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關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)；模塊化設(shè)計(jì)；包裝機(jī)械；產(chǎn)品模塊；模塊庫(kù)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，用戶群體逐漸從集中式逐漸過(guò)渡到了個(gè)體戶，傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)模式和生產(chǎn)方式。企業(yè)在更新設(shè)備時(shí)，如果對(duì)所有的設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)更新必然會(huì)造成成本的巨額消耗。為了降低成本，可以將機(jī)械劃分成類型不同的模塊，并根據(jù)實(shí)際的需求對(duì)模塊進(jìn)行更換，從而降低設(shè)計(jì)成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1模塊化設(shè)計(jì)的基本情況

早在20世紀(jì)中期，模塊化設(shè)計(jì)理論已在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家得到了一定的應(yīng)用，受到了各大廠家的認(rèn)可。所謂模塊化設(shè)計(jì)主要指的是針對(duì)不同規(guī)格但具備同樣功能或者同一型號(hào)而功能不同產(chǎn)品的有效分析，最終設(shè)計(jì)出一系列的功能模塊產(chǎn)品，借助模塊的組合與有效選擇形成不同的產(chǎn)品類型，以迎合市場(chǎng)的相關(guān)需求。隨著時(shí)代的發(fā)展，傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足社會(huì)發(fā)展之所需，只有創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案才是有效舉措。

2模塊化劃分原則

模塊化設(shè)計(jì)的基本原則是用最少的模塊數(shù)量通過(guò)一系列組合而形成多樣化的產(chǎn)品，所生產(chǎn)的產(chǎn)品不管是在性能方面還是其他層面都是最優(yōu)化的，而且采取模塊化設(shè)計(jì)能夠最大限度地節(jié)省施工成本。因此在設(shè)計(jì)初期相關(guān)人員應(yīng)對(duì)模塊類型進(jìn)行細(xì)分。然而縱觀當(dāng)前我國(guó)在該方面的研究還處于起步階段，對(duì)模塊的劃分標(biāo)準(zhǔn)仍沒(méi)有一個(gè)確定依據(jù)，當(dāng)前所劃分的依據(jù)主要是按照側(cè)重點(diǎn)之間的差異對(duì)模塊進(jìn)行分類的。一般而言，模塊是能組成系統(tǒng)的、獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元，通過(guò)對(duì)產(chǎn)品功能的全面了解，構(gòu)建總功能、子功能等結(jié)構(gòu)單元之間的相關(guān)性，從而為模塊的分類提供一定的依據(jù)。模塊劃分應(yīng)遵循以下原則：一是所劃分的單個(gè)模塊單元應(yīng)具備一定的獨(dú)立性；二是各模塊接口之間要進(jìn)行有效分離；三是模塊與模塊之間的相關(guān)性應(yīng)盡可能少，這樣某一模塊存在異常不致影響其他模塊的正常使用。

3模塊設(shè)計(jì)特點(diǎn)和過(guò)程

3.1模塊設(shè)計(jì)特點(diǎn)

模塊設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)列舉如下：

3.1.1產(chǎn)品定義的完整化。設(shè)計(jì)人員通過(guò)對(duì)市場(chǎng)相關(guān)產(chǎn)品功能的調(diào)查分析進(jìn)行科學(xué)有效的設(shè)計(jì)，通過(guò)模塊之間的有效組合形成特定的產(chǎn)品。此外，模塊體系是可以變更的，按照不同設(shè)計(jì)要求以及相關(guān)技術(shù)層面的提供創(chuàng)新模塊體系，優(yōu)化模塊設(shè)計(jì)理念，從而使所生產(chǎn)的產(chǎn)品不管是在結(jié)構(gòu)方面還是功能特性方面都滿足相關(guān)要求。

3.1.2盡可能地減少設(shè)計(jì)周期。根據(jù)每個(gè)用戶的相關(guān)需求，選取有效的模塊對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以使其用最少的投入獲得較多的產(chǎn)出。該方法主要應(yīng)用于小規(guī)模生產(chǎn)的制造廠家。

3.1.3產(chǎn)品性能安全穩(wěn)定、維修便捷，而且施工成本低。模塊化設(shè)計(jì)中所使用到的相關(guān)設(shè)備都是經(jīng)過(guò)嚴(yán)格篩選的，設(shè)備的使用率高，這樣可方便加工制造技術(shù)的有效應(yīng)用，提高產(chǎn)品的功能特性。通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)的應(yīng)用能夠?qū)a(chǎn)品內(nèi)部多樣化盡可能地降低，在滿足用戶個(gè)性化需求的基礎(chǔ)上提高產(chǎn)品的使用率。

3.1.4實(shí)現(xiàn)知識(shí)管理和集成設(shè)計(jì)。模塊化設(shè)計(jì)過(guò)程不是一蹴而就的，它是一項(xiàng)系統(tǒng)而龐雜的工程，也是對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)范過(guò)程，構(gòu)建模塊接口與產(chǎn)品知識(shí)信息是模塊規(guī)劃得以有效實(shí)施的根本保障。產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)應(yīng)貫穿設(shè)計(jì)與管理的整個(gè)階段中，通過(guò)對(duì)產(chǎn)品知識(shí)的科學(xué)管理，可為設(shè)計(jì)人員提供一定的便捷，促使其對(duì)模塊不斷優(yōu)化與改進(jìn)，增強(qiáng)生產(chǎn)的實(shí)效性。

3.2模塊設(shè)計(jì)過(guò)程

一般而言，模塊設(shè)計(jì)分為兩大板塊進(jìn)行：一是系列模塊產(chǎn)品研制階段，此階段主要是按照市場(chǎng)的相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)對(duì)整個(gè)研制階段進(jìn)行模塊的有效設(shè)計(jì)；二是單個(gè)產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì)，本階段主要是根據(jù)用戶自身的實(shí)際需求對(duì)模塊進(jìn)行選擇，從而設(shè)計(jì)出符合要求的產(chǎn)品。系列產(chǎn)品與單個(gè)產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì)過(guò)程見(jiàn)圖1所示。通過(guò)對(duì)圖1的分析得知第一層次是模塊化設(shè)計(jì)的主要過(guò)程也是最為關(guān)鍵的階段，其中模塊的劃分又是整個(gè)階段中的核心環(huán)節(jié)，采取科學(xué)、合理的劃分方式對(duì)模塊化的優(yōu)化設(shè)計(jì)可起到一定的促進(jìn)作用，從而有效防止模塊組合時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)亂等不良現(xiàn)象的發(fā)生。待第一層設(shè)計(jì)完成后設(shè)計(jì)人員需對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行全面檢查，滿足相關(guān)要求后即可開(kāi)始第二層次的設(shè)計(jì)。

4包裝機(jī)械的模塊化設(shè)計(jì)探討分析

4.1包裝機(jī)械的基本特征

包裝機(jī)械與其他機(jī)械存在一定的差異，是一種特殊類型的機(jī)械，而且據(jù)調(diào)查大多數(shù)包裝機(jī)械都存在這樣一種特點(diǎn)即機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣化，具有較好的靈活性與柔性。隨著時(shí)代在變遷，包裝機(jī)械的更新速度也在不斷加快，因此整臺(tái)包裝機(jī)械采用模塊化設(shè)計(jì)方案可大大降低包裝機(jī)械的研發(fā)周期，增加產(chǎn)品的類型，從而適應(yīng)瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)需求。用于完成包裝過(guò)程的機(jī)械類型有充填機(jī)械、標(biāo)簽機(jī)械、干燥機(jī)械等11類。對(duì)于同種類型的包裝機(jī)，在組成成分上基本相吻合，不同的是包裝材料的選擇以及計(jì)量方式之間存在一定的出入，在實(shí)際包裝中應(yīng)根據(jù)包裝機(jī)的相關(guān)特點(diǎn)采取合理的方式進(jìn)行包裝施工。

4.2基于功能層次的包裝機(jī)械模塊劃分

由于包裝機(jī)械具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣等特征，在進(jìn)行模塊劃分過(guò)程中，應(yīng)以包裝機(jī)械中的主要部件為主進(jìn)行合理、有效的劃分。按照集合論的相關(guān)特征表述，若功能域與結(jié)構(gòu)域在信息需求與表達(dá)方式存在不同時(shí)，而從功能表達(dá)空間到結(jié)構(gòu)表達(dá)空間的映射，則充分說(shuō)明兩個(gè)空間具有一定的函數(shù)關(guān)系。功能域?qū)a(chǎn)品的實(shí)際特征進(jìn)行層層分解，從而形成產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)映射圖，這種結(jié)構(gòu)單元要根據(jù)功能與結(jié)構(gòu)的相關(guān)特點(diǎn)判斷其是否可以作為模塊。對(duì)于不同類型的包裝機(jī)械，在模塊設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)機(jī)械的功能差異對(duì)其進(jìn)行逐層細(xì)分，在細(xì)分中要注意劃分層次要根據(jù)不同型號(hào)的包裝機(jī)械采取合理的分層方式，若分層過(guò)多則映射到結(jié)構(gòu)部件的粒度大小在模塊間的接口標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)際需求不相吻合。但若層次過(guò)少則模塊化設(shè)計(jì)的有效性也不能充分體現(xiàn)出來(lái)。通常情況下普通的包裝機(jī)械分為兩層左右即可，而特殊的包裝機(jī)械則可適當(dāng)增加，待分層模式完成后借助功能結(jié)構(gòu)映射原理，將各個(gè)層次的映射結(jié)果投射到部件上，以明確模塊所屬的類型以及劃分細(xì)則。

4.3包裝機(jī)械模塊庫(kù)的有效建立

經(jīng)過(guò)綜合權(quán)衡后產(chǎn)品模塊劃分完成后，進(jìn)一步對(duì)模塊的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而形成系統(tǒng)全面的模塊庫(kù)。包裝機(jī)械模塊庫(kù)的有效建立可在一定程度上使用標(biāo)準(zhǔn)的模塊與零部件完成新產(chǎn)品的研發(fā)工作。因此為了使所建立的模塊庫(kù)能夠重復(fù)使用，在模塊設(shè)計(jì)中要采用一些先進(jìn)的技術(shù)理念，比如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等優(yōu)化設(shè)計(jì)理念，創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案，并將模塊組織存儲(chǔ)到指定的數(shù)據(jù)庫(kù)中。近些年來(lái)，隨著科技發(fā)展浪潮的不斷推進(jìn)，新技術(shù)、新理念層出不窮，電子技術(shù)等新興科技在包裝機(jī)械中得到了廣泛的應(yīng)用，虛擬概念也由此應(yīng)運(yùn)而生，按照不同客戶對(duì)產(chǎn)品的相關(guān)需求調(diào)用模塊庫(kù)中事先存儲(chǔ)的各種虛擬設(shè)計(jì)方案，然后將實(shí)際生產(chǎn)中所使用到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理后輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)三維模型即可模仿真實(shí)的工作場(chǎng)景進(jìn)行操作，并能根據(jù)客戶所提出的建議進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?，直到達(dá)到客戶的認(rèn)可度。

5結(jié)語(yǔ)

綜上所述，模塊化設(shè)計(jì)可以提升零部件產(chǎn)品的通用化、標(biāo)準(zhǔn)化程度，可以使這些通用件和標(biāo)準(zhǔn)件保持生產(chǎn)量。降低設(shè)計(jì)成本，適應(yīng)市場(chǎng)多變的基本要求，同時(shí)模塊化設(shè)計(jì)還可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械創(chuàng)新，促進(jìn)我國(guó)機(jī)械行業(yè)的發(fā)展。

作者:許軍 單位:廣東工業(yè)大學(xué)

參考文獻(xiàn):

[1]浦玉祥，蘇軍，谷傳文．機(jī)械的模塊化設(shè)計(jì)在包裝領(lǐng)域中的應(yīng)用[J]．包裝與食品機(jī)械，2002，20（6）.

篇2

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)；金屬類；模塊化設(shè)計(jì)

在工業(yè)發(fā)展中，機(jī)械設(shè)計(jì)是重要的組成，而促進(jìn)其設(shè)計(jì)效率提升的重要手段，就是模塊化設(shè)計(jì)方法。但在實(shí)際運(yùn)用中，模塊化設(shè)計(jì)方法還有許多缺陷存在。伴隨著迅猛發(fā)展的科技，還需要不斷的創(chuàng)新模塊化設(shè)計(jì)方式，以更好的促進(jìn)其程序的簡(jiǎn)化。

1模塊化設(shè)計(jì)的方法與步驟

首先，在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，要注重科學(xué)化選擇和應(yīng)用模塊化的設(shè)計(jì)方法。既通過(guò)綜合產(chǎn)品要素，形成模塊。在通過(guò)組合模塊，而最終形成產(chǎn)品。有諸多功能的模塊存在于具體的設(shè)計(jì)中。為滿足實(shí)際的不同需求，通過(guò)對(duì)組合模塊的選擇，能形成多樣化的產(chǎn)品。在設(shè)計(jì)模塊化的過(guò)程中，應(yīng)劃分模塊，通過(guò)分解功能，使模塊間的耦合性有效降低，對(duì)模塊功能的獨(dú)立性提供保障。其次。應(yīng)依據(jù)科學(xué)化的步驟，進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。一是將加強(qiáng)重視系列模塊設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的有效運(yùn)用，充分調(diào)查和分析市場(chǎng)情況，對(duì)用戶需求予以明確，與功能需求相結(jié)合，對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，旨在對(duì)產(chǎn)品功能進(jìn)行科學(xué)化的設(shè)計(jì)。二是在實(shí)施這些基礎(chǔ)工作之后，在切分模塊，對(duì)模塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)。通過(guò)資料庫(kù)的構(gòu)建，而對(duì)模塊化的整體功能進(jìn)行構(gòu)建，進(jìn)而使機(jī)械設(shè)計(jì)的整體質(zhì)量提升。在模塊化設(shè)計(jì)步驟中，比較重要的內(nèi)容，就是設(shè)計(jì)單產(chǎn)品模塊化，其設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，主要是以系列模塊設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)。為此，應(yīng)立足于實(shí)際需求，在設(shè)計(jì)單產(chǎn)品模塊的過(guò)程中，明確參數(shù)，并高度重視模塊的選擇工作。同時(shí)，另外一項(xiàng)比較重要的內(nèi)容，就是對(duì)模塊的組裝分析和計(jì)算環(huán)節(jié)。通過(guò)完善以上各項(xiàng)工作，對(duì)提升模塊性能提供有效保障。

2機(jī)械模塊化設(shè)計(jì)的作用

相關(guān)設(shè)計(jì)人員在充分的調(diào)查和分析市場(chǎng)產(chǎn)品功能的基礎(chǔ)上，進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)組合模塊，以形成特定的產(chǎn)品，充分發(fā)揮模塊化設(shè)計(jì)的作用?？闪⒆阌趯?shí)際情況變更模塊化體系，也可優(yōu)化模塊設(shè)計(jì)理念。機(jī)械設(shè)計(jì)中的模塊化設(shè)計(jì)方法能使設(shè)備運(yùn)行效率提升，在使設(shè)計(jì)周期減少的同時(shí)，能對(duì)產(chǎn)品的性能提供保障，真正實(shí)現(xiàn)集成設(shè)計(jì)和知識(shí)管理的目標(biāo)。對(duì)于維修工作而言，利用機(jī)械設(shè)計(jì)模塊，能提供很大的便利。無(wú)需在進(jìn)行大面積和大規(guī)模的維修任務(wù)，實(shí)施工作只需要在具體的部位進(jìn)行。在機(jī)械模塊化設(shè)計(jì)中，具有相對(duì)簡(jiǎn)單的模塊結(jié)構(gòu)，拆卸和安裝都非常方便。在模塊化的設(shè)計(jì)中，更進(jìn)一步突出了包裝設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化作用。通過(guò)引入模塊化技術(shù)，不僅能提供了技術(shù)支持，還能使設(shè)計(jì)人員的工作效率進(jìn)一步提升。模塊化設(shè)計(jì)不單單使包裝流程大大簡(jiǎn)化，還使設(shè)計(jì)成本有效降低，對(duì)于成本支出，發(fā)揮有效的促進(jìn)作用。

3模塊化設(shè)計(jì)方法的具體應(yīng)用

首先，在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)立足于實(shí)際需求，應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)方法，以真正提升生產(chǎn)效率。在機(jī)械設(shè)計(jì)前，應(yīng)與生產(chǎn)工藝需求相結(jié)合，用科學(xué)化的操作方法和步驟，對(duì)模塊進(jìn)行劃分，便于對(duì)模塊的完整性和獨(dú)立性提供保障。只有對(duì)模塊化設(shè)計(jì)準(zhǔn)確把握，才能使其性能進(jìn)一步提升。在模塊的設(shè)計(jì)規(guī)劃中，為了不對(duì)其他模塊的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響，應(yīng)使更換和檢修模塊工作妥善完成，便于對(duì)實(shí)際應(yīng)用需求給予滿足。其次，機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中的模塊化設(shè)計(jì)，需要合理劃分各個(gè)模塊。對(duì)于數(shù)控立式車床的設(shè)計(jì)，應(yīng)立足于實(shí)際生產(chǎn)工藝需求，應(yīng)用科學(xué)的方法，進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計(jì)。[1] 陳遙韻.探討機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用[J]. 時(shí)代農(nóng)機(jī).2017(02).[2] 于彩敏.針對(duì)應(yīng)用型本科教育的“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].江蘇科技信息.2017(11).[3] 張武.零件倒角在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備.2017(04).[4] 王森.模塊化設(shè)計(jì)方法及其在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備.2017(04).[5] 樊小丹,張丹.淺談機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及制造質(zhì)量控制[J]. 黑龍江科學(xué).2017(06).[6] 張軍,黃福敏.淺談機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用[J]. 黑龍江科學(xué).2017(06).為了進(jìn)一步提升工作效率，在應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)方法時(shí)，應(yīng)對(duì)構(gòu)造進(jìn)行合理分析，有效劃分生產(chǎn)環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)。生產(chǎn)模塊的劃分中，為了提高生產(chǎn)效率，需要進(jìn)一步明確生產(chǎn)功能和生產(chǎn)工藝，通過(guò)科學(xué)調(diào)度，對(duì)更好的完善功能模塊提供保障。

4模塊化與科技的融合

4.1模塊化與成組技術(shù)

成組技術(shù)在模塊化設(shè)計(jì)方法中，具有很多共通之處，成組技術(shù)主要是通過(guò)劃分，對(duì)零件及工藝的相似性提供保障，之后為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)目標(biāo)，在標(biāo)準(zhǔn)化的處理相似的零件。在設(shè)計(jì)模塊化技術(shù)的過(guò)程中，其與成組技術(shù)的應(yīng)用，還存在著很多相同之處，通過(guò)結(jié)合相同類型的軟件功能，形成相應(yīng)的模塊。由此可見(jiàn)，將成組技術(shù)的理念運(yùn)用在模塊化設(shè)計(jì)方法中，可使機(jī)械設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量進(jìn)一步提升，較好地提升了機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率。

4.2柔性制造技術(shù)

因?yàn)榫哂徐`活多變的優(yōu)勢(shì)，柔性制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的優(yōu)化。將柔性制造技術(shù)運(yùn)用在模塊化的設(shè)計(jì)中，不僅能使機(jī)床的共性問(wèn)題得到解決，還能機(jī)床個(gè)性化問(wèn)題的解決得到有效解決。在此過(guò)程中，功能設(shè)計(jì)所遵循的思想，是運(yùn)用最少的模塊。通過(guò)應(yīng)用柔性制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用的目標(biāo)。目前，在機(jī)械設(shè)計(jì)中，柔性制造技術(shù)和模塊化技術(shù)已經(jīng)成為的重要研究項(xiàng)目。

4.3模塊化設(shè)計(jì)的新技術(shù)結(jié)合

為了將模塊化設(shè)計(jì)的作用充分發(fā)揮出來(lái)，需要有機(jī)的結(jié)合當(dāng)前的一些新技術(shù)，以真正體現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)的價(jià)值。通過(guò)綜合同類軟件功能，以形成相應(yīng)模塊，使之擁有更加強(qiáng)大的技術(shù)。例如，有機(jī)的綜合柔性制造技術(shù)和模塊化設(shè)計(jì)。當(dāng)前，油柔性制造技術(shù)具有非常廣泛的應(yīng)用，具有比較的突出的技術(shù)應(yīng)用的靈活多變特征，能使機(jī)械設(shè)計(jì)中機(jī)床的個(gè)性化問(wèn)題得到有效解決。同時(shí)，有機(jī)結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)和將模塊化設(shè)計(jì)，通過(guò)應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，能使設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)條理性和穩(wěn)定性，進(jìn)而使計(jì)算機(jī)的整體效率得到真正提升。

5結(jié)語(yǔ)

篇3

關(guān)鍵詞：模塊化 包裝機(jī)械 仿真與優(yōu)化

市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)拓寬了發(fā)展規(guī)模，人們生活水平得到改善，促進(jìn)了食品包裝機(jī)械包裝技術(shù)的發(fā)展[1]。包裝工業(yè)支撐了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，包裝機(jī)械是包裝工業(yè)不可缺少的一部分，在開(kāi)發(fā)及完善包裝產(chǎn)品方面扮演了重要的作用。設(shè)計(jì)的合理性與制造中的金屬材料用量、生產(chǎn)效率有很大關(guān)系。模塊化設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出各種功能的產(chǎn)品，無(wú)需單獨(dú)設(shè)計(jì)各種產(chǎn)品，僅需設(shè)計(jì)各模塊即可，按照各種方式把這些模塊組合在一起，處理產(chǎn)品規(guī)格與產(chǎn)品制造期間、成本間的問(wèn)題。 優(yōu)化包裝機(jī)械的性能，高效生產(chǎn)包裝機(jī)械?；诖?，研究了模塊化包裝機(jī)械的設(shè)計(jì)仿真與優(yōu)化。

一、模塊化下的典型包裝機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)理分析與優(yōu)化

（一）Adams下的包裝機(jī)械運(yùn)動(dòng)仿真

Adams具備了多種模型的數(shù)據(jù)接口，用來(lái)植入CAD軟件模型，Parasolid就是其中一種格式，其擴(kuò)展名為*.X_T。該格式的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)模型的交換。使用Parasolid格式，把簡(jiǎn)化的紙箱成型模塊模型存入Adams工作目錄中，以英文字母命名，當(dāng)名稱中還有漢字抑或特殊字符，植入的Adams 會(huì)不正確[2]。為確保植入的Adams模型協(xié)調(diào)坐標(biāo)軸，便于進(jìn)行移動(dòng)與添加約束，需要將斜齒輪中的2條軸線加入Pro/E中，相應(yīng)平行匹配相應(yīng)的坐標(biāo)軸。影響斜齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能的因素，包括制造誤差、接觸變形、軸受力變形。為更容易研究，假如齒輪傳動(dòng)剛體模型如下所示：①機(jī)構(gòu)均為剛性，溫度與機(jī)構(gòu)變形不會(huì)產(chǎn)生影響；②機(jī)構(gòu)間裝配誤差零時(shí)，可不考慮零件制造誤差。

仿真分析輸入的齒輪傳動(dòng)虛擬樣機(jī)模型時(shí)，零部件質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是分析的對(duì)象。轉(zhuǎn)換幾何模型數(shù)據(jù)時(shí)，但數(shù)據(jù)文件中有體積信息，將Adams植入零部件后，自動(dòng)計(jì)算零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與質(zhì)量。抑或使用手工定義零部件的材料類型，由Adams結(jié)合不同零部件的幾何尺寸，自動(dòng)求解出零部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與質(zhì)量。模型數(shù)據(jù)被植入Adams后，在Pro/E中，已經(jīng)構(gòu)建起來(lái)的所有零件中的物理屬性參數(shù)與裝配約束關(guān)系等全部不見(jiàn)，考慮到實(shí)際情況，在Adams中還要手動(dòng)加入零件屬性與約束關(guān)系。假設(shè)定斜齒輪屬性與其余零件屬性如下表：

下面將對(duì)應(yīng)約束添加到模型中，完零件屬性、約束與載荷添加完畢后，仿真分析模塊，包裝機(jī)紙箱成型模塊在斜齒輪的傳動(dòng)下促使上升機(jī)構(gòu)做上下運(yùn)動(dòng)，2種不同的紙箱成型機(jī)構(gòu)采用Adams，實(shí)施分析。構(gòu)件運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果得知，不同的螺距，上升件質(zhì)心位移與質(zhì)心受力大小也不一樣。也就是螺距選擇影響上升件運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。

（二）模塊化包裝機(jī)的仿真與優(yōu)化

參照包裝機(jī)紙箱成型模塊動(dòng)力學(xué)分析，分析了下面五種方案結(jié)果，如下表所示：

從上表中能夠看出，螺距增大的同時(shí)，上升件質(zhì)心的相對(duì)位移波動(dòng)變大，上升件質(zhì)心的相對(duì)速度波動(dòng)變大；方案1，位移、速度短時(shí)間內(nèi)達(dá)至最小值，快速使機(jī)構(gòu)平穩(wěn)。下面對(duì)螺距為 5mm，轉(zhuǎn)速為 240mm/min 紙箱成型模塊進(jìn)行進(jìn)一步的分析，上升件受力和角加速度，無(wú)大范圍變化，受力均勻，提示，結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇是合理的。

二、模塊化包裝機(jī)靜動(dòng)態(tài)特性優(yōu)化分析

ANSYS結(jié)構(gòu)動(dòng)力主要用于兩方面問(wèn)題的解決：一是分析結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)特征，對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)中動(dòng)力響應(yīng)與動(dòng)位移大小、變化規(guī)律進(jìn)行計(jì)算；二是找到結(jié)構(gòu)固有頻率與主振型，深入了解了結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性，以更好地使用。

（一）模塊化包裝機(jī)靜動(dòng)態(tài)優(yōu)化方案

前期對(duì)包裝機(jī)機(jī)架模塊進(jìn)行分析，尤其動(dòng)態(tài)分析，機(jī)架模塊的性能還有提升空間。先要保障機(jī)架模塊正常工作，提出了兩種完善方案：方案1，直接對(duì)機(jī)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整；方案2，基于既有結(jié)構(gòu)，增加衡量與斜梁。

（二）模塊化包裝機(jī)靜動(dòng)態(tài)優(yōu)化

加固處理機(jī)架，具體操作步驟是，將橫梁添加在機(jī)架上端，主要是為了提升機(jī)架靜態(tài)性能，如剛度與強(qiáng)度等。方案一前五階頻率圖、方案二前五階頻率圖分別如下：

結(jié)束語(yǔ)：

研究了裝機(jī)紙箱成型模塊，采用Adams軟件，實(shí)施了動(dòng)力學(xué)仿真分析?；诖?，分析了模塊運(yùn)動(dòng)主要影響因素，然后對(duì)其進(jìn)行參數(shù)化仿真，最終確定了模塊參數(shù)優(yōu)化的方案，分析了影響模塊的其他因素，結(jié)果證明這種方案是正確的，最終得出，使用適合的機(jī)構(gòu)參數(shù)，使包裝機(jī)模塊機(jī)構(gòu)具有較高的可靠性與運(yùn)行平穩(wěn)性。ANSYS軟件應(yīng)用于包裝機(jī)的機(jī)架模塊動(dòng)靜態(tài)分析中。有限元分析下，獲得了機(jī)架模塊機(jī)構(gòu)的不足之處，對(duì)機(jī)架靜動(dòng)態(tài)性能，給出了2種優(yōu)化方案，增加了結(jié)構(gòu)衡梁與斜梁的方案，明顯提升了機(jī)架強(qiáng)度與剛度的靜態(tài)性能，產(chǎn)生了良好的動(dòng)態(tài)性能。通過(guò)重新設(shè)計(jì)的方案有助于提升機(jī)架動(dòng)態(tài)性能。 本研究有有一定局限性，后續(xù)模塊化包裝機(jī)械的設(shè)計(jì)仿真與優(yōu)化的研究還需深入。

參考文獻(xiàn)：

篇4

[關(guān)鍵詞]康復(fù)器械；模塊化理論；教學(xué)方案

[中圖分類號(hào)]G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1671-5918（2016）08-0108-03

doi：10.3969/j.issn.1671-5918.2016.08.050[本刊網(wǎng)址]http：//

一、引言

據(jù)2015年人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，我國(guó)60周歲以上人口已有22200萬(wàn)人，占全國(guó)人口總數(shù)的16.1%；65周歲以上人口有14386萬(wàn)人，占總?cè)丝?0.5%；除此之外，我國(guó)還有殘障人士近9000萬(wàn)的。隨著生活水平的提高，我國(guó)人民不再滿足基本的溫飽問(wèn)題，而是對(duì)生活質(zhì)量和個(gè)人價(jià)值體現(xiàn)有了更高的要求。在這樣的需求下，智能假肢、康復(fù)機(jī)器人、智能輪椅、智能家居等一系列康復(fù)輔助產(chǎn)品日益融人的人們的生活中。肢體功能障礙不再是一種疾病，而是看做缺失某個(gè)零件，只要適配合適的輔具便可繼續(xù)實(shí)現(xiàn)自己的個(gè)人價(jià)值。隨著社會(huì)對(duì)康復(fù)產(chǎn)品的需求日益增大，康復(fù)產(chǎn)業(yè)成為了朝陽(yáng)中朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)康復(fù)產(chǎn)業(yè)。然而，我國(guó)康復(fù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展較發(fā)達(dá)國(guó)家起步較晚，相關(guān)康復(fù)人才較少，并且由于我國(guó)傳統(tǒng)康復(fù)概念，國(guó)內(nèi)大部分高校設(shè)立的康復(fù)相關(guān)專業(yè)絕大多數(shù)為康復(fù)治療學(xué)；對(duì)于工程類人才的培養(yǎng)還十分稀少，如上所述，我國(guó)缺少的更多的是具有康復(fù)工程背景的專業(yè)人才。上海理工大學(xué)根據(jù)人才形勢(shì)需要建立了假肢矯形工程（康復(fù)工程）本科專業(yè)來(lái)滿足社會(huì)對(duì)康復(fù)工程人才的需求。

康復(fù)工程技術(shù)是當(dāng)今先進(jìn)科學(xué)技術(shù)與人體康復(fù)需求相結(jié)合的產(chǎn)物，其任務(wù)是研究與開(kāi)發(fā)用于人體功能評(píng)估、診斷、恢復(fù)、代償以及重殘者護(hù)理所需的各種設(shè)施。上海理工大學(xué)所建立的假肢矯形工程（康復(fù)工程）專業(yè)以培養(yǎng)醫(yī)工結(jié)合、機(jī)電結(jié)合、兼容管理并具有實(shí)踐動(dòng)手能力的復(fù)合型高級(jí)工程應(yīng)用人才為目標(biāo)，開(kāi)設(shè)了多門具有較強(qiáng)實(shí)踐性專業(yè)基礎(chǔ)課程，《人體康復(fù)輔助器械》是其中的特色課程之一。

《人體輔助康復(fù)器械》主要講授內(nèi)容包括輔助技術(shù)與康復(fù)器械兩大部分。輔助技術(shù)是用于輔助技術(shù)裝置（康復(fù)器械）或輔助技術(shù)服務(wù)的設(shè)計(jì)技術(shù)；康復(fù)器械（根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)的定義中文翻譯應(yīng)為輔助產(chǎn)品，但由于我國(guó)文化背景的需求，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)用輔助器具、康復(fù)輔助器具康復(fù)器械等名詞，本文統(tǒng)一采用康復(fù)器械作為專屬名詞）根據(jù)《ISO 9999 Assistive Products for Per-sons with Disability：Classification and Terminology》，其可分為12大類，132個(gè)次類，包括個(gè)人醫(yī)療輔助產(chǎn)品、訓(xùn)練技能輔助產(chǎn)品、矯形器和假肢、個(gè)人護(hù)理和防護(hù)輔助產(chǎn)品、個(gè)人移動(dòng)輔助產(chǎn)品、家務(wù)輔助產(chǎn)品、住家和其他場(chǎng)所的家具及其適配件、溝通和信息輔助產(chǎn)品、處理物品和器具的輔助產(chǎn)品、環(huán)境改善輔助產(chǎn)品，工具和機(jī)器、職業(yè)康復(fù)產(chǎn)品，以及休閑輔助產(chǎn)品，目前已列入國(guó)際產(chǎn)品目錄的產(chǎn)品有8000余種。輔助技術(shù)服務(wù)是直接幫助功能障礙者來(lái)選擇、獲取和使用輔助技術(shù)裝置所做的任何服務(wù)?？偟膩?lái)說(shuō)，人體輔助康復(fù)器械這門課是一個(gè)多學(xué)科交叉的課程，涵蓋了康復(fù)醫(yī)學(xué)、生物力學(xué)、人因工程學(xué)、仿生學(xué)、機(jī)械工程學(xué)、控制工程學(xué)、電子工程學(xué)、化學(xué)工程學(xué)、材料工程學(xué)及人工智能等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。并且，現(xiàn)在康復(fù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展更需要能即刻工作，即具有獨(dú)立適配各種康復(fù)器械的能力、具有獨(dú)自設(shè)計(jì)康復(fù)器械的能力，并具有分析和評(píng)估康復(fù)器械和適配人需求的能力，因此該門課不能只局限于理論的教授，還需要讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)操訓(xùn)練，真正做到培養(yǎng)可適應(yīng)現(xiàn)代康復(fù)技術(shù)一線生產(chǎn)及研發(fā)需要的應(yīng)用型人才。

由此可見(jiàn)，《人體輔助康復(fù)器械》這門專業(yè)基礎(chǔ)課較其他課程具有如下特點(diǎn)：

（一）教學(xué)內(nèi)容多樣化

本門課程是一門多學(xué)科交叉課程，涵蓋了各個(gè)學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)，但是從本專業(yè)整體的教學(xué)計(jì)劃上看，學(xué)生無(wú)法在學(xué)習(xí)本門課之前把所有需要的基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)完，因此，本門課程在每一部分理論講解的同時(shí)需增加部分與該課程相關(guān)的其他學(xué)科基礎(chǔ)課。由此可見(jiàn)，本門課的教學(xué)內(nèi)容不只包含12大類，132次類的康復(fù)器械產(chǎn)品學(xué)習(xí)與認(rèn)知、輔助技術(shù)服務(wù)（尤其是適配服務(wù)）的學(xué)習(xí)，還要包含涉及到各學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)，如機(jī)械學(xué)科機(jī)械設(shè)計(jì)理論與產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論的學(xué)習(xí)，電子學(xué)科中基本控制電路的設(shè)計(jì)理論等教學(xué)。只有教學(xué)內(nèi)容多樣化才能保證該門課的教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

（二）理論與實(shí)踐結(jié)合密切性

由于康復(fù)器械是與人直接接觸的一種特殊產(chǎn)品，所以從研發(fā)到應(yīng)用，無(wú)論哪一個(gè)環(huán)節(jié)都需要技術(shù)人員具有足夠的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于一個(gè)剛畢業(yè)的本科生來(lái)講，他們的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)自于課堂，因此本門課必須將理論與實(shí)踐相結(jié)合，避免學(xué)生在實(shí)際操作過(guò)程中出現(xiàn)紙上談兵的尷尬情況。

在此背景下，作者基于模塊化理論提出模塊化教學(xué)來(lái)解決傳統(tǒng)教學(xué)方法在這樣應(yīng)用型課堂教學(xué)不足的缺點(diǎn)。

二、模塊化理論

H.Simon最早提出了“模塊”的概念，他將在進(jìn)化環(huán)境中促使復(fù)雜系統(tǒng)均衡動(dòng)態(tài)演進(jìn)的特別結(jié)構(gòu)稱為模塊。美國(guó)心理學(xué)教授Michael Gazzaniga在此基礎(chǔ)上，提出大腦是各個(gè)神經(jīng)系統(tǒng)的子系統(tǒng)以模塊形式組織在一起的。自此，一些學(xué)者開(kāi)始對(duì)模塊化進(jìn)行深入研究，將模塊化理論應(yīng)用到重型設(shè)備的設(shè)計(jì)、手表、自行車、快餐及教育、法律等領(lǐng)域。

模塊化理論在20世紀(jì)70年代初被國(guó)際勞工組織研究開(kāi)發(fā)，形成一種以現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)為主，以技能培訓(xùn)為核心的教學(xué)模式，即模塊式技能培訓(xùn)。從而形成由若干不同又相互聯(lián)系的功能部件組成動(dòng)態(tài)的教學(xué)過(guò)程，通過(guò)教學(xué)目標(biāo)貫穿整個(gè)教學(xué)的新型教學(xué)方式。

隨著模塊化教學(xué)方式的形成，許多具有實(shí)踐性的課程逐漸開(kāi)始引用這種教學(xué)方式來(lái)彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)中枯燥、理論與實(shí)際相脫離等缺點(diǎn)。但是模塊化教學(xué)能夠合理的實(shí)施卻要注意以下幾點(diǎn)：

（一）模塊的劃分

將一門課程根據(jù)不同的功能劃分成多個(gè)模塊是模塊化教學(xué)的根本條件。然而一門課程不同于一項(xiàng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，每節(jié)課的內(nèi)容都有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，因此，如何劃分一門課程是模塊化教學(xué)成功的關(guān)鍵點(diǎn)之一。

（二）學(xué)生的個(gè)體差異性

學(xué)生學(xué)習(xí)能力及基礎(chǔ)各不相同，對(duì)知識(shí)理解的能力也存在差異，學(xué)習(xí)的主動(dòng)性也會(huì)大不相同。因此，如何設(shè)計(jì)模塊化內(nèi)教學(xué)目標(biāo)才能滿足不同學(xué)生個(gè)體學(xué)習(xí)需求是模塊化教學(xué)難點(diǎn)之一。

（三）實(shí)踐教學(xué)的實(shí)施

模塊化教學(xué)是實(shí)踐性課程進(jìn)行的必要教學(xué)方式，如何結(jié)合知識(shí)點(diǎn)的實(shí)踐性教學(xué)也是模塊化教學(xué)的難點(diǎn)之一。

三、《人體輔助康復(fù)器械》模塊化教學(xué)方案設(shè)計(jì)

（一）模塊的劃分

教學(xué)內(nèi)容多樣化，在規(guī)定課時(shí)的限制下，很容易引起教學(xué)內(nèi)容過(guò)于科普化，前后內(nèi)容不連貫的問(wèn)題產(chǎn)生。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)方式主要有講授、提問(wèn)等兩種方式，將多樣化的教學(xué)內(nèi)容通過(guò)這兩種方式進(jìn)行教學(xué)，會(huì)造成課堂單一、枯燥，調(diào)動(dòng)不起課堂學(xué)習(xí)氣氛等問(wèn)題；除此之外，該門課強(qiáng)調(diào)實(shí)踐教學(xué)，即需要鍛煉學(xué)生的實(shí)操能力，因此，該教學(xué)方法也無(wú)法實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的。因此，結(jié)合這兩點(diǎn)現(xiàn)存的問(wèn)題，本文提出一例帶全課程的教學(xué)方案，一例就是利用一個(gè)輪椅適配、設(shè)計(jì)的例子來(lái)貫穿整個(gè)教學(xué)內(nèi)容。由于多樣化的教學(xué)內(nèi)容，本課程必須借用模塊化理論將整門課內(nèi)容進(jìn)行模塊化劃分，然后再通過(guò)實(shí)例進(jìn)行前后貫穿?；诖?，本課程將分為兩大主模塊--理論模塊和實(shí)踐模塊。理論模塊根據(jù)知識(shí)點(diǎn)分成輔助技術(shù)、輔助技術(shù)服務(wù)、康復(fù)器械設(shè)計(jì)三個(gè)模塊。其中，輔助技術(shù)再分為人工智能技術(shù)、腦機(jī)接口技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)三個(gè)子模塊，通過(guò)三種先進(jìn)技術(shù)的教學(xué)讓學(xué)生了解目前康復(fù)器械前沿技術(shù)。輔助技術(shù)服務(wù)重點(diǎn)講適配服務(wù)，包括以機(jī)構(gòu)為主的適配服務(wù)模塊和以人為主的適配服務(wù)模塊?？祻?fù)器械設(shè)計(jì)包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、康復(fù)器械設(shè)計(jì)三個(gè)子模塊來(lái)詮釋康復(fù)器械設(shè)計(jì)的技術(shù)要點(diǎn)內(nèi)容。實(shí)踐模塊即為實(shí)操模塊，根據(jù)理論模塊的內(nèi)容也分為輔助技術(shù)實(shí)踐模塊、輔助技術(shù)服務(wù)實(shí)踐模塊和康復(fù)器械設(shè)計(jì)實(shí)踐模塊三大模塊。如前所述，本課擬通過(guò)一個(gè)案例貫穿課程始終，因此實(shí)踐模塊詳細(xì)劃分為：智能輪椅、腦機(jī)接口輪椅、物聯(lián)網(wǎng)中的智能輪椅、個(gè)人輪椅適配、公共輪椅適配、輪椅個(gè)性化設(shè)計(jì)等六大模塊，將每次課程都分成理論模塊與實(shí)踐模塊，使學(xué)生能夠做到學(xué)到即用到，牢固掌握知識(shí)點(diǎn)，學(xué)習(xí)目標(biāo)明確。

（二）模塊內(nèi)目標(biāo)的設(shè)計(jì)

如前所述，模塊化教學(xué)的難點(diǎn)之一是滿足學(xué)生的個(gè)體差異性，但是如果設(shè)立的目標(biāo)出現(xiàn)等級(jí)的劃分，很容易引起學(xué)生的抵觸心理，反而不利于教學(xué)的開(kāi)展。因此，本課程將教學(xué)目標(biāo)根據(jù)模塊內(nèi)容設(shè)立三個(gè)目標(biāo)，第一個(gè)目標(biāo)為基礎(chǔ)目標(biāo)，主要是理論模塊內(nèi)容基本概念的掌握與理解；第二個(gè)目標(biāo)為進(jìn)階目標(biāo)將理論模塊內(nèi)容在實(shí)踐操作中的應(yīng)用掌握；第三個(gè)目標(biāo)為創(chuàng)新能力培養(yǎng)目標(biāo)，主要是結(jié)合前面兩個(gè)目標(biāo)，拓展學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高自身知識(shí)應(yīng)用于創(chuàng)新能力。每個(gè)目標(biāo)的等級(jí)不同，學(xué)生不僅可以在課堂上完成，也可在課下思考，最終完成三個(gè)目標(biāo)，最大程度的降低學(xué)生的個(gè)體差異性。

（三）實(shí)踐教學(xué)的方案設(shè)計(jì)

實(shí)踐教學(xué)是本門課程的難點(diǎn)，本課程采用本體感覺(jué)方法來(lái)讓學(xué)生對(duì)本課程內(nèi)容有更深入的了解。本體感覺(jué)概念來(lái)源于康復(fù)醫(yī)學(xué)，旨在利用患者自身感受來(lái)幫助患者恢復(fù)器官功能。將“本體感覺(jué)”應(yīng)用在《人體輔助康復(fù)器械》課程教學(xué)中，一方面讓學(xué)生互相適配康復(fù)器械，感受現(xiàn)存康復(fù)器械優(yōu)缺點(diǎn)，增加其學(xué)習(xí)興趣，并引導(dǎo)其在設(shè)計(jì)中所應(yīng)注意事項(xiàng)，依據(jù)自身本體感受學(xué)習(xí)并設(shè)計(jì)或改進(jìn)康復(fù)器械，最終達(dá)到設(shè)計(jì)實(shí)踐的目的，該方法還可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。在本文研究中，實(shí)踐模塊根據(jù)理論模塊內(nèi)容分成六大模塊，根據(jù)每個(gè)模塊內(nèi)容特點(diǎn)，讓學(xué)生真正理解所學(xué)內(nèi)容與掌握技能。例如輪椅適配和設(shè)計(jì)兩大模塊，首先請(qǐng)學(xué)生自己操控輪椅，根據(jù)自己對(duì)輪椅操控的感受來(lái)講解適配原則與理由，再對(duì)所操控輪椅提出改進(jìn)方案，并利用3D建模軟件進(jìn)行實(shí)施，或者利用現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)，充分感受適配原則BAD（Buy-Adapt-Design）原則。除此之外，本門課將針對(duì)臨床適配和工程設(shè)計(jì)兩大專題，聘請(qǐng)臨床適配技師和康復(fù)器械設(shè)計(jì)工程師進(jìn)行專題化教學(xué)，從而增加學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)。

四、實(shí)踐與討論

篇5

【關(guān)鍵詞】大規(guī)模定制設(shè)計(jì)；模塊化；離心分離機(jī)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，CAD技術(shù)同模塊化設(shè)計(jì)在離心機(jī)械得到了充分應(yīng)用，使得機(jī)械設(shè)備制造市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，多樣化、個(gè)性化的客戶需求為離心分離機(jī)實(shí)施大規(guī)模定制奠定了市場(chǎng)基礎(chǔ)。

1 國(guó)內(nèi)離心機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)的離心機(jī)分離行業(yè)發(fā)展同國(guó)外相比還處于落后狀態(tài)，近年來(lái)，隨著社會(huì)生產(chǎn)力的快速發(fā)展，通過(guò)對(duì)引進(jìn)國(guó)外技術(shù)的消化和吸收，我國(guó)的離心分離機(jī)技術(shù)也得到了發(fā)展，主要表現(xiàn)：一是已經(jīng)形成一個(gè)集科研、制造和設(shè)計(jì)于一體的體系；二是學(xué)術(shù)界對(duì)該領(lǐng)域有了專項(xiàng)學(xué)術(shù)組織；三是理論與應(yīng)用有了較好的結(jié)合；四是已具備初步的設(shè)備生產(chǎn)制造能力，如，三足、上懸、活塞、螺旋、離心卸料；振動(dòng)、進(jìn)動(dòng)卸料、刮刀及虹吸刮刀等離心機(jī)；五是自動(dòng)控制技術(shù)同計(jì)算機(jī)技術(shù)有了較好結(jié)合；六是制定了相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

2 大規(guī)模定制設(shè)計(jì)的定義

大規(guī)模定制（MC）是新的市場(chǎng)環(huán)境中出現(xiàn)的生產(chǎn)模式，是一種集企業(yè)、用戶、供應(yīng)商、員工和環(huán)境于一體，在系統(tǒng)思想指導(dǎo)下，運(yùn)用全局優(yōu)化的觀點(diǎn)，根據(jù)用戶需求，充分利用企業(yè)自身的各種資源、技術(shù)、方法和優(yōu)勢(shì)，為用戶大批量生產(chǎn)低成本、高質(zhì)量的定制產(chǎn)品和服務(wù)的生產(chǎn)方式。大規(guī)模定制設(shè)計(jì)（DFMC）主要目的在于如何能夠?qū)⒂惺袌?chǎng)需求的單個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)提升到產(chǎn)品族設(shè)計(jì)。其中，在產(chǎn)品族設(shè)計(jì)中，模塊化技術(shù)尤為關(guān)鍵。

2.1 模塊化產(chǎn)品族設(shè)計(jì)

模塊化產(chǎn)品族體系和不同作用域之間的映射關(guān)系相類似，通過(guò)客戶域，能準(zhǔn)確找到客戶需求和客戶種類；通過(guò)功能域，能將產(chǎn)品功能特征化以滿足客戶特定需求；通過(guò)物理域，可驗(yàn)證產(chǎn)品的設(shè)計(jì)參數(shù)是否合格過(guò)關(guān)；通過(guò)過(guò)程域，過(guò)程變量能較好地計(jì)算出產(chǎn)品成本。所以，產(chǎn)品族模塊化技術(shù)作為一項(xiàng)系統(tǒng)化工程，將貫穿于產(chǎn)品整個(gè)生命周期，為企業(yè)能大量生產(chǎn)出滿足特定用戶個(gè)性化需求的產(chǎn)品給予保障。

2.2 模塊化產(chǎn)品族體系組成

模塊化設(shè)計(jì)中所用模塊須具備互相結(jié)合且派生出復(fù)雜產(chǎn)品的特征，模塊組合中的每個(gè)單元都必須具備有一項(xiàng)或者更多項(xiàng)功能，模塊之間組合成新產(chǎn)品時(shí)應(yīng)具備更強(qiáng)的功能。所以，模塊化產(chǎn)品族體系中充分地顯示出了產(chǎn)品的分析功能，以及子模塊所具備的分解職能。產(chǎn)品族通常都是來(lái)自于同一平臺(tái)中系列產(chǎn)品族中的每個(gè)產(chǎn)品變量。其中，每個(gè)產(chǎn)品變量都具備滿足客戶需求的特性和功能，由于這些產(chǎn)品變量都在共享某些共同的客戶需求價(jià)值、結(jié)構(gòu)和技術(shù)，所以，它們構(gòu)成了產(chǎn)品族平臺(tái)。通常情況下，構(gòu)建模塊化產(chǎn)品族體系有三個(gè)主要條件：公共基、差異使能和配置機(jī)制。

2.3 模塊化的不同層次

模塊化產(chǎn)品族體系主要分為三個(gè)層次，，自頂向下存在著三種不同的層次。它們分別是：系統(tǒng)層、模塊層和組件層。系統(tǒng)層是由多個(gè)不同模塊組合而成的裝配系統(tǒng)，通常情況下，系統(tǒng)層的接口越多，其模塊化程度就越低。模塊層是由組件層中的多個(gè)種類不同組件構(gòu)建而成的，如：電氣、機(jī)械、液壓和以及化學(xué)類。組件層模塊化程度級(jí)別最低的層級(jí)，它通常都是由一些標(biāo)準(zhǔn)化零配件組合而成。

3 大規(guī)模定制設(shè)計(jì)在離心機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)例

3.1 離心分離機(jī)械概述

離心機(jī)所采用的分離技術(shù)同其它類型，如：機(jī)械、化學(xué)、熱分離、電分離等技術(shù)相比較而言，有著設(shè)備體積小；停留時(shí)間短；不需要助濾劑；密閉性高；放大簡(jiǎn)單；過(guò)程連續(xù)；處理能力強(qiáng)；分離過(guò)程容易控制、調(diào)節(jié)等特點(diǎn)。由于離心機(jī)的以上特點(diǎn)，離心分離技術(shù)受到了工業(yè)制造業(yè)普遍關(guān)注。當(dāng)前，在資源保護(hù)開(kāi)發(fā)、環(huán)保工程、生物技術(shù)工程、國(guó)防工業(yè)、石油化工、醫(yī)藥、食品、紡織、汽車以及造船等諸多工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。不同行業(yè)間的多樣化、個(gè)性化、規(guī)模化的客戶需求為離心機(jī)械大規(guī)模定制奠定了良好的市場(chǎng)需求。隨著工業(yè)制造業(yè)新技術(shù)、新工藝的快速發(fā)展，尤其是在醫(yī)藥生物工程技術(shù)的推動(dòng)下，離心機(jī)分離技術(shù)的高參數(shù)、全自動(dòng)、多功能、自動(dòng)化系統(tǒng)和新材料等呈現(xiàn)出新的發(fā)展勢(shì)頭。

綜上所述，離心分離機(jī)械主要分為三大類型，主要有：過(guò)濾型離心機(jī)、沉降（分離）型離心機(jī)和組合型離心機(jī)。其中，過(guò)濾型離心機(jī)可分為：三足式、平板式、上懸式、刮刀卸料式、活塞推料式、錐籃式、翻袋卸料式、旁濾式等；沉降（分離）型離心機(jī)可分為：螺旋卸料式、三足沉降式、平板沉降式、管式分離機(jī)式、碟式分離機(jī)式；組合型離心機(jī)可分為：螺旋卸料沉降過(guò)濾組合式離心機(jī)、柱錐復(fù)合式活塞推料式離心機(jī)、碟片螺旋式分離機(jī)。

國(guó)外對(duì)大規(guī)模定制設(shè)計(jì)在離心分離機(jī)械中應(yīng)用研究、開(kāi)發(fā)時(shí)間較早，如：德國(guó)KRAUSS— MAFFEI公司的豎籃離心機(jī)、推料式離心機(jī)等產(chǎn)品，相比之下，我國(guó)內(nèi)的大規(guī)模定制模塊化設(shè)計(jì)工作起步較晚，在某些領(lǐng)域研究尚處于空白。

3.2 實(shí)例介紹

以刮刀下部卸料離心機(jī)為例，對(duì)大規(guī)模定制在離心機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)用中進(jìn)行闡述。

刮刀下部卸料離心機(jī)的主要類型有四種：SG三足式手動(dòng)刮刀下部卸料離心機(jī)、SGZ三足式全自動(dòng)刮刀下部卸料離心機(jī)，PG平板式手動(dòng)刮刀下部卸料離心機(jī)和PGZ平板式全自動(dòng)刮刀下部卸料離心機(jī)。刮刀下部卸料離心機(jī)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)（圖1），刮刀下部卸料離心機(jī)模塊化的結(jié)構(gòu)層次（圖2）。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，大規(guī)模定制設(shè)計(jì)技術(shù)的出現(xiàn)推動(dòng)了機(jī)械制造商的產(chǎn)品設(shè)計(jì)逐步趨向多樣化、個(gè)性化的設(shè)計(jì)策略。大規(guī)模定制設(shè)計(jì)在提供多種產(chǎn)品滿足客戶需求的同時(shí)又大幅度的降低制造企業(yè)的生產(chǎn)成本。所以，離心分離機(jī)械為客戶提供更高程度的個(gè)性化產(chǎn)品定制服務(wù)和設(shè)備時(shí)，應(yīng)當(dāng)繼續(xù)保持大規(guī)模定制設(shè)計(jì)應(yīng)用所具備的產(chǎn)品低成本競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，保持低成本所追求的規(guī)模經(jīng)濟(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]俞雷霖，俞如友.GMP離心機(jī)和離心分離技術(shù)的進(jìn)展[J].中國(guó)醫(yī)藥工業(yè)雜志，2005（12）.

[2]俞雷霖，俞如友.適用于GMP的新型離心機(jī)研制[J].醫(yī)藥工程設(shè)計(jì)，1997（03）.

[3]俞如友. 離心分離設(shè)備的進(jìn)展及無(wú)基礎(chǔ)離心機(jī)[J].醫(yī)藥工程設(shè)計(jì)，1993（03）.

篇6

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人；模塊化編碼；RV減速器

引言

隨著現(xiàn)代化的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人有著多規(guī)模、多種類、小批量和復(fù)雜化等特點(diǎn)。與現(xiàn)代模塊化工業(yè)機(jī)器人相比，傳統(tǒng)機(jī)器人的“一種需求，一次設(shè)計(jì)”會(huì)產(chǎn)生多種弊端。模塊化工業(yè)機(jī)器人的誕生即能滿足客戶的需求，又能在規(guī)格、品種、設(shè)計(jì)周期和成本上得到優(yōu)化。因此工業(yè)機(jī)器人的模塊化和編碼研究顯得尤為重要[1]。

1 模塊的劃分與編碼原則

1.1 模塊化思想

模塊化最早期思想起源于積木，利用積木原理把整個(gè)機(jī)器人分成若干個(gè)具有獨(dú)立功能的模塊，這些相互獨(dú)立的模塊根據(jù)不同的組成，來(lái)達(dá)到設(shè)計(jì)需要。模塊化理念的運(yùn)用，在不同程度上可以達(dá)到大大縮減整個(gè)設(shè)計(jì)周期（研發(fā)周期、生產(chǎn)周期），降低設(shè)計(jì)成本，滿足不同機(jī)器人的互換性要求，提高機(jī)器人設(shè)計(jì)系統(tǒng)的可靠性[2]。

構(gòu)建模塊化工業(yè)機(jī)器人模塊需具備以下幾點(diǎn)功能特性：（1）每個(gè)模塊都是一個(gè)獨(dú)立的個(gè)體，可以完成該模塊的特定功能，模塊與模塊之間相互獨(dú)立，從而減少整個(gè)模塊系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)性，大大降低了工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)周期和設(shè)計(jì)、制造成本。（2）工業(yè)機(jī)器人的模塊化可以分為主動(dòng)模塊和被動(dòng)模塊，主動(dòng)模塊：具有獨(dú)立的控制功能和驅(qū)動(dòng)功能，并可以驅(qū)動(dòng)被動(dòng)模塊，使被動(dòng)模塊完成指定的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。（3）模塊與模塊之間能夠進(jìn)行有效安裝，各個(gè)模塊應(yīng)達(dá)到一定的互換性要求，同時(shí)獨(dú)立模塊間可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的控制和信息的傳遞功能。（4）模塊與模塊之間應(yīng)滿足在動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)的獨(dú)立性。

1.2 模塊劃分原則

按工業(yè)機(jī)器人的不同功能來(lái)劃分模塊是目前比較常見(jiàn)的方法之一，首先對(duì)工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的不同功能進(jìn)行合理分析，一般劃分為必要功能模塊和非必要功能模塊。模塊化的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜多樣，模塊與模塊之間的本質(zhì)就是相互的耦合關(guān)系，從而滿足模塊化的互換性要求，使組成的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)需要[3]。根據(jù)特定的邏輯關(guān)系使工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中的不同功能聯(lián)系在一起，使不同的獨(dú)立模塊間擁有不同的獨(dú)立功能。盡可能滿足模塊與模塊之間相互獨(dú)立、無(wú)干涉和無(wú)關(guān)聯(lián)等要求。

模塊在劃分時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題：（1）模塊劃分種類的總數(shù)不宜過(guò)多，過(guò)多的模塊組合會(huì)降低工業(yè)機(jī)器人的模塊化系統(tǒng)的精度，失去模塊化思想的意義。（2）劃分模塊時(shí)保證每一個(gè)模塊都具有獨(dú)立功能，并應(yīng)考慮完成獨(dú)立功能的可行性。（3）模塊在滿足獨(dú)立功能的前提下，盡量控制模塊的重量和體積。（4）劃分模塊時(shí)，應(yīng)考慮環(huán)境和經(jīng)濟(jì)等因素。

1.3 模塊的劃分

模塊一般根據(jù)機(jī)械本體和驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)進(jìn)行劃分，對(duì)于機(jī)械本體部分，根據(jù)每次零件或者是工業(yè)機(jī)器人上的不同位置所完成的不同功能區(qū)劃分模塊。以六自由度工業(yè)機(jī)器人為例，一般可以分為：底座模塊、肩關(guān)節(jié)模塊、大臂模塊、肘關(guān)節(jié)模塊、小臂模塊、腕關(guān)節(jié)模塊和功能模塊。其中本體部分由底座模塊、大臂模塊、小臂模塊和功能模塊組成；驅(qū)動(dòng)裝置部分由肩關(guān)節(jié)模塊、肘關(guān)節(jié)模塊和腕關(guān)節(jié)模塊組成。這些關(guān)節(jié)型模塊是工業(yè)機(jī)器人核心的技術(shù)之一，特別是應(yīng)用在關(guān)節(jié)型模塊中的RV減速器技術(shù)。目前應(yīng)用在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的減速器一般分兩種，一種是RV減速器，另一種是諧波減速器。在關(guān)節(jié)模塊中，由于RV減速器具有更高的剛度和回轉(zhuǎn)精度要求，一般放置在肩關(guān)節(jié)模塊和肘關(guān)節(jié)模塊中，用于連接底座模塊和大臂模塊、大臂模塊和小臂模塊等重負(fù)載的位置。而諧波減速器一般放置在腕關(guān)節(jié)模塊中，用于連接小臂模塊和功能模塊。

2 RV減速器編碼方法

2.1 模塊編碼的目的、作用和原則

模塊化編碼的目的就是運(yùn)用特定字母和數(shù)字的組合來(lái)代替復(fù)雜的機(jī)械本體，從而避免了文字或口述上的多樣性、多義性和非標(biāo)準(zhǔn)化等誤區(qū)。模塊化編碼使信息描述代碼化，使信息描述具有唯一性、完整性、簡(jiǎn)潔性、易處理性、可擴(kuò)展性和同位性等要求。

（1）唯一性：模塊的編碼和所指代的模塊間必須滿足一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。（2）完整性：模塊編碼要盡可能完整地表達(dá)該模塊信息，要能滿足模塊化設(shè)計(jì)與制造全過(guò)程的需要，包括模塊的選擇、組合以及模塊化管理等。（3）簡(jiǎn)潔性：編碼的位數(shù)在滿足模塊功能和數(shù)據(jù)的基本描述的前提下盡可能最小。（4）易處理性：使計(jì)算機(jī)在處理過(guò)程中更加快捷有效。（5）擴(kuò)展性：在編碼時(shí)，盡可能的貼近制造工廠的規(guī)定和要求，提高在信息傳遞方面的可行性，方便以后編輯和改動(dòng)。（6）同位性：編碼要使各個(gè)模塊的編碼位數(shù)相同，取位數(shù)最多的模塊編碼設(shè)為基礎(chǔ)編碼位數(shù)，位數(shù)少的模塊編碼位數(shù)應(yīng)該用數(shù)字0來(lái)進(jìn)行補(bǔ)位。

2.2 RV減速器的參數(shù)分析

圖1是RV傳動(dòng)的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，它由漸開(kāi)線行星齒輪傳動(dòng)和擺線針輪行星傳動(dòng)兩部分組成。漸開(kāi)線行星齒輪與曲柄軸連為一體，作為RV減速器的第一級(jí)傳動(dòng)。當(dāng)漸開(kāi)線太陽(yáng)輪順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，漸開(kāi)線行星齒輪在公轉(zhuǎn)的同時(shí)并逆時(shí)針?lè)较蜃赞D(zhuǎn)，通過(guò)曲柄軸帶動(dòng)擺線輪做偏心運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，擺線輪因受與之嚙合的針輪約束，在其繞針輪軸線公轉(zhuǎn)的同時(shí)并順時(shí)針?lè)较蜃赞D(zhuǎn)。同時(shí)將順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)曲柄軸傳遞給行星架輸出機(jī)構(gòu)，完成減速輸出。

其中RV減速器的主要參數(shù)分別為：總傳動(dòng)比i，一級(jí)傳動(dòng)比i1，二級(jí)傳動(dòng)比i2，最大功率KW，輸出轉(zhuǎn)數(shù)n，輸出扭矩M，中心距mm。

在進(jìn)行RV減速器的模塊化選擇時(shí)，除了要對(duì)RV減速器的參數(shù)進(jìn)行選擇，還要對(duì)輸入方式、輸出方式和安裝位置進(jìn)行選擇。RV減速器的輸入形式主要分為：孔輸入（FA）、軸輸入（FB）和法蘭盤輸入（FC）。輸出形式主要分為：?jiǎn)屋敵觯―Z）、雙輸出（SZ）和法蘭輸出（Z）。RV減速器有六種安裝方式如圖2所示：

2.3 RV減速器編碼的設(shè)定

根據(jù)RV減速器的基本參數(shù)、輸出形式和安裝方式，對(duì)RV減速器的具體編碼形式如圖3所示。具體實(shí)例如圖4所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

文章簡(jiǎn)單介紹了模塊化和模塊化編碼的概念，對(duì)關(guān)節(jié)型機(jī)器人進(jìn)行了簡(jiǎn)單的模塊劃分，并對(duì)RV減速器模塊進(jìn)行了參數(shù)分析，設(shè)計(jì)出一套編碼體系。在對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，為縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，提高設(shè)計(jì)的重復(fù)使用性，增加系統(tǒng)的可靠性提供理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]陳航，殷國(guó)富，趙偉，等.工業(yè)機(jī)器人模塊化設(shè)計(jì)研究[J].機(jī)械，2009（03）：56-58.

[2]沈允文，郭偉，譚超毅.RV減速器及其在機(jī)器人上的應(yīng)用[J].齒輪，1988（05）：51-54.

篇7

機(jī)械工程學(xué)科的研究生，大多數(shù)來(lái)自機(jī)械工程及自動(dòng)化本科專業(yè)，一般具有較扎實(shí)的機(jī)械專業(yè)的基礎(chǔ)，在“機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造”領(lǐng)域具備一定的專業(yè)知識(shí)，但是電子方面的基礎(chǔ)知識(shí)卻比較薄弱，許多研究生連常識(shí)性的電子知識(shí)都不具備，甚至對(duì)“測(cè)量”、“控制”領(lǐng)域一無(wú)所知。因此需對(duì)其在電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)電系統(tǒng)集成技術(shù)等方面進(jìn)行專業(yè)培養(yǎng)。由機(jī)械電子系統(tǒng)的構(gòu)成要素可見(jiàn)，機(jī)械電子工程技術(shù)一般包括六大共性關(guān)鍵技術(shù)：機(jī)械技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、伺服傳動(dòng)技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)。如圖1所示。因此，機(jī)械電子工程的教學(xué)將以機(jī)械電子工程的原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)為主線，在上述各關(guān)鍵技術(shù)為主要模塊深入展開(kāi)，而在每一關(guān)鍵技術(shù)中，又分別設(shè)置三個(gè)層次的教學(xué)內(nèi)容：基礎(chǔ)要求模塊、較高要求模塊、高要求模塊，形成“一縱三橫”的模塊化結(jié)構(gòu)。模塊化教學(xué)設(shè)計(jì)很好地實(shí)現(xiàn)了引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自身?xiàng)l件及科研需要有針對(duì)性地選擇要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，做到因需施教，因材施教。

2“一縱三橫”的模塊化教學(xué)

“一縱”是指按機(jī)械電子工程原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)為主線的縱向結(jié)構(gòu)，具體包括：傳感檢測(cè)技術(shù)模塊、計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)模塊、自動(dòng)控制技術(shù)模塊、伺服傳動(dòng)技術(shù)模塊、系統(tǒng)集成技術(shù)模塊?！叭龣M”是指在每個(gè)技術(shù)模塊中又細(xì)分為三個(gè)層次的教學(xué)內(nèi)容：基礎(chǔ)要求模塊、較高要求模塊、高要求模塊。具體內(nèi)容如下：傳感檢測(cè)技術(shù)模塊：基礎(chǔ)要求模塊包括傳感與測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)（傳感器的基本構(gòu)成、傳感器的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型及其靜態(tài)特性指標(biāo)、傳感器的選用），機(jī)電系統(tǒng)最常用的位移檢測(cè)（光柵傳感器、絕對(duì)碼編碼器、增量碼編碼器），力學(xué)量檢測(cè)（應(yīng)變式多維測(cè)力彈性體、扭矩傳感器等），視覺(jué)檢測(cè)（線陣CCD和面陣CCD的基本原理）。較高要求模塊包括雙目視覺(jué)檢測(cè)的基本原理及標(biāo)定，觸覺(jué)傳感器（指端應(yīng)變式觸覺(jué)傳感器、多功能觸覺(jué)傳感器）。高要求模塊包括機(jī)電測(cè)試新技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，虛擬儀器技術(shù)，多傳感器數(shù)據(jù)融合等。計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)模塊：基礎(chǔ)要求模塊包括計(jì)算機(jī)控制技術(shù)基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成、分類，及常用控制器（工控機(jī)、PLC、單片機(jī)），軟件方面要求測(cè)量數(shù)據(jù)的預(yù)處理，數(shù)字濾波，線性化處理，標(biāo)度變換。較高要求模塊包括PLC、單片機(jī)的應(yīng)用高級(jí)技巧。高要求模塊包括PMAC原理及應(yīng)用，基于DSP的運(yùn)動(dòng)控制及DSP運(yùn)動(dòng)控制卡。自動(dòng)控制技術(shù)模塊：基礎(chǔ)要求模塊包括PID控制算法的基本原理，標(biāo)準(zhǔn)PID算法的改進(jìn)，數(shù)字PID參數(shù)的選擇。較高要求模塊包括模糊控制，模糊控制的定義及特點(diǎn)，模糊控制系統(tǒng)的組成，模糊控制系統(tǒng)的基本原理，應(yīng)用模糊控制算法解決實(shí)際問(wèn)題。高要求模塊包括其它先進(jìn)控制方法，如智能控制、自適應(yīng)控制、模型預(yù)測(cè)控制、神經(jīng)控制等。伺服傳動(dòng)技術(shù)模塊：主要講解直流電動(dòng)機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電機(jī)及其控制。基礎(chǔ)要求模塊講解三種電機(jī)的基本原理、機(jī)械特性及最常用的控制方法。較高要求模塊講解更深一層次的原理，如直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)、電磁轉(zhuǎn)矩，交流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和定轉(zhuǎn)子的電路分析，變頻控制的原理及實(shí)現(xiàn)方法，步進(jìn)電機(jī)的磁阻最小原理等。高要求模塊講解三種電機(jī)的先進(jìn)控制技術(shù)，如直流電機(jī)的雙閉環(huán)控制、交流電機(jī)的矢量控制等。系統(tǒng)集成技術(shù)模塊：基礎(chǔ)要求模塊主講機(jī)電系統(tǒng)各模塊之間的級(jí)聯(lián)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)講解模塊之間的電氣性能的相互匹配、信號(hào)耦合、時(shí)序配合、電平轉(zhuǎn)換接口。較高要求模塊主講機(jī)電系統(tǒng)的電磁兼容技術(shù)，重點(diǎn)講解接地技術(shù)、屏蔽技術(shù)、共模干擾的抑制、差模干擾的抑制、供電系統(tǒng)抗干擾、印刷電路板的抗干擾等。高要求模塊重點(diǎn)講解軟件抗干擾技術(shù)，如軟件冗余技術(shù)、軟件陷阱技術(shù)、“看門狗”技術(shù)等。

3以案例為載體，推進(jìn)模塊化教學(xué)設(shè)計(jì)

針對(duì)上述的模塊化教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)了針對(duì)不同教學(xué)內(nèi)容相應(yīng)的數(shù)字化資源，建設(shè)了課程網(wǎng)站，開(kāi)發(fā)了多媒體課件，設(shè)計(jì)了多個(gè)教學(xué)案例。在典型的機(jī)電一體化的應(yīng)用領(lǐng)域，將“加工中心”、“工業(yè)機(jī)器人”、“自動(dòng)導(dǎo)引車”、“汽車防抱死剎車系統(tǒng)”制作了教學(xué)案例，并對(duì)一些復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行了分解設(shè)計(jì)。采用單片機(jī)進(jìn)行直流電機(jī)控制、采用PLC對(duì)交流電機(jī)進(jìn)行變頻控制，基于MATLAB的模糊控制仿真等案例模塊在教學(xué)中起到了很好的效果。通過(guò)這些案例，是將機(jī)械電子工程領(lǐng)域的科研成果及前沿技術(shù)引入教學(xué)，最大程度地吸引了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)了研究生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。

4結(jié)語(yǔ)

篇8

關(guān)鍵詞 數(shù)控機(jī)床；機(jī)械手；模塊化

中圖分類號(hào)TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2013）107-0104-02

1 數(shù)控機(jī)床機(jī)械手構(gòu)造

數(shù)控機(jī)床機(jī)械手是由控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及位置檢測(cè)系統(tǒng)四大塊組成的，實(shí)際工業(yè)應(yīng)用過(guò)程中，需要這四部分共同配合來(lái)完成一項(xiàng)任務(wù)。這里給出數(shù)控機(jī)床機(jī)械手的工作圖

1）控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)是機(jī)械手的大腦，它決定著機(jī)械手的具體運(yùn)動(dòng)方式。機(jī)械手一個(gè)動(dòng)作的完成首先是由用戶向控制系統(tǒng)發(fā)出指令，控制系統(tǒng)將該指令轉(zhuǎn)化為具體的控制信號(hào)，通過(guò)程序控制電路、電極控制模塊、機(jī)械控制等幾部分來(lái)控制機(jī)械手實(shí)際運(yùn)動(dòng)。其次，機(jī)械控制模塊還會(huì)將機(jī)械手實(shí)際的運(yùn)動(dòng)情況收集起來(lái)，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)信號(hào)反饋給控制系統(tǒng)，以判斷機(jī)械手是否按照用戶要求運(yùn)動(dòng)，是否能夠準(zhǔn)確的完成用戶所指定的任務(wù)。當(dāng)反饋信號(hào)顯示機(jī)械手出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)偏差時(shí)，控制系統(tǒng)將發(fā)出警報(bào)信號(hào)提示用戶。

2）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)顧名思義是數(shù)控機(jī)床機(jī)械手中驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的裝置，該裝置的主要組成部分為控制調(diào)節(jié)器、動(dòng)力系統(tǒng)、輔助裝置等。我們?cè)诠I(yè)生產(chǎn)中所提及的機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)等，均是使用較為廣泛的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)

數(shù)控機(jī)床機(jī)械手外型上與人手臂相類似，也是有手腕、手臂、抓手三部分組成，特殊情況下還可以加裝移動(dòng)行走機(jī)構(gòu)，提高機(jī)械手運(yùn)行范圍。抓手的主要作用就是抓取物料，常見(jiàn)的抓取方式為吸附式和手抓式。吸附式抓手是通過(guò)所安裝的吸盤來(lái)執(zhí)行任務(wù)的，電磁式吸盤依靠電磁鐵所產(chǎn)生的磁力來(lái)吸附導(dǎo)磁性物質(zhì)，手抓式吸盤就像是人的手一樣抓取物件，所以在實(shí)際應(yīng)用中，主要用來(lái)抓取重量較輕，尺寸較小的零件。手腕部分的主要作用是用來(lái)調(diào)節(jié)工件的抓舉方位以及角度，它是連接抓手與手臂的關(guān)鍵部分。手臂部分是機(jī)械手的主要城中部分，它主要是控制抓手從最佳的角度抓取物件，同時(shí)根據(jù)軟件控制系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào)，按照要求將物件放至準(zhǔn)確位置。

4）位置檢測(cè)系統(tǒng)

數(shù)控機(jī)床機(jī)械手位置信號(hào)有手臂位置、抓手狀態(tài)、行走位置等幾種，信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的主要作用就是用來(lái)檢測(cè)這幾種信號(hào)，然后將信號(hào)反饋至主控制系統(tǒng)用來(lái)判斷當(dāng)前各個(gè)位置信號(hào)是否正確，機(jī)械手各部件是否處于正確位置，同時(shí)主控制系統(tǒng)向位置檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)送控制信號(hào)，給出機(jī)械手下一步操作任務(wù)。

2 數(shù)控機(jī)床機(jī)械手分類

1）按照用途分類

數(shù)控機(jī)床機(jī)械手可以應(yīng)用于很多種工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，但是生產(chǎn)內(nèi)容不同所使用的機(jī)械手類型也不同。當(dāng)前數(shù)控機(jī)床機(jī)械手有專用和通用兩種，所謂專用就是只能夠用于特定的生產(chǎn)過(guò)程中，主控系統(tǒng)程序是固定的不能隨意更改的，這種機(jī)械手通常情況下用于單一工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程；所謂通用就是指機(jī)械手可以用于不同工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，其主控系統(tǒng)程序可以根據(jù)控制需要進(jìn)行更改調(diào)整，在不同場(chǎng)合提供不同的運(yùn)動(dòng)方式。

2）按照驅(qū)動(dòng)方式分類

驅(qū)動(dòng)方式?jīng)Q定著機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)方式，它也是區(qū)分機(jī)械手類型的重要因素。氣壓機(jī)械手是依靠壓縮空氣來(lái)驅(qū)動(dòng)的，這種機(jī)械手以空氣為介質(zhì)，制造成本較低，而且能夠廣泛適用于很多高危生產(chǎn)環(huán)境中。此外氣壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)相較于其他機(jī)械手簡(jiǎn)易很多，不需要配備專業(yè)維修人員，所以這種機(jī)械手是很多工業(yè)生產(chǎn)控制過(guò)程的首選；液壓機(jī)械手主要用于質(zhì)量很大的物件抓取，它依靠密封的液壓裝置來(lái)提供強(qiáng)大動(dòng)力，但相應(yīng)的制造成本也比較高，而且對(duì)于維護(hù)要求也比較高。

3）按照控制方式分類

現(xiàn)階段數(shù)控機(jī)床機(jī)械手的控制方式就兩種：點(diǎn)位控制和軌跡控制。點(diǎn)位控制思想就是路徑線段化，將機(jī)械手需要運(yùn)動(dòng)路徑劃分為規(guī)定距離的細(xì)小線段，劃分的線段端點(diǎn)越多，機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)精度就越高，但同時(shí)這種控制方式對(duì)系統(tǒng)的要求也比較高。這種機(jī)械手在當(dāng)前很多工業(yè)控制過(guò)程中被廣泛使用；軌跡控制相較于點(diǎn)位控制而言技術(shù)要求就更高一些，它可以滿足機(jī)械手在任意空間范圍內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，而且運(yùn)行過(guò)程更加的穩(wěn)定準(zhǔn)確。這種機(jī)械手的控制系統(tǒng)更為復(fù)雜，通常情況下需要計(jì)算機(jī)參與輔助控制。

3 機(jī)械手模塊化設(shè)計(jì)理念

模塊化設(shè)計(jì)理念是伴隨著工業(yè)制造方式的不斷轉(zhuǎn)變而興起的，它是將一個(gè)整體分割成若干個(gè)獨(dú)立的功能結(jié)構(gòu)，不同部分可以同時(shí)設(shè)計(jì)，然后再組合成一個(gè)整體。這種理念簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過(guò)程，優(yōu)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，機(jī)構(gòu)中每一個(gè)功能及部件都具有較高的獨(dú)立性，極大地提高了機(jī)構(gòu)的適用范圍。模塊化產(chǎn)品設(shè)計(jì)中最根本最核心的內(nèi)容就是保證功能結(jié)構(gòu)以及物理結(jié)構(gòu)的相似性，同時(shí)相互獨(dú)立的功能部件可以可靠協(xié)調(diào)工作。對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行模塊設(shè)計(jì)時(shí)可以沿著功能體系和構(gòu)造體系兩條主線進(jìn)行，因?yàn)橄到y(tǒng)能夠體現(xiàn)出來(lái)的任何一項(xiàng)功能，都是建立在其他功能基礎(chǔ)之上的，也就是說(shuō)系統(tǒng)功能具有上下層關(guān)系。此外，系統(tǒng)中還存在著并列功能形式，即一個(gè)功能對(duì)應(yīng)著系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的多個(gè)功能。在進(jìn)行數(shù)控機(jī)床機(jī)械手模塊化設(shè)計(jì)時(shí)，我們可以根據(jù)實(shí)際作業(yè)的要求來(lái)劃分機(jī)械手的單元模塊。機(jī)械手底座是所有功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，所以要將它設(shè)定為整體模塊化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，然后再根據(jù)不同結(jié)構(gòu)所承擔(dān)的不同功能來(lái)設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，模塊化設(shè)計(jì)能夠大幅度降低機(jī)械手的設(shè)計(jì)成本，縮減整體設(shè)計(jì)時(shí)間，以最快的速度滿足工業(yè)生產(chǎn)控制的需要。

1）模塊化機(jī)械手結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)流程

從數(shù)控機(jī)床機(jī)械手各個(gè)機(jī)構(gòu)功能的角度出發(fā)，可以將其分為手部模塊、腕部模塊以及臂部模塊。

2）機(jī)械手模塊組成及功能分析

（1）手部模塊組成及功能分析

機(jī)械手手部模塊中最重要的組成部分就是手指，它主要用來(lái)抓取待加工工件。氣動(dòng)機(jī)械手氣爪是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的結(jié)構(gòu)，這種手指能夠自動(dòng)對(duì)中，雙向高精度抓取。常見(jiàn)的有2指氣爪、3指氣爪以及多指氣爪。在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中，以抓取棒料為主，例如￠80×6Omm圓柱型工件

聯(lián)接件的作用是控制手指抓取直徑，氣爪運(yùn)動(dòng)的最大直徑為D2，最小直徑為D1。外夾持氣爪的夾持力方向是從工件表面指向工件圓心。

（2）腕部模塊組成及功能分析

機(jī)械手腕部模塊是由擺動(dòng)氣缸和聯(lián)接件組成的，它可以保證機(jī)械手在90°范圍內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)。圖中所示聯(lián)接件1是連接高精度頭型調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與擺動(dòng)氣缸的，聯(lián)接件2是連接擺動(dòng)氣缸與氣爪的。

通常情況下，聯(lián)接件都設(shè)計(jì)有槽與軸相對(duì)應(yīng)的孔，并通過(guò)鍵聯(lián)接方式將氣缸與孔連通。采用螺釘固定的方式防止鍵的軸向移動(dòng)。

（3）手臂模塊組成及功能分析

圖1所示為橫臂模塊的結(jié)構(gòu)圖，橫臂是由ML2B氣缸、聯(lián)接件、導(dǎo)軌三部分組成的。這三部分均安裝在門架橫梁上，而且可以在水平方向自由移動(dòng)。機(jī)械手的橫臂與直臂也是通過(guò)連接件連接在一起的，而且通過(guò)高精度柔性調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來(lái)保證機(jī)械手氣爪與機(jī)床卡盤的對(duì)中精度（圖2）。

參考文獻(xiàn)

[1]劉進(jìn)長(zhǎng).抓住機(jī)遇促成飛躍-我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干思考[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2007（3）：7-9.

篇9

[關(guān)鍵詞]包裝機(jī)械 設(shè)計(jì) 思路

中圖分類號(hào)：TB486 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）34-0011-01

引言：包裝機(jī)械與普通產(chǎn)品相比有很大的不同，除了產(chǎn)品本身所具有的含義之外，還有隱形產(chǎn)品、形式產(chǎn)品與延伸產(chǎn)品這三種含義。包裝機(jī)械行業(yè)屬于技術(shù)型行業(yè)，包裝技術(shù)在這個(gè)行業(yè)當(dāng)中起到了非常重要的作用。隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，想要使包裝機(jī)械行業(yè)得到良好發(fā)展就必須要實(shí)現(xiàn)包裝技術(shù)的創(chuàng)新。包裝技術(shù)的不斷進(jìn)步不但能夠節(jié)省材料成本，而且還能使包裝效率得到很大程度上的提高，真正實(shí)現(xiàn)運(yùn)行智能化、包裝設(shè)計(jì)模塊化的這一功能。

1.我國(guó)包裝機(jī)械行業(yè)的現(xiàn)狀

中國(guó)包裝機(jī)械起步較晚，起于上個(gè)世紀(jì)70年代，北京市商業(yè)機(jī)械研究所在研究了日本的包裝 機(jī)械后，制造了中國(guó)首臺(tái)包裝機(jī)。經(jīng)過(guò)了20幾年的持續(xù)發(fā)展，包裝機(jī)械已經(jīng)成為了機(jī)械工業(yè)當(dāng)中十大行業(yè)的其中之一，這位我國(guó)包裝工業(yè)的不斷發(fā)展提供了較為有效的保障。目前在我國(guó)所有的包裝企業(yè)行業(yè)當(dāng)中有1/4的包裝企業(yè)存在著低水平重復(fù)生產(chǎn)的情況，造成了資源浪費(fèi)、包裝機(jī)械市場(chǎng)混亂的現(xiàn)象，嚴(yán)重阻礙了我國(guó)包裝機(jī)械行業(yè)的快速發(fā)展。自從改革開(kāi)放以后，包裝機(jī)械就得到了快速發(fā)展，而統(tǒng)計(jì)顯示，我國(guó)只有1300多個(gè)包裝機(jī)械的品種，而且很多品種還僅僅只是停留在測(cè)試和仿制技術(shù)上。包裝行業(yè)是集機(jī)、電、光、聲、磁、化、生、美為一體的高技術(shù)、高智能、高競(jìng)爭(zhēng)的領(lǐng)域，眾多高科技產(chǎn)品都可以應(yīng)用這對(duì)包裝機(jī)械行業(yè)產(chǎn)品的 出口提供了機(jī)遇， 同時(shí)我國(guó)包裝機(jī)械也因此面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)，要想縮小我國(guó)與歐美國(guó)家之間的差距，就必須將自動(dòng)化技術(shù)引入到包裝機(jī)械中。要嚴(yán)格按照產(chǎn)品自動(dòng)包裝工藝的要求，將智能化包裝技術(shù)與機(jī)電一體化技術(shù)結(jié)合在一起，成為一個(gè)全自動(dòng)的包裝機(jī)械系統(tǒng)并進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)過(guò)程中的檢測(cè)和控制、對(duì)故障的診斷和排除都將實(shí)現(xiàn)全面自動(dòng)化，真正實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高速、低耗及安全生產(chǎn)。

2.未來(lái)包裝機(jī)械設(shè)計(jì)的主流趨勢(shì)

包裝設(shè)計(jì)已進(jìn)入了電腦時(shí)代。傳統(tǒng)的包裝設(shè)計(jì)方法因設(shè)計(jì)速度慢，準(zhǔn)確性差，已不能適應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)激烈的商品經(jīng)濟(jì)。

如今，一個(gè)新產(chǎn)品的生產(chǎn)周期越來(lái)越短，包裝的形式、結(jié)構(gòu)也變得越來(lái)越多樣化。很多時(shí)候一個(gè)產(chǎn)品為了能夠適應(yīng)各個(gè)地區(qū)與各類消費(fèi)群體，需要各種形式的包裝，從創(chuàng)意、色彩、材質(zhì)、規(guī)格到制作方法，都必須要有各種不同的要求。因此，為了能夠及時(shí)把握市場(chǎng)機(jī)遇，需要依靠先進(jìn)手段在第一時(shí)間設(shè)計(jì)出當(dāng)下市場(chǎng)最需要的包裝產(chǎn)品，而且包裝設(shè)計(jì)者必須要了解相關(guān)的包裝制作工藝。

總之，未來(lái)包裝設(shè)計(jì)會(huì)更多的去利用一些現(xiàn)有包裝或者包裝圖案，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行合理取舍與組合，這與之前傳統(tǒng)包裝設(shè)計(jì)的從零開(kāi)始完全不同。未來(lái)包裝設(shè)計(jì)的主流就是借鑒與組合，在此過(guò)程中設(shè)計(jì)人員的欣賞能力直接決定了包裝設(shè)計(jì)的成功與失敗。

3.現(xiàn)有的包裝機(jī)械設(shè)計(jì)方法

包裝技術(shù)的新思路必然是建立在現(xiàn)在已有的包裝技術(shù)之上，并對(duì)其進(jìn)行不斷完善?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的主要目的是為了加快設(shè)計(jì)速度并提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。目前可靠性設(shè)計(jì)方法、模塊化設(shè)計(jì)方法等等都是我國(guó)比較常見(jiàn)的包裝機(jī)械設(shè)計(jì)方法。

3.1 包裝機(jī)械的模塊化設(shè)計(jì)方法

包裝機(jī)械設(shè)計(jì)和現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)在很多方面都有相同之處，但是也有很多不同之處。包裝機(jī)械設(shè)計(jì)的考慮范圍更廣，更側(cè)重于人機(jī)交互環(huán)境、系統(tǒng)整體布局與協(xié)調(diào)性。綜合考慮眾多因素，包裝機(jī)械設(shè)計(jì)大多選用模塊化設(shè)計(jì)方法，該方法側(cè)重于模塊劃分，先把各種不同功能的模塊區(qū)分開(kāi)來(lái)，再按照不同功能進(jìn)行模塊設(shè)計(jì)，并在模塊之間建立起連接，促進(jìn)模塊之間的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)包裝機(jī)械的整體設(shè)計(jì)。該方法的優(yōu)越性：通過(guò)劃分使各種不同功能的模塊向?qū)I(yè)化方向發(fā)展，使機(jī)械產(chǎn)品的發(fā)展速度得到提高。

3.2 包裝機(jī)械的可靠性設(shè)計(jì)方法

包裝機(jī)械的可靠性設(shè)計(jì)方法很好地結(jié)合了定性設(shè)計(jì)和定量設(shè)計(jì)，使得兩者同時(shí)發(fā)揮作用。定性設(shè)計(jì)是在分析故障原因的基礎(chǔ)上，結(jié)合成功設(shè)計(jì)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而保證包裝機(jī)械的質(zhì)量；定量設(shè)計(jì)重在數(shù)據(jù)的獲取，其通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的掌握來(lái)判斷零件的強(qiáng)弱以及質(zhì)量的好壞。

4.改進(jìn)包裝機(jī)械設(shè)計(jì)的新思路

4.1 創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念，實(shí)現(xiàn)需求導(dǎo)向型包裝

包裝機(jī)械行業(yè)在國(guó)外的發(fā)展已經(jīng)有一定的時(shí)間了，我國(guó)可以在國(guó)外的發(fā)展經(jīng)歷中提取一些適應(yīng)我國(guó)包裝機(jī)械行業(yè)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展并創(chuàng)新，在發(fā)展。因此，應(yīng)建立需求導(dǎo)向型的包裝機(jī)械設(shè)計(jì)新思路。在具體實(shí)踐過(guò)程中必須把握的核心是，以客戶及市場(chǎng)需求為核心，采用多樣化的模塊化設(shè)計(jì)方法，找到適應(yīng)客戶需求的模塊，通過(guò)對(duì)其功能的替換或者設(shè)計(jì)出新的模塊來(lái)滿足客戶的需要。這樣的創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念，不僅能夠節(jié)約成本還可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能的快速轉(zhuǎn)換，從而更好地服務(wù)于客戶。

4.2 包裝機(jī)械設(shè)計(jì)方法的創(chuàng)新

設(shè)計(jì)方法是創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的途徑，主要應(yīng)從以下幾方面進(jìn)行考慮：在對(duì)包裝機(jī)械進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，首先就必須對(duì)包裝市場(chǎng)進(jìn)行相關(guān)的調(diào)研，以此分析該產(chǎn)品的市場(chǎng)需求，在此基礎(chǔ)上提出可行性方案，并確定最后的實(shí)行方法；在模塊化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，要盡量做到模塊化功能方面的創(chuàng)新，并爭(zhēng)取在每個(gè)小模塊進(jìn)行創(chuàng)新。在包裝機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，必須與計(jì)算機(jī)技術(shù)融合在一起，以此擴(kuò)大服務(wù)范圍，這樣就可以使有關(guān)程序的修改更加便捷，從而可以有效節(jié)約維修成本。上面提到的方法都是所謂創(chuàng)新包裝機(jī)械設(shè)計(jì)的思路，企業(yè)在進(jìn)行包裝機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)必須要有預(yù)見(jiàn)性，只有這樣才能更好地實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的創(chuàng)新。

包裝機(jī)械企業(yè)應(yīng)當(dāng)了解客戶的需要，知道客戶購(gòu)買產(chǎn)品的偏好和意愿，這樣包裝產(chǎn)品才能夠適銷對(duì)路。包裝機(jī)械企業(yè)應(yīng)當(dāng)將產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念作為出發(fā)點(diǎn)，在設(shè)計(jì)方法上進(jìn)行創(chuàng)新。包裝機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新主要是建立在大量相關(guān)資料與對(duì)產(chǎn)品的了解程度這一基礎(chǔ)之上，在選定產(chǎn)品類別時(shí)，設(shè)計(jì)者先要對(duì)產(chǎn)品的先進(jìn)性進(jìn)行全面分析，再在原材料的選擇與產(chǎn)品工藝上做文章，著重突出產(chǎn)品的創(chuàng)新點(diǎn)與功能性。

4.3 加快包裝機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的建立

目前包裝機(jī)械行業(yè)已經(jīng)成為了十大機(jī)械行業(yè)之一。因此，需要制定相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)模塊之間的互換。有了統(tǒng)一的模塊接口，各家企業(yè)可以在其他企業(yè)研究創(chuàng)新的基礎(chǔ)上進(jìn)行更深層次的探索，從而節(jié)約了創(chuàng)新成本。統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)能加快包裝機(jī)械技術(shù)研究開(kāi)發(fā)的速度，使新技術(shù)可以廣泛運(yùn)用于不同的企業(yè)中，既實(shí)現(xiàn)技術(shù)的創(chuàng)新，也做到包裝產(chǎn)品的創(chuàng)新。

結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代包裝機(jī)械設(shè)計(jì)已經(jīng)融合了當(dāng)下的設(shè)計(jì)技術(shù)與設(shè)計(jì)理念，已經(jīng)向集成化、敏捷化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方向慢慢靠近。在包裝機(jī)械設(shè)計(jì)中融入現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理念與方法，使得包裝機(jī)械的設(shè)計(jì)周期得到了壓縮，與此同時(shí)還提高了產(chǎn)品的性能。隨著包裝機(jī)械設(shè)計(jì)新技術(shù)的日益發(fā)展，產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)能力和設(shè)計(jì)水平將會(huì)進(jìn)一步得到提高，從而很大程度上增強(qiáng)了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)

[1] 包裝機(jī)械機(jī)電一體化技術(shù)的特點(diǎn)[J].中國(guó)包裝工業(yè).2011（01）

篇10

關(guān)鍵詞：起重機(jī)械；建筑機(jī)械；安裝拆卸；Abstract:With the development of the construction industry, construction equipment emerge in an endless stream, building technology has hitherto unknown progress. In engineering construction, hoisting machinery because it can not only replace the heavy manual labor, but also can effectively accelerate the construction speed, reduce cost, accelerate the construction schedule, so it has been used more and more widely in the modern building industry. This paper introduces the design of heavy machinery, and explores the existence of heavy machinery installation problems, finally put forward to strengthen the installation of safety supervision and management strategies.

Keywords: hoisting machinery; construction machinery; assembly and disassembly;

中圖分類號(hào)：TU69文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

1.起重機(jī)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法

1.1優(yōu)化設(shè)計(jì)

起重機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)一般是非線性規(guī)劃問(wèn)題，實(shí)質(zhì)上是多元非線性函數(shù)的極小化問(wèn)題。優(yōu)化設(shè)計(jì)的首要問(wèn)題是選取目標(biāo)函數(shù)、設(shè)計(jì)變量和約束條件，即建立數(shù)學(xué)模型。現(xiàn)以門式起重機(jī)門架的設(shè)計(jì)為例來(lái)說(shuō)明其設(shè)計(jì)思路：

（1）首先確定目標(biāo)函數(shù)G(x)，如門架的重量。然后確定設(shè)計(jì)變量xi(i=1,2,…,n)，即決定或?qū)δ繕?biāo)函數(shù)有較大影響的各個(gè)參數(shù)，如主梁、支腿、端梁、橫梁的重量。

（2）根據(jù)設(shè)計(jì)變量所受的各種限制確定約束條件，包括等式約束和不等式約束，如跨中最大正應(yīng)力、跨中腹板最大剪應(yīng)力等。

（3）建立目標(biāo)函數(shù)G(x)與設(shè)計(jì)變量在x約束條件下的數(shù)學(xué)表達(dá)式，即目標(biāo)函數(shù)G(x)=G(x1，x2，…，xn)，設(shè)計(jì)過(guò)程就是求目標(biāo)函數(shù)的最小值。

（4）最后用各種優(yōu)化方法如一維搜索法、梯度法、牛頓法、懲罰函數(shù)法、共軛梯度法等確定設(shè)計(jì)變量如組成門架的各個(gè)部件的結(jié)構(gòu)、尺寸等的最優(yōu)值，完成最優(yōu)設(shè)計(jì)。

1.2模塊化設(shè)計(jì)

模塊化設(shè)計(jì)有兩層含義，即在考慮機(jī)械的功能和構(gòu)成的基礎(chǔ)上，同時(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的互換性和模塊間接口的標(biāo)準(zhǔn)化。因此在進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)時(shí)，不但要使模塊滿足設(shè)計(jì)功能方面的要求，而且要使模塊間能夠自由連接和組合，這樣才能發(fā)揮模塊化的優(yōu)勢(shì)，高效完成設(shè)計(jì)任務(wù)。起重機(jī)模塊化設(shè)計(jì)的基本思路是：將起重機(jī)進(jìn)行功能和結(jié)構(gòu)分析，然后根據(jù)分析結(jié)果，劃分并建立具有獨(dú)立專有功能的模塊，對(duì)模塊進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì);最后根據(jù)設(shè)計(jì)要求組合模塊，得到我們所需功能的起重機(jī)。模塊化產(chǎn)品的特征就是從功能元素到物理組成的一一對(duì)應(yīng)。起重機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)后，不但可以使其質(zhì)量得到保障，而且還可以大大縮短設(shè)計(jì)周期和生產(chǎn)周期，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，還可以實(shí)現(xiàn)起重機(jī)械零部件的成批生產(chǎn)，從而很大程度的降低生產(chǎn)成本和設(shè)計(jì)成本，實(shí)現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1.3可靠性設(shè)計(jì)

可靠性設(shè)計(jì)是指在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，規(guī)定的條件下，以概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)，以失效分析、失效預(yù)測(cè)及各種可靠性試驗(yàn)為依據(jù)，以完成產(chǎn)品規(guī)定功能為目標(biāo)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。起重機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的基本思路為：將引起起重機(jī)零部件失效的所有因素統(tǒng)稱為應(yīng)力S，則S可表示為各種失效因素Si(i=1,2,…,n)的函數(shù)，S=f(s1,s2,…sn)。將起重機(jī)抵抗各種失效的因素稱為強(qiáng)度R，則R可表示為各種影響強(qiáng)度的因素ri(i=1,2,…，n)的函數(shù)，R=g(r1,r2,…,rn)。應(yīng)力S和強(qiáng)度R都是隨機(jī)變量，起重機(jī)各個(gè)零件安全與否，是以R>S所發(fā)生的概率來(lái)表示的，即R(t)=P(R>S)[R]。其中，R(t)為各零部件在運(yùn)行中的安全概率，即可靠度，它是指零部件在工作時(shí)間t內(nèi)的一種能力；[R]為零件的許用可靠度，它表示零件在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)和規(guī)定的條件下實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的一種能力，即許用安全概率。產(chǎn)品的可靠性是其安全性、可維修性及壽命的重要保證，因此，可靠性設(shè)計(jì)也越來(lái)越成為起重機(jī)設(shè)計(jì)方法的重要組成部分。

2.起重機(jī)械安裝拆卸存在的問(wèn)題

2.1沒(méi)有做好安裝前的準(zhǔn)備工作

在進(jìn)行起重機(jī)械設(shè)備的安裝時(shí)首先要綜合考慮起重機(jī)械的設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)土質(zhì)及地質(zhì)等情況，這些都能影響起重機(jī)械的安裝與拆卸過(guò)程，如果這個(gè)環(huán)節(jié)沒(méi)有做好，起重機(jī)械就不能很好的進(jìn)行安裝拆卸，甚至在安裝與拆卸過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)設(shè)備倒塌的現(xiàn)象。

2.2聘用非專業(yè)的安裝拆卸隊(duì)伍

起重機(jī)械在安裝與拆卸過(guò)程中需要具有專業(yè)資質(zhì)的安裝拆卸隊(duì)伍，并嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)的、經(jīng)過(guò)審批的方案進(jìn)行安裝拆卸，當(dāng)聘用非專業(yè)、沒(méi)有特種作業(yè)操作資格證的安裝拆卸人員，安裝拆卸作業(yè)不規(guī)范，必然會(huì)造成安全隱患。例如在安裝拆卸過(guò)程中多次重復(fù)使用高強(qiáng)度連接螺栓，并且未認(rèn)真地對(duì)其進(jìn)行檢查，隨著交變載荷作用次數(shù)的不斷增加,在高強(qiáng)度螺栓的應(yīng)力集中部位,以及在螺栓制造或使用過(guò)程中形成的缺陷部位產(chǎn)生了疲勞裂紋，隨著使用時(shí)間的增加,疲勞裂紋不斷擴(kuò)展,最終螺栓斷裂，造成事故。

2.3租賃陳舊不合格的起重機(jī)械

有些施工企業(yè)為了減低施工成本，大多數(shù)都采用起重機(jī)械租賃的方式，但是租賃市場(chǎng)本身存在一些問(wèn)題，例如存有大量陳舊的起重機(jī)械，這些陳舊的起重機(jī)械由于機(jī)械老化等原因，并不適合施工，并且存在很高的機(jī)械故障性，為工程施工帶來(lái)很大的安全隱患。另一方面施工單位對(duì)起重機(jī)械的維修監(jiān)管比較少，造成更新滯后、維修滯后。若安裝拆卸這些不合格的起重機(jī)械設(shè)備，無(wú)疑增加起重機(jī)械安裝拆卸事故的發(fā)生。

2.4安裝拆卸方案不夠細(xì)致、全面

起重機(jī)械在安裝與拆卸過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題有時(shí)可能不是設(shè)備的原因，而是安裝拆卸方案的原因，與其操作順序有關(guān)，平衡臂、平衡重、起重臂等的安裝拆卸順序很關(guān)鍵，若操作順序錯(cuò)誤，嚴(yán)重的話會(huì)出現(xiàn)機(jī)械設(shè)備倒塌的現(xiàn)象。

3.加強(qiáng)起重機(jī)械安裝的安全監(jiān)督管理策略

為了避免起重機(jī)械事故的發(fā)生，建設(shè)行政主管部門或相關(guān)部門需要對(duì)起重機(jī)械安裝拆卸過(guò)程做好安全監(jiān)督管理。

3.1對(duì)安裝拆卸隊(duì)伍進(jìn)行檢查

建設(shè)行政主管部門或相關(guān)部門對(duì)安裝拆卸單位及其所聘用的安裝拆卸人員資質(zhì)進(jìn)行檢查，嚴(yán)厲打擊非專業(yè)資質(zhì)的安裝拆卸單位及人員進(jìn)行安裝拆卸作業(yè)。從事起重機(jī)械安裝拆卸活動(dòng)的單位應(yīng)當(dāng)依法取得工程管理部門頒發(fā)的起重設(shè)備安拆工程專業(yè)承包資質(zhì)和施工企業(yè)安全生產(chǎn)許可證，并在其資質(zhì)許可范圍內(nèi)承攬起重機(jī)械安裝拆卸工程。而從事起重機(jī)械安裝拆卸作業(yè)的人員必須按照國(guó)家規(guī)定經(jīng)過(guò)專門安全教育和作業(yè)技能培訓(xùn)，由建設(shè)行政主管部門考核合格，取得起重機(jī)械特種作業(yè)操作資格證書，并經(jīng)用人單位對(duì)其進(jìn)行至少3個(gè)月的操作技能培訓(xùn)后，方可獨(dú)立上崗作業(yè)。

3.2嚴(yán)格審核安裝拆卸方案

建設(shè)行政主管部門或相關(guān)部門需要嚴(yán)格審核起重機(jī)械的安裝拆卸方案，其安裝拆卸方案需要符合工程項(xiàng)目實(shí)際情況，只有通過(guò)審核的方案才能投入生產(chǎn)中去。

3.2檢查起重機(jī)械的設(shè)備檢測(cè)情況

技術(shù)檢驗(yàn)部門需要定期對(duì)起重機(jī)械進(jìn)行檢測(cè)，做到執(zhí)法必嚴(yán)、違法必究。對(duì)于將要投入施工使用的起重機(jī)械進(jìn)行安全檢測(cè)，只有檢測(cè)合格的起重機(jī)械才能使用，嚴(yán)禁使用檢測(cè)不合格的起重機(jī)械，并嚴(yán)禁使用超期的起重機(jī)械設(shè)備。

3.3建立完善的起重機(jī)械安全監(jiān)督管理體制

建立完善的起重機(jī)械設(shè)備安裝拆卸安全監(jiān)督管理體制，在起重機(jī)械的租賃、安裝拆卸、使用管理等過(guò)程中，建設(shè)行政主管部門等相關(guān)部門需要明確租賃單位、安裝單位等相關(guān)單位的各自安全職責(zé)，并強(qiáng)化責(zé)任監(jiān)管。此外，建設(shè)行政主管部門應(yīng)當(dāng)建立本行政區(qū)域內(nèi)的起重機(jī)械檔案，根據(jù)相關(guān)法律法規(guī)進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)以及建立抽查制度，并定期反饋起重機(jī)械的安全使用情況與安全管理狀況。

建設(shè)行政主管部門或有關(guān)部門需要出臺(tái)有關(guān)管理辦法，對(duì)施工設(shè)備租賃市場(chǎng)進(jìn)行規(guī)范管理，完善起重機(jī)械設(shè)備的租賃市場(chǎng)。可以從以下兩方面入手：一是租賃公司，租賃公司需要建立有上崗證的專業(yè)安裝拆卸隊(duì)伍和維修隊(duì)伍，定期對(duì)起重機(jī)械等施工設(shè)備進(jìn)行檢查和維修，提高起重機(jī)械工作的可靠性。二是機(jī)械安裝拆卸單位，起重機(jī)械的安裝拆卸等工作只能由專業(yè)的、具有一定安裝拆卸資質(zhì)的機(jī)械安裝拆卸單位負(fù)責(zé)。

3.4對(duì)起重機(jī)械進(jìn)行安全監(jiān)督管理

根據(jù)工程施工不同階段的特點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的安全監(jiān)督管理，不同階段的安全監(jiān)督管理工作具有不同特點(diǎn)，安全監(jiān)督管理人員就要進(jìn)行有規(guī)劃、有步驟的對(duì)起重機(jī)械進(jìn)行定期一次的全面檢查，對(duì)機(jī)械的技術(shù)狀態(tài)等各個(gè)方面進(jìn)行檢查并記錄，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在安全隱患的起重機(jī)械設(shè)備并給予封停，及時(shí)排查整頓安全隱患。此外．安全監(jiān)督管理人員要結(jié)合日常的監(jiān)督巡查工作，對(duì)起重機(jī)械設(shè)備頂升加節(jié)驗(yàn)收、操作人員持證上崗、使用單位定期檢查情況等進(jìn)行重點(diǎn)檢查。

4.總結(jié)語(yǔ)

在工程施工過(guò)程中，起重機(jī)械擔(dān)任著重要角色，是重要的工程施工設(shè)備。然而在起重機(jī)械的安裝拆卸過(guò)程中存在著較多的危險(xiǎn)因素，稍有不慎，可能會(huì)造成起重機(jī)械安全事故的發(fā)生。因此相關(guān)單位和工作人員要嚴(yán)格按照規(guī)范安裝、使用和拆卸起重設(shè)備，確保起重機(jī)械的使用安全。

參考文獻(xiàn)：