灌装输送线的布局设计分析

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       饮料灌装输送线主要是由机器设备、输瓶系统、输箱系统等进行组成，其设计过程主要是包括布局设计 、结构设计和运行设计等环节。因此组成输送线零件绝大多数是标准件和通用件，因此布局设计是饮料灌装生产线设计的重点。然而在布局设计当中，设计人员无法综合考虑单机产能、整线产能、车间布局、生产平衡等诸多约束，设计方案当中的缺陷和问题只能在结构设计甚至在制造和使用过程当中才能被发现，从而降低了输送线的性能和设计质量。充分利用数字化的手段，建立集成化产品模型有效地支持输送线布局设计， 是提高输送线设计效率和效益的关健。  
     在灌装输送线数字化设计方面，昱音技术研究了基于三维仿真系统平台的灌装输送线动态仿真，同时，产品数字化设计方法和共性技术的研究，如产品模块化设计方法、集成化产品建模、基于产品平台的数字化设计制造技术等，为灌装输送线的数字化设计提供了方法和技术的指导。
    本文以饮料灌装输送线为对象，研究提出支持布局设计和结构设计的集成化产品模型，以及基于该模型的输送线设计支持技术和系统。
1、面向设计的集成化输送线产品建模
   饮料灌装输送线的设计过程大致可以分为布局设计、结构设计和运动设计三个阶段。由于输送线的运动设计从内容上相对独立，而布局设计和结构设计的关系较为紧密，因此本文面向设计的集成化输送线产品模型主要是指支持布局设计和结构设计的输送线模型，其重点是支持输送线的布局设计。
2、输送线的布局设计
   布局设计主要是指在针对特定产品、满足产能需求的情况，完成输送设备的定型、输送设备的定位、输送线的排布、车间大小的确定，成本估算等工作。产生结果包括布局方案图 、粗略成本等。如果将输送线全生命周期各阶段产生的关于输送线的描述结果看作针对输送线的视图，那么布局方案是其中一个，也是输送线设计阶段的第一重要视图。而从设计过程来看，输送线的进一步细化，跟结构设计也是分不开的。由于布局方案图对后续设计的重要性，因此对布局方案进行运行仿真，以优化设计结构。
   输送线集成化产品模型框架
   输送线集成化模型框架如图1所示，分为对象层、过程层、模型层和工具层四个层次。该框架是一个以抽象或实际的输送线产品为对象，利用通用和专用工具，建立和应用相关模型，实现对输送线产品生命周期的数字化。在输送线的设计阶段，其主要模型包括支持设计的布局模型、结构模型、部件模型 、零件模型等，以及支持设计分析的布局仿真模型、装配仿真模型、运动仿真模型等。

    本文重点对输送线产品设计中的布局设计和结构设计部分进行研究
    输送线产品设计过程模型
    输送线是曲型的面向订单设计的产品，其设计过程的核心是布局设计。面向输送线的设计过程模型由3个层次组成，分别布局设计层、结构设计层和详细设计层如图2所示。

    布局设计过程是以输送设备位置、车间大小为空间约束，以输送设备连接为性能约束，对输送单元进行选择和排列的过程，属于概念设计的范畴。通过在部件层建立模块简化的三维几何模型，并且应用布局设计工具来辅助输送线的布局设计，一方面由于简化的三维几何模型省略了模块的具体结构从而提高布局设计处理的效率，另一方面每个简化的三维几何模型对应着详细的三维结构模型从而实现布局设计与结构的集成。
    模块的布局模型主要包括基本信息和几何信息，其中基本信息指输送模块的基本信息，如模块的名称、编码、类型和模块的组成等信息；几何信息指与模块布局的几何构造相关的信息，反映了布局设计时重点关注模块的几何形状和尺寸等。由模块拼接而成的输送线布局模型包括模块的组成、位置信息、关系信息、序列信息、运动信息等，其中位置指模块在产品布局坐标系中的坐标位置和姿态；关系信息指模块之间的装配关系，可以分为描述模块间相对位置和配合的定位关系，以及描述模块间直接连接的关系；序列信息指模块装配顺序。