引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及市場競爭的加劇，客戶的需求也越來越高,，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期已越來越短。因此要求包裝機械具有良好的柔性和靈活性,，使包裝機械的壽命遠(yuǎn)大于產(chǎn)品的壽命周期,，這樣才能符合經(jīng)濟性。這種要求還體現(xiàn)在以下幾個方面：一是提高生產(chǎn)效率,，二是適應(yīng)產(chǎn)品更新變化的需求,，三是能進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷服務(wù)，四是基于環(huán)境保護(hù),，噪聲低,、粉塵和廢棄物少，五是設(shè)備購置投資盡可能少,，價格盡可能低,。利用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計,，為包裝機的設(shè)計及創(chuàng)新提供了科學(xué)、可靠的方法,。

1,、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計

設(shè)計理念上，應(yīng)該以用戶的需求為設(shè)計的目標(biāo),，并結(jié)合柔性設(shè)計,、模塊化設(shè)計的理念，一機多用,，或更換少量的零,、部件就可以完成不同的功能；通過拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計,，實現(xiàn)機構(gòu)創(chuàng)新,，滿足不同產(chǎn)品的包裝需求。

1．1概述

拓?fù)洌═opology）是將各種物體的位置表示成抽象位置,。拓?fù)洳魂P(guān)心事物的細(xì)節(jié)也不在乎什么相互的比例關(guān)系,，只將討論范圍內(nèi)的事物之間的相互關(guān)系表示出來，將這些事物之間的關(guān)系通過圖表示出來,。并以一定的結(jié)構(gòu)方式進(jìn)行連接實現(xiàn)互聯(lián),。這種連接方式就叫做“拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)”。

引入此概念,，從包裝機整體功能出發(fā),，進(jìn)行機構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計不僅需要考慮機構(gòu)的運動學(xué)要求,，如運動確定性,、運動輸出特征等，也要考慮控制系統(tǒng),、驅(qū)動系統(tǒng)的要求,，如控制解耦、驅(qū)動器位置可選擇性等,。在深入,、系統(tǒng)地揭示機構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與功能之間的內(nèi)在聯(lián)系與規(guī)律性基礎(chǔ)上，建立了機構(gòu)拓?fù)湓O(shè)計的數(shù)理模式,，減少設(shè)計中的經(jīng)驗性因素,，開拓了以功能為導(dǎo)向的創(chuàng)造新機構(gòu)的系統(tǒng)理論與方法。

1．2拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計的分類

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計分為兩類：機構(gòu)集成創(chuàng)新和原始機構(gòu)創(chuàng)新,。機構(gòu)集成創(chuàng)新是指通過對已知基本機構(gòu)（元機構(gòu)）及其元功能進(jìn)行重組,，以實現(xiàn)較復(fù)雜機構(gòu)系統(tǒng)的整體功能與原理創(chuàng)新，已知元機構(gòu)及其子功能是機構(gòu)集成創(chuàng)新知識庫的基礎(chǔ)。機構(gòu)原始創(chuàng)新是發(fā)現(xiàn)具有特定功能的新基本機構(gòu),，可直接開發(fā)為新產(chǎn)品,，又可作為機構(gòu)集成創(chuàng)新的元機構(gòu)，擴大了知識庫中元機構(gòu)空間,。

對自動包裝機而言,，這里的元機構(gòu)指機構(gòu)的各功能模塊，具有一定的獨立性,，能完成包裝過程的某一動作的機構(gòu),。狹義的講，機構(gòu)集成創(chuàng)新可以看作在對一定范圍內(nèi)的不同功能或陽同功能不同性能,、不同規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行功能分析的基礎(chǔ)上,，劃分并設(shè)計出一系列功能模塊，通過模塊的優(yōu)化選擇和組合來構(gòu)成不同產(chǎn)品以滿足市場不同需求的一種設(shè)計和制造方法,。

從廣義的范疇來講,，機構(gòu)集成創(chuàng)新不僅僅局限于通過元機構(gòu)的重組，快速實現(xiàn)包裝變化的要求,，還在于可以實現(xiàn)較復(fù)雜機構(gòu)系統(tǒng)的整體功能與原理創(chuàng)新,，構(gòu)造出其數(shù)學(xué)模型，為開發(fā)出更先進(jìn)的包裝及提供了可靠的依據(jù),。

1．3拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計過程

對于具體的設(shè)計任務(wù),，我們需要選擇合理的模型進(jìn)行求解。綜合目前國內(nèi)外在拓?fù)錂C構(gòu)設(shè)計方面的應(yīng)用情況,，提出了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計過程的3個層次,，即產(chǎn)品元機構(gòu)分解（模塊化分解）、模塊系列設(shè)計及新產(chǎn)品的配置與組裝,。

（1）模塊化分解

包裝機械成套設(shè)備是一個復(fù)雜的機械系統(tǒng),，對其模塊的劃分必須把握一定的度。若把模塊分得過細(xì),，其通用性雖高,，但失去了模塊化分解的意義；若把模塊劃分得過粗,，其功能綜合程度雖高,，卻影響模塊拼裝時的柔性，功能相對獨立性也不能充分體現(xiàn),。因此在劃分模塊時，既要考慮模塊間的分離和組合,，又要保證模塊在功能上有一定的獨立性和完整性,；盡量簡化模塊自身的復(fù)雜程度，以避免模塊組合時產(chǎn)生混亂，降低系統(tǒng)的可靠性,。

（2）模塊系列設(shè)計

模塊系列設(shè)計要從包裝機的整體功能出發(fā),，通常包裝機械設(shè)備的設(shè)計時一定要考慮其柔性和靈活性，具體表現(xiàn)在以下三個方面：

一是量的靈活性,，既能包裝單個產(chǎn)品,，也能包裝不同批量產(chǎn)品；

二是構(gòu)造的靈活性,，整臺設(shè)備采用單元組成,，換用一個或幾個單元，即可適應(yīng)產(chǎn)品的變化,；

三是供貨的靈活性,，可采用單元組合，將各單元組合在一起供貨,。

因此模塊化系列設(shè)計要基于標(biāo)準(zhǔn)化,、專業(yè)化的原則，為包裝機的組裝提供豐富的資源庫,，使得各模塊執(zhí)行件的動作協(xié)調(diào)配合,。標(biāo)準(zhǔn)化可以使大批量生產(chǎn)成為可能，并大大降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本,，模塊化則是標(biāo)準(zhǔn)化的新形式,。國際包裝界十分重視提高包裝機械加工和整個包裝系統(tǒng)的通用能力，所以包裝機械零部件生產(chǎn)專業(yè)化,、標(biāo)準(zhǔn)化是發(fā)展的必然趨勢,。

（3）產(chǎn)品配置與組裝

在設(shè)計開發(fā)新的包裝設(shè)備時，首先綜合考慮包裝對象,，根據(jù)要求完成的操作選擇不同用途和性能的基本模塊以構(gòu)成所需模型機構(gòu),。同時選擇和組合適當(dāng)?shù)臋C構(gòu)運動原理，充分實現(xiàn)待定運動所需機構(gòu),。如連桿機構(gòu),、凸輪機構(gòu)等。設(shè)計過程中應(yīng)盡量減少不確定性因素造成的影響,，使機構(gòu)趨于平穩(wěn),。設(shè)汁時仍要對機構(gòu)進(jìn)行動力學(xué)分析，以提升機械運行速度和平穩(wěn)性,。除機構(gòu)設(shè)計外,，還應(yīng)該考慮各功能另外的實現(xiàn)途徑，可以參考各類包裝機的長處,，以期最優(yōu)組合該產(chǎn)品,。

模塊化組合的設(shè)備,，其優(yōu)點顯而易見，靈活的模塊化結(jié)構(gòu)使機器的功能和適應(yīng)性得以擴展,，使設(shè)備實現(xiàn)自我診斷,，快速確定故障點，維修調(diào)整更容易,，而且具有明確針對性,，不牽涉和影響正常模塊。