时间：2022-06-18 05:22:45
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇包装机械设计，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词：包装机械；绿色产品设计；可持续发展；关键技术
包装机械是伴随着生产的进一步发展而发展起来的现代工业，通过自动化的方式对产品进行加工。包装机械在生产领域的使用，给生产打来了很大的方便，也对环境造成了不同程度的伤害，造成了大量的垃圾物质。随着社会的进步人们越来越关注环境保护问题。因此不断改良包装机械设备对于提高企业的经济效益起到很大的作用。不断改进技术，完善传统的落后的技术需要从多个方面进行努力，无论在包装机器的管理、工艺运行、后期维护，还是后期的废气排放都需要进行努力。
1 绿色产品设计的内涵与特点
1.1 绿色产品设计的内涵
绿色产品是指在其生命周期过程中，符合特定的环境保护要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率最高，能源消耗最低的产品。绿色产品设计是以环境资源的保护为核心的产品设计过程。在产品的整个生命周期内，优先考虑产品环境属性（自然资源的利用、对环境和人的影响、可拆卸性、可回收性、可重复利用性等），并将其作为设计目标，在满足环境目标要求的同时，考虑并保证产品应有的基本功能、使用寿命、经济性和质量等。
1.2 绿色产品设计的特点
1.2.1 产品设计的闭环设计过程。在以往的产品生命周期规律中，产品从生产到销售，到使用，到废弃，都被考虑到范围之内，就是没有考虑产品。但是考虑到环境保护的因素，在绿色产品工艺方面需要考虑到开环的设计，这一环节被加入到产品生命周期之内，包括对产品的包装的加工和处理工作流程的设计，设计的理念都是在最大限度节约资源的前提下，提高企业效益。
1.2.2 节约资源和能源。在产品生产之中贯彻绿色设计理念，对于提高产品材料的使用率和提高经济效益具有一定的意义，节约材料降低成本的目的。因此，环境保护理念的落实可以在很多方面防止污染和浪费现象。
1.2.3 从源头上减少环境污染。绿色产品在设计和加工方面依据节约和环保的理念，从不同的方面对环境问题进行治理，有效的从源头上解决了设计加工中环境污染问题，促进产品的高质量。
1.2.4 有利于保护环境。绿色产品设计的重点就是注重环境保护，需要从多个方面进行改善，在加工制作流程上需要考虑到对产品资源的利用，在废弃物的制造工作上应进行控制，并且运用各种方法提高产品利用率，不断提高企业效率，减少废弃物的排放和材料的浪费，促进生态平衡。
2 绿色包装机械设计的关键技术
2.1 包装机械的结构设计
目前，包装产品的发展非常迅速，在包装日益专业化的大背景下，对于包装材料的要求也变得越来越高。在这样的条件下，提出了绿色包装机械的设计理念，在资源利用方面，在材料的选择方面偏向于易于回收利用的质料。在资源方面进行节约、选择容易拆卸的材料和便于回收的包装性能都是包装材料方面需要注意的具体问题。具体设计的要求是，保障使用的材料尽量简单，在材料的回收方面方便操作，通过多方面对包装机械进行升级换代。总之，只有不断提高包装产品的设计要求，才能够促进包装的环保效能的提高。
2.2 面向材料的包装机械设计技术
在材料的使用方面需要从多方面对材料进行对比选择，通过不同程度的设计规范，促进机械设计技术的进步。在产品废弃物的处理方面需要增强技术含量，不断提高生产效率，到达治理环境污染的目的，在不同方面促进生产效率和产品质量的提高。因此，包装材料的使用非常重要，在具体材料的使用当中需要注意以下几个方面：
首先，在材料的使用中需要结合实际进行分析，从各个方面减少材料使用的难度，不断将工作贯彻下去。在操作中需要全面考虑到各项材料可能出现的问题，将问题处理在萌芽中。其次，对于材料的选择需要全面进行对比，考虑材料的成本，想方设法降低材料的支出，提高利用率。再次，对于污染小的材料需要多投入，污染小的材料对于促进产品的环保具有很大的作用。最后，因为包装机械有很多种，不同的材料有不同的特点，在材料的使用中需要多方面考虑进行区分，以便做出有利的选择。
2.3 包装机械的制造工艺设计
包装机械的绿色工艺流程内容比较广泛：（1）对工艺设计各环节进行审核，对设计方案进行综合考察，制定最佳的工艺方案，降低使用的成本；（2）在生产工艺的选择方面，需要选择适合的、对产品生产有利的方案，减少废弃物的排放；（3）在包装机械的操作流程中尽量减少包装材料的浪费，减少资源的使用，提高资源利用率。
2.4 模块化设计
模块化设计是对包装进行设计时经常使用的方法，也是绿色产品设计中需要不断完善的一种行之有效的办法。模块化设计需要综合考虑的因素比较多，具体而言，在具体的模块选择上要求尽量节约资源。具体设计的要求是，保障使用的材料尽量要求简单，在材料的回收方面方便操作，对不同情况的使用材料设计不同的模块化方案。
2.5 可拆卸设计
良好的可拆卸性是包装机械便于维护、所用零件材料可回收、可再生的重要保证，只有具有良好的可拆卸性才能实现完全的材料回收和可能的零部件再利用，从而达到节省成本、减少污染、保护环境的目的。基于此，先应从观念上重视可拆卸性设计。包装机械的研发人员应经常与使用者、产品维护及资源回收部门取得联系，获取包装机械的结构在拆卸方面存在的不足，并为可拆卸性设计的发展准备有关数据资料。其次，为便于拆卸，包装机械进行整机的系统规划时，就要从结构上考虑拆卸的难易程度，提出相应的设计目标、结构方案。
关键词：机械设计；虚拟样机技术；应用分析
近年来，在我国科学技术发展的过程中，人们为了使得机械设计技术的应用效果得到进一步的提升，就将许多先进的科学技术和设计理念应用到其中，从而满足当前现代化机械设计的相关要求。而虚拟样机技术的运用，主要是在计算机信息技术的基础向，建立其相关的数字化模型，对其整个机械系统进行简化设计，这样不仅有效的降低了机械设计的成本，优化了机械设备的工作性能，还使得机械产品开发设计的质量得到进一步的保障，有效的解决了传统技术设计技术在使用过程中存在的问题。下面我们就对虚拟样机技术在保证机械设计中的实际应用情况进行介绍。
1. 虚拟样机技术简介
1.1虚拟样机技术概述
目前在我国社会经济发展的过程中，人们也已经进入到了一个知识信息化的时代，许多先进的科学技术也不断的出现在了人们的生活当中，这样不仅很好的改变了人们的生活方式，还使得社会生产的质量和效率得到了进一步的提高。而在我国机械设计行业发展的过程中，人们为了使得机械产品的工作性能得到进一步的提升，使其传统机械开发技术中存在的问题得到很好的解决，人们也将许多先进的科学技术应用其中。而讯样机技术的应用，主要是为了对机械产品进行相应的创新设计，并且通过测试和评估的方法来对机械设备的质量和性能进行优化，尽可能的降低人们在机械产品开发过程中所设计到的成本消耗，从而促进我国机械设计行业的发展。目前，在我国机械设计当中，虚拟样机技术也被人们称之为机械系统动态技术，被人们应用到各种机械设备设计当中。
而仿真技术作为虚拟样机技术中的一种，人们早在上个世纪80年代，都已经将其应用到机械行业当中。并且随着社会的不断进步，也将许多先进的设计理念和科学技术应用到其中，从而使得方针技术的应用效果得到了进一步的提升。这样使得人们机械设计的过程中，通过计算机技术的应用，来对其样机实践进行分析，从而保障机械产品性能的最优化，有效的解决了人们在传统机械设计过程中，存在的相关的问题，从而促进我国机械设计行业的发展，满足现代化社会经济发展建设的相关要求。
1.2虚拟样机技术的优越性
本质上，虚拟样机技术是一种模拟仿真技术，涉及到多体系统运动学、动力学建模理论及其技术实现等方面，是在先进的建模技术、信息管理技术、多领域仿真技术、交互式用户界面介绍和虚拟现实技术的基础上的综合应用技术。虚拟样机其实就是实际产品在计算机上显现出的模型，又称为数字化样机。虚拟样机的智能性是实现人机交互的一种机械设计技术，是计算机辅助工程师进行设计，而不是完全由计算机程式化的进行产品设计分析。虚拟样机并不会因其虚拟性而在功能方面与物力样机存在差距，而是在一定程度上拥有与物力样机相似的功能，其检测的真实度具有可信性。利用相关分析软件，结合机械设计等方面知识，可通过分析产品虚拟模型，预测产品性能，包括运动学特性、动力学特性、强度分析、疲劳寿命等，为优化产品提供依据。
2. 虚拟样机技术相关软件
2.1 Pro/Engineer（Pro/E）
三维建模工具的出现和应用改变了传统的设计方法和过程。相比二维绘图软件，三维建模工具所独具的优点使得其正越来越多地得到应用。就目前市场上存在的三维建模软件来说，Pro/E软件，尤其是第三代产品Pro/E wildfire版本，其所具有的强大的参数化特征造型功能（现代CAD技术的一个主要发展方向）而受到企业界的一致认同。通过Pro/E 设计出来的与物理样机完全相同的虚拟样机，其零部件之间的装配和嵌合一目了然，而且通过它的运动仿真分析功能可以把设计错误消灭在设计的初始阶段，还可以简化复杂的设计工作，把设计人员从繁琐的工作中解放出来，使设计人员把精力放在机械产品的结构优化和创新上。
2.2 ADAMS
虚拟样机技术的典型应用软件是ADAMS软件。ADAMS是美国Mechanical Dynamics Inc公司开发的虚拟样机分析软件，使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格郎日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS一方面是虚拟样机分析的应用软件，用户可以运用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。另外，又是虚拟样机分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析的二次开发工具平台。
3. 包装机械设计过程中虚拟样机的应用
设计初期直接在计算机环境中创建虚拟样机，并进行各项仿真实验和分析，如此不仅可以使机械的结构和功能得到模拟，还能检测出机械产品的缺陷，使缺陷在最初的设计阶段就能及时发现并加以改进，实现设计与完善同步进行。虚拟样机技术的兴起，不仅使复杂的机械设计工序简单化，也为机械设计提供了全新的设计理念。本文将以机械中的减速器为例阐述虚拟样机给机械设计带来的巨大作用。减速器主要涉及到ADAMS和Pro/Engineer两种软件。设计者可以使用虚拟样机技术，通过三维建模、动力学仿真分析和优化设计等三个过程，研究零部件参数对减速器性能的影响并对测试结果进行分析，依照分析结果优化设计，实现最优设计。在建模过程中，设计者首先应用Pro/E软件建立减速器的带有质量、转动惯量等物理特征的各个部件，并装配好零部件。减速器Pro/E模型建立以后，利用IGES接口输到入实体模型ADAMS软件中，添加相应的约束与驱动后，设置仿真平台相应的输入输出参数，即可进行减速器动力学性能参数的分析与求解。在仿真的基础上就可以得到相关的数据，分析后进一步对所设计的机构进行结构参数优化，进而得到更为完善的减速器。由以上分析可以看出，ADAMS和Pro/Engineer软件可以图形的方式在计算机上显示出减速器，很方便的帮助设计者评估出产品设计方案的优劣，并能把虚拟样机中存在的缺陷及时发现并优化。有了这些参数，我们就可以快速、准确为完成物理样机设计奠定基础。
4. 结束语
总而言之，目前我们在包装机械设计的过程中，已经将虚拟样机技术应用到其中，这就使得机械设备的工作性能得到进一步的优化，从而有效的经济了传统机械设计技术在实际应用的过程中，存在的相关问题。而且随着社会经济的不断发展，人们为了使得虚拟样机技术的应用效果得到明显的增长，也将许多先进的科学技术应用到其中，这就有效的促进我国机械设计行业的发展，满足了现代化社会经济发展的相关要求。■
参考文献
关键字：包装机械,运动控制,嵌入式系统
中图分类号:TP273 文献标志码: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
包装机械是发展包装工业的基础，在化工、建材、药品、食品等包装工业中都具有独特的作用[1]。虽然近年来我国包装机械发展很快，但是还存在着产品单一、能耗高、技术水平较低等诸多问题。要提高我国包装机械水平，就要加速包装机械工业的技术进步，充分利用现代电子和计算机技术的发展成果，提高包装机械设计的技术水平和市场竞争能力。
嵌入式技术作为一种最新的计算机技术发展成果，已经在国民经济和生活的各个方面得到广泛的应用[2,3]，它在包装机械设计中的应用也必将成为一种趋势。而运动控制在包装机械的设计中是一个很重要的方面，本文将介绍一种基于嵌入式操作系统的包装机械运动控制器的设计和实现方法。
1 系统总体结构
本文首先介绍了包装机模块化编程的特点，然后引入国际标准ISA-TR88.00.02-2008中关于模块化编程的PackML状态模型，最后结合礼品箱装箱机运用模块化编程的实例，详细说明在包装机编程中如何应用模块化编程。
【关键词】模块化编程 包装机械 ISA88 PackML状态模型
传统的包装机械设计方法已经无法适应定制化、小批量生产的要求。现在模块化设计成为包装机械制造商可以同时从设计和制造两个方面解决上述问题的较优选择。为了配合模块化设计，使包装机械适应自动化发展趋势，包装机电气控制系统也朝着模块化、标准化和智能化方向发展。
1 包装机模块化编程介绍
1.1 为什么需要模块化编程
设备制造商和最终用户一样，要求减少成本，同时还要求快速的传输和启动。应用项目工程师必须找到一种方法快速有效的满足他们的需求。为了完成这项任务，把机器拆分成模块，每个模块都需要监督实现同步或异步的运行。
目前，许多包装机械制造商已成功地将模块化编程用于产品的开发。
1.2 模块化编程特点
1.2.1 应用软件开发的快速性和便捷性
提供经过验证的软件编程技术和编程风格的实例，程序员可将其应用于自己的代码中，从而可以使程序员能够专注于代码模块的功能性而非程序执行技巧。
1.2.2 改善应用软件的维护和操作
如果代码是模块化的，软件人员可以在一个代码中作出改变，而减少对系统中其他代码模块的影响。
1.2.3 应用软件更高的可靠性
使用模块化编程不仅能增加程序的可重用性，还能使程序更容易阅读。
2 PackML状态模型
同一OEM制造商都没有统一的软件开发标准，因此造成操作者和技术人员的面临着培训和支持的挑战，增加了系统的复杂度和时间。这造成了很多PLC软件同时存在，缺乏一致性，因此OMAC（the Organization for Machine Automation and Control）包装工作组发展了PackML（Packing Machinery Language）状态模型，提高了机器与机器间的集成，扩展了操作者的能力，提高了和管理系统的集成。ISA-TR88.00.02-2008中包含了PackML定义及如何使用的范例。模块化编程遵循ISA-88标准，ISA88的使用对开发模块化编程、集成、诊断和调试工作起到了积极的影响。
PackML是一个标准，其旨在实现机器的状态、操作模式和标签名的统一，并以模块化的方式来实现控制架构搭建以及软件的设计。
2.1 ISA88物理分层模型
ISA88物理结构分层有企业、地点、生产线、机器、设备模块和控制模块，物理模型表明企业可以包含多个地点，每个地点可以包含多条生产线，每个生产线可以包含多台机器。
2.2 PackML状态模型
PackML主要包含两个概念：模式及状态和变量
2.2.1 模式及状态
状态模型主要将机器分为几个模式，如生产，手动，维护等，每个模式预定义了17个状态，但是不需要的状态可以不使用。模式转换只能在不同模式的相同状态下转换。
2.2.2 变量定义
主要分为三类：命令变量，状态变量和管理变量。
2.3 模块化编程的基本单元
2.3.1 用糇远ㄒ迨据类型
自定义数据类型可以实现组织数据，将同一对象的数据放在一个结构体，便于实现面向对象的编程。
2.3.2 功能块
功能块是客户化指令，可以设计和创建，用来封装常用的功能和设备控制。优势在于通过一次性修改指令，就能完成所有引用指令的改变。功能块可以从应用项目中导出，导入到另一个应用项目中，并创建模块库。
3 应用实例
本文以礼品箱装箱机为例，介绍应用于模块化编程的步骤。礼品箱装箱机主要用于利乐钻产品的装箱，包括进包、进箱、装箱1、装箱2和封箱等部分，实现钻石包上下分层装箱和封箱功能。
3.1 硬件配置
本机采用罗克韦尔ControlLogix 1756-L72 PLC控制，HMI使用施耐德HMIGTO6310触摸屏。
3.2 程序结构
程序框架如图所示，UN01_Machine主要包括PackML功能块，主要实现机器模式和状态的转换，将命令发到各设备模块，接收各设备模块的状态。FutltHandler子程序中报警事件分为停机事件、警告事件和通用事件，同时HMI上能显示当前发生的三类事任。分解的设备模块和控制模块主要分为进包、进箱、装箱1、装箱2和封箱设备模块，每个设备模块各包含数个控制模块。如图1所示。
3.3 开发步骤
开发程序时遵循以下步骤：
（1）按照S88物理分层标准将机器分成单元、设备模和控制模块。
（2）定义PackML的模式和状态。
（3）定义单元、设备模和控制模块在每个模式的每个状态下的动作。
（4）定义用于生产线集成和MES功能的变量。
（5）定义报警。
（6）编程。
4 结束语
综上所述，采用模块化编程有利于包装机新机型的研发，提高了程序一致性和可重用性。PLC和触摸屏结合的电气控制方案，与机械设计模块化组合，实现机电一体化。
参考文献
[1]ISA-TR88.00.02-2008 Machine and Unit States：An Implementation Example of ISA-88.
【关键词】小型坚果包装机；夹袋装置；开袋装置；称重出料装置；山核桃
0 引言
临安是中国最大的山核桃产地，山核桃年产量约在1.1-1.3万吨左右，产值超过23亿元。在临安，70%的农户其货币收入大部分来自于山核桃。而随着临安市成立了中国坚果炒货食品城、电商科技园和跨境电子商务园，越来越多的农民投身于开坚果网店的行列中，急需能代替人手工包装山核桃的机器。虽然国内外已经有成熟的大型坚果包装机，但低成本、紧凑型的全自动坚果包装机却几乎空白。本作品在控制成本的基础上，代替人工操作，将繁琐的坚果包装动作功能自动实现，解决了坚果销售网店存在的人手少、工作量大的问题。
1 人工包装动作分析
临安网商的山核桃经过采摘、脱蒲、筛选、晒干等工序后，自己进行炒制或者委托炒货厂代加工，加工好后再进行包装，最后在网上进行售卖。包装时先取一料勺山核桃放入包装袋，接着把包装袋放入电子秤上，根据质量显示，多退少补以达到所需质量，最后利用热封机进行封袋。
2 机构及结构分析
2.1 夹袋装置
利用气缸带动推杆实现夹持手指打开，中心杆上弹簧的复位来闭合手指，从而完成袋子的夹紧动作。如图1所示，气缸1上的推杆2使夹持手指5打开，袋子6依靠取袋装置传动惯性，碰穿夹持手指5后到达预定位置，随即气缸1与推杆2缩回，压缩弹簧3复位使夹持手指5夹紧袋子6。气缸运动一次，即手指开闭一次，可实现上一周期包装好袋子的掉落与下一周期新的包装袋被夹持。
2.2 袋子输送装置
因为袋子需要在夹袋位置、开袋位置以及封袋位置停顿，且定位精度要求高。所以利用电机带动丝杆转动，丝杆螺母推动剪叉机构实现升降的原理。如图2所示，即电机6旋转带动丝杆5旋转，根据螺纹传动原理，丝杆螺母4会随之轴向移动，进而推动剪叉机构2底端的轴3水平移动，实现升降平台的升降。左右两个升降台需同步升降，因此设计了左旋丝杆5与右旋丝杆7，两丝杆通过联轴器连接。
2.3 开袋装置
在落料之前需把袋子打开。开袋装置运用了连杆机构，使用一个气缸就实现两侧同步运动。具体如下：气缸推动开袋臂，开袋臂固定在两个箱式直线轴承上。通过连杆机构，实现两个开袋臂同时靠拢或者打开。在开袋臂上加吸盘，通过吸盘与气缸的有序运动实现袋子开合。
2.4 出料、称重及补偿装置
2.4.1 出料装置
把取一部分坚果准备称重的过程为出料，把达到预期质量的坚果落入袋子中的过程为落料。出料是包装过程中关键的一步，出料的多少对补偿次数及包装效率有较大的影响。主要运用容积法进行出料。具体原理如下：用气缸推动大容器内的物料向上运输，物料会通过料仓侧面的开口落入轨道中，最后落至暂存料斗。由于不同坚果体积不同，要求大容器容积可调节，因此在大调节板上开了槽口，用于调节大三角块与大调节板之间的相对高度，从而达到目的。
2.4.2 称重装置
袋装坚果质量准确与否对于创业人员和顾客来说至关重要。称重方式有机械方式与电子方式两种，为了达到称重精确，我们采用应变式压力传感器称重方式。
2.4.3 重量补偿装置
称重装置会对暂存料斗内的坚果进行初步测量，计算出与所需坚果质量的差值，计算好后发送信号给单片机，然后进行补偿。为了达到体积小，机构简单的目的，提出容积补偿方式。重量补偿装置原理与出料方式相同，气缸从下往上推动容器，到达指定高度后坚果从侧面沿着轨道落至暂存料斗。与出料装置相比只是缩小了容积，从而达到重量补偿。补偿装置安放在落料装置旁边，相比其他方式，不需要额外部件，节约体积与成本。
3 创新点
（1）通过齿轮双齿条机构调整储袋框大小适应袋子总体尺寸的改变，利用螺旋机构调节包装袋夹持手指的中心距和通过斜顶块位置调节以适应袋宽变化；此外，通过螺旋机构调节出料装置容积达到适应不同包装重量的要求。
（2）剪叉机构与不同旋向丝杆的结合，实现两侧升降平台的同步升降。
（3）先将坚果倒入料仓，利用容积控制使坚果接近设定质量，再通过称重反馈对坚果重量进行补偿，使其最终达到设定值。整个过程称重准确，效率高。
4 结论
该包装机自动完成一包坚果的包装动作需要18秒，包装效率高于一般人工操作。目前市场上没有体积小、价格低的坚果包装机存在，该包装机的出现满足了当前大量以家庭作坊运营模式为主的坚果类网店创业人员的需求。本作品可以用于不同种类、不同规格坚果的包装，操作简单，体积小、搬运方便；此外，本作品预计售价4000元，价格可被网店人员接受，可以室内全天候开展生产工作，既提高了坚果包装效率、减轻了人工劳动强度和降低了包装成本，又能保证包装的坚果更加卫生，具有较好的应用价值和市场前景。
【参考文献】
[1]濮良贵，纪名刚.机械设计[M].8 版.北京：高等教育出版社，2010.
[2]申永胜.机械原理教程[M].2 版.北京：清华大学出版社，2008.
[3]于骏一，邹青.机械制造技术基础[M].2 版.北京：机械工业出版社，2010.
[4]李绍炎.自动机与自动线[M].2 版.北京：清华大学出版社，2015.
[5]SMC（中国）有限公司.现代实用气动技术[M].3 版.北京：机械工业出版社，2015.
[6]郝用兴.机电传动控制[M].武汉：华中科技大学出版社，2009.
[7]杨良渠.包装机械原理与设计[M].重庆：西南交通大学出版社，2014.
在过去的25年中，我们已经看到工厂发生了翻天覆地的变化，那么今天我们就来谈谈接下来几年新型机械设计又将发生怎样的变化。
首先浮出水面的一个主要问题就是对于食品行业的包装安全问题。人们对于这个问题的兴趣日渐增大，远远超过了以往对一些传统问题的兴趣。
正如一些观察者所坚持的观点一样，如果对于公路运输绿色足迹问题及其对环境影响的关注一直持续下去，那么势必将激起一场欧洲范围内的对食品生产情况的反思。如此一来，整个推进过程将比预期更短，重大的变革也将愈发频繁。
工厂中的生产线数量正在逐渐减少，但同时却在满足欧洲范围内更大的消费需求量。这一现象可以归咎为厂家正在用范围更广但相对数量更少的产品来服务本地市场。由此带来的变化在数量和频率上都大幅上升，因此人工失误和原料不当的风险也将大大增加。
位于生产线旁的条形码识别系统，此前是专为药品研发而成的，而今将有可能更广泛地应用到各类食品上。Lock检测公司的销售和市场主管西蒙·泰勒说，尽管产品的可追踪性仍被认为是一个“软”问题，但它对于质量管理和消费者满意度却起到了举足轻重的作用，而这两点也是英国公司考虑的关键问题。他补充道，“自动化技术的应用，使数据捕捉及传播能力大大提升，同时也提高了生产效率。这对于英国公司而言，无疑是一个进行创新的巨大良机，可以使他们探索自己的新型的解决方案以应对质量管理和消费者满的要求”。但问题在于是选择在专用的生产线上安装一套远程、独立、安全的系统来控制读码器，还是要冒着运营商可能由包装本身进入代码的风险。
与此同时，能源和用水也变得愈发重要，使得机械行业不得不去满足这一系列新的标准。
马肯依玛士的集成商及原始设备制造商的全球战略客户经理蒂姆·保罗相信可持续性是公司的发展目标，这一目标与全球许多终端用户密切联系，而这一趋势也将在未来几年渗透到中小型企业中。他认为“如果你想将自己的产品销售给全球的一些大公司，那么你的机器就需要尽可能节省空间、减少浪费、降低能耗。PPMA（英国加工与包装机械协会）的会员有的将此视为一个威胁，但我却认为这对于工程师们是一个不可多得的机遇，他们可以通过这个关键性的机会来展示他们的机器在其领域中的优势。”
Fortress科技公司的营销主管莎拉·凯瑟则相信企业的社会责任感将影响到机械行业的未来，甚至会影响到实际套件的制造原料。她评论道：“机械行业的客户正在尽力减少他们的碳足迹，减少他们对于环境的影响。这一点理所当然将影响到未来机械供应商的发展。”
英国Aetna公司的总经理科林·巴克认为社会对机械性能的期望程度无时无刻不在提高，而将来决定机械设计的关键性因素会是包装原材料成本。“原材料的成本和方式随时都在改变”，改变就取决于机械制造商如何应对这个问题。这也正是为什么他认为制造商需要时刻关注消费者的发展趋势，因为这将最终决定消费者需求。他总结道：“机械设计应当融入更多的智慧，产出更多，消耗更少，并减少碳足迹。”
自动化将是未来为数不多的可能增长的领域中的一个。Lock检测公司的西蒙·泰勒说，“英国自动化起步较晚，在保证制造成本维持在一个具有竞争力的水平的情况下，追赶上先进水平的需要是非常迫切的。”PacePacker服务公司的商业发展经理保罗·威尔金森十分赞同他的观点。他解释道“从我们近来的观察可以发现，客户希望他们的生产系统尽可能的自动化，但同时又需要保证其灵活性来应对趋势和需求的变化。”
[关键词]模块化设计；机械设计；应用
中图分类号：U462 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）18-0392-01
随着我国经济的快速发展，机械用户群体由原来的集中式变为个体户，这样就要求机械制造商在制造的时候要减少成本，然而传统的机械包装的方法已经不再适用于现在要求。从设计层面上看，模块化在技术上的转变已经基本完成了。通过对划分和组合来完成不同的种类的机械包装，这样就可以缩短工期，这样能够减少制造需要的成本。所以说模块化从设计上还是制造上都是机械制造商最后的选择。
1 模块化的设计方法
对模块的划分和可互换性等方面划分的好坏可以直接影响模块的实际能否成功。在进行划分的时候不仅仅要考虑在制作的时候的方便性、同时也应该考虑到在进行组合的时候是否能够轻易的组合。所以，在设计模块的时候，一定要进行详细的划分。同时，在进行模块划分时，应该考虑到在系统中的可更换性；同时也要保证模块在功能方面要有其独立性；模块之间的结合应该方面分离等等。
在进行模块设计的时候应该注意模块的组合，也就是模块之间的结合面。为了能够使，模块之间进行更换，当然不同的模块之间也要保证其能够进行更换。所以，在设计模块的时候，应该保证模块具有可更换性。同时也必须增加接口处的的规格化和标准化。
2 模块设计的内涵及特点
2.1 模块化设计内涵
模块化包装的机械产品，是指由特定的模块在一定的范围内，组成不同种类和不同功能的包装机械。在对模块化进行设计的时候，有以下几种内涵：
1）纵向设计；
2）横向设计。也就是在保证参数的情况下，通过不同的模块之间的转换完成产品的变化；
3）全系列的设计。其包括以上两种设计方式。
2.2 设计的特点
2.2.1便于维修
在使用模块化设计的时候，由于模块具有可更换的特点，所以如果在机械包装的过程中发生故障的话，只需要将不合适的模块更换就可以。这样省去了在设计的时间，以及方便维修。
2.2.2简化包装设计
在过去的包装中，进行设计的人主要根据产品的特点进行指定的包装，所以设计出来的包装只能使用于相同系列的产品，而对其他系列的产品不能够应用。采用模块化设计之后，可以使一种设计满足许多的系列的产品，只要在客户提货的时候进行模块之间的更换即可在对传统的机械化包装进行设计的时候要对每一个零件的设计进行考虑，这样就需要人员掌握的知识面广，这样不单单浪费时间，同时也消耗了人员的精力，这样就导致机械的生产周期短，然而，在采用了模块化之后，技术人员不用再考虑每一个零件的设计，只需要使用现有的模块即可。
2.2.3模块化包装的成本低
在进行模块化包装的时候，可以根据模块特有的功能进行。同时也可以通过对模块的不断研究，不断的完善其质量和性能，以此来增加模块化产品的数量。这样就可以用较少的模块组合成最多的机械包装。在减少设计时候的同时，也减少了设计成本。
3 模块化设计机械设计中的应用
3.1 模块化技术和成组技术在对机械的包装处理上有着一定的共同点。
它们提出的依据都是现代产品的多样化。进行成组的时候都是依据零件特点等因素，主要是利用物体之间的相似性，并且将这些相似的事物进行组合，通过对相似零件规范化的处理，达到小批产品也具有流水作业的情况。而模块化追求的是小产品和中产品以及大批量零件之间的效果，也是利用它们之间的相似度，把一些零件划分，最后制成模块。它们之间的共同点主要表现是，对相似的零件进行集中处理。
3.2 模块化技术的应用
数控机床对模块化的划分是指对机床运动分析和结构分析得出的结构，将具有同样功能的结构进行合理的划分。所以说，模块化划分的好坏之间影响着模块化设计的成败。
3.3 数控机床在进行模块划分时的原则
首先应该根据现有的结构上的要求进行划分，其主要原则如下：
3.3.1 将具有独立功能的单位作为模块，也就是说对已经分解的单元结构上的划分尽可能的做到其独立性，这样方便不同模块之间的进行组合，能够拼凑出多种产品。
3.3.2 部件作为模块。在进行划分的时候，以部件作为模块，这样能够保证模块的完整性，而且也能够保证拼凑的产品的质量。
3.3.3 利用组件的方式作模块。设计人员对模块分解之后，还可以将模块进行组件，通过不断的试验更换某些零件，可以使部件的用途增加，这样比更换整个零件更具有经济效益。
3.3.4 在进行模块划分的时候，还要考虑到机床中大件的划分，保证其规范性，还要使其便于分离和结合。同时也要考虑到模块的发展空间，定时的进行升级。
3.4 数控机床的功能分解。
在对模块进行划分的时候，必须要考虑到整个车床的功能。把数控车床的总功能进行模块的划分，使其成为一个个独立的功能，接着设计人员就可以进行模块的划分。
当然，设计人员进行分解时，首先应该考虑的就是用户需求。由于用户之间的条件存在差异，所以会所在确定机床规格时候也要不同，也就是说在模块的组成中也会存在差异。对单柱的数控来说，其总功能是车削。在将其进行划分的时候，可以讲车削的沟槽和旋转面等方面进行。除此之外，还要将其的铣镗功能进行划分，这些功能可以按其的执行功能和监测等方面进行划分。
4 结论
综上所述，模块化可以说是迄今为止机械包装中最好的设计方法，其开创了机械包装的设计的开放化和标准化。从而提高了机械制造商在竞争如此激烈的市场中的竞争力，同时也推进了我国机械化的水平。
参考文献
[1]刘小鹏，张卫国，钟毅芳.机床模块化设计中的模块创建及应用[J].华中理工大学学报，2009（5）.
关键词：机械；设计；新理念
近年来对于机械设计的要求越来越高，这与市场经济的发展和相关企业之间的竞争有紧密的联系，促使机械设计的质量的产量都处于不断提高的发展趋势中，因此传统的机械设计方法就会遭到淘汰，取而代之的是融入了机械设计新理念的设计方法。机械设计新理念与传统的设计理念相比具有非常多十分显著的优点，体现在很多方面，本文针对这些问题都进行了较为详细的介绍。在越来越重视发展与创新的当今时代，一成不变就会遭到淘汰，而且也不能够满足时展的需求。机械设计作为机械行业发展的关键步骤，直接影响着机械的质量，从而影响其使用情况，所以必须严格把控机械设计的质量，对于其中所存在的不足要做到及时改正，只有这样才能够保障机械设计与制造行业的共同协调发展。
1传统机械设计所存在的不足之处
1.1机械零件的质量较差。机械零件的设计以及制造，到最后的使用阶段中，最为重要的就是机械零件的质量，因为零件的质量会影响到拼接之后的机械整体的质量，所以严格把控机械零件的质量是非常重要的。机械零件的质量问题除了发生在生产制造过程中之外，还最容易出现在其设计过程中，制造人员一般是按照设计图纸或者是设计内容进行零件的制造，所以设计出现问题必然会引起制造后的零件质量出现问题。近年来全球化经济发展尤为迅猛，所以需要我国的各个企业的发展速度都呈现逐渐加快的趋势，不但对机械行业的发展提出了很高的要求，而且对机械零件的设计质量也提出了非常高的要求。但是使用传统的设计方法致使机械零件在质量方面存在许多的问题，有一些是机械设备的原因所导致的，经过长期使用的机械设备在功能上出现问题，从而影响到机械设计的质量。还有人为因素，由于技术人员的工作能力不足或者是工作失误所导致的，无论是哪一种原因，最终都导致机械零件的质量不合格，这都是需要解决的问题。1.2环保理念较差。在全球都提倡节约环保的当下，我国也要响响应节能环保的号召，这体现在人们工作生活中的诸多小事上，也体现在许多行业的发展过程中，其中机械设计中就体现出了环保理念，主要是在材料的选择使用以及产品的使用性能上。使用传统的机械设计方法所设计出的零件往往不具有环保理念，首先所选择的原材料就是不合理的，原材料是机械设计和制造的基础，所以对原材料的选择和使用要求十分严格。传统的机械设计方法所选用的原材料在环保理念上就存在不足，原材料的回收性能较差，会造成材料的浪费，不能够进行回收的原材料也会污染到环境。另外，原材料还会决定机械质量，如果选择了性能或者质量较差的原材料，所生产出的零件在质量上或者使用性能上必然会出现非常严重的问题。由此可见，对原材料的选择占据着重要的位置，相关人员应该加强对其的注意，从而保障机械设计的整体质量。1.3机械的实用性能存在问题。机械设计中非常容易出现的一个问题就是具有使用性能，但是实用性能却较差，使用性能和实用性能是两个不同的概念。使用性能强调的是该种产品能够进行使用，而实用性能强调的则是在使用的基础上能够使人感觉到方便，后者更加重视人的感受。任何一项由人来进行操作使用的产品都需要考虑到其实用性能，但是往往一些传统的机械设计理念所设计出的产品的实用性能是较差的，要想取得发展，机械设计中就需要融入以人为本的新理念，从而在保障其使用性能的基础上增强其实用性能。
2机械设计新理念所具备的优点
2.1增强了机械零件的整体质量。相比于传统的机械设计理念，现如今的机械设计新理念更加符合人们的需求，也能够适应时代的发展，满足相关行业的发展需求，具有非常重要的作用和意义，为此将新理念融入到机械设计中是机械设计行业和制造企业发展所必须采取的有效措施。目前的机械设计非常注重质量问题，并且将这一因素作为机械设计中最为关键的因素，用来衡量机械设计是否合理。提高机械设计的质量体现在许多方面，首先是设计人员的技术上和一些相关技术上，由于社会的发展与需求是在以很快的速度进行增长的，所以就需要不断有新型的技术所产生，并且被应用到实际中去，从而提高机械设计的质量。另外，设计人员必须具有足够的能力，这些都是机械设计新理念中的重要内容，设计所追求的是不断创新，所以融入了新理念的机械设计也应当是不断创新和发展的。2.2设计中环保理念较强。在机械设计新理念中要注重环保，使其符合当今的环境状况，所以需要将环保理念融入到机械设计中去。主要是体现在原材料的选择上，所选用的原材料首先在质量上要是合格的，满足设计的要求，使得产品不出现质量上的问题。然后还需原材料具有环保的功能，所选择的原材料能够进行长期使用，减少资金上的浪费。另外，原材料在使用之后可以回收，不仅节省资金，还能够降低对环境的污染。环保理念是机械设计新理念中的重要内容，也非常符合当今时代的发展和需求，所以在机械设计中加入环保理念是非常显著的优点，值得推广采用。2.3机械设计注重以人为本的理念。机械设计不能单单考虑到质量问题和环保问题，主要还是需要考虑其实用情况，在设计时需要了解使用者的需求，对其进行合理的设计，要做到以人为本，一个产品只有使用者能够对其进行有效的使用，并且觉得非常舒适和便捷，这个产品的设计才是成功的，因此机械设计也需要具备这一点，这也完全符合现代设计的特点，是机械设计新理念的重要表现。
3结论
由于国家的经济发展以及综合实力等各方面的发展，给中国的机械设计行业带来了较为严峻的挑战。在这种情况下，传统的机械设计已经无法满足国家发展的需求，针对传统的机械设计中所存在的不足之处进行了介绍，并且结合机械设计新理念对其进行了相应的解决，介绍了机械设计新理念所具有的一些优点。
参考文献
[1]吕尚连.用现代设计方法树立机械设计新理念[J].大科技，2013（20）：314-315.
[2]常林.对包装机械设计新方法和新理念的分析和探讨[J].祖国：建设版，2013（7）：148-149.
关键词：扎把机；打印机；纸币捆扎设备；
引言
随着经济建设的飞速发展及金融行业的进一步改革开放，无论是金融行业还是大型商业、银行机构虽尽力推广电子交易，但大宗的纸币交易仍不可避免。扎把机是银行和其它金融系统完成捆扎纸币作业所必不可少的设备，主要用于将小叠的纸币，如100张，捆扎成把。在扎把纸币的流转过程中，为了便于问题追溯，有必要将银行、操作员、操作时间、地点等信息打印在每把钞票的扎把带子上，对每把纸币流转进行记录、追踪，明确责任归属。目前市场带有打印功能的扎把一体机主要有两种类型，一种是扎把机构与打印机构并排设置，打印机构设置在扎把机构的前端，使用时，先将信息预打印到扎把带上，然后再进入扎把工位，这样的设计体型庞大，仅仅将打印机与扎把机简单组合在一起，体积是普通自动扎把机的两倍，并且是预打印，不能进行实时打印，信息的准确性及时效很难把握，无法做到有效溯源；另一种是打印机构与扎把机构一体化设计，打印机构固定，扎把完成后、在纸币撤出的过程中、借助纸币的移动、将信息展开打印到扎把带上，该结构虽然实时打印，体积小巧，但是对于操作者要求比较高，因为打印过程中操作人员用手取纸币时必须匀速直线运动，否则打印效果不清晰，而人工操作达到匀速直线运动很难控制，且需要占用节拍、速度较慢。本产品集扎把、打印功能于一体，巧妙的在扎把的同时进行打印，大大减轻了操作人员捆扎物体时的劳动强度，提高了工作效率。
1.结构设计
1.1 工作原理
本设备将纸带卷放置于带盒内通过进带口进入设备内部从而进行纸币的扎把。整个扎把打印过程中在切烫纸带的同时打印驱动机构带动墨盒左右移动，从而将信息打印在扎把纸带上。考虑到纸币捆扎时需要放在带圈内部所以待机状态下打印驱动机构隐藏在右带道内，不影响带圈的形成，和钱币的捆扎。
1. 纸带卷 2.带盒 3.进带口 4.前门 5.纸币 6. 操作面板7.打印机构8.右带道 9.带圈
1.2 动作设计
为实现整个工作过程，全程拆分为7个运动组件，通过它们相互紧密而有序的配合来完成整个动作。纸币放在带圈内部的挡币板上，触发光电开关，凸轮组件开始驱动各个运动组件。隔离臂组件夹紧纸带左端头后，抽送带电机正转，抽紧纸带后压带尾压紧纸带右端头。整个纸币被捆扎固定后，切烫组件向上运动对纸带左端头和右端头进行烫合。在此同时打印组件开始运动，完成在扎紧纸带上的打印任务，纸币的扎把打印整体完成。取走纸币后，夹纸组件翻转切断的纸带头，抽送带电机反转，形成带圈，为下个工作做好准备。
凸轮轴组件：电机带动凸轮轴上各个凸轮转动，摆杆将运动传递到各个组件。
隔离臂组件：完成夹紧带头和隔离捆扎物。
送带组件：通过电机驱动，完成送带和抽带动作。
压带尾组件：完成带子的夹紧，保证顺利切断带子。
左压带组件：完成带子的夹紧和松开，保证顺利切断带子和进退带通畅。
打印组件：电机带动同步带实现喷墨装置的左右移动和前后移动
切烫组件：完成带子的切断、烫合动作。
夹纸组件：完成带子的夹紧和翻转动作。
1.3 即时登录的管控方法
本设备还包含了一种打印机扎把即时登录的管控方法，该方法基于上述基本结构来实现纸带的输送与抽紧、夹持带头与环绕成型、压带尾与烫合和切断、和即时信息的同步打印，关键在于：同步操作信息即时登录的管控步骤如下：①开机、输入操作人员操作码、验证后将只读存储器模块与档案存储模块通向CPU数据总线的第一和第二可控电子开关导通，②将开机后的随机操作信息，即时记入暂存器模块，③接到同步启动指令后，喷墨打印头管理程序从只读存储器模块读入CPU内存、调出操作信息、打印在捆扎带对应位置上，④将打印信息登录在档案模块中、并记录时间信息，⑤暂存器模块清零，⑥等待下一次同步启动指令后重复执行步骤③-⑤。
上述技术方案，只有经过授权的操作人员能够进行扎把、打印，且信息为即时输入的实时信息，避免预打印造成打印信息与实时信息不匹配，有利于信息的追踪溯源。
2.结语
本设备优点在于：（1）打印、扎把一体化设计，其体积小、结构简单、打印
速度快、不占用额外的节拍；（2）实时打印，有利于扎把纸币的追踪溯源；（3）纸币是固定的，通过驱动喷墨打印组件，对操作者要求低，打印效果清晰；（4）喷墨打印组件可以实现往返双行打印，增加了打印的信息量。综上所述打印扎把一体机具有很强的市场竞争力。
参考文献：
[1]陈润洁；包装机械行业产品质量现状分析及展望 [J]；包装与食品机械；2004，22（1）：23-28
[2]李路海等；喷墨打印机及其耗材技术现状与进展 影像技术；2003
关键词：机械工程；设计；虚拟样机；技术分析
随着经济和科技的迅猛发展，企业在激烈的市场竞争中要想谋求长期稳定的发展，就要不断研发适应市场需求的新产品，并缩短研发周期、优化设计性能、提高产品质量、降低开发成本。虚拟样机技术相较于传统的物理样机技术而言，以其卓越的性能受到企业和研发者的青睐。以虚拟样机取代物理样机进行新产品开发中的前期设计和测试评估，可有效缩短开发周期和降低开发成本，同时能优化产品的设计效果，尤其在机械工程设计中发挥着举足轻重的作用。
1虚拟样机技术的概念及其特点
虚拟样机技术相对传统物理样机而言的显著特点是；虚拟，即通过计算机借助特定的软件程序帮助工程师建立三维模型，依靠先进的仿真模拟系统实施仿真模拟实验，对机械在实际运行中的情况加以分析和评估，帮助工程师及时找出设计不足和缺陷，并采取针对性的措施加以改进，提高机械设计的效率和质量[1]。简单地讲，该技术是在计算机基础上，运用CAD等设计制图模型，借助仿真模拟技术进行机械设计的一种新技术。该技术的特点是：在机械设计整个过程中借助高科技的设计和管理技术实施开发、分析和设计，极大地缩短了研发设计周期，提高了机械设计的质量和效率，同时也降低了设计成本，有助于提高企业的市场竞争力。
2机械工程设计中虚拟样机技术的应用
2.1模型建立
2.1.1三维模型的建立建立三维的实体模型是运用虚拟样机技术的基础和前提，后续的仿真实验都要在这个基础上进行[2]。建立数字化的三维模型过程极其繁杂，除了对诸如齿轮、扇叶等外形复杂的零部件进行详细的细部设计，还要对各种机械内部的每种部件间的相关驱动联系予以充分考虑，以此为基础再借助CAD等软件程序搭建完整的机械系统的虚拟样机。早期的CAD以二维为主，这种方式的设计过程复杂且不容易操控，在生产中不具有优势，科技发展使得当前的三维CAD得到了普遍推广，机械产品内部的每个部件的转动惯量、质心位置和搭接的细节都能得到详尽的设计和明确表述，设计深度和效率都得到了显著提高，软件应用更加便捷人性化。
2.1.2添加约束建成数字三维模型后，为了规范和限制物体之间的相对运动，在对各个部件进行连接时要添加适当的约束。添加约束时，要从实际情况出发注意所添加约束条件的合理性。当前，国内使用的三维CAD设计软件多配有相关的动力学插件，通过这些插件对约束关系和装配关系加以映射，可实现对虚拟装配和添加约束的过程相统一。另一种方式是，借助三维CAD软件进行预装配，继而在ADAMS运动分析软件中导入已经完成的数据模型，通过ADAMS实现对产品运动情况的如实分析[3]。
2.1.3对模型施加驱动通过设置合理的约束在模型的各零部件之间实现连接，在确定各种机械运用的情况后，对模型施加驱动力及驱动转矩，以使模型能够按照预先设计好的运动情况进行运动。
2.1.4虚拟样机仿真驱动施加完成后，模型已基本建成，已经具备仿真模拟的实验条件。进一步，对产品模型实施模拟仿真的实验操作，分析计算各项物理指标，如速度和加速度、作用力和反作用力以及位移等，为后续有限元的分析做准备。
2.2有限元分析
有限元的分析方法能对机械内部各构件的强度和运动特性指标等进行全面、精准的分析，其显著特点是通用性强[4]。另外，有限元的分析方法还能实现对诸如边界条件和结构形状等力学问题的专业解答，目前在机械设计中得到了比较广泛的应用。有限元的分析方法运算速度和可靠性都比较高，在虚拟样机技术中是不可或缺的设计工具。
2.3优化设计
为提高机械使用的工作效率，在对机械模型进行必要的校验后，还要对其设计进一步优化。目前，国内在对机械模型进行优化时主要方法包括：在满足各项机械设计的条件、变量的变化区间也适宜的基础上，通过自动选择系统来选择机械模型设计中涉及的变量；在求解目标函数的最大值时可以通过分析函数进行计算；通过计算机计算系统改变设计参数的变量范围并加以求解，并可进行多次仿真[5]。特别是在每一次的仿真模拟完成后，要对模型的参数变量进行多次更改，通过反复的模拟实验，求得待求物理量的最优解。
2.4控制、机械系统联合仿真
在机械开发的传统模式中，机械系统和控制系统不管是在设计还是测试上都是相互独立的，二者之间并没有有效的互动，从而导致机械设计的实际效果并不理想。虚拟样机技术可将机械系统和控制系统实现一体化控制，将二者进行有效融合和统一，切实解决了传统的机械开发中控制效能低下等问题。虚拟样机技术中机械和控制系统的联合仿真思路具体如下：借助仿真软件分析三维模型的力学及动力学特性，再利用矩阵实验室等控制软件加以控制计算。这种设计思路中，控制软件将控制命令作用于运动学的仿真软件，后者将作用结果的反馈信息发送到虚拟的位置传感器，从而实现对控制系统的有效控制。两者综合，机械系统和控制系统的联合就能顺利实现。
3例证分析
目前，虚拟样机技术应用的范围和领域非常广，例如船舶加工、武器制造和包装机械设计及农业机械设计等。下面以其在农业机械设计中的应用为例加以分析。一方面是仿真技术和多柔体的系统建模相结合。由于多柔体系统中的动力学重在研究刚体运动和弹性变形之间的耦合性，所包含的运动形式复杂多样，动力学方面的计算难度大，借助虚拟样机进行仿真研究是当下的一个重点。比如在联合收割机的改良实验中，比较成熟的是对收割机的内部各种零件等刚体的建模和仿真技术，而针对小麦、水稻和玉米等柔体作物进行完整模型的建立以及柔体模型与收割机内部各部件的综合仿真模拟则是研发的重点和难点。另一方面是协同仿真技术，即将各个学科的模拟仿真工具加以结合，进而构建复杂多样的模拟仿真系统，在充分发挥各模拟仿真系统的单独作用时，协调不同领域的开发人员进行高效配合，实现产品研发的多元化和复合化。现代化农业机械越来越注重减轻农民的操作难度，也越来越注重多种作用的综合和集中，农业机械设计中所涉及的学科及领域也越来越多、越来越广，比如，如何把农用拖拉机的控制系统和机械系统加以高效综合的系统模拟仿真一直是技术研发的重点。
4结束语
综上，虚拟样机技术在长期的研发和应用过程中以其设计周期短、效率高和产品性能稳定等优势在机械工程设计领域得到了普遍推广和普及，但仍需进一步完善和改进，从而更好地为机械工程设计及其他学科和领域提供更大的便捷和更优质的服务。
参考文献
[1]卢建湘.虚拟样机技术在机械设计过程中的应用[J].赤峰学院学报（自然科学版），2015，31（9）：45-47.
[2]张鸣，任建平，等.基于虚拟样机的机械设计方法[J].机械设计，2006，19（11）：49-51.
[3]彭广林.机械设计中虚拟样机技术的有效运用[J].科技导向，2011，28（11）：119-120.
[4]李杰，闫楚良，等.农业机械设计中虚拟样机技术的应用与展望[J].中国农业机械协会，2013，13（3）：820-821.
[关键词]仪表视区可见性 H 点设计 眼椭圆 虚拟现实技术 2D 人体模型
中图分类号：TD504 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）13-0265-01
一、引言：
汽车是非常复杂的产品并需满足各方面的性能要求，其设计开发过程也由许多不同的工作阶段组成，而各工作阶段又需要使用多种不同的设计验证技术。只有采用新技术将整个产品的开发过程及其不同的工作方式进行全面的集成才能达到加速和优化设计的目的。
数字化虚拟技术就是通过集成各种计算机技术，并充分发挥其应用潜能，使产品开发设计能够可靠地在计算机系统内，以数字化模型方式完成产品的设计和验证。在汽车开发中，虚拟技术有助于决策层及早对设计方案进行决策和进行跟踪管理；有助于加强异地的合作，共同解决技术难题；有助于在制造样车前进行反复验证和校核，从而及早发现和避免设计错误；有助于在产品投产前及早获取产品信息以进行市场调查。贯穿于产品开发全过程的数字化虚拟技术可使产品特性得到全面系统的优化，使开发周期大大缩短，开发费用大大减少，提高产品质量，最终提高企业在市场的竞争力。
仪表的视野设计是汽车内饰设计的重要组成部分，其设计重点在于仪表的布置、仪表盲区求作及仪表的防眩校核，而仪表盲区的求作则是重中之重。隶属于人机工程领域的仪表盲区校核在国外相应的标准中均有详细的论述。
我国人体工程学的研究起步较晚，至目前为止，尚没有视野盲区求作的详细标准，以往的这部分设计，由于没有系统的总结归纳，设计人员往往只凭借经验进行设计，难免造成仪表视野的不合理性。
在卡车驾驶室全新内饰仪表视野的设计中，我们突破了以往的设计模式，在消化理解并科学应用SAE相应标准的基础上，对全新内饰仪表的视野进行了校核。本文结合实际进行了详细论述。
二、概述
在汽车设计中，驾驶员视野直接影响汽车的使用和安全等，在进行布置设计时必须考虑视野是否符合法规要求，是否能够满足使用要求。
视野校核必须根据项目实际情况，所采用的数据必须和原车参数一致，同时要结合相关标准和规定，下面我们结合我们一款轻卡（中体车）的组合仪表视野校核来探讨视野校核的原理和方法。5z
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三、组合仪表视野基本要求
在车身布置图上，确定了代表驾驶员眼睛分布位置的眼椭圆后，即可作出驾驶员的实际视野范围，进行驾驶室组合仪表视野的视野校核。
根据相关国家标准，对汽车外后视镜视野的基本要求如下：
1.驾驶员在行车过程中，不必经常移动身躯或转动头部就能读识仪表和显示装置，即需要
对组合仪表进行盲区校核；
2.组合仪表罩能够避免由前风窗反射光线对人眼产生的干扰，或外界阳光入射至车内后经组
合仪表面反射后对人眼产生的干扰，即需要对组合仪表罩进行避光性校核。
四、组合仪表视野校核
在进行组合仪表的视野校核之前，我们要结合实际车型进行汽车总布置，首先就要考虑人机工程。人机工程设计的一般步骤如下：.rK$CXHXx1^
第一个步骤选定设计用的百分位人体，设计中一般使用的百分位人体为中国5%女性、50%男性、95%男性人体尺寸，另外也可以使用其他国家人体尺寸（如SAE标准SAEJ826）；
第二个步骤选定H点，设计中根据加速踏板及地板及方向盘位置选择合适的人体坐姿可以初步确定H点。通过不同百分位的人体来确定前排座椅的前后及上下调节尺寸。根据车身空间通过对选定的人体布置及相关校核初步确定后排乘客的坐姿及H点。前后排座椅布置时还应对头部空间、肩部及肘部空间等方面进行校核。
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4.1 引用标准
GB/T 11563-1995 汽车H点确定程序
GB/T 11559-1989 汽车室内尺寸测量用三维H点装置
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 眼椭圆制作
眼椭圆指不同身材的驾驶员根据自己的意愿将座椅调整到舒适位置后，以正常的驾驶姿势入座后，在不转动头部的前提下，其眼睛位置在车身坐标系中的统计分布图形。
经过人体坐姿布置后，相关数据输入如下：
汽车实际H点：三维人体模型按规定的步骤安放于汽车座椅中时，人体模型上左右两H点标记连接线的中点。它表示人体在汽车上的实际位置。它是汽车内饰布置人机工程布置设计的基准点。
R点：座椅调整至正常驾驶位置范围的最后、最下时的胯点。是整车内饰布置设计的开始。
AHp：踵点，脚跟的着地点。
根据我们的中体卡车的实际数据，得出以下参数：
R点坐标：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
根据SAE J1050，做转向盘边缘的视野线
4.4 组合仪表盲区校核
双眼盲区：指驾驶员用左右眼同时观察时，由于方向盘对视线的阻挡而形成的双眼都看不到的区域，即左右单眼盲区的公共部分。
结论：
从上述具体校核可以看出，组合仪表的双目盲区均没有对仪表显示区构成障碍，均满足法规要求。
4.5 组合仪表罩避光性校核
组合仪表罩避光性校核主要是测量出光线可能的入射角的射出角，避免反射线与眼椭圆相交。
一：外部光线校核
二：由夜间仪表发光面的最下端发出的光线，经前风窗内表面反射，反射线在眼椭圆的上方，表明仪表板遮光罩能防止夜间仪表的照明灯光映射到前风窗内表面反射后造成的炫目。
结论：中体车组合仪表罩的避光性满足法规要求。
五、总结
通过校核， 中体车组合仪表视野能够满足相关法规的规定。
[关键词]实践创新;机械原理;教学方法
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）11-0111-03
机械原理是一门介绍机械中常用机构和一般工作条件下常用参数范围内的通用零部件设计的基本知识、基本理论和基本方法的重要的专业基础课，是机械类及相关工程类专业的必修课程。在机械原理这门课程中，学生要掌握“三大机构”和“三大分析”。“三大分析”即机构结构分析、机构的运动学分析和机构的动力学分析的基本知识;“三大机构”即连杆机构、凸轮机构和齿轮机构的设计与综合。机械原理课程的培养目标是使学生具有创新机构运动方案的设计能力，即针对不同的设计任务，综合运用多学科的相关知识，提出多种机构运动方案，并进行综合评价确定最优方案。因此，它又是一门多学科、实践性很强的学科。[1]
一、机械原理教学中存在的问题
当今世界，科技发展日新月异，技术快速发展，而我们的教材一直是经典教材，课程的内容跟不上科学研究的发展，也跟不上技术的实际应用，甚至存在有些知识点是实际应用中多年弃之不用的技术等问题。结合这几年授课经验，笔者发现，机械原理教学中存在如下几点不足：
第一，缺少实践教学环节，缺少学生创造性思维能力和实际设计能力的培养。
第二，重理论知识系统性而轻工程应用背景的介绍。如连杆机构中转动副（铰链），学生从书本上见到的只是杆是直线和铰链是圆组成的机构运动简图，对于现实生活的机械产品难有较好的感性认识。特别是在大四做毕业设计结构设计的时候，构件与构件之间的实际的铰链的装配关系容易出错。
第三，缺少对机械设计新技术、新发展和新成果介绍，以及机构解析法设计的内容。
第四，与其他课程联系少，往往是就机构分析而机构分析，可通过设立综合性强的课题，将机械原理与工程力学、机械设计结合进行综合性设计，或结合设计比赛进行串接。
第五，在实践环节，每年都做同一个题目“减速器的课程设计”，只是每个学生的数据不同而已，没有体现“以学生为中心”的教育理念，使得该环节程序化，制约了学生的创新能力。
以上问题的存在，使得本来是创新性强、思维发散灵活、创作激情澎湃的机械原理教学，有可能变成理论实际脱节、教学过程枯燥、学习目标盲目、学习激情减退、教学质量下降的灌输式教学。[1]
二、要善于提出问题，引导学生主动思考
在教学过程中，需要将学生的地位至于教学的核心。让学生参与到教学活动里，在进行教学之前可以设置多重问题，让学生在问题的引导下层层深入，自主进行深入学习，提高学习的兴趣和效率。
机构自由度计算是机械原理教学中的重点内容之一，教师要做到深入浅出地讲授构件和运动副产生约束作用，由此自然给出平面机构自由度计算公式。不仅加入了理论知识，还使用一些简短视频和动态图，让学生了解各个运动副之间的关系，便于理解和识别复合铰链、虚约束等特殊情况。增加一些趣味性和实际生活中常见并且熟悉的机构进行分析，或者对看起来复杂的机构进行简化。引领学生在计算自由度的时候建立对机械原理的最初理解以及兴趣。鼓励学生将学到的机构进行应用。建立简化机构和对机构原动件到从动件进行顺序分析的解题思路。提出机构，让学生自由分析和进行计算，再进行讲解。培养学生分析和解决问题的能力。
齿轮机构在各种机器中应用广泛，在讲授这部分知识时，利用在实验室不同类型齿轮机构的模型和视频、联系实际进行理论知识的讲解，可以加强学生知识的理解。首先要建立对一般齿轮类型的认知。了解齿轮传动在实际应用中的重要性，再提取最普通的直齿圆柱齿轮进行分析。可以让学生自己探索分度圆，齿根圆，模数等的意义。通过对齿廓的研究了解渐开线各个参数的意义，了解为什么渐开线是最常用的齿廓，从而了解渐开线的优点。再通过实际啮合状态，提出啮合相关的问题，包括啮合规律、传动比、重合度等疑问。在研究斜齿轮、蜗轮蜗杆传动时，让学生类比齿轮的公式，进行公式的推断，从而了解其与渐开线直齿圆柱齿轮的异同。通过让学生研究对不同齿轮加工方法的异同，了解齿轮的加工过程。按照从实际到理论，从设计到制造的顺序，提出不同阶段的问题，引领学生建立系统的齿轮方面的知识。了解不同阶段不同的公式以及公式的来源。[2]
三、注重实践创新
我校教师带领学生连续参加第四、五、六、七届全国大学生机械创新设计大赛（慧鱼组）。2014年我校学子一举斩获一等奖，不仅取得了我校在此项赛事中的最好成绩，还实现了我校在该赛事一等奖奖项的零的突破，为学校赢得了荣誉。还带领学生参加了江苏省第五届机械创新设计大赛暨第六届全国大学生机械创新设计大赛获省二等奖，不仅要求学生设计出作品，并且要做出实物，进行现场模拟。据悉，全省独立学院获得的最高奖项为二等奖，且只有三项，我校即占其中之一。今年我们争取再接再厉取得好名次。
第七届（2016年）全国大学生机械创新设计大赛的主题为“服务社会――高效、便利、个性化”;内容为“钱币的分类、清点、整理机械装置;不同材质、形状和尺寸商品的包装机械装置;商品载运及助力机械装置”。我们选择关于钱币的分类、清点、整理机械装置的设计。
在当今的社会生活中，人们越发注重绿色出行，因此公交车出行越来越成为人们优先选择的公共交通设备。然而，现如今公交车上钱币分类主要依靠人工或者简易的投币装置，这样的方式成本高并且效率低下。这都预示着新型的多功能投币机械将会被人们广泛使用，其需求量将会越来越大。作品一设计的是新型公交车投币箱。利用简单的滑道及杠杆机构进行纸币及硬币的分离，再以简单的滑道机置对不同面值的硬币进行分类，如图1所示。由两个滑道构成主要结构，上面一个滑道两点固定，主要是给硬币和纸币一个下落的初速度，下面的滑道是一个杠杆结构，硬币的质量完全可以压下杠杆落入硬币箱，人们把硬币从投币口投入，经过一系列物理反应，达到分离的目的。此结构简单，不需要能源输入，只需要小小的改动就能更便利。主要创新点：1.没有科幻元素，处处体现实用化。简单的机械结构容易制造，并且出现故障容易修理。2.无须通电和供能，因此投币机十分安全并且节能、受到的使用限制也会大大缩小。3.设计制造成本低，可批量生产，便于推广。此设计不仅功能齐全、可靠性高，并且机械装置简单，大大降低了公交公司的生产成本，价格的低廉也将会赢得广泛的客户群。由于成本低，可以批量生产，具有广泛的市场性和实用性。
作品二是根据公交车上的投币特点（需要人们一个一个投）设计了该产品，如图2所示。我们根据硬币的直径不同，给它们在轨道上安排了不同的出币口，使得不同面额的硬币进入不同的空间内。由于目前我国新版人民币有三种圆形硬币，其直径依次为：一元硬币25mm、5角硬币22.5mm、1角硬币20.5mm。所以我们将第一个出口处的挡板与轨道的间距设置为21mm（先将一角钱分出），将第二个出口处的间距设置为23mm（再将五角钱分离），最后的出口的间距设置为26mm。这样，不同的硬币就会不同的出口处落出，原理如图3所示。我们在每一个出币口搭建了一个容器，使它的开口直径不超过它所盛装的硬币的直径（装一元的容器直径为40mm，五角的为40mm，一角的为30mm）的两倍;我们又测量出每一种硬币的厚度（一元为1.85mm，五角为1.65mm，一角为1.67mm），然后根据计算，在容器外表面标出刻度（不同的高度对应不同的数量，如：在一元容器外，每隔18.5mm，画一刻度线，标出数字十;在五角容器外，每隔16.5mm，画一刻度线，标出数字十;在一角容器外，每隔16.7mm，画一刻度线，标出数字十）。主要创新点： 1.可进行硬币的分类。2.可计数根据测量硬币堆积的厚度，从而计算出硬币的数量。3.将轨道分段衔接。4.原理简单，结构简单。5.系统还具备升级和扩展的潜能。本作品结构简单，可后续添加其他功能，较好地满足了硬币发展的需求。
作品制作历时四个月，经过多次改造。从刚开始产品设计的构思到最后整个作品的制作完成都充分发挥了学生的创新意识，培养了学生综合设计能力与团队协作能力，提高了学生针对实际需求进行机械创新、设计、制作的实践能力。[3]
四、总结
通过这次研究课题的实践，不仅让学生学到了许多了专业知识，而且培养了其解决问题的能力。其次，团队管理也是很重要的，一个团队核心就是通过合作去开展工作，这样才能发挥最大的效益。合作就需要良好的管理，对于不同的问题需要设立讨论小组，对问题进行研究，集众人之力去解决问题。最后笔者认为，本次研究关键就是不断反思问题，从反思中取得突破。研究是个连续的过程，在每个阶段发现问题才能确定接下来工作的方向，这样不断进行反思总结，才能取得突破，取得最后的胜利。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 孙亮波.在机械原理教学中引入机械创新设计项目的研究与实践[J].机械，2010（12）：21-23，33.
[2] 殷勇辉，高志，章兰珠.提高机械原理课程教学质量的思考与实践[J].中国大学教学，2014（6）：57-59.
