王志帥

（北京永創(chuàng)通達(dá)機(jī)械設(shè)備有限公司，北京 100000）

1 包裝機(jī)械模塊化設(shè)計(jì)概況

1.1 模塊化設(shè)計(jì)內(nèi)涵

模塊化設(shè)計(jì)是指在分析產(chǎn)品功能的基礎(chǔ)上，根據(jù)客戶的實(shí)際需求選擇對(duì)應(yīng)模塊。因此，模塊需要進(jìn)行分類，便于客戶選擇。通過這種設(shè)計(jì)，客戶可以根據(jù)產(chǎn)品性能自主選擇模塊組合方式，根據(jù)市場(chǎng)需求的變化及時(shí)調(diào)整，從而更好地應(yīng)對(duì)市場(chǎng)變化。同時(shí)，模塊化設(shè)計(jì)可以降低包裝機(jī)械設(shè)備更新速度，通過智能化的設(shè)計(jì)方式促進(jìn)包裝機(jī)械行業(yè)的發(fā)展[1]。主要的包裝機(jī)械分類見表1。

表1 主要包裝機(jī)械分類名稱、類別代號(hào)和主要技術(shù)參數(shù)

當(dāng)前模塊化包裝機(jī)械分為多個(gè)種類，根據(jù)其功能和性能劃分，大概可以分為以下4個(gè)類型。

第一類是橫向類型。橫向類型模塊化設(shè)計(jì)是指不對(duì)產(chǎn)品主要參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，而是通過模塊實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品變形，從而制作出符合用戶需求的產(chǎn)品。這種類型的模塊化包裝機(jī)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，應(yīng)用范圍比較廣泛[2]。

第二類是縱向設(shè)計(jì)類型。縱向設(shè)計(jì)是指在同一類型的前提下，對(duì)不同規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行定向修改。這種類型的模塊可使產(chǎn)品種類更加豐富多樣，但結(jié)構(gòu)也更加復(fù)雜，比橫向類型難度較大。

第三類是跨系列類型。跨系列類型模塊化設(shè)計(jì)是指在一定的范圍內(nèi)修改模塊某些性能，從而獲得其他類型的產(chǎn)品。這種類型的模塊設(shè)計(jì)可以滿足更多種類的需求，但設(shè)備投入較高，維修程度和使用難度都比較大。

第四類是全系列類型。全系列類型是指綜合模塊化包裝機(jī)，包含了橫向、縱向等類型，因此可以產(chǎn)生的產(chǎn)品種類最為豐富，功能更加全面，價(jià)格也更高。

1.2 模塊化設(shè)計(jì)特點(diǎn)

模塊化設(shè)計(jì)以機(jī)械系統(tǒng)為基礎(chǔ)。根據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和智能化系統(tǒng)，模塊化設(shè)計(jì)主要具備以下幾個(gè)特點(diǎn)，見表2。

表2 模塊化設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)照表

第一，模塊化設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)流程。包裝機(jī)械設(shè)計(jì)需要根據(jù)客戶需求進(jìn)行，過程比較復(fù)雜。若要設(shè)計(jì)出不同功能，需結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)原則和指標(biāo)，完成包裝機(jī)械設(shè)計(jì)。在傳統(tǒng)的包裝機(jī)械中模塊是固定的，在模塊化設(shè)計(jì)中只需要根據(jù)需求選擇不同模塊，然后綜合模塊即可完成設(shè)計(jì)[3]。

第二，模塊化設(shè)計(jì)產(chǎn)品柔性程度較高。模塊化機(jī)械與機(jī)械設(shè)計(jì)不同，可以獨(dú)立存在，并且將最新的技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)過程中。模塊化設(shè)計(jì)也極大地加快了更新速度，生產(chǎn)商可以根據(jù)市場(chǎng)需求對(duì)模塊化設(shè)計(jì)進(jìn)行小范圍調(diào)整，從而滿足更多的需求，因此設(shè)計(jì)柔性較強(qiáng)。

傳統(tǒng)包裝機(jī)械設(shè)計(jì)需要經(jīng)過產(chǎn)品規(guī)劃、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)等多個(gè)過程。產(chǎn)品規(guī)劃是對(duì)需求和市場(chǎng)進(jìn)行分析，確定設(shè)計(jì)參數(shù)，并且提出詳細(xì)的設(shè)計(jì)任務(wù)書，確定產(chǎn)品的工作原理，篩選出較為合理的工作原理方案。技術(shù)設(shè)計(jì)是將方案轉(zhuǎn)化為具體機(jī)器設(shè)計(jì)，包含零部件設(shè)計(jì)和使用技術(shù)的選擇。工程設(shè)計(jì)是對(duì)所有工作圖進(jìn)行設(shè)計(jì)并且編制出設(shè)計(jì)文件，一般是由總裝配圖分拆成為零部件，零部件草圖在經(jīng)過審核之后再生產(chǎn)零部件，最終制作出產(chǎn)品。從以上的分析可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)包裝機(jī)械設(shè)計(jì)流程煩瑣，投入較大，需要經(jīng)過多個(gè)流程。

模塊化設(shè)計(jì)過程是對(duì)一定范圍內(nèi)的不同功能或者同功能不同規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行性能分析，劃分并且設(shè)計(jì)出不同功能的模塊，通過模塊之間的組合形成不同產(chǎn)品，根據(jù)市場(chǎng)需求直接對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行組合。包裝機(jī)械雖然應(yīng)用范圍不同，形式也存在巨大差異，種類和規(guī)格眾多，但是包裝機(jī)械設(shè)備也存在很多共同點(diǎn)。例如，包裹機(jī)械的主要用途是歸納，輔助裝備包含運(yùn)輸、存儲(chǔ)等，由自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制，系統(tǒng)當(dāng)中不同功能分工明確。因此，包裝機(jī)械中應(yīng)用模塊化技術(shù)具有技術(shù)優(yōu)越性，可以有效降低生產(chǎn)成本，提高設(shè)備重復(fù)利用率，也可以快速滿足市場(chǎng)需求。

2 模塊的劃分和接口

2.1 模塊劃分

在包裝機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)，要根據(jù)自身模塊設(shè)計(jì)指標(biāo)和機(jī)械設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行。因此，模塊應(yīng)遵循統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)才能滿足機(jī)械設(shè)計(jì)中的互換需求。模塊之間的尺寸必須有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)模塊之間的互換。作為機(jī)械系統(tǒng)的一部分，模塊劃分也直接影響機(jī)械系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)[4]。模塊劃分要具備靈活性，不僅要考慮到產(chǎn)品管理，還要考慮到產(chǎn)品發(fā)展需求。在具體的模塊劃分中，要注意到以下幾點(diǎn)。首先，滿足模塊多變性需求。模塊在劃分過程中要根據(jù)功能進(jìn)行分析，最大限度使用最少的模塊完成功能最多的產(chǎn)品。其次，滿足模塊的獨(dú)立性。模塊雖然是系統(tǒng)的一部分，但要具備獨(dú)立性，即模塊的功能和結(jié)構(gòu)可以在獨(dú)立的情況下進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。最后，確保結(jié)合部位的靈活性。模塊需要加入系統(tǒng)，并且要隨時(shí)更替，因此模塊之間的結(jié)合要便于拆卸更替。

2.2 模塊接口

模塊之間的接口會(huì)直接影響模塊的互換性和可組合性。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分線，模塊60%以上的功能受到接口影響，因此模塊接口非常重要。

對(duì)于包裝機(jī)械而言，接口的標(biāo)準(zhǔn)化和通用性會(huì)直接影響系統(tǒng)性能，影響模塊是否可以匹配到包裝機(jī)械中，是否可以拓展包裝機(jī)械功能。因此，在接口設(shè)計(jì)中要遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，要與市場(chǎng)中的包裝機(jī)械進(jìn)行適當(dāng)匹配[5]。

3 模塊化設(shè)計(jì)在包裝機(jī)械中的應(yīng)用——以裹包機(jī)為例

為了生產(chǎn)出不同規(guī)格的產(chǎn)品，模塊化設(shè)計(jì)被應(yīng)用于裹包機(jī)中。在裹包機(jī)中應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)主要具備兩方面優(yōu)勢(shì)。

一方面，降低產(chǎn)品包裝生產(chǎn)成本。裹包機(jī)在模塊化設(shè)計(jì)后，極大地豐富了包裝的種類，根據(jù)客戶需求更換裹包模塊即可，降低了生產(chǎn)成本，也可以滿足更多客戶需求，擴(kuò)大了企業(yè)客戶群體，提高了企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

另一方面，促進(jìn)商品多樣化發(fā)展。市場(chǎng)中的需求處于不斷變化中，產(chǎn)品需要緊跟市場(chǎng)需求變化。為了更好地滿足市場(chǎng)需求，產(chǎn)品需要在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。產(chǎn)品變化后裹包也需要調(diào)整，模塊化的裹包機(jī)可使商家自主選擇裹包方式，加快產(chǎn)品生產(chǎn)，促進(jìn)產(chǎn)品多樣化發(fā)展。

德國(guó)Krones公司設(shè)計(jì)的高速裹包機(jī)可以生產(chǎn)規(guī)格不同、形狀不同的產(chǎn)品裹包，也可以更換模塊，滿足了大多數(shù)商家需求。該裹包機(jī)一經(jīng)推出就得到了市場(chǎng)關(guān)注和追捧，之后模塊化設(shè)計(jì)在包裝機(jī)械的中應(yīng)用越來越廣泛，逐漸成為行業(yè)發(fā)展方向之一。

4 包裝機(jī)械設(shè)計(jì)優(yōu)化策略

在包裝機(jī)械設(shè)計(jì)優(yōu)化中，模塊化設(shè)計(jì)只是其中一個(gè)方向。當(dāng)前包裝機(jī)械設(shè)計(jì)優(yōu)化的方式主要有虛擬設(shè)計(jì)等方式。虛擬設(shè)計(jì)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生的，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design，CAD）這種輔助繪圖軟件進(jìn)行繪圖，之后根據(jù)需求確定技術(shù)指標(biāo)和性能參數(shù)，從而完成包裝機(jī)械生產(chǎn)[6]。這種設(shè)計(jì)方式不僅可以有效檢測(cè)設(shè)計(jì)中的故障，還可以有效簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程，降低設(shè)計(jì)難度。最重要的是通過虛擬設(shè)計(jì)可以對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改，也可以根據(jù)需求重新調(diào)整，可更好地滿足客戶需求。虛擬設(shè)計(jì)有助于促進(jìn)包裝機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)的發(fā)展，不僅降低了設(shè)計(jì)難度，縮短了設(shè)計(jì)周期，還可以節(jié)約設(shè)計(jì)成本。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式需要將產(chǎn)品設(shè)計(jì)出后再進(jìn)行檢測(cè)，投入了大量人力物力。虛擬設(shè)計(jì)可以通過計(jì)算機(jī)直接進(jìn)行檢測(cè)并快速進(jìn)行調(diào)整，是包裝機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)，為包裝機(jī)械設(shè)計(jì)提供了新的動(dòng)力。

5 結(jié)語

當(dāng)前我國(guó)包裝機(jī)械行業(yè)與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比依然存在較大差距，模塊化設(shè)計(jì)應(yīng)用范圍依然較小，設(shè)計(jì)水平依然較低。因此，我國(guó)應(yīng)加大對(duì)包裝機(jī)械模塊化設(shè)計(jì)的支持，加大技術(shù)研發(fā)，進(jìn)行產(chǎn)學(xué)結(jié)合，加快科研成果的轉(zhuǎn)化。此外，要注重包裝機(jī)械設(shè)計(jì)中其他設(shè)計(jì)方式的投入，積極利用信息技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，更好地滿足社會(huì)發(fā)展需求。