1、 装备及自动化 2023 年 第 1 期 总第 214 期 造纸装备及材料14模块化设计在包装机械设计中的应用研究郑晓伟武汉轻工大学，湖北 武汉 430048摘要：随着社会经济的发展，人们消费水平也开始提高，随之而来的是人们对产品的个性化要求在不断提升。除了产品的性能质量以外，人们对产品的外包装质量要求也有了更高的要求。传统的产品包装机械生产成本较高、批量大，难以满足消费群体的个性化需求，而在产品的包装机械生产中加入模块化的设计，则能够更好地根据客户的需求进行调整，满足客户的个性化产品需求。正因如此，模块化设计在包装机械设计中的应用越来越广泛。文章针对包装机械模块化的设计特点、内涵以及模块的划
2、分与接口来进行了详细分析，并结合其内容来对模块化设计在包装机械设计中的应用进行深入研究，以供参考。关键词：模块化设计；包装机械设计；裹包机；贴标机分类号：TB486随着我国经济的发展、人们消费水平的提高，消费群体对产品的包装要求也有了更加个性化的发展，传统的量产包装设计已经难以满足人们的消费需求。因此，包装机械制造商必须根据市场受众的消费需求变化来进行调整，借助模块化设计来缩短产品研发与制作的周期，减少设计制造成本，以此来应对不断变化的市场需求1。1 包装机械模块化设计的内涵与特点1.1 模块化设计的内涵模块化设计是指针对不同规格、不同功能的产品进行分析，并针对产品特点来设计功能模块，由不同模
3、块的组合构造，创作出新的产品。通过模块化设计，市场上的产品能够更好地满足消费受众的个性化需求。利用模块化的设计来包装机械系列产品，能够把一系列模块按照要求组成不同功能的包装机械，从而提高包装的工作效率。一般而言，模块化的设计有以下几种。（1）横向系列模块化设计。这种设计不会改变产品的主要参数，只依靠模块的重新组合来进行包装设计。（2）纵向系列模块化设计。主要是针对不同规格的产品设计，满足不同规格产品的个性化设计需求。（3）跨系列模块化设计。主要是改变一些模块，以此来得到其他系列产品。（4）全系列模块化设计。针对产品的全系列进行模块化的设计。1.2 模块化设计的特点模块化设计有着区别于传统包装机
4、械设计的优势，具体而言，其特点有以下几点。（1）能够有效简化包装机械设计流程。传统的包装机械设计主要通过设计人员与客户沟通来获取个性化的设计需求，并根据其个性化的需求来设计产品包装，其设计出来的产品只适用于单一的包装机械设计产品，无法再使用其他机械。而模块化的设计则可以从部件的横向设计或者跨系设计应用来满足更多的产品设计需求，企业只需要根据不同的订货需求来调整模板，即可得出新的设计产品2。（2）具有更高的灵活性。模块化设计比传统的包装机械设计更加先进，设计人员可以通过更新模块化设计的相关技术，以此来取代陈旧的模块，从而创作出更加优越的产品。通过这一灵活的更新模式，企业能够更好地满足客户的个性化
5、需求，从而长远地留住客户，提高自身的市场竞争力。此外，相较于传统的包装机械设计，模块化机械产品更便于维修。模块化机械产品主要由模块组成，不论是哪一模块的机械出现问题，都可以针对该模块进行维修，从而提高维修养护的准确性，促进包装机械的灵活化、智能化、标准化发展。（3）能够有效压缩成本。相较于传统的包装机械设计而言，模块化设计能够有效提高企业的生产效率，优化生产模式，提高其产品的质量，降低包装机械的成本。通过引入模块化设计，企业的包装机械设计成本能够得到有效压缩，企业能够将更多的资金用在其作者简介：郑晓伟，男，本科，研究方向为机械。文章编号：2096-3092（2023）01-0014-03造纸装
6、备及材料 第 52 卷 总第 214 期 2023 年 1 月 装备及自动化15他方面，提高资金利用率。2 模块的划分与接口2.1 模块划分模块具有相对独立的特性，因此在实际的生产中，不同的模块可以进行灵活调整替换。同时，不同的模块还能单独生产、调试、修改、更新。此外，模块具有互换性，因此其模块的结构、型号、尺寸必须严格标准化，才能更好地确保模块之间能够互相调换3。除此之外，模块还有通用性的特点，横系、纵系的模块是通用的，并且随着现代化技术的不断进步，模块化设计还实现了跨系列通用功能，其模块的调换灵活性得到了极大提高。模块划分的质量直接影响着其模块系列设计的工作质量。因此，在做模块划分时，相关
7、人员必须严格仔细地对其模块功能、结构、型号和尺寸等进行划分，以便日后能够更方便地利用模块来进行管理和制造，避免模块在重组调换过程中产生混乱4。2.2 模块的接口模块化设计之所以具有较为灵活的组合性与调换性，与其接口有着非常重要的关联。为了确保性能不同、相同的模块能够灵活互换，模块必须具备可互换特征，而互换时，其模块的接口也需要具有通用性。只有如此，其模块才能真正实现组合、互换。模块在实际的运作过程中，其接口的有效性直接影响模块能否正常运作。根据数据统计反映，模块的接口影响着 70%的整机阻尼以及 60%的刚度。但是对于很多行业中的包装机械而言，其工艺能力较弱，因此相较于阻尼和刚度而言，模块的标
8、准化、通用化、可互换可组合化性能更加重要5。3 模块化设计在包装机械中的应用3.1 包装机械模块化设计流程将模块化设计应用于包装机械中，设计人员需要先对包装机械设备有充分的了解，明确其设备的运作流程，了解设备的型号、设备工作需求等，将设备划分为多个模块。在划分模块时，设计人员需要注意模块划分的灵活性和互换性，在划分过程中要确保不同模块之间能够互相转换、更替等。除了模块化设计以外，设计人员还要重视接口的设计，为了确保不同模块之间能够更加灵活地互换组合代替，需要确保其接口设计统一规范、减少接口处的阻力，确保不同模块之间的接口能够互相通用。此外，模块化部件也要进行统一安排，设计人员在做模块化设计的过
9、程中，需要将包装机械看作一个整体，在做分模块设计时也要注意统筹整体设计6。3.2 模块化设计在药品包装中的应用模块化设计在药品包装中的应用较为广泛，因为药品包装的严密性是确保药品质量不发生改变的关键因素，所以在药品包装中，人员对包装机械设备有着更高的要求。并且由于药品商经常需要改变药品的包装，传统包装机械的批量生产模式难以满足药品商的更新要求，因此将模块化设计应用到药品包装中是很有必要的。药品包装中经常使用各种 PVC 包装材料，因此药品包装流程中需要先将 PVC 加热成型，待冷凝后再装药、做缺粒检测，确保包装中的药品包装无误后再进行后期的密封、压印批号等。而在这一系列的流程中，PVC 的加热
10、成型和冲切是最为重要的工序。不同药品的 PVC 成型和冲切需求由实际药品的大小和包装需求决定，用到的模块模具也要符合相应要求。设计人员只有根据不同的药品包装需求来做不同的模块化设计，才能更好地满足药品商的药品包装需求7。在 PVC 加热冲切的过程中，也要准备不同的冲切模块，调整模板位置，确保后续的包装密封工作能够顺利进行。用铝箔作为包装材料时，包装人员还需要调整其加热环节，因为铝箔的加热环节与 PVC 加热环节不同，铝箔加热环节需要安排在装药环节之后。因此，设计人员需要采用模块化设计来设计不同的包装机械，利用不同的模块化设计满足药品商的不同药品包装需求8。3.3 模块化设计在裹包机中的应用模块
11、化设计在裹包机中的应用也非常广泛，通过模块化的设计，裹包机才能更好地满足当前的包装生产需求。在裹包机中应用模块化设计，产品包装生产成本能够得到有效压缩。可以根据客户包装需求来设计不同的模块化包装机械，当客户包装需求发生变化时，人员只需要更换不同的裹包模块，即可满足客户的个性化包装需求。通过模块化设计的应用，裹包机的生产成本被大幅降低，企业的市场竞争力也因此得到了较大提升，灵活的裹包机生产模式也能扩大客户群体，满足更多企业客户的个性化定制需求9。此外，模块化设计在裹包机中的应用还体现在裹包方式的自主选择上。由于裹包机中引用了模块化设 装备及自动化 2023 年 第 1 期 总第 214 期 造纸
12、装备及材料16计，商家可以根据自身的包装需求来选择裹包方式，在此灵活的选择方式下，各种商品也有了更加多样化的发展。3.4 模块化设计在贴标机中的应用贴标机是包装机械中较为常见的一种机械，主要用于给包装完成后的商品做最后的贴标处理。人们在消费、挑选商品的过程中，往往会希望通过商品上的标签来获取更多的商品信息，从而根据商品信息来判断是否购买。因此，商品包装中的贴标是非常重要的。传统的贴标机是一对一的贴标，一种标签内容对应一种包装机械。在这种贴标方式下，产品生产的成本难以压缩，商家很难通过这种一对一的贴标来满足客户的多样化需求。因此，将模块化设计应用到贴标机中，能够有效改善其贴标机的生产方式。通过引
13、入模块化的设计，贴标机可以根据不同的客户需求调整模块，通过更换标签模块来满足不同客户的生产贴标需求，从而降低生产成本10。为了满足不同客户的贴标需求，设计人员需要根据不同的需求设计不同的贴标模块，同时还要保证不同模块的独立性和灵活调换性，确保其模块的调换能够符合机械系统的运作需求。贴标机中可以分为冷胶贴标、自粘贴标、标签滚压等模块，此外还有基本模块和传送模块等，不同模块的性能不同，贴标方式也不同。因此相关人员就可以根据客户的不同需求来调换不同的模块进行贴标生产，从而满足客户的不同需求11。将模块化设计应用到贴标机生产中，客户可以根据自身的选择来提出贴标方案，甚至是进行各种个性化的设计定制，贴标
14、企业可以通过重组模块形成新的包装机械方案，最大限度地满足客户的定制需求，降低定制成本，提高市场竞争力。4 模块化设计在包装机械中的应用问题和发展前景4.1 应用问题尽管模块化设计在包装机械中有着较为突出的优势，能够有效提高包装机械的灵活性和可调换性，压缩生产成本，但也存在一些应用问题。（1）不同模块的开发设计需要较长的时间周期。模块化设计需要满足包装机械的各种功能化需求，因此设计人员在实际的设计过程中需要考虑较多要素，这也使得其模块化的设计难度较大，模块化设计周期较长。（2）单个模块设计影响整体功能。模块化的设计经常会涉及模块的修改，模块设计好并被投入使用时，可能会出现模块之间配合有问题，设计
15、人员则需要根据问题对模块进行修改。在修改过程中，人员不得不考虑所有模块的整体功能，一个模块的改动可能会对其他模块造成影响，从而影响所有模块的整体性12。4.2 发展前景模块化设计在我国包装机械设计中必然有着光明的发展前景。随着我国的经济正在不断发展，在市场经济渐趋成熟的时代下，各个行业之间的竞争越来越激烈，这也就导致行业会越来越重视客户的需求，推动自身个性化服务的完善和开发。而模块化设计作为重要的个性化服务组成部分，必将会推广到各大包装机械设计行业中去。5 结束语综上所述，我国包装机械行业与西方发达国家相比有着一定的差距，模块化设计在各种包装机械行业中的应用还不够普及，设计水平还有待提高。因此
16、，为了促进包装机械设计行业的发展，我国更应该加强对各种模块化设计的支持，加大技术研发力度和资金投入，培养更多的专业人才，更好地为行业的发展提供强有力的政策、技术、人才支持，使模块化设计能够推广到各大包装机械设计行业中去。参考文献1 李晓刚.包装机械自动化技术研究进展J.包装与食品机械,2021,39(3):52-57.2 吕健群,温浩然,史珊海.基于等效的单体包装机软件模块化设计研究J.组合机床与自动化加工技术,2017(2):134-135,139.3 王圣斌.自动化食品包装机械的控制系统优化设计J.机械设计与制造,2020(11):297-300,304.4 汪诚皓.布辊自动套袋包装系统的研究与开发D.武汉:武汉纺织大学,2020.5 朱佳琪,屠凤莲,岳翠萍,等.面向跌落式装箱机的模块化设计方法研究J.机械工程与自动化,2016(4):192-193.6 冯嫦,刘庆伦,林守金.立式袋装机可重构模块化设计研究J.塑料工业,2019,47(11):71-73.7 谢鑫磊.制袋装袋一体化包装机电气控制设计与实现D.武汉:华中科技大学,2021.8 李梦波.基于PLC的秋刀鱼打包装置研究与
