腦終端生成立體模擬樣機。因此，在實際的設計環節，就可對涉及的零部件和產品整體進行實用性的分析。而后者是在產品生產過程中使用模型建立，據此對生產過程進行優化和完善，以快速完成對生產方案的評估。其基本目的是對產品投入生產的可行性進行評估，使得產品可生產性評估達到極高的水準，可實現“無縫”虛擬，促使產品在實際制造時不斷優化和改進。

將計算機仿真技術運用于自動化系統大致可分為以下步驟：第一，建立模型。仿真模型的建立是包含于自動化系統之中的，能夠實現對實際系統運行的模擬。其基礎的仿真設備的制作參數由實際的自動化系統的參數決定，在建模過程中，應對數據和實時狀態有精確的把握，以建立完善的監測體系，保證數據的及時性。第二，程序編寫。其主要依據仍舊是實際的數據和已經確立的仿真模型，堅持以實際系統的數據為主要參數的基本原則，以保證程序編寫的科學性和合理性。第三，建立模擬系統。在完成基本的模型建立和程序編寫之后，即可進行模擬系統的建立。模擬系統的建立要求按照相關的實際參數和運行的準確數據進行。同時，模擬系統不僅要對實際自動化系統的運行進行仿真，還能實現對實際數據的有效模擬，并且能夠將實際體現的參數和數據進行及時調整。第四，檢驗結果。對已經完成的仿真系統需進行仔細分析，并對模擬系統的運算結果進行適當優化。對結果的檢驗是整個模擬過程的最后一步，也是最容易被忽視的一步。其對模擬過程中所反饋的各項數據進行分析和研究，對部分出現誤差的數據進行適當調整，進而實現整個模擬自動化系統的優化。

4 結語

計算機仿真技術的綜合性較強，其不僅能夠對包裝機械產品的設計效果進行檢驗，還能夠在產品設計過程中提供理論和技術指導，在理念設計環節就能對產品構成進行優化和完善，從而保障產品能順利投入生產，并提高其性能和實用性。在機械制造及自動化領域以及音響技術的研發等行業，計算機仿真技術都發揮了極為重要的作用。同時，虛擬技術縮短了產品的研發和設計周期，一定程度上減少了其設計和實驗耗費的時間，并降低了整個產品開發和制造的成本，進而提升企業的經濟效益。