韋佳蔚　陳亮

摘 要：模塊化設(shè)計在包裝機械中有很廣泛的應(yīng)用，它對提升機械的整體性能有重要作用。該文從包裝機械模塊化設(shè)計的內(nèi)涵與特點入手，首先分析了模塊的劃分和接口，然后以貼標機為例研究了模塊化設(shè)計在包裝機械中的應(yīng)用和包裝機械設(shè)計中的其他優(yōu)化方案，為包裝機械設(shè)計中模塊化設(shè)計的應(yīng)用研究提供了可參考的意見。

關(guān)鍵詞：包裝機械 模塊化設(shè)計 應(yīng)用 前景

中圖分類號：TB846 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）10（c）-0076-03

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，用戶對產(chǎn)品的個性化提出了更高的要求。包裝機械的設(shè)計也受到了市場經(jīng)濟的沖擊，需要從縮減成本、加快開發(fā)和個性化設(shè)計等多個方面考慮自身的改變。傳統(tǒng)的包裝機械生產(chǎn)的批量較大、成本較高、品種較少，這已經(jīng)適應(yīng)不了市場的需求，必須加快自身改革的腳步。模塊化設(shè)計是一種用功能決定包裝機械設(shè)計的手段，它可以最大化滿足客戶的需求，應(yīng)對市場的變化。因此，將模塊化設(shè)計加在包裝機械設(shè)計中是時代發(fā)展的趨勢，也是包裝機械緩解當前困境的措施。

1 包裝機械模塊化設(shè)計的內(nèi)涵與特點

1.1 模塊化設(shè)計的內(nèi)涵

模塊化設(shè)計是建立在分析產(chǎn)品功能基礎(chǔ)上的，在選擇前需要商家根據(jù)自身的需求選擇模塊。因此，模塊需要根據(jù)種類作出劃分，以方便客戶的選擇。通過這種設(shè)計，用戶可以選擇模塊的組合來決定產(chǎn)品的性能，以此來應(yīng)對市場的快速變化。同時，這種設(shè)計也減緩了包裝機械更新?lián)Q代的速度，用類似半智能化的設(shè)計手段來促進包裝機械的發(fā)展。

模塊化包裝機械的模塊有多種分類，根據(jù)功能和性能的分類大致有以下4種基本類型。

（1）橫向類型。橫向類型的模塊化設(shè)計是指不改變產(chǎn)品的主參數(shù)，利用模塊來實現(xiàn)產(chǎn)品的變形，以此來滿足用戶的需求。這種類型較為穩(wěn)定，模塊設(shè)計也較為簡單，是較為常見的一種模塊類型。

（2）縱向類型?？v向類型的模塊化設(shè)計是指在同一類型的前提下，對不同規(guī)格的產(chǎn)品做定向修改。這種類型的模塊可以使產(chǎn)品更加多樣化，生產(chǎn)更多種類的產(chǎn)品，相比橫向類型較為復(fù)雜。

（3）跨系列類型?？珙愋偷哪K設(shè)計是指在一定范圍內(nèi)改變模塊的某些性能，從而得到其他類型的產(chǎn)品。這種類型的模塊設(shè)計可以滿足多種用戶需求，但是投入和復(fù)雜程度都較高。

（4）全系列類型。全系列類型的模塊設(shè)計是一種綜合體，它既包括了橫向類型的模塊化設(shè)計，也包括了縱向類型的模塊化設(shè)計，是實現(xiàn)產(chǎn)品功能最大化的一種模塊設(shè)計類型。

1.2 模塊化設(shè)計的特點

模塊設(shè)計是建立在機械系統(tǒng)基礎(chǔ)上，同時它也結(jié)合了計算機系統(tǒng)和智能化系統(tǒng)，它的特點主要有以下幾種。

（1）簡化設(shè)計。包裝機械的設(shè)計是一個復(fù)雜的過程，需要從多個需求入手，然后分別設(shè)計相應(yīng)的功能，最后綜合機械設(shè)計的原則和指標，完成包裝機械的整個設(shè)計。但是模塊化的設(shè)計卻可以極大程度地簡化包裝機械的設(shè)計過程，原本的模塊是固定的，只要根據(jù)功能需求選擇相應(yīng)的模塊，然后綜合在一起，就可以基本完成整個設(shè)計。

（2）產(chǎn)品柔性程度高。模塊設(shè)計和機械設(shè)計不同，它可以獨立地存在，隨時將最新的技術(shù)應(yīng)用在自身。因此，模塊化設(shè)計的更新?lián)Q代是極快的。在此基礎(chǔ)上，生產(chǎn)商可以通過模塊設(shè)計來替代原本的產(chǎn)品功能，可以符合多種需求，有很強的設(shè)計柔性。

（3）便于維修。機械產(chǎn)品存在問題之一就是維修和保養(yǎng)困難，有時機械設(shè)備的維修和保養(yǎng)花銷遠遠超過了設(shè)備本身的價值。包裝機械也是如此，面對著維修困難的局面。模塊化設(shè)計很好地解決了這個問題，使不同模塊可以獨立地存在，在維修時只需要選擇相應(yīng)的模塊就可以，方便了維修的過程。

（4）成本較低。模塊化的包裝機械在設(shè)計和制造的過程中都可以通過選用相應(yīng)的模塊來完成，再加上設(shè)計的柔性較高，可以實現(xiàn)小批量的生產(chǎn)，降低了包裝機械的設(shè)計制造成本。

2 模塊的劃分和接口

2.1 模塊的劃分

模塊化設(shè)計是應(yīng)用在機械設(shè)計中的，它不僅要符合自身模塊的設(shè)計指標，還要考慮到機械設(shè)計中的要求和指標。所以，在一定程度上，模塊的劃分要滿足機械設(shè)計的互換性原則，即模塊配合補位的尺寸是有固定的標準，可以實現(xiàn)相同模塊的互換。作為系統(tǒng)的一部分，模塊的劃分在一定程度上決定著機械系統(tǒng)能否正常運作。因此，模塊的劃分要有很強的靈活性，照顧到管理的方便。同時，還要考慮到產(chǎn)品的發(fā)展和變形，為實現(xiàn)其柔性奠定基礎(chǔ)。在具體的模塊劃分中，要注意以下幾點。

（1）滿足模塊多變性的需求。模塊在劃分的時候要從功能入手，力求用最少的模塊可以組成功能最多的產(chǎn)品。

（2）滿足模塊獨立性的需求。模塊在加入系統(tǒng)之后雖然是整體的一部分，但是要能夠獨立存在，使其功能和結(jié)構(gòu)在獨立的情況下完整。

（3）結(jié)合部位的靈活。模塊是要加入系統(tǒng)中的，并且可以隨時拆卸。所以，模塊的結(jié)合部位要便于結(jié)合與分離。

2.2 模塊的接口

模塊設(shè)計的基礎(chǔ)是能夠獨立的存在且應(yīng)用于整個包裝機械的系統(tǒng)，所以模塊的結(jié)合是模塊最重要的部分，結(jié)合的補位也稱為接口。模塊的接口在一定程度上決定著不同模塊之間的互換性和可組合性。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)表明，模塊的性能60%以上決定于其接口。因此，接口的重要性可見一斑。

對于包裝機械來說，雖然其生產(chǎn)時的工藝力較小，不需要較多的依靠接口處的阻尼力。但是接口的標準化和通用化也決定著整個系統(tǒng)的性能，這關(guān)乎到模塊能否在包裝機械的系統(tǒng)中發(fā)揮相應(yīng)的作用。因此，接口的設(shè)計一定要按照統(tǒng)一的標準，保證模塊組合的有效性。

3 模塊化設(shè)計在包裝機械中的應(yīng)用——以貼標機為例

3.1 貼標機現(xiàn)狀

貼標機是包裝機械中最常用的一種，它用于對包裝成品做最后的加工，給產(chǎn)品貼上標簽。經(jīng)濟在發(fā)展，時代在進步，人們在選擇商品的時候希望從商標中得到更多的信息，以此給自身的選擇提供參考數(shù)據(jù)。而且市場的需求的是多樣的，所以產(chǎn)品也必須具備多樣性的特點，這就給貼標機提出了更高的要求。

傳統(tǒng)的貼標機是一對一形式的，一種標簽對應(yīng)一種機械。這種貼標機不僅提高了產(chǎn)品的成本，降低了商家的競爭力，還阻礙了產(chǎn)品的多樣化發(fā)展。所以，模塊化設(shè)計創(chuàng)新應(yīng)用在了貼標機中。將模塊化設(shè)計應(yīng)用在貼標機后，有以下幾點優(yōu)勢。

（1）降低生產(chǎn)的成本。貼標機在應(yīng)用模塊化設(shè)計后，可以實現(xiàn)多種標簽的標記，在需要的時候更換相應(yīng)的貼標模塊即可。這就極大降低了生產(chǎn)的成本，提高了商家的市場競爭力。

（2）促進商品的多樣化。市場的需求變化是很快的，產(chǎn)品想要滿足市場的需求，必須加快自身的變化速度。產(chǎn)品的變化，相應(yīng)的標簽也將變化。因此，模塊的設(shè)計可以讓商家忽略產(chǎn)品變化對貼標機的壓力，從而加快產(chǎn)品多樣化的發(fā)展。

根據(jù)上述的分析，可以很明顯地看出模塊化設(shè)計在包裝機械中應(yīng)用的優(yōu)勢，也正因為如此，當前的包裝機械大多采用模塊化設(shè)計的方式。例如，德國的krones集團是全球領(lǐng)先的包裝機械設(shè)計廠家，它們重視模塊化設(shè)計和包裝機械設(shè)計的結(jié)合，優(yōu)化了包裝機械的性能，使自己的產(chǎn)品在市場上更具競爭力。

3.2 模塊設(shè)計在貼標機中的應(yīng)用

模塊化設(shè)計可以改進包裝機械的性能，這是由于模塊的多樣性對包裝機械功能的提升。首先，模塊設(shè)計有自身的種類劃分，根據(jù)上文的分析，模塊的劃分在一定程度上決定著機械系統(tǒng)能否正常運作，因此需要滿足模塊多變性的需求、模塊獨立性的需求和結(jié)合部位的靈活等設(shè)計要求。在貼標機中也是如此，它可以分為冷膠貼標模塊、自粘貼標模塊、標簽滾壓模塊、基本模塊和傳送模塊等。

不同的模塊決定不同的性能，產(chǎn)品在制造的時候就可以根據(jù)需求選擇相應(yīng)的模塊，然后組裝完成貼標機。而且，這種選擇的方案是不受限制的，客戶可以最大化地實現(xiàn)產(chǎn)品的個性化，同時貼標簽的位置也可以隨意指定，將貼標機的功能再次提升。

在2005年的德國慕尼黑食品技術(shù)博覽會上，krones公司展示了最新的高速貼標機，這種貼標機將商標的長度定在了240～600 mm之間，并且有一套通用的商標模塊，可以實現(xiàn)多種商標的互換。而且這種貼標機更換模塊的速度也較快，能靈活地滿足商家的各種需求。因此，krones公司的貼標機迅速占領(lǐng)了市場，將模塊化設(shè)計在包裝機械中的應(yīng)用完美詮釋給了世人。

3.3 模塊化設(shè)計在包裝機械中應(yīng)用的問題和前景

模塊化設(shè)計雖然有著不可替代的優(yōu)勢，提升包裝機械的性能，但是也有自身的限制因素存在，具體表現(xiàn)在以下幾點上。

（1）開發(fā)的周期較長。模塊化設(shè)計滿足的功能較多，所以其在設(shè)計的過程中需要考慮多種問題，這就增加了模塊化設(shè)計的難度，延長了模塊化設(shè)計的周期。而且，模塊化的設(shè)計還要考慮各部分之間的配合問題，這就導(dǎo)致了一個修改導(dǎo)致整體機構(gòu)設(shè)計的修改。因此，模塊化設(shè)計的前期設(shè)計工作任務(wù)量較大，需要從模塊的自身問題入手，分別探討不同的功過環(huán)境、不同的應(yīng)用設(shè)備對整個模塊的影響。基于這些原因，模塊化設(shè)計的開發(fā)周期比較長，消耗的時間往往是傳統(tǒng)設(shè)計方式的幾倍之多。

（2）開發(fā)過程復(fù)雜。模塊化設(shè)計需要兼顧多種模塊的協(xié)同運作，還要考慮模塊在整個系統(tǒng)中運作。所以，開發(fā)的過程比較復(fù)雜。而且，模塊化設(shè)計還需要考慮電子技術(shù)和計算機技術(shù)在其中的應(yīng)用，在整個開發(fā)過程中要協(xié)調(diào)多種技術(shù)之間的配合關(guān)系。特別是為了實現(xiàn)模塊化設(shè)計的智能化，各種傳感器和PLC等軟件和程序都需要加在其中，使整個開發(fā)過程較為復(fù)雜，增加了模塊化設(shè)計的難度。

雖然模塊化設(shè)計有自身的限制因素存在，它的應(yīng)用還是不可阻擋的。當前的機械已經(jīng)向著自動化和智能化的方向發(fā)展，需要滿足多種需求。所以，必須從機械系統(tǒng)的整體劃分開始，利用模塊化設(shè)計來優(yōu)化整個包裝機械的性能。再者，經(jīng)濟的高速發(fā)展需要包裝機械生產(chǎn)的產(chǎn)品有一定的市場競爭力。因此，模塊化的設(shè)計應(yīng)用在包裝機械設(shè)計中的腳步不可阻擋。就以目前的情況而言，我國的包裝機械應(yīng)用模塊化設(shè)計的程度還不夠高，跟發(fā)達國家還有差距。但是市場經(jīng)濟的壓力和國家對技術(shù)的重視都給模塊化設(shè)計在包裝機械中的應(yīng)用提供了動力，它的前途必然是一片光明。

4 包裝機械設(shè)計中的其他優(yōu)化方案

模塊化設(shè)計是包裝機械設(shè)計優(yōu)化的一種方式，除此之外包裝機械設(shè)計優(yōu)化的方法還有虛擬設(shè)計這種方式。虛擬設(shè)計是隨著計算機技術(shù)的發(fā)展而興起的，例如計算機的輔助繪圖軟件CAD和Solidworks等，它們可以實現(xiàn)在電腦上的三維繪圖，然后生成相應(yīng)的技術(shù)指標和性能參數(shù)。這種方式不僅可以用來檢驗設(shè)計的故障與瑕疵，還可以簡化整個設(shè)計的過程。最重要的是，這種設(shè)計方式很方便修改，可以根據(jù)客戶的需求做出各種調(diào)整，直到客戶滿意為止。虛擬設(shè)計是在計算機基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，所以它對計算機依賴的程度較高。但是這種依賴卻有利于包裝機械設(shè)計行業(yè)的發(fā)展，它不僅可以提高設(shè)計的速度，還可以將設(shè)計的成果進行模擬，檢驗其在特定環(huán)境下的工作狀況。虛擬設(shè)計是用現(xiàn)代的科技手段進行傳統(tǒng)的包裝機械設(shè)計。這是時代發(fā)展的趨勢，也給包裝機械設(shè)計行業(yè)提供了新的發(fā)展方向。

除虛擬設(shè)計之外，包裝機械設(shè)計方案的優(yōu)化還有以市場需求為主的方式。需求決定市場，市場的需求方向即設(shè)計的優(yōu)化方向。以目前的情況而言，包裝機械行業(yè)的市場需求主要有包裝機械的設(shè)計對環(huán)境的影響要小和設(shè)備購買的成本盡可能少。當前發(fā)展的是可持續(xù)的經(jīng)濟，要求機械設(shè)備產(chǎn)生的污染物較少，產(chǎn)生的噪聲也要小，這就對包裝機械內(nèi)含的科技提出了更高的要求。但是當前我國的包裝機械在這方面做得還不夠好，設(shè)計和生產(chǎn)的包裝機械還是以追求利益和生產(chǎn)為主，忽視了機械設(shè)備附屬的價值。包裝機械設(shè)備的競爭力在某種程度體現(xiàn)在價格上，客戶想用最低的價格購買性價比最高的產(chǎn)品。這種性價比更多體現(xiàn)在包裝機械設(shè)備的科技內(nèi)涵上，包含的科技越高端，其本身的附屬價值就越高，同等資源消耗，可以用更快的速度和更高的質(zhì)量產(chǎn)出更好的商品。

5 結(jié)語

時代的發(fā)展給包裝機械提出了更高的要求，需要從自身設(shè)計的柔性和符合市場需求等多方面做出調(diào)整，以滿足發(fā)展的需求。改革是動力，要實現(xiàn)包裝機械的發(fā)展，必須深化模塊化設(shè)計的應(yīng)用。以目前的情況而言，我國的包裝機械行業(yè)和德國、美國和英國等國家相比存在一定的差距，模塊化設(shè)計的應(yīng)用也趕不上發(fā)達國家的腳步。但是，這也為我們提供了更多發(fā)展的思路和方向，可以借鑒他人成功的經(jīng)驗，最終實現(xiàn)模塊化設(shè)計在包裝機械設(shè)計中完美的應(yīng)用。

參考文獻

[1] 賀兵，劉揚.模塊化設(shè)計在包裝機械設(shè)計中的應(yīng)用[J].包裝工程，2008（10）：140-142.

[2] 孟令立.模塊化包裝機械的設(shè)計仿真與優(yōu)化研究[D].天津大學，2012.

[3] 米良，殷國富，王志宏，等.包裝機械可重構(gòu)模塊化設(shè)計方法與研究展望[J].食品科技，2009（7）：78-81.

[4] 李光.包裝機械成套設(shè)備模塊化設(shè)計系統(tǒng)的研究[C]//中國包裝技術(shù)協(xié)會.國際現(xiàn)代包裝及教育學術(shù)研討會論文集.中國包裝技術(shù)協(xié)會，2004.