包装机械设计中模块化设计应用现状

2022-05-28王志帅

现代制造技术与装备 2022年4期

王志帅

（北京永创通达机械设备有限公司，北京 100000）

1 包装机械模块化设计概况

1.1 模块化设计内涵

模块化设计是指在分析产品功能的基础上，根据客户的实际需求选择对应模块。因此，模块需要进行分类，便于客户选择。通过这种设计，客户可以根据产品性能自主选择模块组合方式，根据市场需求的变化及时调整，从而更好地应对市场变化。同时，模块化设计可以降低包装机械设备更新速度，通过智能化的设计方式促进包装机械行业的发展[1]。主要的包装机械分类见表1。

表1 主要包装机械分类名称、类别代号和主要技术参数

当前模块化包装机械分为多个种类，根据其功能和性能划分，大概可以分为以下4个类型。

第一类是横向类型。横向类型模块化设计是指不对产品主要参数进行调整，而是通过模块实现产品变形，从而制作出符合用户需求的产品。这种类型的模块化包装机结构比较简单，应用范围比较广泛[2]。

第二类是纵向设计类型。纵向设计是指在同一类型的前提下，对不同规格的产品进行定向修改。这种类型的模块可使产品种类更加丰富多样，但结构也更加复杂，比横向类型难度较大。

第三类是跨系列类型。跨系列类型模块化设计是指在一定的范围内修改模块某些性能，从而获得其他类型的产品。这种类型的模块设计可以满足更多种类的需求，但设备投入较高，维修程度和使用难度都比较大。

第四类是全系列类型。全系列类型是指综合模块化包装机，包含了横向、纵向等类型，因此可以产生的产品种类最为丰富，功能更加全面，价格也更高。

1.2 模块化设计特点

模块化设计以机械系统为基础。根据计算机系统和智能化系统，模块化设计主要具备以下几个特点，见表2。

表2 模块化设计与传统设计对照表

第一，模块化设计简化了设计流程。包装机械设计需要根据客户需求进行，过程比较复杂。若要设计出不同功能，需结合机械设计原则和指标，完成包装机械设计。在传统的包装机械中模块是固定的，在模块化设计中只需要根据需求选择不同模块，然后综合模块即可完成设计[3]。

第二，模块化设计产品柔性程度较高。模块化机械与机械设计不同，可以独立存在，并且将最新的技术应用到生产过程中。模块化设计也极大地加快了更新速度，生产商可以根据市场需求对模块化设计进行小范围调整，从而满足更多的需求，因此设计柔性较强。

传统包装机械设计需要经过产品规划、方案设计、技术设计等多个过程。产品规划是对需求和市场进行分析，确定设计参数，并且提出详细的设计任务书，确定产品的工作原理，筛选出较为合理的工作原理方案。技术设计是将方案转化为具体机器设计，包含零部件设计和使用技术的选择。工程设计是对所有工作图进行设计并且编制出设计文件，一般是由总装配图分拆成为零部件，零部件草图在经过审核之后再生产零部件，最终制作出产品。从以上的分析可以发现，传统包装机械设计流程烦琐，投入较大，需要经过多个流程。

模块化设计过程是对一定范围内的不同功能或者同功能不同规格的产品进行性能分析，划分并且设计出不同功能的模块，通过模块之间的组合形成不同产品，根据市场需求直接对产品进行组合。包装机械虽然应用范围不同，形式也存在巨大差异，种类和规格众多，但是包装机械设备也存在很多共同点。例如，包裹机械的主要用途是归纳，辅助装备包含运输、存储等，由自动控制系统对设备进行控制，系统当中不同功能分工明确。因此，包装机械中应用模块化技术具有技术优越性，可以有效降低生产成本，提高设备重复利用率，也可以快速满足市场需求。

2 模块的划分和接口

2.1 模块划分

在包装机械设计中应用模块化设计，要根据自身模块设计指标和机械设计的要求进行。因此，模块应遵循统一标准才能满足机械设计中的互换需求。模块之间的尺寸必须有统一标准，以实现模块之间的互换。作为机械系统的一部分，模块划分也直接影响机械系统的正常运转[4]。模块划分要具备灵活性，不仅要考虑到产品管理，还要考虑到产品发展需求。在具体的模块划分中，要注意到以下几点。首先，满足模块多变性需求。模块在划分过程中要根据功能进行分析，最大限度使用最少的模块完成功能最多的产品。其次，满足模块的独立性。模块虽然是系统的一部分，但要具备独立性，即模块的功能和结构可以在独立的情况下进行运转。最后，确保结合部位的灵活性。模块需要加入系统，并且要随时更替，因此模块之间的结合要便于拆卸更替。

2.2 模块接口

模块之间的接口会直接影响模块的互换性和可组合性。根据相关统计数据分线，模块60%以上的功能受到接口影响，因此模块接口非常重要。

对于包装机械而言，接口的标准化和通用性会直接影响系统性能，影响模块是否可以匹配到包装机械中，是否可以拓展包装机械功能。因此，在接口设计中要遵循相关标准，要与市场中的包装机械进行适当匹配[5]。

3 模块化设计在包装机械中的应用——以裹包机为例

为了生产出不同规格的产品，模块化设计被应用于裹包机中。在裹包机中应用模块化设计主要具备两方面优势。

一方面，降低产品包装生产成本。裹包机在模块化设计后，极大地丰富了包装的种类，根据客户需求更换裹包模块即可，降低了生产成本，也可以满足更多客户需求，扩大了企业客户群体，提高了企业市场竞争力。

另一方面，促进商品多样化发展。市场中的需求处于不断变化中，产品需要紧跟市场需求变化。为了更好地满足市场需求，产品需要在短时间内进行调整。产品变化后裹包也需要调整，模块化的裹包机可使商家自主选择裹包方式，加快产品生产，促进产品多样化发展。

德国Krones公司设计的高速裹包机可以生产规格不同、形状不同的产品裹包，也可以更换模块，满足了大多数商家需求。该裹包机一经推出就得到了市场关注和追捧，之后模块化设计在包装机械的中应用越来越广泛，逐渐成为行业发展方向之一。

4 包装机械设计优化策略

在包装机械设计优化中，模块化设计只是其中一个方向。当前包装机械设计优化的方式主要有虚拟设计等方式。虚拟设计是随着计算机技术的发展产生的，利用计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）这种辅助绘图软件进行绘图，之后根据需求确定技术指标和性能参数，从而完成包装机械生产[6]。这种设计方式不仅可以有效检测设计中的故障，还可以有效简化设计流程，降低设计难度。最重要的是通过虚拟设计可以对设计方案进行修改，也可以根据需求重新调整，可更好地满足客户需求。虚拟设计有助于促进包装机械设计行业的发展，不仅降低了设计难度，缩短了设计周期，还可以节约设计成本。传统的设计模式需要将产品设计出后再进行检测，投入了大量人力物力。虚拟设计可以通过计算机直接进行检测并快速进行调整，是包装机械设计的发展趋势，为包装机械设计提供了新的动力。