時間：2022-06-18 05:22:45
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇包裝機械設計，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞：包裝機械；綠色產品設計；可持續發展；關鍵技術
包裝機械是伴隨著生產的進一步發展而發展起來的現代工業，通過自動化的方式對產品進行加工。包裝機械在生產領域的使用，給生產打來了很大的方便，也對環境造成了不同程度的傷害，造成了大量的垃圾物質。隨著社會的進步人們越來越關注環境保護問題。因此不斷改良包裝機械設備對于提高企業的經濟效益起到很大的作用。不斷改進技術，完善傳統的落后的技術需要從多個方面進行努力，無論在包裝機器的管理、工藝運行、后期維護，還是后期的廢氣排放都需要進行努力。
1 綠色產品設計的內涵與特點
1.1 綠色產品設計的內涵
綠色產品是指在其生命周期過程中，符合特定的環境保護要求，對生態環境無害或危害極少，資源利用率最高，能源消耗最低的產品。綠色產品設計是以環境資源的保護為核心的產品設計過程。在產品的整個生命周期內，優先考慮產品環境屬性（自然資源的利用、對環境和人的影響、可拆卸性、可回收性、可重復利用性等），并將其作為設計目標，在滿足環境目標要求的同時，考慮并保證產品應有的基本功能、使用壽命、經濟性和質量等。
1.2 綠色產品設計的特點
1.2.1 產品設計的閉環設計過程。在以往的產品生命周期規律中，產品從生產到銷售，到使用，到廢棄，都被考慮到范圍之內，就是沒有考慮產品。但是考慮到環境保護的因素，在綠色產品工藝方面需要考慮到開環的設計，這一環節被加入到產品生命周期之內，包括對產品的包裝的加工和處理工作流程的設計，設計的理念都是在最大限度節約資源的前提下，提高企業效益。
1.2.2 節約資源和能源。在產品生產之中貫徹綠色設計理念，對于提高產品材料的使用率和提高經濟效益具有一定的意義，節約材料降低成本的目的。因此，環境保護理念的落實可以在很多方面防止污染和浪費現象。
1.2.3 從源頭上減少環境污染。綠色產品在設計和加工方面依據節約和環保的理念，從不同的方面對環境問題進行治理，有效的從源頭上解決了設計加工中環境污染問題，促進產品的高質量。
1.2.4 有利于保護環境。綠色產品設計的重點就是注重環境保護，需要從多個方面進行改善，在加工制作流程上需要考慮到對產品資源的利用，在廢棄物的制造工作上應進行控制，并且運用各種方法提高產品利用率，不斷提高企業效率，減少廢棄物的排放和材料的浪費，促進生態平衡。
2 綠色包裝機械設計的關鍵技術
2.1 包裝機械的結構設計
目前，包裝產品的發展非常迅速，在包裝日益專業化的大背景下，對于包裝材料的要求也變得越來越高。在這樣的條件下，提出了綠色包裝機械的設計理念，在資源利用方面，在材料的選擇方面偏向于易于回收利用的質料。在資源方面進行節約、選擇容易拆卸的材料和便于回收的包裝性能都是包裝材料方面需要注意的具體問題。具體設計的要求是，保障使用的材料盡量簡單，在材料的回收方面方便操作，通過多方面對包裝機械進行升級換代。總之，只有不斷提高包裝產品的設計要求，才能夠促進包裝的環保效能的提高。
2.2 面向材料的包裝機械設計技術
在材料的使用方面需要從多方面對材料進行對比選擇，通過不同程度的設計規范，促進機械設計技術的進步。在產品廢棄物的處理方面需要增強技術含量，不斷提高生產效率，到達治理環境污染的目的，在不同方面促進生產效率和產品質量的提高。因此，包裝材料的使用非常重要，在具體材料的使用當中需要注意以下幾個方面：
首先，在材料的使用中需要結合實際進行分析，從各個方面減少材料使用的難度，不斷將工作貫徹下去。在操作中需要全面考慮到各項材料可能出現的問題，將問題處理在萌芽中。其次，對于材料的選擇需要全面進行對比，考慮材料的成本，想方設法降低材料的支出，提高利用率。再次，對于污染小的材料需要多投入，污染小的材料對于促進產品的環保具有很大的作用。最后，因為包裝機械有很多種，不同的材料有不同的特點，在材料的使用中需要多方面考慮進行區分，以便做出有利的選擇。
2.3 包裝機械的制造工藝設計
包裝機械的綠色工藝流程內容比較廣泛：（1）對工藝設計各環節進行審核，對設計方案進行綜合考察，制定最佳的工藝方案，降低使用的成本；（2）在生產工藝的選擇方面，需要選擇適合的、對產品生產有利的方案，減少廢棄物的排放；（3）在包裝機械的操作流程中盡量減少包裝材料的浪費，減少資源的使用，提高資源利用率。
2.4 模塊化設計
模塊化設計是對包裝進行設計時經常使用的方法，也是綠色產品設計中需要不斷完善的一種行之有效的辦法。模塊化設計需要綜合考慮的因素比較多，具體而言，在具體的模塊選擇上要求盡量節約資源。具體設計的要求是，保障使用的材料盡量要求簡單，在材料的回收方面方便操作，對不同情況的使用材料設計不同的模塊化方案。
2.5 可拆卸設計
良好的可拆卸性是包裝機械便于維護、所用零件材料可回收、可再生的重要保證，只有具有良好的可拆卸性才能實現完全的材料回收和可能的零部件再利用，從而達到節省成本、減少污染、保護環境的目的。基于此，先應從觀念上重視可拆卸性設計。包裝機械的研發人員應經常與使用者、產品維護及資源回收部門取得聯系，獲取包裝機械的結構在拆卸方面存在的不足，并為可拆卸性設計的發展準備有關數據資料。其次，為便于拆卸，包裝機械進行整機的系統規劃時，就要從結構上考慮拆卸的難易程度，提出相應的設計目標、結構方案。
關鍵詞：機械設計；虛擬樣機技術；應用分析
近年來，在我國科學技術發展的過程中，人們為了使得機械設計技術的應用效果得到進一步的提升，就將許多先進的科學技術和設計理念應用到其中，從而滿足當前現代化機械設計的相關要求。而虛擬樣機技術的運用，主要是在計算機信息技術的基礎向，建立其相關的數字化模型，對其整個機械系統進行簡化設計，這樣不僅有效的降低了機械設計的成本，優化了機械設備的工作性能，還使得機械產品開發設計的質量得到進一步的保障，有效的解決了傳統技術設計技術在使用過程中存在的問題。下面我們就對虛擬樣機技術在保證機械設計中的實際應用情況進行介紹。
1. 虛擬樣機技術簡介
1.1虛擬樣機技術概述
目前在我國社會經濟發展的過程中，人們也已經進入到了一個知識信息化的時代，許多先進的科學技術也不斷的出現在了人們的生活當中，這樣不僅很好的改變了人們的生活方式，還使得社會生產的質量和效率得到了進一步的提高。而在我國機械設計行業發展的過程中，人們為了使得機械產品的工作性能得到進一步的提升，使其傳統機械開發技術中存在的問題得到很好的解決，人們也將許多先進的科學技術應用其中。而訊樣機技術的應用，主要是為了對機械產品進行相應的創新設計，并且通過測試和評估的方法來對機械設備的質量和性能進行優化，盡可能的降低人們在機械產品開發過程中所設計到的成本消耗，從而促進我國機械設計行業的發展。目前，在我國機械設計當中，虛擬樣機技術也被人們稱之為機械系統動態技術，被人們應用到各種機械設備設計當中。
而仿真技術作為虛擬樣機技術中的一種，人們早在上個世紀80年代，都已經將其應用到機械行業當中。并且隨著社會的不斷進步，也將許多先進的設計理念和科學技術應用到其中，從而使得方針技術的應用效果得到了進一步的提升。這樣使得人們機械設計的過程中，通過計算機技術的應用，來對其樣機實踐進行分析，從而保障機械產品性能的最優化，有效的解決了人們在傳統機械設計過程中，存在的相關的問題，從而促進我國機械設計行業的發展，滿足現代化社會經濟發展建設的相關要求。
1.2虛擬樣機技術的優越性
本質上，虛擬樣機技術是一種模擬仿真技術，涉及到多體系統運動學、動力學建模理論及其技術實現等方面，是在先進的建模技術、信息管理技術、多領域仿真技術、交互式用戶界面介紹和虛擬現實技術的基礎上的綜合應用技術。虛擬樣機其實就是實際產品在計算機上顯現出的模型，又稱為數字化樣機。虛擬樣機的智能性是實現人機交互的一種機械設計技術，是計算機輔助工程師進行設計，而不是完全由計算機程式化的進行產品設計分析。虛擬樣機并不會因其虛擬性而在功能方面與物力樣機存在差距，而是在一定程度上擁有與物力樣機相似的功能，其檢測的真實度具有可信性。利用相關分析軟件，結合機械設計等方面知識，可通過分析產品虛擬模型，預測產品性能，包括運動學特性、動力學特性、強度分析、疲勞壽命等，為優化產品提供依據。
2. 虛擬樣機技術相關軟件
2.1 Pro/Engineer（Pro/E）
三維建模工具的出現和應用改變了傳統的設計方法和過程。相比二維繪圖軟件，三維建模工具所獨具的優點使得其正越來越多地得到應用。就目前市場上存在的三維建模軟件來說，Pro/E軟件，尤其是第三代產品Pro/E wildfire版本，其所具有的強大的參數化特征造型功能（現代CAD技術的一個主要發展方向）而受到企業界的一致認同。通過Pro/E 設計出來的與物理樣機完全相同的虛擬樣機，其零部件之間的裝配和嵌合一目了然，而且通過它的運動仿真分析功能可以把設計錯誤消滅在設計的初始階段，還可以簡化復雜的設計工作，把設計人員從繁瑣的工作中解放出來，使設計人員把精力放在機械產品的結構優化和創新上。
2.2 ADAMS
虛擬樣機技術的典型應用軟件是ADAMS軟件。ADAMS是美國Mechanical Dynamics Inc公司開發的虛擬樣機分析軟件，使用交互式圖形環境和零件庫、約束庫、力庫，創建完全參數化的機械系統幾何模型，其求解器采用多剛體系統動力學理論中的拉格郎日方程方法，建立系統動力學方程，對虛擬機械系統進行靜力學、運動學和動力學分析，輸出移、速度、加速度和反作用力曲線。ADAMS一方面是虛擬樣機分析的應用軟件，用戶可以運用該軟件非常方便地對虛擬機械系統進行靜力學、運動學和動力學分析。另外，又是虛擬樣機分析開發工具，其開放性的程序結構和多種接口，可以成為特殊行業用戶進行特殊類型虛擬樣機分析的二次開發工具平臺。
3. 包裝機械設計過程中虛擬樣機的應用
設計初期直接在計算機環境中創建虛擬樣機，并進行各項仿真實驗和分析，如此不僅可以使機械的結構和功能得到模擬，還能檢測出機械產品的缺陷，使缺陷在最初的設計階段就能及時發現并加以改進，實現設計與完善同步進行。虛擬樣機技術的興起，不僅使復雜的機械設計工序簡單化，也為機械設計提供了全新的設計理念。本文將以機械中的減速器為例闡述虛擬樣機給機械設計帶來的巨大作用。減速器主要涉及到ADAMS和Pro/Engineer兩種軟件。設計者可以使用虛擬樣機技術，通過三維建模、動力學仿真分析和優化設計等三個過程，研究零部件參數對減速器性能的影響并對測試結果進行分析，依照分析結果優化設計，實現最優設計。在建模過程中，設計者首先應用Pro/E軟件建立減速器的帶有質量、轉動慣量等物理特征的各個部件，并裝配好零部件。減速器Pro/E模型建立以后，利用IGES接口輸到入實體模型ADAMS軟件中，添加相應的約束與驅動后，設置仿真平臺相應的輸入輸出參數，即可進行減速器動力學性能參數的分析與求解。在仿真的基礎上就可以得到相關的數據，分析后進一步對所設計的機構進行結構參數優化，進而得到更為完善的減速器。由以上分析可以看出，ADAMS和Pro/Engineer軟件可以圖形的方式在計算機上顯示出減速器，很方便的幫助設計者評估出產品設計方案的優劣，并能把虛擬樣機中存在的缺陷及時發現并優化。有了這些參數，我們就可以快速、準確為完成物理樣機設計奠定基礎。
4. 結束語
總而言之，目前我們在包裝機械設計的過程中，已經將虛擬樣機技術應用到其中，這就使得機械設備的工作性能得到進一步的優化，從而有效的經濟了傳統機械設計技術在實際應用的過程中，存在的相關問題。而且隨著社會經濟的不斷發展，人們為了使得虛擬樣機技術的應用效果得到明顯的增長，也將許多先進的科學技術應用到其中，這就有效的促進我國機械設計行業的發展，滿足了現代化社會經濟發展的相關要求。■
參考文獻
關鍵字：包裝機械,運動控制,嵌入式系統
中圖分類號:TP273 文獻標志碼:A
Design of embedded OS based motion controller for packaging machinery
HUANG Xiao-hong1CHEN Zhi-ming2
(1Guangdong Industry Technical College, Guangzhou Guangdong, 510300, China
2 Department of Electronic Science, Huizhou University, Guangzhou Guangdong, 516007, China)
Abstract: Motion control is very important for packaging machinery. A design method of embedded Operation System (OS) based motion controller for packaging machinery is proposed in this paper. The overall system structure is presented, and the hardware and software design and implementation of the motion controller and its driver are discussed in detail. This proposed method can promote the application of automation technology for packaging machinery design, and is a referential example.
Key word: packaging machinery; motion control; embedded system
包裝機械是發展包裝工業的基礎，在化工、建材、藥品、食品等包裝工業中都具有獨特的作用[1]。雖然近年來我國包裝機械發展很快，但是還存在著產品單一、能耗高、技術水平較低等諸多問題。要提高我國包裝機械水平，就要加速包裝機械工業的技術進步，充分利用現代電子和計算機技術的發展成果，提高包裝機械設計的技術水平和市場競爭能力。
嵌入式技術作為一種最新的計算機技術發展成果，已經在國民經濟和生活的各個方面得到廣泛的應用[2,3]，它在包裝機械設計中的應用也必將成為一種趨勢。而運動控制在包裝機械的設計中是一個很重要的方面，本文將介紹一種基于嵌入式操作系統的包裝機械運動控制器的設計和實現方法。
1 系統總體結構
本文首先介紹了包裝機模塊化編程的特點，然后引入國際標準ISA-TR88.00.02-2008中關于模塊化編程的PackML狀態模型，最后結合禮品箱裝箱機運用模塊化編程的實例，詳細說明在包裝機編程中如何應用模塊化編程。
【關鍵詞】模塊化編程 包裝機械 ISA88 PackML狀態模型
傳統的包裝機械設計方法已經無法適應定制化、小批量生產的要求。現在模塊化設計成為包裝機械制造商可以同時從設計和制造兩個方面解決上述問題的較優選擇。為了配合模塊化設計，使包裝機械適應自動化發展趨勢，包裝機電氣控制系統也朝著模塊化、標準化和智能化方向發展。
1 包裝機模塊化編程介紹
1.1 為什么需要模塊化編程
設備制造商和最終用戶一樣，要求減少成本，同時還要求快速的傳輸和啟動。應用項目工程師必須找到一種方法快速有效的滿足他們的需求。為了完成這項任務，把機器拆分成模塊，每個模塊都需要監督實現同步或異步的運行。
目前，許多包裝機械制造商已成功地將模塊化編程用于產品的開發。
1.2 模塊化編程特點
1.2.1 應用軟件開發的快速性和便捷性
提供經過驗證的軟件編程技術和編程風格的實例，程序員可將其應用于自己的代碼中，從而可以使程序員能夠專注于代碼模塊的功能性而非程序執行技巧。
1.2.2 改善應用軟件的維護和操作
如果代碼是模塊化的，軟件人員可以在一個代碼中作出改變，而減少對系統中其他代碼模塊的影響。
1.2.3 應用軟件更高的可靠性
使用模塊化編程不僅能增加程序的可重用性，還能使程序更容易閱讀。
2 PackML狀態模型
同一OEM制造商都沒有統一的軟件開發標準，因此造成操作者和技術人員的面臨著培訓和支持的挑戰，增加了系統的復雜度和時間。這造成了很多PLC軟件同時存在，缺乏一致性，因此OMAC（the Organization for Machine Automation and Control）包裝工作組發展了PackML（Packing Machinery Language）狀態模型，提高了機器與機器間的集成，擴展了操作者的能力，提高了和管理系統的集成。ISA-TR88.00.02-2008中包含了PackML定義及如何使用的范例。模塊化編程遵循ISA-88標準，ISA88的使用對開發模塊化編程、集成、診斷和調試工作起到了積極的影響。
PackML是一個標準，其旨在實現機器的狀態、操作模式和標簽名的統一，并以模塊化的方式來實現控制架構搭建以及軟件的設計。
2.1 ISA88物理分層模型
ISA88物理結構分層有企業、地點、生產線、機器、設備模塊和控制模塊，物理模型表明企業可以包含多個地點，每個地點可以包含多條生產線，每個生產線可以包含多臺機器。
2.2 PackML狀態模型
PackML主要包含兩個概念：模式及狀態和變量
2.2.1 模式及狀態
狀態模型主要將機器分為幾個模式，如生產，手動，維護等，每個模式預定義了17個狀態，但是不需要的狀態可以不使用。模式轉換只能在不同模式的相同狀態下轉換。
2.2.2 變量定義
主要分為三類：命令變量，狀態變量和管理變量。
2.3 模塊化編程的基本單元
2.3.1 用糇遠ㄒ迨據類型
自定義數據類型可以實現組織數據，將同一對象的數據放在一個結構體，便于實現面向對象的編程。
2.3.2 功能塊
功能塊是客戶化指令，可以設計和創建，用來封裝常用的功能和設備控制。優勢在于通過一次性修改指令，就能完成所有引用指令的改變。功能塊可以從應用項目中導出，導入到另一個應用項目中，并創建模塊庫。
3 應用實例
本文以禮品箱裝箱機為例，介紹應用于模塊化編程的步驟。禮品箱裝箱機主要用于利樂鉆產品的裝箱，包括進包、進箱、裝箱1、裝箱2和封箱等部分，實現鉆石包上下分層裝箱和封箱功能。
3.1 硬件配置
本機采用羅克韋爾ControlLogix 1756-L72 PLC控制，HMI使用施耐德HMIGTO6310觸摸屏。
3.2 程序結構
程序框架如圖所示，UN01_Machine主要包括PackML功能塊，主要實現機器模式和狀態的轉換，將命令發到各設備模塊，接收各設備模塊的狀態。FutltHandler子程序中報警事件分為停機事件、警告事件和通用事件，同時HMI上能顯示當前發生的三類事任。分解的設備模塊和控制模塊主要分為進包、進箱、裝箱1、裝箱2和封箱設備模塊，每個設備模塊各包含數個控制模塊。如圖1所示。
3.3 開發步驟
開發程序時遵循以下步驟：
（1）按照S88物理分層標準將機器分成單元、設備模和控制模塊。
（2）定義PackML的模式和狀態。
（3）定義單元、設備模和控制模塊在每個模式的每個狀態下的動作。
（4）定義用于生產線集成和MES功能的變量。
（5）定義報警。
（6）編程。
4 結束語
綜上所述，采用模塊化編程有利于包裝機新機型的研發，提高了程序一致性和可重用性。PLC和觸摸屏結合的電氣控制方案，與機械設計模塊化組合，實現機電一體化。
參考文獻
[1]ISA-TR88.00.02-2008 Machine and Unit States：An Implementation Example of ISA-88.
【關鍵詞】小型堅果包裝機；夾袋裝置；開袋裝置；稱重出料裝置；山核桃
0 引言
臨安是中國最大的山核桃產地，山核桃年產量約在1.1-1.3萬噸左右，產值超過23億元。在臨安，70%的農戶其貨幣收入大部分來自于山核桃。而隨著臨安市成立了中國堅果炒貨食品城、電商科技園和跨境電子商務園，越來越多的農民投身于開堅果網店的行列中，急需能代替人手工包裝山核桃的機器。雖然國內外已經有成熟的大型堅果包裝機，但低成本、緊湊型的全自動堅果包裝機卻幾乎空白。本作品在控制成本的基礎上，代替人工操作，將繁瑣的堅果包裝動作功能自動實現，解決了堅果銷售網店存在的人手少、工作量大的問題。
1 人工包裝動作分析
臨安網商的山核桃經過采摘、脫蒲、篩選、曬干等工序后，自己進行炒制或者委托炒貨廠代加工，加工好后再進行包裝，最后在網上進行售賣。包裝時先取一料勺山核桃放入包裝袋，接著把包裝袋放入電子秤上，根據質量顯示，多退少補以達到所需質量，最后利用熱封機進行封袋。
2 機構及結構分析
2.1 夾袋裝置
利用氣缸帶動推桿實現夾持手指打開，中心桿上彈簧的復位來閉合手指，從而完成袋子的夾緊動作。如圖1所示，氣缸1上的推桿2使夾持手指5打開，袋子6依靠取袋裝置傳動慣性，碰穿夾持手指5后到達預定位置，隨即氣缸1與推桿2縮回，壓縮彈簧3復位使夾持手指5夾緊袋子6。氣缸運動一次，即手指開閉一次，可實現上一周期包裝好袋子的掉落與下一周期新的包裝袋被夾持。
2.2 袋子輸送裝置
因為袋子需要在夾袋位置、開袋位置以及封袋位置停頓，且定位精度要求高。所以利用電機帶動絲桿轉動，絲桿螺母推動剪叉機構實現升降的原理。如圖2所示，即電機6旋轉帶動絲桿5旋轉，根據螺紋傳動原理，絲桿螺母4會隨之軸向移動，進而推動剪叉機構2底端的軸3水平移動，實現升降平臺的升降。左右兩個升降臺需同步升降，因此設計了左旋絲桿5與右旋絲桿7，兩絲桿通過聯軸器連接。
2.3 開袋裝置
在落料之前需把袋子打開。開袋裝置運用了連桿機構，使用一個氣缸就實現兩側同步運動。具體如下：氣缸推動開袋臂，開袋臂固定在兩個箱式直線軸承上。通過連桿機構，實現兩個開袋臂同時靠攏或者打開。在開袋臂上加吸盤，通過吸盤與氣缸的有序運動實現袋子開合。
2.4 出料、稱重及補償裝置
2.4.1 出料裝置
把取一部分堅果準備稱重的過程為出料，把達到預期質量的堅果落入袋子中的過程為落料。出料是包裝過程中關鍵的一步，出料的多少對補償次數及包裝效率有較大的影響。主要運用容積法進行出料。具體原理如下：用氣缸推動大容器內的物料向上運輸，物料會通過料倉側面的開口落入軌道中，最后落至暫存料斗。由于不同堅果體積不同，要求大容器容積可調節，因此在大調節板上開了槽口，用于調節大三角塊與大調節板之間的相對高度，從而達到目的。
2.4.2 稱重裝置
袋裝堅果質量準確與否對于創業人員和顧客來說至關重要。稱重方式有機械方式與電子方式兩種，為了達到稱重精確，我們采用應變式壓力傳感器稱重方式。
2.4.3 重量補償裝置
稱重裝置會對暫存料斗內的堅果進行初步測量，計算出與所需堅果質量的差值，計算好后發送信號給單片機，然后進行補償。為了達到體積小，機構簡單的目的，提出容積補償方式。重量補償裝置原理與出料方式相同，氣缸從下往上推動容器，到達指定高度后堅果從側面沿著軌道落至暫存料斗。與出料裝置相比只是縮小了容積，從而達到重量補償。補償裝置安放在落料裝置旁邊，相比其他方式，不需要額外部件，節約體積與成本。
3 創新點
（1）通過齒輪雙齒條機構調整儲袋框大小適應袋子總體尺寸的改變，利用螺旋機構調節包裝袋夾持手指的中心距和通過斜頂塊位置調節以適應袋寬變化；此外，通過螺旋機構調節出料裝置容積達到適應不同包裝重量的要求。
（2）剪叉機構與不同旋向絲桿的結合，實現兩側升降平臺的同步升降。
（3）先將堅果倒入料倉，利用容積控制使堅果接近設定質量，再通過稱重反饋對堅果重量進行補償，使其最終達到設定值。整個過程稱重準確，效率高。
4 結論
該包裝機自動完成一包堅果的包裝動作需要18秒，包裝效率高于一般人工操作。目前市場上沒有體積小、價格低的堅果包裝機存在，該包裝機的出現滿足了當前大量以家庭作坊運營模式為主的堅果類網店創業人員的需求。本作品可以用于不同種類、不同規格堅果的包裝，操作簡單，體積小、搬運方便；此外，本作品預計售價4000元，價格可被網店人員接受，可以室內全天候開展生產工作，既提高了堅果包裝效率、減輕了人工勞動強度和降低了包裝成本，又能保證包裝的堅果更加衛生，具有較好的應用價值和市場前景。
【參考文獻】
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在過去的25年中，我們已經看到工廠發生了翻天覆地的變化，那么今天我們就來談談接下來幾年新型機械設計又將發生怎樣的變化。
首先浮出水面的一個主要問題就是對于食品行業的包裝安全問題。人們對于這個問題的興趣日漸增大，遠遠超過了以往對一些傳統問題的興趣。
正如一些觀察者所堅持的觀點一樣，如果對于公路運輸綠色足跡問題及其對環境影響的關注一直持續下去，那么勢必將激起一場歐洲范圍內的對食品生產情況的反思。如此一來，整個推進過程將比預期更短，重大的變革也將愈發頻繁。
工廠中的生產線數量正在逐漸減少，但同時卻在滿足歐洲范圍內更大的消費需求量。這一現象可以歸咎為廠家正在用范圍更廣但相對數量更少的產品來服務本地市場。由此帶來的變化在數量和頻率上都大幅上升，因此人工失誤和原料不當的風險也將大大增加。
位于生產線旁的條形碼識別系統，此前是專為藥品研發而成的，而今將有可能更廣泛地應用到各類食品上。Lock檢測公司的銷售和市場主管西蒙·泰勒說，盡管產品的可追蹤性仍被認為是一個“軟”問題，但它對于質量管理和消費者滿意度卻起到了舉足輕重的作用，而這兩點也是英國公司考慮的關鍵問題。他補充道，“自動化技術的應用，使數據捕捉及傳播能力大大提升，同時也提高了生產效率。這對于英國公司而言，無疑是一個進行創新的巨大良機，可以使他們探索自己的新型的解決方案以應對質量管理和消費者滿的要求”。但問題在于是選擇在專用的生產線上安裝一套遠程、獨立、安全的系統來控制讀碼器，還是要冒著運營商可能由包裝本身進入代碼的風險。
與此同時，能源和用水也變得愈發重要，使得機械行業不得不去滿足這一系列新的標準。
馬肯依瑪士的集成商及原始設備制造商的全球戰略客戶經理蒂姆·保羅相信可持續性是公司的發展目標，這一目標與全球許多終端用戶密切聯系，而這一趨勢也將在未來幾年滲透到中小型企業中。他認為“如果你想將自己的產品銷售給全球的一些大公司，那么你的機器就需要盡可能節省空間、減少浪費、降低能耗。PPMA（英國加工與包裝機械協會）的會員有的將此視為一個威脅，但我卻認為這對于工程師們是一個不可多得的機遇，他們可以通過這個關鍵性的機會來展示他們的機器在其領域中的優勢。”
Fortress科技公司的營銷主管莎拉·凱瑟則相信企業的社會責任感將影響到機械行業的未來，甚至會影響到實際套件的制造原料。她評論道：“機械行業的客戶正在盡力減少他們的碳足跡，減少他們對于環境的影響。這一點理所當然將影響到未來機械供應商的發展。”
英國Aetna公司的總經理科林·巴克認為社會對機械性能的期望程度無時無刻不在提高，而將來決定機械設計的關鍵性因素會是包裝原材料成本。“原材料的成本和方式隨時都在改變”，改變就取決于機械制造商如何應對這個問題。這也正是為什么他認為制造商需要時刻關注消費者的發展趨勢，因為這將最終決定消費者需求。他總結道：“機械設計應當融入更多的智慧，產出更多，消耗更少，并減少碳足跡。”
自動化將是未來為數不多的可能增長的領域中的一個。Lock檢測公司的西蒙·泰勒說，“英國自動化起步較晚，在保證制造成本維持在一個具有競爭力的水平的情況下，追趕上先進水平的需要是非常迫切的。”PacePacker服務公司的商業發展經理保羅·威爾金森十分贊同他的觀點。他解釋道“從我們近來的觀察可以發現，客戶希望他們的生產系統盡可能的自動化，但同時又需要保證其靈活性來應對趨勢和需求的變化。”
[關鍵詞]模塊化設計；機械設計；應用
中圖分類號：U462 文獻標識碼：B 文章編號：1009-914X（2014）18-0392-01
隨著我國經濟的快速發展，機械用戶群體由原來的集中式變為個體戶，這樣就要求機械制造商在制造的時候要減少成本，然而傳統的機械包裝的方法已經不再適用于現在要求。從設計層面上看，模塊化在技術上的轉變已經基本完成了。通過對劃分和組合來完成不同的種類的機械包裝，這樣就可以縮短工期，這樣能夠減少制造需要的成本。所以說模塊化從設計上還是制造上都是機械制造商最后的選擇。
1 模塊化的設計方法
對模塊的劃分和可互換性等方面劃分的好壞可以直接影響模塊的實際能否成功。在進行劃分的時候不僅僅要考慮在制作的時候的方便性、同時也應該考慮到在進行組合的時候是否能夠輕易的組合。所以，在設計模塊的時候，一定要進行詳細的劃分。同時，在進行模塊劃分時，應該考慮到在系統中的可更換性；同時也要保證模塊在功能方面要有其獨立性；模塊之間的結合應該方面分離等等。
在進行模塊設計的時候應該注意模塊的組合，也就是模塊之間的結合面。為了能夠使，模塊之間進行更換，當然不同的模塊之間也要保證其能夠進行更換。所以，在設計模塊的時候，應該保證模塊具有可更換性。同時也必須增加接口處的的規格化和標準化。
2 模塊設計的內涵及特點
2.1 模塊化設計內涵
模塊化包裝的機械產品，是指由特定的模塊在一定的范圍內，組成不同種類和不同功能的包裝機械。在對模塊化進行設計的時候，有以下幾種內涵：
1）縱向設計；
2）橫向設計。也就是在保證參數的情況下，通過不同的模塊之間的轉換完成產品的變化；
3）全系列的設計。其包括以上兩種設計方式。
2.2 設計的特點
2.2.1便于維修
在使用模塊化設計的時候，由于模塊具有可更換的特點，所以如果在機械包裝的過程中發生故障的話，只需要將不合適的模塊更換就可以。這樣省去了在設計的時間，以及方便維修。
2.2.2簡化包裝設計
在過去的包裝中，進行設計的人主要根據產品的特點進行指定的包裝，所以設計出來的包裝只能使用于相同系列的產品，而對其他系列的產品不能夠應用。采用模塊化設計之后，可以使一種設計滿足許多的系列的產品，只要在客戶提貨的時候進行模塊之間的更換即可在對傳統的機械化包裝進行設計的時候要對每一個零件的設計進行考慮，這樣就需要人員掌握的知識面廣，這樣不單單浪費時間，同時也消耗了人員的精力，這樣就導致機械的生產周期短，然而，在采用了模塊化之后，技術人員不用再考慮每一個零件的設計，只需要使用現有的模塊即可。
2.2.3模塊化包裝的成本低
在進行模塊化包裝的時候，可以根據模塊特有的功能進行。同時也可以通過對模塊的不斷研究，不斷的完善其質量和性能，以此來增加模塊化產品的數量。這樣就可以用較少的模塊組合成最多的機械包裝。在減少設計時候的同時，也減少了設計成本。
3 模塊化設計機械設計中的應用
3.1 模塊化技術和成組技術在對機械的包裝處理上有著一定的共同點。
它們提出的依據都是現代產品的多樣化。進行成組的時候都是依據零件特點等因素，主要是利用物體之間的相似性，并且將這些相似的事物進行組合，通過對相似零件規范化的處理，達到小批產品也具有流水作業的情況。而模塊化追求的是小產品和中產品以及大批量零件之間的效果，也是利用它們之間的相似度，把一些零件劃分，最后制成模塊。它們之間的共同點主要表現是，對相似的零件進行集中處理。
3.2 模塊化技術的應用
數控機床對模塊化的劃分是指對機床運動分析和結構分析得出的結構，將具有同樣功能的結構進行合理的劃分。所以說，模塊化劃分的好壞之間影響著模塊化設計的成敗。
3.3 數控機床在進行模塊劃分時的原則
首先應該根據現有的結構上的要求進行劃分，其主要原則如下：
3.3.1 將具有獨立功能的單位作為模塊，也就是說對已經分解的單元結構上的劃分盡可能的做到其獨立性，這樣方便不同模塊之間的進行組合，能夠拼湊出多種產品。
3.3.2 部件作為模塊。在進行劃分的時候，以部件作為模塊，這樣能夠保證模塊的完整性，而且也能夠保證拼湊的產品的質量。
3.3.3 利用組件的方式作模塊。設計人員對模塊分解之后，還可以將模塊進行組件，通過不斷的試驗更換某些零件，可以使部件的用途增加，這樣比更換整個零件更具有經濟效益。
3.3.4 在進行模塊劃分的時候，還要考慮到機床中大件的劃分，保證其規范性，還要使其便于分離和結合。同時也要考慮到模塊的發展空間，定時的進行升級。
3.4 數控機床的功能分解。
在對模塊進行劃分的時候，必須要考慮到整個車床的功能。把數控車床的總功能進行模塊的劃分，使其成為一個個獨立的功能，接著設計人員就可以進行模塊的劃分。
當然，設計人員進行分解時，首先應該考慮的就是用戶需求。由于用戶之間的條件存在差異，所以會所在確定機床規格時候也要不同，也就是說在模塊的組成中也會存在差異。對單柱的數控來說，其總功能是車削。在將其進行劃分的時候，可以講車削的溝槽和旋轉面等方面進行。除此之外，還要將其的銑鏜功能進行劃分，這些功能可以按其的執行功能和監測等方面進行劃分。
4 結論
綜上所述，模塊化可以說是迄今為止機械包裝中最好的設計方法，其開創了機械包裝的設計的開放化和標準化。從而提高了機械制造商在競爭如此激烈的市場中的競爭力，同時也推進了我國機械化的水平。
參考文獻
[1]劉小鵬，張衛國，鐘毅芳.機床模塊化設計中的模塊創建及應用[J].華中理工大學學報，2009（5）.
關鍵詞：機械；設計；新理念
近年來對于機械設計的要求越來越高，這與市場經濟的發展和相關企業之間的競爭有緊密的聯系，促使機械設計的質量的產量都處于不斷提高的發展趨勢中，因此傳統的機械設計方法就會遭到淘汰，取而代之的是融入了機械設計新理念的設計方法。機械設計新理念與傳統的設計理念相比具有非常多十分顯著的優點，體現在很多方面，本文針對這些問題都進行了較為詳細的介紹。在越來越重視發展與創新的當今時代，一成不變就會遭到淘汰，而且也不能夠滿足時展的需求。機械設計作為機械行業發展的關鍵步驟，直接影響著機械的質量，從而影響其使用情況，所以必須嚴格把控機械設計的質量，對于其中所存在的不足要做到及時改正，只有這樣才能夠保障機械設計與制造行業的共同協調發展。
1傳統機械設計所存在的不足之處
1.1機械零件的質量較差。機械零件的設計以及制造，到最后的使用階段中，最為重要的就是機械零件的質量，因為零件的質量會影響到拼接之后的機械整體的質量，所以嚴格把控機械零件的質量是非常重要的。機械零件的質量問題除了發生在生產制造過程中之外，還最容易出現在其設計過程中，制造人員一般是按照設計圖紙或者是設計內容進行零件的制造，所以設計出現問題必然會引起制造后的零件質量出現問題。近年來全球化經濟發展尤為迅猛，所以需要我國的各個企業的發展速度都呈現逐漸加快的趨勢，不但對機械行業的發展提出了很高的要求，而且對機械零件的設計質量也提出了非常高的要求。但是使用傳統的設計方法致使機械零件在質量方面存在許多的問題，有一些是機械設備的原因所導致的，經過長期使用的機械設備在功能上出現問題，從而影響到機械設計的質量。還有人為因素，由于技術人員的工作能力不足或者是工作失誤所導致的，無論是哪一種原因，最終都導致機械零件的質量不合格，這都是需要解決的問題。1.2環保理念較差。在全球都提倡節約環保的當下，我國也要響響應節能環保的號召，這體現在人們工作生活中的諸多小事上，也體現在許多行業的發展過程中，其中機械設計中就體現出了環保理念，主要是在材料的選擇使用以及產品的使用性能上。使用傳統的機械設計方法所設計出的零件往往不具有環保理念，首先所選擇的原材料就是不合理的，原材料是機械設計和制造的基礎，所以對原材料的選擇和使用要求十分嚴格。傳統的機械設計方法所選用的原材料在環保理念上就存在不足，原材料的回收性能較差，會造成材料的浪費，不能夠進行回收的原材料也會污染到環境。另外，原材料還會決定機械質量，如果選擇了性能或者質量較差的原材料，所生產出的零件在質量上或者使用性能上必然會出現非常嚴重的問題。由此可見，對原材料的選擇占據著重要的位置，相關人員應該加強對其的注意，從而保障機械設計的整體質量。1.3機械的實用性能存在問題。機械設計中非常容易出現的一個問題就是具有使用性能，但是實用性能卻較差，使用性能和實用性能是兩個不同的概念。使用性能強調的是該種產品能夠進行使用，而實用性能強調的則是在使用的基礎上能夠使人感覺到方便，后者更加重視人的感受。任何一項由人來進行操作使用的產品都需要考慮到其實用性能，但是往往一些傳統的機械設計理念所設計出的產品的實用性能是較差的，要想取得發展，機械設計中就需要融入以人為本的新理念，從而在保障其使用性能的基礎上增強其實用性能。
2機械設計新理念所具備的優點
2.1增強了機械零件的整體質量。相比于傳統的機械設計理念，現如今的機械設計新理念更加符合人們的需求，也能夠適應時代的發展，滿足相關行業的發展需求，具有非常重要的作用和意義，為此將新理念融入到機械設計中是機械設計行業和制造企業發展所必須采取的有效措施。目前的機械設計非常注重質量問題，并且將這一因素作為機械設計中最為關鍵的因素，用來衡量機械設計是否合理。提高機械設計的質量體現在許多方面，首先是設計人員的技術上和一些相關技術上，由于社會的發展與需求是在以很快的速度進行增長的，所以就需要不斷有新型的技術所產生，并且被應用到實際中去，從而提高機械設計的質量。另外，設計人員必須具有足夠的能力，這些都是機械設計新理念中的重要內容，設計所追求的是不斷創新，所以融入了新理念的機械設計也應當是不斷創新和發展的。2.2設計中環保理念較強。在機械設計新理念中要注重環保，使其符合當今的環境狀況，所以需要將環保理念融入到機械設計中去。主要是體現在原材料的選擇上，所選用的原材料首先在質量上要是合格的，滿足設計的要求，使得產品不出現質量上的問題。然后還需原材料具有環保的功能，所選擇的原材料能夠進行長期使用，減少資金上的浪費。另外，原材料在使用之后可以回收，不僅節省資金，還能夠降低對環境的污染。環保理念是機械設計新理念中的重要內容，也非常符合當今時代的發展和需求，所以在機械設計中加入環保理念是非常顯著的優點，值得推廣采用。2.3機械設計注重以人為本的理念。機械設計不能單單考慮到質量問題和環保問題，主要還是需要考慮其實用情況，在設計時需要了解使用者的需求，對其進行合理的設計，要做到以人為本，一個產品只有使用者能夠對其進行有效的使用，并且覺得非常舒適和便捷，這個產品的設計才是成功的，因此機械設計也需要具備這一點，這也完全符合現代設計的特點，是機械設計新理念的重要表現。
3結論
由于國家的經濟發展以及綜合實力等各方面的發展，給中國的機械設計行業帶來了較為嚴峻的挑戰。在這種情況下，傳統的機械設計已經無法滿足國家發展的需求，針對傳統的機械設計中所存在的不足之處進行了介紹，并且結合機械設計新理念對其進行了相應的解決，介紹了機械設計新理念所具有的一些優點。
參考文獻
[1]呂尚連.用現代設計方法樹立機械設計新理念[J].大科技，2013（20）：314-315.
[2]常林.對包裝機械設計新方法和新理念的分析和探討[J].祖國：建設版，2013（7）：148-149.
關鍵詞：扎把機；打印機；紙幣捆扎設備；
引言
隨著經濟建設的飛速發展及金融行業的進一步改革開放，無論是金融行業還是大型商業、銀行機構雖盡力推廣電子交易，但大宗的紙幣交易仍不可避免。扎把機是銀行和其它金融系統完成捆扎紙幣作業所必不可少的設備，主要用于將小疊的紙幣，如100張，捆扎成把。在扎把紙幣的流轉過程中，為了便于問題追溯，有必要將銀行、操作員、操作時間、地點等信息打印在每把鈔票的扎把帶子上，對每把紙幣流轉進行記錄、追蹤，明確責任歸屬。目前市場帶有打印功能的扎把一體機主要有兩種類型，一種是扎把機構與打印機構并排設置，打印機構設置在扎把機構的前端，使用時，先將信息預打印到扎把帶上，然后再進入扎把工位，這樣的設計體型龐大，僅僅將打印機與扎把機簡單組合在一起，體積是普通自動扎把機的兩倍，并且是預打印，不能進行實時打印，信息的準確性及時效很難把握，無法做到有效溯源；另一種是打印機構與扎把機構一體化設計，打印機構固定，扎把完成后、在紙幣撤出的過程中、借助紙幣的移動、將信息展開打印到扎把帶上，該結構雖然實時打印，體積小巧，但是對于操作者要求比較高，因為打印過程中操作人員用手取紙幣時必須勻速直線運動，否則打印效果不清晰，而人工操作達到勻速直線運動很難控制，且需要占用節拍、速度較慢。本產品集扎把、打印功能于一體，巧妙的在扎把的同時進行打印，大大減輕了操作人員捆扎物體時的勞動強度，提高了工作效率。
1.結構設計
1.1 工作原理
本設備將紙帶卷放置于帶盒內通過進帶口進入設備內部從而進行紙幣的扎把。整個扎把打印過程中在切燙紙帶的同時打印驅動機構帶動墨盒左右移動，從而將信息打印在扎把紙帶上。考慮到紙幣捆扎時需要放在帶圈內部所以待機狀態下打印驅動機構隱藏在右帶道內，不影響帶圈的形成，和錢幣的捆扎。
1. 紙帶卷 2.帶盒 3.進帶口 4.前門 5.紙幣 6. 操作面板7.打印機構8.右帶道 9.帶圈
1.2 動作設計
為實現整個工作過程，全程拆分為7個運動組件，通過它們相互緊密而有序的配合來完成整個動作。紙幣放在帶圈內部的擋幣板上，觸發光電開關，凸輪組件開始驅動各個運動組件。隔離臂組件夾緊紙帶左端頭后，抽送帶電機正轉，抽緊紙帶后壓帶尾壓緊紙帶右端頭。整個紙幣被捆扎固定后，切燙組件向上運動對紙帶左端頭和右端頭進行燙合。在此同時打印組件開始運動，完成在扎緊紙帶上的打印任務，紙幣的扎把打印整體完成。取走紙幣后，夾紙組件翻轉切斷的紙帶頭，抽送帶電機反轉，形成帶圈，為下個工作做好準備。
凸輪軸組件：電機帶動凸輪軸上各個凸輪轉動，擺桿將運動傳遞到各個組件。
隔離臂組件：完成夾緊帶頭和隔離捆扎物。
送帶組件：通過電機驅動，完成送帶和抽帶動作。
壓帶尾組件：完成帶子的夾緊，保證順利切斷帶子。
左壓帶組件：完成帶子的夾緊和松開，保證順利切斷帶子和進退帶通暢。
打印組件：電機帶動同步帶實現噴墨裝置的左右移動和前后移動
切燙組件：完成帶子的切斷、燙合動作。
夾紙組件：完成帶子的夾緊和翻轉動作。
1.3 即時登錄的管控方法
本設備還包含了一種打印機扎把即時登錄的管控方法，該方法基于上述基本結構來實現紙帶的輸送與抽緊、夾持帶頭與環繞成型、壓帶尾與燙合和切斷、和即時信息的同步打印，關鍵在于：同步操作信息即時登錄的管控步驟如下：①開機、輸入操作人員操作碼、驗證后將只讀存儲器模塊與檔案存儲模塊通向CPU數據總線的第一和第二可控電子開關導通，②將開機后的隨機操作信息，即時記入暫存器模塊，③接到同步啟動指令后，噴墨打印頭管理程序從只讀存儲器模塊讀入CPU內存、調出操作信息、打印在捆扎帶對應位置上，④將打印信息登錄在檔案模塊中、并記錄時間信息，⑤暫存器模塊清零，⑥等待下一次同步啟動指令后重復執行步驟③-⑤。
上述技術方案，只有經過授權的操作人員能夠進行扎把、打印，且信息為即時輸入的實時信息，避免預打印造成打印信息與實時信息不匹配，有利于信息的追蹤溯源。
2.結語
本設備優點在于：（1）打印、扎把一體化設計，其體積小、結構簡單、打印
速度快、不占用額外的節拍；（2）實時打印，有利于扎把紙幣的追蹤溯源；（3）紙幣是固定的，通過驅動噴墨打印組件，對操作者要求低，打印效果清晰；（4）噴墨打印組件可以實現往返雙行打印，增加了打印的信息量。綜上所述打印扎把一體機具有很強的市場競爭力。
參考文獻：
[1]陳潤潔；包裝機械行業產品質量現狀分析及展望 [J]；包裝與食品機械；2004，22（1）：23-28
[2]李路海等；噴墨打印機及其耗材技術現狀與進展 影像技術；2003
關鍵詞：機械工程；設計；虛擬樣機；技術分析
隨著經濟和科技的迅猛發展，企業在激烈的市場競爭中要想謀求長期穩定的發展，就要不斷研發適應市場需求的新產品，并縮短研發周期、優化設計性能、提高產品質量、降低開發成本。虛擬樣機技術相較于傳統的物理樣機技術而言，以其卓越的性能受到企業和研發者的青睞。以虛擬樣機取代物理樣機進行新產品開發中的前期設計和測試評估，可有效縮短開發周期和降低開發成本，同時能優化產品的設計效果，尤其在機械工程設計中發揮著舉足輕重的作用。
1虛擬樣機技術的概念及其特點
虛擬樣機技術相對傳統物理樣機而言的顯著特點是；虛擬，即通過計算機借助特定的軟件程序幫助工程師建立三維模型，依靠先進的仿真模擬系統實施仿真模擬實驗，對機械在實際運行中的情況加以分析和評估，幫助工程師及時找出設計不足和缺陷，并采取針對性的措施加以改進，提高機械設計的效率和質量[1]。簡單地講，該技術是在計算機基礎上，運用CAD等設計制圖模型，借助仿真模擬技術進行機械設計的一種新技術。該技術的特點是：在機械設計整個過程中借助高科技的設計和管理技術實施開發、分析和設計，極大地縮短了研發設計周期，提高了機械設計的質量和效率，同時也降低了設計成本，有助于提高企業的市場競爭力。
2機械工程設計中虛擬樣機技術的應用
2.1模型建立
2.1.1三維模型的建立建立三維的實體模型是運用虛擬樣機技術的基礎和前提，后續的仿真實驗都要在這個基礎上進行[2]。建立數字化的三維模型過程極其繁雜，除了對諸如齒輪、扇葉等外形復雜的零部件進行詳細的細部設計，還要對各種機械內部的每種部件間的相關驅動聯系予以充分考慮，以此為基礎再借助CAD等軟件程序搭建完整的機械系統的虛擬樣機。早期的CAD以二維為主，這種方式的設計過程復雜且不容易操控，在生產中不具有優勢，科技發展使得當前的三維CAD得到了普遍推廣，機械產品內部的每個部件的轉動慣量、質心位置和搭接的細節都能得到詳盡的設計和明確表述，設計深度和效率都得到了顯著提高，軟件應用更加便捷人性化。
2.1.2添加約束建成數字三維模型后，為了規范和限制物體之間的相對運動，在對各個部件進行連接時要添加適當的約束。添加約束時，要從實際情況出發注意所添加約束條件的合理性。當前，國內使用的三維CAD設計軟件多配有相關的動力學插件，通過這些插件對約束關系和裝配關系加以映射，可實現對虛擬裝配和添加約束的過程相統一。另一種方式是，借助三維CAD軟件進行預裝配，繼而在ADAMS運動分析軟件中導入已經完成的數據模型，通過ADAMS實現對產品運動情況的如實分析[3]。
2.1.3對模型施加驅動通過設置合理的約束在模型的各零部件之間實現連接，在確定各種機械運用的情況后，對模型施加驅動力及驅動轉矩，以使模型能夠按照預先設計好的運動情況進行運動。
2.1.4虛擬樣機仿真驅動施加完成后，模型已基本建成，已經具備仿真模擬的實驗條件。進一步，對產品模型實施模擬仿真的實驗操作，分析計算各項物理指標，如速度和加速度、作用力和反作用力以及位移等，為后續有限元的分析做準備。
2.2有限元分析
有限元的分析方法能對機械內部各構件的強度和運動特性指標等進行全面、精準的分析，其顯著特點是通用性強[4]。另外，有限元的分析方法還能實現對諸如邊界條件和結構形狀等力學問題的專業解答，目前在機械設計中得到了比較廣泛的應用。有限元的分析方法運算速度和可靠性都比較高，在虛擬樣機技術中是不可或缺的設計工具。
2.3優化設計
為提高機械使用的工作效率，在對機械模型進行必要的校驗后，還要對其設計進一步優化。目前，國內在對機械模型進行優化時主要方法包括：在滿足各項機械設計的條件、變量的變化區間也適宜的基礎上，通過自動選擇系統來選擇機械模型設計中涉及的變量；在求解目標函數的最大值時可以通過分析函數進行計算；通過計算機計算系統改變設計參數的變量范圍并加以求解，并可進行多次仿真[5]。特別是在每一次的仿真模擬完成后，要對模型的參數變量進行多次更改，通過反復的模擬實驗，求得待求物理量的最優解。
2.4控制、機械系統聯合仿真
在機械開發的傳統模式中，機械系統和控制系統不管是在設計還是測試上都是相互獨立的，二者之間并沒有有效的互動，從而導致機械設計的實際效果并不理想。虛擬樣機技術可將機械系統和控制系統實現一體化控制，將二者進行有效融合和統一，切實解決了傳統的機械開發中控制效能低下等問題。虛擬樣機技術中機械和控制系統的聯合仿真思路具體如下：借助仿真軟件分析三維模型的力學及動力學特性，再利用矩陣實驗室等控制軟件加以控制計算。這種設計思路中，控制軟件將控制命令作用于運動學的仿真軟件，后者將作用結果的反饋信息發送到虛擬的位置傳感器，從而實現對控制系統的有效控制。兩者綜合，機械系統和控制系統的聯合就能順利實現。
3例證分析
目前，虛擬樣機技術應用的范圍和領域非常廣，例如船舶加工、武器制造和包裝機械設計及農業機械設計等。下面以其在農業機械設計中的應用為例加以分析。一方面是仿真技術和多柔體的系統建模相結合。由于多柔體系統中的動力學重在研究剛體運動和彈性變形之間的耦合性，所包含的運動形式復雜多樣，動力學方面的計算難度大，借助虛擬樣機進行仿真研究是當下的一個重點。比如在聯合收割機的改良實驗中，比較成熟的是對收割機的內部各種零件等剛體的建模和仿真技術，而針對小麥、水稻和玉米等柔體作物進行完整模型的建立以及柔體模型與收割機內部各部件的綜合仿真模擬則是研發的重點和難點。另一方面是協同仿真技術，即將各個學科的模擬仿真工具加以結合，進而構建復雜多樣的模擬仿真系統，在充分發揮各模擬仿真系統的單獨作用時，協調不同領域的開發人員進行高效配合，實現產品研發的多元化和復合化。現代化農業機械越來越注重減輕農民的操作難度，也越來越注重多種作用的綜合和集中，農業機械設計中所涉及的學科及領域也越來越多、越來越廣，比如，如何把農用拖拉機的控制系統和機械系統加以高效綜合的系統模擬仿真一直是技術研發的重點。
4結束語
綜上，虛擬樣機技術在長期的研發和應用過程中以其設計周期短、效率高和產品性能穩定等優勢在機械工程設計領域得到了普遍推廣和普及，但仍需進一步完善和改進，從而更好地為機械工程設計及其他學科和領域提供更大的便捷和更優質的服務。
參考文獻
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[2]張鳴，任建平，等.基于虛擬樣機的機械設計方法[J].機械設計，2006，19（11）：49-51.
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[4]李杰，閆楚良，等.農業機械設計中虛擬樣機技術的應用與展望[J].中國農業機械協會，2013，13（3）：820-821.
[關鍵詞]儀表視區可見性 H 點設計 眼橢圓 虛擬現實技術 2D 人體模型
中圖分類號：TD504 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）13-0265-01
一、引言：
汽車是非常復雜的產品并需滿足各方面的性能要求，其設計開發過程也由許多不同的工作階段組成，而各工作階段又需要使用多種不同的設計驗證技術。只有采用新技術將整個產品的開發過程及其不同的工作方式進行全面的集成才能達到加速和優化設計的目的。
數字化虛擬技術就是通過集成各種計算機技術，并充分發揮其應用潛能，使產品開發設計能夠可靠地在計算機系統內，以數字化模型方式完成產品的設計和驗證。在汽車開發中，虛擬技術有助于決策層及早對設計方案進行決策和進行跟蹤管理；有助于加強異地的合作，共同解決技術難題；有助于在制造樣車前進行反復驗證和校核，從而及早發現和避免設計錯誤；有助于在產品投產前及早獲取產品信息以進行市場調查。貫穿于產品開發全過程的數字化虛擬技術可使產品特性得到全面系統的優化，使開發周期大大縮短，開發費用大大減少，提高產品質量，最終提高企業在市場的競爭力。
儀表的視野設計是汽車內飾設計的重要組成部分，其設計重點在于儀表的布置、儀表盲區求作及儀表的防眩校核，而儀表盲區的求作則是重中之重。隸屬于人機工程領域的儀表盲區校核在國外相應的標準中均有詳細的論述。
我國人體工程學的研究起步較晚，至目前為止，尚沒有視野盲區求作的詳細標準，以往的這部分設計，由于沒有系統的總結歸納，設計人員往往只憑借經驗進行設計，難免造成儀表視野的不合理性。
在卡車駕駛室全新內飾儀表視野的設計中，我們突破了以往的設計模式，在消化理解并科學應用SAE相應標準的基礎上，對全新內飾儀表的視野進行了校核。本文結合實際進行了詳細論述。
二、概述
在汽車設計中，駕駛員視野直接影響汽車的使用和安全等，在進行布置設計時必須考慮視野是否符合法規要求，是否能夠滿足使用要求。
視野校核必須根據項目實際情況，所采用的數據必須和原車參數一致，同時要結合相關標準和規定，下面我們結合我們一款輕卡（中體車）的組合儀表視野校核來探討視野校核的原理和方法。5z
_GU；q中國機械論壇
三、組合儀表視野基本要求
在車身布置圖上，確定了代表駕駛員眼睛分布位置的眼橢圓后，即可作出駕駛員的實際視野范圍，進行駕駛室組合儀表視野的視野校核。
根據相關國家標準，對汽車外后視鏡視野的基本要求如下：
1.駕駛員在行車過程中，不必經常移動身軀或轉動頭部就能讀識儀表和顯示裝置，即需要
對組合儀表進行盲區校核；
2.組合儀表罩能夠避免由前風窗反射光線對人眼產生的干擾，或外界陽光入射至車內后經組
合儀表面反射后對人眼產生的干擾，即需要對組合儀表罩進行避光性校核。
四、組合儀表視野校核
在進行組合儀表的視野校核之前，我們要結合實際車型進行汽車總布置，首先就要考慮人機工程。人機工程設計的一般步驟如下：.rK$CXHXx1^
第一個步驟選定設計用的百分位人體，設計中一般使用的百分位人體為中國5%女性、50%男性、95%男性人體尺寸，另外也可以使用其他國家人體尺寸（如SAE標準SAEJ826）；
第二個步驟選定H點，設計中根據加速踏板及地板及方向盤位置選擇合適的人體坐姿可以初步確定H點。通過不同百分位的人體來確定前排座椅的前后及上下調節尺寸。根據車身空間通過對選定的人體布置及相關校核初步確定后排乘客的坐姿及H點。前后排座椅布置時還應對頭部空間、肩部及肘部空間等方面進行校核。
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4.1 引用標準
GB/T 11563-1995 汽車H點確定程序
GB/T 11559-1989 汽車室內尺寸測量用三維H點裝置
SAE J1050 （R） Describing and Measuring the Driver’s Field of View 2002
SAE J941 （R）Motor Vehicle Driver’s Eye Locations 2002
4.2 眼橢圓制作
眼橢圓指不同身材的駕駛員根據自己的意愿將座椅調整到舒適位置后，以正常的駕駛姿勢入座后，在不轉動頭部的前提下，其眼睛位置在車身坐標系中的統計分布圖形。
經過人體坐姿布置后，相關數據輸入如下：
汽車實際H點：三維人體模型按規定的步驟安放于汽車座椅中時，人體模型上左右兩H點標記連接線的中點。它表示人體在汽車上的實際位置。它是汽車內飾布置人機工程布置設計的基準點。
R點：座椅調整至正常駕駛位置范圍的最后、最下時的胯點。是整車內飾布置設計的開始。
AHp：踵點，腳跟的著地點。
根據我們的中體卡車的實際數據，得出以下參數：
R點坐標：L31=148.4 W20=-469 H70=533.7
座椅靠背角：A40=16° AHP：X=-563.7＼Z=118.2
4.3 校核分析
根據SAE J1050，做轉向盤邊緣的視野線
4.4 組合儀表盲區校核
雙眼盲區：指駕駛員用左右眼同時觀察時，由于方向盤對視線的阻擋而形成的雙眼都看不到的區域，即左右單眼盲區的公共部分。
結論：
從上述具體校核可以看出，組合儀表的雙目盲區均沒有對儀表顯示區構成障礙，均滿足法規要求。
4.5 組合儀表罩避光性校核
組合儀表罩避光性校核主要是測量出光線可能的入射角的射出角，避免反射線與眼橢圓相交。
一：外部光線校核
二：由夜間儀表發光面的最下端發出的光線，經前風窗內表面反射，反射線在眼橢圓的上方，表明儀表板遮光罩能防止夜間儀表的照明燈光映射到前風窗內表面反射后造成的炫目。
結論：中體車組合儀表罩的避光性滿足法規要求。
五、總結
通過校核， 中體車組合儀表視野能夠滿足相關法規的規定。
[關鍵詞]實踐創新;機械原理;教學方法
[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2016）11-0111-03
機械原理是一門介紹機械中常用機構和一般工作條件下常用參數范圍內的通用零部件設計的基本知識、基本理論和基本方法的重要的專業基礎課，是機械類及相關工程類專業的必修課程。在機械原理這門課程中，學生要掌握“三大機構”和“三大分析”。“三大分析”即機構結構分析、機構的運動學分析和機構的動力學分析的基本知識;“三大機構”即連桿機構、凸輪機構和齒輪機構的設計與綜合。機械原理課程的培養目標是使學生具有創新機構運動方案的設計能力，即針對不同的設計任務，綜合運用多學科的相關知識，提出多種機構運動方案，并進行綜合評價確定最優方案。因此，它又是一門多學科、實踐性很強的學科。[1]
一、機械原理教學中存在的問題
當今世界，科技發展日新月異，技術快速發展，而我們的教材一直是經典教材，課程的內容跟不上科學研究的發展，也跟不上技術的實際應用，甚至存在有些知識點是實際應用中多年棄之不用的技術等問題。結合這幾年授課經驗，筆者發現，機械原理教學中存在如下幾點不足：
第一，缺少實踐教學環節，缺少學生創造性思維能力和實際設計能力的培養。
第二，重理論知識系統性而輕工程應用背景的介紹。如連桿機構中轉動副（鉸鏈），學生從書本上見到的只是桿是直線和鉸鏈是圓組成的機構運動簡圖，對于現實生活的機械產品難有較好的感性認識。特別是在大四做畢業設計結構設計的時候，構件與構件之間的實際的鉸鏈的裝配關系容易出錯。
第三，缺少對機械設計新技術、新發展和新成果介紹，以及機構解析法設計的內容。
第四，與其他課程聯系少，往往是就機構分析而機構分析，可通過設立綜合性強的課題，將機械原理與工程力學、機械設計結合進行綜合性設計，或結合設計比賽進行串接。
第五，在實踐環節，每年都做同一個題目“減速器的課程設計”，只是每個學生的數據不同而已，沒有體現“以學生為中心”的教育理念，使得該環節程序化，制約了學生的創新能力。
以上問題的存在，使得本來是創新性強、思維發散靈活、創作激情澎湃的機械原理教學，有可能變成理論實際脫節、教學過程枯燥、學習目標盲目、學習激情減退、教學質量下降的灌輸式教學。[1]
二、要善于提出問題，引導學生主動思考
在教學過程中，需要將學生的地位至于教學的核心。讓學生參與到教學活動里，在進行教學之前可以設置多重問題，讓學生在問題的引導下層層深入，自主進行深入學習，提高學習的興趣和效率。
機構自由度計算是機械原理教學中的重點內容之一，教師要做到深入淺出地講授構件和運動副產生約束作用，由此自然給出平面機構自由度計算公式。不僅加入了理論知識，還使用一些簡短視頻和動態圖，讓學生了解各個運動副之間的關系，便于理解和識別復合鉸鏈、虛約束等特殊情況。增加一些趣味性和實際生活中常見并且熟悉的機構進行分析，或者對看起來復雜的機構進行簡化。引領學生在計算自由度的時候建立對機械原理的最初理解以及興趣。鼓勵學生將學到的機構進行應用。建立簡化機構和對機構原動件到從動件進行順序分析的解題思路。提出機構，讓學生自由分析和進行計算，再進行講解。培養學生分析和解決問題的能力。
齒輪機構在各種機器中應用廣泛，在講授這部分知識時，利用在實驗室不同類型齒輪機構的模型和視頻、聯系實際進行理論知識的講解，可以加強學生知識的理解。首先要建立對一般齒輪類型的認知。了解齒輪傳動在實際應用中的重要性，再提取最普通的直齒圓柱齒輪進行分析。可以讓學生自己探索分度圓，齒根圓，模數等的意義。通過對齒廓的研究了解漸開線各個參數的意義，了解為什么漸開線是最常用的齒廓，從而了解漸開線的優點。再通過實際嚙合狀態，提出嚙合相關的問題，包括嚙合規律、傳動比、重合度等疑問。在研究斜齒輪、蝸輪蝸桿傳動時，讓學生類比齒輪的公式，進行公式的推斷，從而了解其與漸開線直齒圓柱齒輪的異同。通過讓學生研究對不同齒輪加工方法的異同，了解齒輪的加工過程。按照從實際到理論，從設計到制造的順序，提出不同階段的問題，引領學生建立系統的齒輪方面的知識。了解不同階段不同的公式以及公式的來源。[2]
三、注重實踐創新
我校教師帶領學生連續參加第四、五、六、七屆全國大學生機械創新設計大賽（慧魚組）。2014年我校學子一舉斬獲一等獎，不僅取得了我校在此項賽事中的最好成績，還實現了我校在該賽事一等獎獎項的零的突破，為學校贏得了榮譽。還帶領學生參加了江蘇省第五屆機械創新設計大賽暨第六屆全國大學生機械創新設計大賽獲省二等獎，不僅要求學生設計出作品，并且要做出實物，進行現場模擬。據悉，全省獨立學院獲得的最高獎項為二等獎，且只有三項，我校即占其中之一。今年我們爭取再接再厲取得好名次。
第七屆（2016年）全國大學生機械創新設計大賽的主題為“服務社會――高效、便利、個性化”;內容為“錢幣的分類、清點、整理機械裝置;不同材質、形狀和尺寸商品的包裝機械裝置;商品載運及助力機械裝置”。我們選擇關于錢幣的分類、清點、整理機械裝置的設計。
在當今的社會生活中，人們越發注重綠色出行，因此公交車出行越來越成為人們優先選擇的公共交通設備。然而，現如今公交車上錢幣分類主要依靠人工或者簡易的投幣裝置，這樣的方式成本高并且效率低下。這都預示著新型的多功能投幣機械將會被人們廣泛使用，其需求量將會越來越大。作品一設計的是新型公交車投幣箱。利用簡單的滑道及杠桿機構進行紙幣及硬幣的分離，再以簡單的滑道機置對不同面值的硬幣進行分類，如圖1所示。由兩個滑道構成主要結構，上面一個滑道兩點固定，主要是給硬幣和紙幣一個下落的初速度，下面的滑道是一個杠桿結構，硬幣的質量完全可以壓下杠桿落入硬幣箱，人們把硬幣從投幣口投入，經過一系列物理反應，達到分離的目的。此結構簡單，不需要能源輸入，只需要小小的改動就能更便利。主要創新點：1.沒有科幻元素，處處體現實用化。簡單的機械結構容易制造，并且出現故障容易修理。2.無須通電和供能，因此投幣機十分安全并且節能、受到的使用限制也會大大縮小。3.設計制造成本低，可批量生產，便于推廣。此設計不僅功能齊全、可靠性高，并且機械裝置簡單，大大降低了公交公司的生產成本，價格的低廉也將會贏得廣泛的客戶群。由于成本低，可以批量生產，具有廣泛的市場性和實用性。
作品二是根據公交車上的投幣特點（需要人們一個一個投）設計了該產品，如圖2所示。我們根據硬幣的直徑不同，給它們在軌道上安排了不同的出幣口，使得不同面額的硬幣進入不同的空間內。由于目前我國新版人民幣有三種圓形硬幣，其直徑依次為：一元硬幣25mm、5角硬幣22.5mm、1角硬幣20.5mm。所以我們將第一個出口處的擋板與軌道的間距設置為21mm（先將一角錢分出），將第二個出口處的間距設置為23mm（再將五角錢分離），最后的出口的間距設置為26mm。這樣，不同的硬幣就會不同的出口處落出，原理如圖3所示。我們在每一個出幣口搭建了一個容器，使它的開口直徑不超過它所盛裝的硬幣的直徑（裝一元的容器直徑為40mm，五角的為40mm，一角的為30mm）的兩倍;我們又測量出每一種硬幣的厚度（一元為1.85mm，五角為1.65mm，一角為1.67mm），然后根據計算，在容器外表面標出刻度（不同的高度對應不同的數量，如：在一元容器外，每隔18.5mm，畫一刻度線，標出數字十;在五角容器外，每隔16.5mm，畫一刻度線，標出數字十;在一角容器外，每隔16.7mm，畫一刻度線，標出數字十）。主要創新點： 1.可進行硬幣的分類。2.可計數根據測量硬幣堆積的厚度，從而計算出硬幣的數量。3.將軌道分段銜接。4.原理簡單，結構簡單。5.系統還具備升級和擴展的潛能。本作品結構簡單，可后續添加其他功能，較好地滿足了硬幣發展的需求。
作品制作歷時四個月，經過多次改造。從剛開始產品設計的構思到最后整個作品的制作完成都充分發揮了學生的創新意識，培養了學生綜合設計能力與團隊協作能力，提高了學生針對實際需求進行機械創新、設計、制作的實踐能力。[3]
四、總結
通過這次研究課題的實踐，不僅讓學生學到了許多了專業知識，而且培養了其解決問題的能力。其次，團隊管理也是很重要的，一個團隊核心就是通過合作去開展工作，這樣才能發揮最大的效益。合作就需要良好的管理，對于不同的問題需要設立討論小組，對問題進行研究，集眾人之力去解決問題。最后筆者認為，本次研究關鍵就是不斷反思問題，從反思中取得突破。研究是個連續的過程，在每個階段發現問題才能確定接下來工作的方向，這樣不斷進行反思總結，才能取得突破，取得最后的勝利。
[ 參 考 文 獻 ]
[1] 孫亮波.在機械原理教學中引入機械創新設計項目的研究與實踐[J].機械，2010（12）：21-23，33.
[2] 殷勇輝，高志，章蘭珠.提高機械原理課程教學質量的思考與實踐[J].中國大學教學，2014（6）：57-59.
