【正文】 畢業(yè)設(shè)計說明書 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)計技術(shù)、并行工程、仿真工程及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的先進制造技術(shù)。仿真技術(shù)也是一門多學科的綜合性技術(shù)，它以控制論、系統(tǒng)論、相似原理和信息技術(shù)為基礎(chǔ)，以計算機和專用設(shè)備為工具，利用系統(tǒng)模型對實際的或設(shè)想的系統(tǒng)進行動態(tài)試驗 [1]。 仿真技術(shù)經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展，從研究簡單系統(tǒng)到現(xiàn)在已經(jīng)成為人們研究復雜系統(tǒng)的有力工具，大致經(jīng)歷了三個階段。發(fā)展階段：二次大戰(zhàn)末期，火炮控制與飛行控制動力學系統(tǒng)的研究促進了仿真技術(shù)的發(fā)展。成熟階段：在軍事需求推動下， 70年代中期，仿真技 術(shù)不但在軍事領(lǐng)域迅速發(fā)展，而且擴展到許多領(lǐng)域，20 世紀 80 年代初以美國國防高級研究計劃局 (DARPA)和美國陸軍共同制定和執(zhí)行的 SIMNET(SimMlators Network)研究計劃以及美國三軍建立先進的半實物仿真試驗室為標志，標志著仿真技術(shù)發(fā)展到了一個新的高級階段 [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)是作為對實際系統(tǒng)進行試驗的輔助工具而生的，而后又用于訓練目的，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、系統(tǒng)開發(fā)、系統(tǒng)測試與評估、 系統(tǒng)操作人員的培訓、系統(tǒng)預(yù)測、系統(tǒng)的使用與維護等各個方面。 動態(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)濟相關(guān)的各個重要領(lǐng)域。在包裝行業(yè)中，利用仿真技術(shù)的優(yōu)勢，可加快包裝產(chǎn)品的研制、開發(fā)過程，縮短了設(shè)計、試制周期。仿真在包裝裝潢方面也有重要的作用，可對包裝產(chǎn)品的設(shè)計思想、理念、產(chǎn)品的設(shè)計創(chuàng)新、設(shè)計效果等進行仿真，并可隨時進行修改，使計算機模擬出想要設(shè)計的精美畫面 [3]。 動態(tài)仿真技術(shù)的研究現(xiàn)狀 動態(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)的各個方面都得到了重要的應(yīng)用。 李偉等 [4]對塔式起 重機載荷擺振的仿真進行了研究，它可以幫助研究者在計算機上仿真塔機的起升、變幅、回轉(zhuǎn)運動，動畫顯示載荷的擺動情況；仿真塔機的畢業(yè)設(shè)計說明書 第 2 頁 共 44 頁 聯(lián)鎖保護功能，動態(tài)顯示、打印實驗數(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)以后也可以用于對塔機司機的操作訓練。 黃蘇融等 [5]用直接數(shù)值解法進行機電一體化力矩電機調(diào)壓調(diào)速時的動態(tài)仿真，采用 a 如坐標系下的電機數(shù)學模型，結(jié)合坐標軸轉(zhuǎn)動法，通過多步積分法計算得到與實測結(jié)果相一致的仿真波形。 潘法周 [6]對近區(qū)目標特征信號動態(tài)仿真進行了研究，利用數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù)可以較精確地 算出運動目標瞬時位五的 RCS，動態(tài)仿真測試可以逼真模擬出彈目交會過程中的 RCS。 吳曉蓓 [7]采用動態(tài)仿真方法建立了一個簡單機械手臂系統(tǒng)的模型。方法簡單，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?shù)?[8]在綜合了大量參考文獻的基礎(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。同時還從系統(tǒng)工程和控制論的觀點出發(fā)，對精餾過程模型化及仿真技術(shù)的最新進展做了恰當?shù)脑u價，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。 王平等 [9]編制了計算金屬燃料鈉冷快堆在超功率事故下的動態(tài)過程的仿真程序 MFTOP，并用它對美國池式鈉冷快堆 EBR 一 I 在啟動和功率運行工況下的反應(yīng)性引入事故瞬態(tài)進行了大量的分析計算，所得結(jié)果與國外大型程序 NATDEMO 的相應(yīng)預(yù)測結(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)計算。 吳陳燕 [10]對三爪卡盤三維建模與動態(tài)仿真提出了一種基于 Pro/E 的三維實體建模方法，可使抽象的問題直觀化，還可以利用機構(gòu)仿真來制作動畫，它能實時錄制三爪卡盤機構(gòu)運動的全過程，從而增強了對三爪卡盤運動機構(gòu)的理解。 雖然動態(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)展和進一步的成熟。 桂新軍等 [11]簡要剖析了液態(tài)化學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態(tài)補償法等方法建立灌裝過程動態(tài)仿真數(shù)學模型。研制了一套完備的動態(tài)仿真系統(tǒng)，實現(xiàn)了灌裝工藝過程的全面動態(tài)仿真。 朱慧等 [12]為方便教師生動教學，提高學生感性認識，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)計說明書 第 3 頁 共 44 頁 裝動態(tài)過程 制作，完成了貼體包裝工藝的動態(tài)模擬。 高博 [13]研究了瓦楞紙箱成型過程仿真。針對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)計語言就瓦楞紙板機械方向和正交方向運用接觸分析技術(shù)建立了壓痕與折疊工藝的 3維有限元模型并對瓦楞紙板的壓痕及折疊過程進行了仿真，仿真結(jié)果表明經(jīng)壓痕后的瓦楞紙板的強度、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)動態(tài)建模與仿真平臺的建立及其應(yīng)用，液體灌區(qū)是一個廣泛存在的重要工業(yè)流程。文章首先對罐區(qū)流程進行了功能模塊的 可組裝劃分，建立了功能模塊的嚴格機理模型，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)，驗證了本文開發(fā)的軟件工具的有效性和應(yīng)用價值。 蔡瀟 [15]研究裝載機變速箱仿真設(shè)計。為改變工程機械傳統(tǒng)設(shè)計計算與繪圖的繁復和難以形式化的不足及其設(shè)計、制造依賴二維工程圖的落后現(xiàn)狀 ,以鏟土運輸機械典型機種 — 輪式裝載機為例，進行了工程機械變速箱技術(shù)形態(tài)計算機輔助仿真設(shè)計研究，為實現(xiàn) 工程機械快速自動化設(shè)計與制造作了實際探討和研究。 灌裝機和灌裝工藝 灌裝機的概述 將液體產(chǎn)品充填到包裝容器內(nèi)的機械通常稱為灌裝機械。 一般 灌裝機 是所有包裝機中的一中很小的分類產(chǎn)品，常規(guī)來講從對物料的包裝方面來看可以分為液體灌裝機，粉劑灌裝機，膏體灌裝機，顆粒灌裝機，如果要從自動化的程度來講的話，一般分為半自動的和全自動的灌裝機 [16]。 顆粒灌裝機是對那些流動性較好的粉粒狀物料的灌裝機 械。顆粒灌裝機適用于醫(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者的青睞 [18]。 目前，國內(nèi)灌裝機生產(chǎn)廠家并不是很多，從設(shè)備的機型來看大多停留在國外20 世紀 90 年代中期的產(chǎn)品檔次。國內(nèi)產(chǎn)品以多列、價格便宜取勝，但產(chǎn)品跟國畢業(yè)設(shè)計說明書 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)備細節(jié)考慮不夠（跟材料工藝都有很大的關(guān)系）；人機安全性差。 總體來說，國產(chǎn)顆粒袋包裝機要達到進口機器的性能水平還有很長的路要走，但只要生產(chǎn)廠家時刻關(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。并對進口設(shè)備進行分析，抓住國外設(shè)備設(shè)計的細節(jié)，增強創(chuàng)新思維，變仿造為創(chuàng)造。國產(chǎn)設(shè)備的發(fā)展速度才會更快，畢竟國產(chǎn)機在市場競爭上是有著很大的優(yōu)勢的 [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。當容器內(nèi)的液位上升到比排氣管的下口略高時，灌裝停止。同壓力灌裝和真空灌裝一樣，這種灌裝方法不會有液體溢出，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。 計時流液灌裝法這是一種計量液體容積的方法。 它比較新穎，從字面上理解，即液流進入一個容器時被 “ 計時