【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 1 頁 共 44 頁 1 緒論 本課題研究的背景 仿真技術(shù)是一種基于智能設(shè)計(jì)技術(shù)、并行工程、仿真工程及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的先進(jìn)制造技術(shù)。仿真技術(shù)也是一門多學(xué)科的綜合性技術(shù)，它以控制論、系統(tǒng)論、相似原理和信息技術(shù)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)和專用設(shè)備為工具，利用系統(tǒng)模型對(duì)實(shí)際的或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)試驗(yàn) [1]。 仿真技術(shù)經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，從研究簡(jiǎn)單系統(tǒng)到現(xiàn)在已經(jīng)成為人們研究復(fù)雜系統(tǒng)的有力工具，大致經(jīng)歷了三個(gè)階段。發(fā)展階段：二次大戰(zhàn)末期，火炮控制與飛行控制動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的研究促進(jìn)了仿真技術(shù)的發(fā)展。成熟階段：在軍事需求推動(dòng)下， 70年代中期，仿真技 術(shù)不但在軍事領(lǐng)域迅速發(fā)展，而且擴(kuò)展到許多領(lǐng)域，20 世紀(jì) 80 年代初以美國國防高級(jí)研究計(jì)劃局 (DARPA)和美國陸軍共同制定和執(zhí)行的 SIMNET(SimMlators Network)研究計(jì)劃以及美國三軍建立先進(jìn)的半實(shí)物仿真試驗(yàn)室為標(biāo)志，標(biāo)志著仿真技術(shù)發(fā)展到了一個(gè)新的高級(jí)階段 [2]。 隨著仿真技術(shù)的發(fā)展，仿真技術(shù)應(yīng)用目的趨于多樣化、全面化。最初仿真技術(shù)是作為對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)的輔助工具而生的，而后又用于訓(xùn)練目的，現(xiàn)在仿真系統(tǒng)的應(yīng)用包括：系統(tǒng)概念研究、系統(tǒng)的可行性研究、系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)、系統(tǒng)開發(fā)、系統(tǒng)測(cè)試與評(píng)估、 系統(tǒng)操作人員的培訓(xùn)、系統(tǒng)預(yù)測(cè)、系統(tǒng)的使用與維護(hù)等各個(gè)方面。 動(dòng)態(tài)仿真的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)展到軍事以及與國民經(jīng)濟(jì)相關(guān)的各個(gè)重要領(lǐng)域。在包裝行業(yè)中，利用仿真技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，可加快包裝產(chǎn)品的研制、開發(fā)過程，縮短了設(shè)計(jì)、試制周期。仿真在包裝裝潢方面也有重要的作用，可對(duì)包裝產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思想、理念、產(chǎn)品的設(shè)計(jì)創(chuàng)新、設(shè)計(jì)效果等進(jìn)行仿真，并可隨時(shí)進(jìn)行修改，使計(jì)算機(jī)模擬出想要設(shè)計(jì)的精美畫面 [3]。 動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)的研究現(xiàn)狀 動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)的快速發(fā)展使得仿真技術(shù)在人類的生活和生產(chǎn)的各個(gè)方面都得到了重要的應(yīng)用。 李偉等 [4]對(duì)塔式起 重機(jī)載荷擺振的仿真進(jìn)行了研究，它可以幫助研究者在計(jì)算機(jī)上仿真塔機(jī)的起升、變幅、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，動(dòng)畫顯示載荷的擺動(dòng)情況；仿真塔機(jī)的畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 2 頁 共 44 頁 聯(lián)鎖保護(hù)功能，動(dòng)態(tài)顯示、打印實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和擺振的相軌跡供研究者使用。通過并行接口接上按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)以后也可以用于對(duì)塔機(jī)司機(jī)的操作訓(xùn)練。 黃蘇融等 [5]用直接數(shù)值解法進(jìn)行機(jī)電一體化力矩電機(jī)調(diào)壓調(diào)速時(shí)的動(dòng)態(tài)仿真，采用 a 如坐標(biāo)系下的電機(jī)數(shù)學(xué)模型，結(jié)合坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)動(dòng)法，通過多步積分法計(jì)算得到與實(shí)測(cè)結(jié)果相一致的仿真波形。 潘法周 [6]對(duì)近區(qū)目標(biāo)特征信號(hào)動(dòng)態(tài)仿真進(jìn)行了研究，利用數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù)可以較精確地 算出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)瞬時(shí)位五的 RCS，動(dòng)態(tài)仿真測(cè)試可以逼真模擬出彈目交會(huì)過程中的 RCS。 吳曉蓓 [7]采用動(dòng)態(tài)仿真方法建立了一個(gè)簡(jiǎn)單機(jī)械手臂系統(tǒng)的模型。方法簡(jiǎn)單，仿真結(jié)果表明該方法在棧線性系統(tǒng)建模中應(yīng)用的可行性及可推廣性。 黃克謹(jǐn)?shù)?[8]在綜合了大量參考文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，較為全面地總結(jié)了精餾過程模型化及仿真技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，系統(tǒng)地闡明了該領(lǐng)域的幾大研究方向。同時(shí)還從系統(tǒng)工程和控制論的觀點(diǎn)出發(fā)，對(duì)精餾過程模型化及仿真技術(shù)的最新進(jìn)展做了恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)，指出了其不足之處，并就其未來的發(fā)展作了客觀的預(yù)測(cè)。 王平等 [9]編制了計(jì)算金屬燃料鈉冷快堆在超功率事故下的動(dòng)態(tài)過程的仿真程序 MFTOP，并用它對(duì)美國池式鈉冷快堆 EBR 一 I 在啟動(dòng)和功率運(yùn)行工況下的反應(yīng)性引入事故瞬態(tài)進(jìn)行了大量的分析計(jì)算，所得結(jié)果與國外大型程序 NATDEMO 的相應(yīng)預(yù)測(cè)結(jié)果符合良好，本程序可用于其它鈉冷快堆的超功率瞬態(tài)計(jì)算。 吳陳燕 [10]對(duì)三爪卡盤三維建模與動(dòng)態(tài)仿真提出了一種基于 Pro/E 的三維實(shí)體建模方法，可使抽象的問題直觀化，還可以利用機(jī)構(gòu)仿真來制作動(dòng)畫，它能實(shí)時(shí)錄制三爪卡盤機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的全過程，從而增強(qiáng)了對(duì)三爪卡盤運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的理解。 雖然動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)的應(yīng)用 領(lǐng)域很廣泛，但仿真技術(shù)在在包裝行業(yè)的應(yīng)用還不是很多，這方面的技術(shù)仍需不斷的發(fā)展和進(jìn)一步的成熟。 桂新軍等 [11]簡(jiǎn)要剖析了液態(tài)化學(xué)品灌裝工藝流程及其灌裝原理，應(yīng)用物料平衡、氣體狀態(tài)方程和過程技術(shù)數(shù)據(jù)，通過微分方程法和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償法等方法建立灌裝過程動(dòng)態(tài)仿真數(shù)學(xué)模型。研制了一套完備的動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了灌裝工藝過程的全面動(dòng)態(tài)仿真。 朱慧等 [12]為方便教師生動(dòng)教學(xué)，提高學(xué)生感性認(rèn)識(shí)，應(yīng)用 3DS MAX Swift3D、Photoshop、 Flash等軟件，通過貼體包裝產(chǎn)品制作、貼體包裝設(shè)備制作、貼體包畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 3 頁 共 44 頁 裝動(dòng)態(tài)過程 制作，完成了貼體包裝工藝的動(dòng)態(tài)模擬。 高博 [13]研究了瓦楞紙箱成型過程仿真。針對(duì)壓痕與折疊過程中容易出現(xiàn)紙板卷曲或壓線破裂等故障現(xiàn)象，采用 ANSYS 參數(shù)化設(shè)計(jì)語言就瓦楞紙板機(jī)械方向和正交方向運(yùn)用接觸分析技術(shù)建立了壓痕與折疊工藝的 3維有限元模型并對(duì)瓦楞紙板的壓痕及折疊過程進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果表明經(jīng)壓痕后的瓦楞紙板的強(qiáng)度、壓痕力與折疊力矩基本隨紙板變形增大而增加但呈非線性變化。 屈儉 [14]研究了液體灌區(qū)動(dòng)態(tài)建模與仿真平臺(tái)的建立及其應(yīng)用，液體灌區(qū)是一個(gè)廣泛存在的重要工業(yè)流程。文章首先對(duì)罐區(qū)流程進(jìn)行了功能模塊的 可組裝劃分，建立了功能模塊的嚴(yán)格機(jī)理模型，然后借助 Simulink 的圖形建模及微分方程求解功能，建立了一套可用于有溫度變化的多組分液體罐區(qū)建模與仿真的軟件工具。 應(yīng)用本文的建模與仿真軟件工具 ,論文分別開發(fā)了白酒罐區(qū)和油品罐區(qū)仿真系統(tǒng)，驗(yàn)證了本文開發(fā)的軟件工具的有效性和應(yīng)用價(jià)值。 蔡瀟 [15]研究裝載機(jī)變速箱仿真設(shè)計(jì)。為改變工程機(jī)械傳統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算與繪圖的繁復(fù)和難以形式化的不足及其設(shè)計(jì)、制造依賴二維工程圖的落后現(xiàn)狀 ,以鏟土運(yùn)輸機(jī)械典型機(jī)種 — 輪式裝載機(jī)為例，進(jìn)行了工程機(jī)械變速箱技術(shù)形態(tài)計(jì)算機(jī)輔助仿真設(shè)計(jì)研究，為實(shí)現(xiàn) 工程機(jī)械快速自動(dòng)化設(shè)計(jì)與制造作了實(shí)際探討和研究。 灌裝機(jī)和灌裝工藝 灌裝機(jī)的概述 將液體產(chǎn)品充填到包裝容器內(nèi)的機(jī)械通常稱為灌裝機(jī)械。 一般 灌裝機(jī) 是所有包裝機(jī)中的一中很小的分類產(chǎn)品，常規(guī)來講從對(duì)物料的包裝方面來看可以分為液體灌裝機(jī)，粉劑灌裝機(jī)，膏體灌裝機(jī)，顆粒灌裝機(jī)，如果要從自動(dòng)化的程度來講的話，一般分為半自動(dòng)的和全自動(dòng)的灌裝機(jī) [16]。 顆粒灌裝機(jī)是對(duì)那些流動(dòng)性較好的粉粒狀物料的灌裝機(jī) 械。顆粒灌裝機(jī)適用于醫(yī)藥、食品、化工、農(nóng)藥等方面的小袋包裝。適合生產(chǎn)顆粒類藥品、砂糖、咖啡、果珍、茶、味精、鹽、種子、干燥劑等生產(chǎn)細(xì)顆粒物廠家 [17]。膠囊劑在中藥固體制劑中占居較大比例，由于多顆粒釋藥理念及服用的方便性，其越來越多地受到消費(fèi)者的青睞 [18]。 目前，國內(nèi)灌裝機(jī)生產(chǎn)廠家并不是很多，從設(shè)備的機(jī)型來看大多停留在國外20 世紀(jì) 90 年代中期的產(chǎn)品檔次。國內(nèi)產(chǎn)品以多列、價(jià)格便宜取勝，但產(chǎn)品跟國畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 4 頁 共 44 頁 外設(shè)備相比存在著較大差距。設(shè)備裝量不穩(wěn)，偏差較大；加熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，熱封合效果不理想，漏氣率偏高；單列灌裝 速度較慢；設(shè)備細(xì)節(jié)考慮不夠（跟材料工藝都有很大的關(guān)系）；人機(jī)安全性差。 總體來說，國產(chǎn)顆粒袋包裝機(jī)要達(dá)到進(jìn)口機(jī)器的性能水平還有很長(zhǎng)的路要走，但只要生產(chǎn)廠家時(shí)刻關(guān)注使用廠家的建議，多多了解生產(chǎn)一線員工的操作情況。并對(duì)進(jìn)口設(shè)備進(jìn)行分析，抓住國外設(shè)備設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)，增強(qiáng)創(chuàng)新思維，變仿造為創(chuàng)造。國產(chǎn)設(shè)備的發(fā)展速度才會(huì)更快，畢竟國產(chǎn)機(jī)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)上是有著很大的優(yōu)勢(shì)的 [19]。 灌裝工藝 液體物料包括低粘性液體，如酒類、果汁、牛奶等 。也包括粘稠性液體，如冷霜、牙膏、膠糊等。液體物料的灌裝工藝方法 可包括按重量定量、體積定量和控制液位定量等，而顆料灌裝方法基本與液體灌裝基本相似。 重力灌裝法是灌裝容器到預(yù)定的液位。來自貯液箱的液體流經(jīng)一個(gè)彈簧充填閥，該閥是由閥下容器打開，液體由于自重流入被密封的容器。容器內(nèi)的空氣經(jīng)高出貯液箱液面的排氣管排出。當(dāng)容器內(nèi)的液位上升到比排氣管的下口略高時(shí)，灌裝停止。同壓力灌裝和真空灌裝一樣，這種灌裝方法不會(huì)有液體溢出，液體中滲氣很少，灌裝液位高度一致、灌裝方法比較簡(jiǎn)單、易于掌握。它可以用于大規(guī)模的無菌灌裝 ,灌裝各種不含氣的液體。 計(jì)時(shí)流液灌裝法這是一種計(jì)量液體容積的方法。 它比較新穎，從字面上理解，即液流進(jìn)入一個(gè)容器時(shí)被 “ 計(jì)時(shí)