瓷片自动包装生产线模块化设计

瓷片自动包装生产线模块化设计的研究

摘要：本文阐述了模块化设计的思想、步骤、关键技术；结合瓷片自动包装线为例说明了模块化设计方法的有效性；为陶瓷装备制造业的模块化设计的前景作出展望。

关键词：模块化设计 瓷片自动包装线 陶瓷装备制造业 0 引言

目前陶瓷企业瓷砖的包装已经有了自动包装生产线，然而对于瓷片（相对与瓷砖尺寸规格较小，材质特性易碎、易吸水）的包装仍然以手工包装为主，我国瓷片包装行业的人工包装，劳动强度大，生产效率低，包装成本高。

为了使陶瓷装备企业在市场竞争中处于有利地位，提高产品竞争能力，缩短研发周期与制造周期，减少制造成本，抢占市场。传统的包装机械设计方法已经不能适应多品种、小批量、高柔性、低成本的要求。模块化设计可以很好地解决产品品种、规格与设计制造周期以及生产成本之间的矛盾[1]。 1 模块化设计思想、步骤及关键技术 1.1 模块化设计思想

模块化设计是20世纪80年代初开始在我国受到重视，并逐步得到应用，形成了一种现代设计方法，它是在对一定范围内的不同功能或相同功能不同性能、不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合构成不同的产品，以满足市场的不同需求的一种设计和制造方法。

1.2 设计步骤

模块化设计以功能分析和模块划分为核心，根据市场调研结果对整个系列进行系列型谱制定，本质上是系列产品的研制过程，再根据用户的具体要求对模块进行选择和组合，并加以必要的设计计算和校核计算。总的说来，模块化设计的一般过程如图1所示。 1.3 关键技术 1.3.1 模块标准化

它是指模块结构标准化，尤其是模块接口标准化。模块化设计所依赖的是模块的组合。为了保证不同功能模块的组合和相同功能模块的互换，模块应具有可组合性和可互换性两个特征，而这两个特征主要体现在接口上。据统计，整机阻尼的70%，刚度的60%决定于接口[2]，但是对于大部分包装机械来说，因为进行包装作业时的工艺力一般较小，所以对阻尼和刚度上的考虑不占重要位置，而更加注重提高其标准化、通用化、规格化的程度。 1.3.2 模块划分

模块化设计的原则是力求以较少的模块组成较多的产品，并在满足要求的基础上使产品精度高、性能稳定、结构简单、成本低廉，且模块结构应尽量简单、规范，模块间的联系尽可能简单。因此，如何科学地划分模块是很有讲究的。模块划分太少不能体现模块化设计的优势；模块划分越细，通用化程度越高，同时由于模块数量的剧增，装配成本也在增加[3]。模块数量与成本和工作量的关系如图2。

从图中可以看出模块划分过粗或过细都会使成本和工作量增加，只有模块划分数为m时，产品开发的总成本最小。模块划分既要照顾制造管理方便，具有较大的灵活性，避免组合时产生混乱，又要考虑到该模块系列将来的扩展和面向专用、变型产品的演变。 2 设计实例

下面是模块设计应用于瓷片包装线的设计实例。

通过广泛的市场调研，最终以规格为300x450x10的瓷片作研究对象，用模块化设计方法设计瓷片自动打包线。首先了解人工瓷片包装线的组成部分，分析研究其各个部分的工作过程，将人工包装的各个工序进行功能分析，较全面的概括瓷片包装线所应具备的各项功能，并通过查阅大量资料，从产品外观

形态、功能分组、生产制造等诸多因素的情况下对瓷片自动包装线进行分解、合并，最终将瓷片自动包装线划分为前输送模块、对齐及包角模块、放隔板模块、水平捆扎模块、对齐及旋转模块、推箱模块、套袋模块、四工位假箱模块、套箱模块、接箱模块、封箱等组成部分。图3表示的是一条瓷片自动包装线的示意图。其工序过程就可由已划分的功能模块组合完成。这条生产线具有自动进行对齐，放包角，放隔板，套袋，套箱，封箱等功能，设备结构简单、紧凑，可靠、平稳，方便检修、维护，减轻劳动强度。 上述瓷片自动包装线划分的基本模块，还可以根据客户的不同需要，选择不同模块组合成不同功能的瓷片自动包装线。然后再设计传动系统，将机、电、光、气等技术进行功能组合，用plc（可

编程逻辑控制器）进行整线控制。

最后对划分的模块进行编码，编成图册，利用solidworks软件将所有模块输入计算机，建立瓷片自动打包线模块库。设计新产品时，可借助零件编码图册检索，避免重新设计已有或相似零件，提高产品的系列化、 通用化和标准化水平。

模块化设计在电子设备中应用广泛，其在计算机中的应用已趋于成熟，在汽车、飞机、造船、工业汽轮机等众多行业也有广泛应用。但在国内陶瓷装备行业，设计以着眼于单一产品为主，模块化设计尚不成熟，瓷片自动打包线在新型模块的研制，模块的科学划分、模块与模块间部件的标准化等方面还需要经一步研究。 3 前景展望

在设计时应大量采用标准的模块相互组合进行新产品的开发工作，再集中力量快速完成非标部分的设计，要充分利用三维设计技术来进行模块化设计，用产品数据管理（pdm）技术将这些模块合理有序的储存到数据库中。随着电子技术和计算机仿真设计的技术发展 ，采用虚拟设计、 虚拟制造 ，根据市场需求以及客户的实际要求尽量采用模块库中的模块 ，进行产品的模块化设计，再按照实际生产时的数据指标和可能发生的故障输入电脑 ，通过电脑模拟生产过程，估算出生产能力及次品率，以及各工作环节的匹配情况，生产瓶颈等，对生产全过程进行仿真。并可根据客户的意见作出调整直到满意为止。

虚拟化设计技术与模块化设计技术的融合将产生一种新的设计

方法体系即：虚拟模块化设计。 4 结语

采用模块化设计方法设计瓷片自动打包线，缩短了研发周期，节约了设计和制造成本，实现了瓷片自动打包线功能多样性的要求，提高了企业竞争力，满足了复杂多变的市场需要。模块化设计可使设计人员集中精力设计新型模块，避免同样功能模块的重复开发。

参考文献：

[1]张兴国，刘明. 工业机器人组合式模块化结构设计研究[j].制造业自动化，2008（7）：30-32，74.

[2]侯亮唐，任仲，徐燕申. 产品模块化设计理论、技术与应用研究进展[j].机械工程学报，2004（1）：56-61.

[3]祁卓娅，机械产品模块化设计方法研究.机械科学研究院硕士论文，2006.