模块化设计的概念在20世纪50年代由欧美一些国家正式提出，随后得到越来越广泛的关注和研究。可重构是由美国某大学Lee在1997年定义的，其含义为以低成本和短周期重组制造系统。中国清华大学的罗振璧教授认为可重构技术是一个广泛的概念，它不仅适用制造系统，也适用其它产品和软硬件系统〔七可重构模块化技术是面向客户定制的一种技术，应用该技术的主要特点是产品具有模块化结构和可重构能力，即能够通过对机器部件或模块的重组与更替，调整其加工功能和某些性能，及时、高效地满足产品的各种需求，实现一机多用口。
目前可重构模块化技术在机床和机器人领域应用较多，但在包装机械领域应用极少，而立式袋包装机在国内外应用最多，因此本文研究了立式袋包装机可重构模块化设计问题。
1可重构模块化设计
传统的模块化设计在包装机领域的应用并不陌生，但是其重组的能力有限，一般情况下并不能完成产品的重构，只是便于包装机械产品的设计与制造。而可重构模块化设计是一种即面向产品使用者又面向产品制造者的设计方法，其主要通过模块结构的重组与更替达到一定的使用要求，实现功能和性能的调整。
因此其在设计概念、设计原理到具体设计方法与传统的模块化设计方法都有所区别，是模块化设计的延伸与发展。
2我国立式袋包装机的功能与结构
制袋充填包装机的类型有多种多样。按总体布局分为立式和卧式；按执行部分的运动形式分为连续式和间歇式。其中立式分为两边封、三边封和四边封。立式袋包装机体积小、操作简单、维修方便,且连续工作，生产效率高，因此应用普遍。
无论是三边封袋包装机还是四边封袋包装机都能实现制袋、计量、充填、封合、切断等功能，完成袋包装。三边封与四边封的区别之一就是对包材的要求不同。当封合宽度比较宽，而且袋型比较小时，适合三边封；当封合宽度比较窄，袋型比较大时适合四边封。另外，当包材韧性比较差时，不能用三边封，只能用四边封。三边封与四边封的区别之二就是四边封可实现多条袋包装，而三边封为单条袋包装。由于三边封与四边封各具特点，因此应用都非常广泛。如果能将三边封与四边封立式袋包装机以模块的形式组合在一台设备上，并具有可重构性，可将在满足快速设计，变换功能和性能的基础上，实现一机多用，降低成本，减少占地面积。

3立式三四边封袋包装机的模块划分研究
3.1模块划分方法
模块划分通常分为面向设计、面向制造、面向装配的三种模块划分方法⑶。面向设计的模块划分方法最主要的目的是便于新产品的设计，提高产品的研发效率，所以在对产品进行模块划分时首先应该考虑产品使用功能方面的因素，对于那些在以后使用功能上发生变化的产品，应该尽可能把发生变化的那部分功能所对应的模块进行独立设计，把相关、相近的功能所对应的部分划分到一个独立的模块当中，这样满足了该模块在整个产品组成当中的独立性。因此，面向设计的模块划分方法最大程度地提高了产品的研发速度，最大限度地利用了现有资源，降低了工作强度，提高了生产效率。
面向制造的模块划分方法主要目的是对产品的加工方法而言，便于加工过程的调整。通常按照加工方法的不同对产品进行模块划分。应尽量把加工中联系比较紧密的部分划分到一个模块当中，使得该模块具有独立的加工方法。这样划分有利于一个模块的加工过程或方式发生变化时不会影响到其它模块的加工。
面向装配的模块划分主要是从用户的角度考虑。当产品的使用功能发生变化时，要对产品进行重新组合。而面向装配的模块划分使得模块间的接口尽可能的简易，使用户能够方便快捷地对产品的某个功能模块进行拆装。这样的划分也使得装配过程变得简单易行。为了实现这些目的必须把产品经常需要拆卸或者替换的模块独立出来，从而方便模块的装配或更换。
3.2模块划分
本文从便于设计和装配的角度出发，将立式三四边封袋包装机分为供料模块、成型器模块、封合模块、切断模块、输送带模块、卷带根模块、卷带调整模块、动力模块、机架模块及电控检测系统十大功能模块，称为一级模块，如图1,2所示。

图2为立式袋包装机三四边封组合机型各模块。

这种划分方法满足了模块的划分原则，即：实用原则——尽量少的模块组成尽量多的产品；可扩充原则一块与模块之间可以增加其它模块；通用件原则——将通用的部分独立出来；包容性原则——将纵横封化为一个模块等，是因为它们之间有紧密的配合关系；统一性原则——如供料模块是由料斗部分、下料部分、计量部分组成。料斗部分为载体，其与下料部分、计量部分有紧密的装配关系,属于物料供给部分；标准化原则一个模块之间采用标准化接口连接，如图3所示。
本文又从便于设计和制造的角度将供料模块分为料斗模块、上料管模块、下料管模块、计量模块：将封合模块分为纵封模块、横封模块和打印模块；将切断模块分为纵切模块、横切模块、断裂线模块。此部分为二级模块图1中的(a)和(b)是基于可重构模块化的立式三四边封袋包装机。(a)和(b)的区别为组装的模块不同。其中四边封机型的供料模块与封合模块之间有一个空模块，此部分在三边封机型中为成型器模块，即包装袋袋成型部分；另外，四边封机型与三边封机型中的封合模块不同。三边封时，可同时封合两条袋，纵封辗只需两个封合环；再有，三边封机型中的切断模块无纵切辐，如图1(b)所示

4标准化接口研究
一级模块之间的连接釆用标准L型接口，使用两个钗制孔螺栓定位和普通螺栓连接，如图3所示
二级模块通过标准轴径、标准轴承、标准轴承座、标准机架定位槽、标准轴端和标准齿轮内孔实现连接，如图3所示。
5立式三四边封袋包装机的可重构性研究
立式三四边封袋包装机的变化分为机型变化、参数变化和功能变化。
机型变化为：三边封和四边封；参数变化主要为：袋的尺寸变化，封袋列数变化，生产率变化。三边封功能变化主要为：袋成型、纵横封、供料、打码和单袋横切；袋成型、纵横封、供料、打码、断裂线。四边封功能变化主要为：纵横封、供料、打码、纵切和单袋横切；纵横封、供料、打码、纵切和多袋横切；纵横封、供料、打码、断裂线和纵切。本文研究的立式袋包装机的机架是通用的，各模块的支承板是通用的，轴承是通用的，支承板安装轴承座的定位槽是通用的，轴承座是通用的，电机是通用的等等。当机型、参数和功能发生变化时,可改变一级模块和二级模块实现改变。如当袋的尺寸变化或封袋列数变化时，可改变各辐的轴向尺寸，同时调节两支承板之间的距离，改变料斗尺寸和下料管数量；当生产率变化时，可改变电机转速;当功能变化时，可通过改变电机转速实现多袋横切或电机静止实现不横切等。
本文的可重构性为两方面：一是设计的可重构性，另一个是应用的可重构性。设计的可重构性为:通过重新设计某一级模块或二级模块，就可改变某功能或某参数尺寸，这样大大地缩短了设计周期。应用的可重构性为：当封合边数变化时，改变某一级模块或二级模块即可；当袋的尺寸或封袋列数变化时，可将满足要求的料斗、下料管、纵横封辐和切断相等换上，调整支承间距即可；其通用的零部件正常使用，缩短了制造和安装周期。
6立式三四边封袋包装机动力研究
为了实现立式三四边封袋包装机的可重构模[3]通过控制程序可实现各执行部分的同步以及生产率的变化。
7结束语
本文研究的立式三四边封袋包装机可重构模块化设计方法便于设计、制造和装配，也便于产品的变形和功能的改变。它为缩短产品开发周期，提高产品生产效率，使产品快速适应市场变化奠定了基础，也为其它包装机械的可重构模块化设计奠定了基础。

作者：黄健,李志明,尚锐,张祯

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