包裝機械設計中模塊化設計應用現狀

王志帥

（北京永創(chuàng)通達機械設備有限公司，北京 100000）

1 包裝機械模塊化設計概況

1.1 模塊化設計內涵

模塊化設計是指在分析產品功能的基礎上，根據客戶的實際需求選擇對應模塊。因此，模塊需要進行分類，便于客戶選擇。通過這種設計，客戶可以根據產品性能自主選擇模塊組合方式，根據市場需求的變化及時調整，從而更好地應對市場變化。同時，模塊化設計可以降低包裝機械設備更新速度，通過智能化的設計方式促進包裝機械行業(yè)的發(fā)展[1]。主要的包裝機械分類見表1。

表1 主要包裝機械分類名稱、類別代號和主要技術參數

當前模塊化包裝機械分為多個種類，根據其功能和性能劃分，大概可以分為以下4個類型。

第一類是橫向類型。橫向類型模塊化設計是指不對產品主要參數進行調整，而是通過模塊實現產品變形，從而制作出符合用戶需求的產品。這種類型的模塊化包裝機結構比較簡單，應用范圍比較廣泛[2]。

第二類是縱向設計類型。縱向設計是指在同一類型的前提下，對不同規(guī)格的產品進行定向修改。這種類型的模塊可使產品種類更加豐富多樣，但結構也更加復雜，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計是指在一定的范圍內修改模塊某些性能，從而獲得其他類型的產品。這種類型的模塊設計可以滿足更多種類的需求，但設備投入較高，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，包含了橫向、縱向等類型，因此可以產生的產品種類最為豐富，功能更加全面，價格也更高。

1.2 模塊化設計特點

模塊化設計以機械系統為基礎。根據計算機系統和智能化系統，模塊化設計主要具備以下幾個特點，見表2。

表2 模塊化設計與傳統設計對照表

第一，模塊化設計簡化了設計流程。包裝機械設計需要根據客戶需求進行，過程比較復雜。若要設計出不同功能，需結合機械設計原則和指標，完成包裝機械設計。在傳統的包裝機械中模塊是固定的，在模塊化設計中只需要根據需求選擇不同模塊，然后綜合模塊即可完成設計[3]。

第二，模塊化設計產品柔性程度較高。模塊化機械與機械設計不同，可以獨立存在，并且將最新的技術應用到生產過程中。模塊化設計也極大地加快了更新速度，生產商可以根據市場需求對模塊化設計進行小范圍調整，從而滿足更多的需求，因此設計柔性較強。

傳統包裝機械設計需要經過產品規(guī)劃、方案設計、技術設計等多個過程。產品規(guī)劃是對需求和市場進行分析，確定設計參數，并且提出詳細的設計任務書，確定產品的工作原理，篩選出較為合理的工作原理方案。技術設計是將方案轉化為具體機器設計，包含零部件設計和使用技術的選擇。工程設計是對所有工作圖進行設計并且編制出設計文件，一般是由總裝配圖分拆成為零部件，零部件草圖在經過審核之后再生產零部件，最終制作出產品。從以上的分析可以發(fā)現，傳統包裝機械設計流程煩瑣，投入較大，需要經過多個流程。

模塊化設計過程是對一定范圍內的不同功能或者同功能不同規(guī)格的產品進行性能分析，劃分并且設計出不同功能的模塊，通過模塊之間的組合形成不同產品，根據市場需求直接對產品進行組合。包裝機械雖然應用范圍不同，形式也存在巨大差異，種類和規(guī)格眾多，但是包裝機械設備也存在很多共同點。例如，包裹機械的主要用途是歸納，輔助裝備包含運輸、存儲等，由自動控制系統對設備進行控制，系統當中不同功能分工明確。因此，包裝機械中應用模塊化技術具有技術優(yōu)越性，可以有效降低生產成本，提高設備重復利用率，也可以快速滿足市場需求。

2 模塊的劃分和接口

2.1 模塊劃分

在包裝機械設計中應用模塊化設計，要根據自身模塊設計指標和機械設計的要求進行。因此，模塊應遵循統一標準才能滿足機械設計中的互換需求。模塊之間的尺寸必須有統一標準，以實現模塊之間的互換。作為機械系統的一部分，模塊劃分也直接影響機械系統的正常運轉[4]。模塊劃分要具備靈活性，不僅要考慮到產品管理，還要考慮到產品發(fā)展需求。在具體的模塊劃分中，要注意到以下幾點。首先，滿足模塊多變性需求。模塊在劃分過程中要根據功能進行分析，最大限度使用最少的模塊完成功能最多的產品。其次，滿足模塊的獨立性。模塊雖然是系統的一部分，但要具備獨立性，即模塊的功能和結構可以在獨立的情況下進行運轉。最后，確保結合部位的靈活性。模塊需要加入系統，并且要隨時更替，因此模塊之間的結合要便于拆卸更替。

2.2 模塊接口

模塊之間的接口會直接影響模塊的互換性和可組合性。根據相關統計數據分線，模塊60%以上的功能受到接口影響，因此模塊接口非常重要。

對于包裝機械而言，接口的標準化和通用性會直接影響系統性能，影響模塊是否可以匹配到包裝機械中，是否可以拓展包裝機械功能。因此，在接口設計中要遵循相關標準，要與市場中的包裝機械進行適當匹配[5]。

3 模塊化設計在包裝機械中的應用——以裹包機為例

為了生產出不同規(guī)格的產品，模塊化設計被應用于裹包機中。在裹包機中應用模塊化設計主要具備兩方面優(yōu)勢。

一方面，降低產品包裝生產成本。裹包機在模塊化設計后，極大地豐富了包裝的種類，根據客戶需求更換裹包模塊即可，降低了生產成本，也可以滿足更多客戶需求，擴大了企業(yè)客戶群體，提高了企業(yè)市場競爭力。

另一方面，促進商品多樣化發(fā)展。市場中的需求處于不斷變化中，產品需要緊跟市場需求變化。為了更好地滿足市場需求，產品需要在短時間內進行調整。產品變化后裹包也需要調整，模塊化的裹包機可使商家自主選擇裹包方式，加快產品生產，促進產品多樣化發(fā)展。

德國Krones公司設計的高速裹包機可以生產規(guī)格不同、形狀不同的產品裹包，也可以更換模塊，滿足了大多數商家需求。該裹包機一經推出就得到了市場關注和追捧，之后模塊化設計在包裝機械的中應用越來越廣泛，逐漸成為行業(yè)發(fā)展方向之一。

4 包裝機械設計優(yōu)化策略

在包裝機械設計優(yōu)化中，模塊化設計只是其中一個方向。當前包裝機械設計優(yōu)化的方式主要有虛擬設計等方式。虛擬設計是隨著計算機技術的發(fā)展產生的，利用計算機輔助設計（Computer Aided Design，CAD）這種輔助繪圖軟件進行繪圖，之后根據需求確定技術指標和性能參數，從而完成包裝機械生產[6]。這種設計方式不僅可以有效檢測設計中的故障，還可以有效簡化設計流程，降低設計難度。最重要的是通過虛擬設計可以對設計方案進行修改，也可以根據需求重新調整，可更好地滿足客戶需求。虛擬設計有助于促進包裝機械設計行業(yè)的發(fā)展，不僅降低了設計難度，縮短了設計周期，還可以節(jié)約設計成本。傳統的設計模式需要將產品設計出后再進行檢測，投入了大量人力物力。虛擬設計可以通過計算機直接進行檢測并快速進行調整，是包裝機械設計的發(fā)展趨勢，為包裝機械設計提供了新的動力。

5 結語

當前我國包裝機械行業(yè)與西方發(fā)達國家相比依然存在較大差距，模塊化設計應用范圍依然較小，設計水平依然較低。因此，我國應加大對包裝機械模塊化設計的支持，加大技術研發(fā)，進行產學結合，加快科研成果的轉化。此外，要注重包裝機械設計中其他設計方式的投入，積極利用信息技術進行設計，更好地滿足社會發(fā)展需求。