包装机械设计制造中计算机仿真技术的运用

郭聪

摘要：在现代包装行业中，包装机械是最为基础的设备，也是商品制造过程中不可缺少的重要装备之一。伴随着新型计算机技术的应用，其功能和作用逐步完善，产品的类型也日益增多。随着国民经济的不断发展，社会大众对产品的制造质量、种类等要求也越来越高。行业竞争日益激烈，要求制造厂商必须在保证产品质量的同时，尽量减少产品开发时间。笔者简要阐述了机械仿真技术对包装机械设计制造的作用以及包装机械制造中仿真技术的运用，包括齿轮设计、机械结构设计和复杂数值计算等，最后举出相关应用实例。

关键词：包装机械设计；计算机仿真技术；运用

计算机仿真技术是指通过利用应用程序对问题进行分析和处理的一种实用技术。其主要特点是效率高、安全性高以及性能强大等，目前已成为系统分析和评估等使用的重要技术之一。在其发展的过程中，大致经历了3个时期，即早期的模拟仿真、后来的混合仿真、逐渐完善的数字仿真阶段。随着社会的发展，计算机仿真技术已逐步运用到社会生产的各个领域，在一定程度上促进了企业产品的制造，进而提升其经济实力和竞争能力。

1 机械仿真技术对包装机械设计制造的作用

仿真技术也叫作虚拟样机技术，设计者通过相关的应用程序在电脑终端设立模型，通过对各类非静态性的系数进行分析以实现设计方案的优化和完善，其优势是操作更为便捷，不需要制造事物产品即可完成，实现了用新兴技术代替传统的实验方式的转变，为生产制造业提供了技术支持和发展的推动力。在当前的包装机械设计制造行业中，为及时高效地处理产品生产中的方案设计、研究以及进行实验等多方面的问题，大都需在电脑终端设定相关系统的仿真模拟造型，通过仿真模型对实际运用的主体进行试验。

在系统开发和方案设计的初级阶段，相关工作人员只需利用辅助程序设计并建立多种类型的模拟样机，即可对实际中的或正在研发的系统进行分析或实验，其用于监管和改进的相关应用的操作也十分简单。新型仿真技术的运用除了能够帮助提升机械装备开发研究的质量，同时还能在很大程度上降低产品制造成本和缩短产品开发生产周期，进而提升企业的经济效益。

2 包装机械设计制造中计算仿真技术的应用

2.1 齿轮设计

在包装机械制造中，齿轮是最为主要也是最为基础的组成零件，因此对其在制作过程中计算机仿真技术的运用的研究是非常有实际意义的。例如，运用Visual Lisp语言就可从几何角度对齿轮设计提供研究辅助，其主要研究齿轮任一平面的齿轮形状的模型建立和仿真传动的设计。齿轮泵的齿轮开发研究中也在一定程度上依靠计算机仿真技术的支持。另外，圆弧针齿行星转动的动力学研究也可以利用该技术，仿真技术在其中的应用主要是对模拟造型进行监测和实验，以确认和审核新型设计方案的实用性和是否有技术技术性问题存在，为提高传动设备的实用性和性能提供了技术理念和数据分析的支持。在电脑终端实现对制造参数的多次修改和确认，保障设计的样品可直接运用到企业制造或生产的过程中，这也是齿轮设计的关键发展趋势之一。

2.2 机械结构设计

一般来说，机械产品的组装要求都较高，涉及的零部件较多。为保证已经完成制定的工艺活动能够顺利实现，在对新产品进行开发和研究的过程中，机械产品的相关机构是否能够正常地完成事先设定的动作，机构相互之间的运动能否实现合理配合，机构之间有无互相影响或干涉的部分存在以及如何确定各类的机构融合形式或设计方案来更好地适应设计指标等等，这种种难题和麻烦都需要通过计算机仿真技术的应用来实现有效解决。

通常规模较大的立体机械设计程序都会自动准备一个机构仿真的功能运用，在模拟条件下设计完成的装配体能够实现对机构的运动轨迹和方式进行虚拟演示，这种应用程序大多较为直观和便捷。同时，这类应用程序根据装配的数值进行自动机构数据的运算，并且智能添加相关的附加设备，例如弹簧和运动发生器等。若要实现运动学的仿真，对主运动构件进行设定即可，还能实现多方位的观察和监测，应用程序还可同时对产生干扰的程序进行检测，以帮助设计者进行检验和审核。

2.3 复杂数值计算

新型技术的应用使得大多数计算程序繁杂的分析更加简单明了、计算难度降低，从而降低了计算的时间成本，规避了无意义的、水平较低的人力耗费，使得计算效率更高、速度更快以及精确度更高，在新产品的开发和研究设计的方面发挥了巨大作用。

机械产品研发程序大多是从理论设计开始，到接下来的廓形设计、细节设计、实验、细节修改到再次实验的循环过程，直到产品达到相关的生产标准，其中仿真技术的运用帮助产品研发和设计，在最大程度上降低了财力成本和时间成本的耗费。对包装产品的动力学虚拟样机进行技术分析，能够获取产品构造的强度应力、运动状态以及其他相关参数，通过对相关数值的运算和研究可以发现其中的潜在风险和质量问题等，从而提高其开发和生产效率。

2.4 机械设计制造及自动化

计算机技术的运用主要体现在计算机虚拟技术和仿真技术的运用方面。例如借助计算机技术实现各类大型电子设备被开发并投入使用。计算机使机械设计制造的精确度不断提升，促进了我国计算机工业化的发展，并使得集成电路的集成效率和水平得到有效提升，其存储器的空间也在逐渐扩大。机械设计制造及自动化的程序较为繁杂，计算机技术的程序优势使得其在机械设计行业中拥有重要的地位和作用。在机械设计过程中，涉及的复杂的设计图纸的绘制，需要计算机的有效辅助，例如CAD，CAM等绘图程序能够有效帮助降低绘图的复杂程度，进而提高绘图效率。

计算机仿真技术是可视技术和虚拟技术不断改进的结果。仿真程序对仿真对象建立数学模型，将实际仿真对象的相关数据和参数信息较为全面、详细并客观地表现出来。随后通过计算机技术分析，既能提高仿真对象的实用性能，又能在改进的过程中对相关程序进行简化，降低操作难度。另外，仿真技术将实际与虚拟模拟有效结合，对相关大型机械设计制造进行仿真模拟，能够促使机械制造的质量和效果得到有效提升。

3 包装机械设计制造中计算仿真技术应用实例

文章以自动包装秤的计算机建模以及自动化系统为应用实例。

自动包装秤大致可分为称重部分和包装部分。首先建立自动包装秤立体模型以及自动包装秤的零件建模。主要包括下料组件、称重组件、包装组件以及秤架。下料组件中的部分零件可通过建立二维图形，再借助三维建模中的多种工具完成创造。称重组件的设计是通过在曲面设计模块中建立旋转面，再将零件模块增厚后封闭曲面形成实体，而后进行编辑形成。接着进行自动包装秤的零部件配置。整体的模型建立需零部件的完整组成，装配实际上就是在零件之间增加约束力，以对其相对位置关系产生限制。使用操作辅助工具，选择在不同的坐标轴和平面内移动，使得零部件的位置基本与实际的机型相似。通过约束工具，选择零部件的点、线、面施加相合或接触、固定等约束力，对零部件进行精准的位置确定，到此才完成了零部件的装配。所有的装配完成之后，就形成了自动包装秤的各个结构的模型。

模拟制造大致可划分为以设计为重点的模拟制造和以生产为重点的模拟制造。前者主要通过将产品设计理念渗透到整体设计过程中的方式，实现虚拟技术产品设计方面的优化和完善，进而通过电脑终端生成立体模拟样机。因此，在实际的设计环节，就可对涉及的零部件和产品整体进行实用性的分析。而后者是在产品生产过程中使用模型建立，据此对生产过程进行优化和完善，以快速完成对生产方案的评估。其基本目的是对产品投入生产的可行性进行评估，使得产品可生产性评估达到极高的水准，可实现“无缝”虚拟，促使产品在实际制造时不断优化和改进。

将计算机仿真技术运用于自动化系统大致可分为以下步骤：第一，建立模型。仿真模型的建立是包含于自动化系统之中的，能够实现对实际系统运行的模拟。其基础的仿真设备的制作参数由实际的自动化系统的参数决定，在建模过程中，应对数据和实时状态有精确的把握，以建立完善的监测体系，保证数据的及时性。第二，程序编写。其主要依据仍旧是实际的数据和已经确立的仿真模型，坚持以实际系统的数据为主要参数的基本原则，以保证程序编写的科学性和合理性。第三，建立模拟系统。在完成基本的模型建立和程序编写之后，即可进行模拟系统的建立。模拟系统的建立要求按照相关的实际参数和运行的准确数据进行。同时，模拟系统不仅要对实际自动化系统的运行进行仿真，还能实现对实际数据的有效模拟，并且能够将实际体现的参数和数据进行及时调整。第四，检验结果。对已经完成的仿真系统需进行仔细分析，并对模拟系统的运算结果进行适当优化。对结果的检验是整个模拟过程的最后一步，也是最容易被忽视的一步。其对模拟过程中所反馈的各项数据进行分析和研究，对部分出现误差的数据进行适当调整，进而实现整个模拟自动化系统的优化。

4 结语

计算机仿真技术的综合性较强，其不仅能够对包装机械产品的设计效果进行检验，还能够在产品设计过程中提供理论和技术指导，在理念设计环节就能对产品构成进行优化和完善，从而保障产品能顺利投入生产，并提高其性能和实用性。在机械制造及自动化领域以及音响技术的研发等行业，计算机仿真技术都发挥了极为重要的作用。同时，虚拟技术缩短了产品的研发和设计周期，一定程度上减少了其设计和实验耗费的时间，并降低了整个产品开发和制造的成本，进而提升企业的经济效益。