现代包装机械设计方法

湖北水利水电职业技术学院 郝玉龙

武汉工业学院工商学院 徐泰燕

引言

我国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。但是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。随着科学技术的发展及市场竞争的加剧，客户的需求也越来越高。体现在以下几个方面：为了满足交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；为了适应产品更新变化的需要，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（表1现代设计方法分类）：

表1 现代设计方法分类

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，一机多用，或更换少量的零、部件就可以完成不同的功能，或满足不同的产品需求。

现代包装机的设计过程与现代机械的设计过程基本一样（如图1），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械系统的布局、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。

图1 现代包装机械设计流程

另外现代包装机械设计应该满足“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。

3、包装机械可靠性的设计方法

机械可靠性设计可分为定性可靠性设计和定量可靠性设计。所谓定性可靠性设计就是在进行故障模式影响及危害性分析的基础上，有针对性地应用成功的设计经验使所设计的产品达到可靠的目的。所谓定量可靠性设计就是在充分掌握所设计零件的强度分布和应力分布以及各种设计参数的随机性基础上，通过建立隐式极限状态函数或显式极限状态函数的关系，设计出满足规定可靠性要求的产品。

机械可靠性设计方法是常用的方法，是目前开展机械可靠性设计的一种最直接有效的方法，无论结构可靠性设计还是机构可靠性设计都是大量采用的常用方法。可靠性定量设计虽然可以按照可靠性指标设计出满足要求的恰如其分的零件，但由于材料的强度分布和载荷分布的具体数据目前还很缺乏，加之其中要考虑的因素很多，从而限制其推广应用，一般在关键或重要的零部件的设计时采用。

机械可靠性设计由于产品的不同和构成的差异，可以采用的可靠性设计方法有：

将这些方法应用到包装机械设计中去即为现代包装机械可靠性设计，当然，机械可靠性设计的方法绝不能离开传统法，如机械计算机辅助设计、有限元分析等。

4、结语

目前，微电子技术、信息技术、网络技术、材料科学等学科迅猛发展，而且不断向机械工业渗透。现代设计技术也不断地与机械设计技术相结合，向集成化、敏捷化、网络化、智能化的方向进一步发展。在包装机械设计中引用现代机械设计方法，使得包装机械的设计周期大大地缩短，提高了产品的性能，而且还有助于经济效益的提高。随着设计新手段、新方法、新技术不断地涌现，广大技术人员应不断更新设计思维，采用现代设计技术，真正提高产品的开发能力和设计水平，以增强市场竞争力。

表2 机械可靠性方法及应用