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關于飲料灌裝輸送線的布局與結構設計

飲料灌裝輸送線主要由機器設備、輸瓶系統、輸箱系統等組成,其設計過程主要包括布局設計、結構設計和運行設計等環節。由于組成輸送線的零部件絕大多數是標準件和通用件,因此布局設計時飲料灌裝輸送線設計的重點。然而在輸送線布局設計中,設計人員無法綜合考慮單機產能、整線產能、車間布局、生產平衡等諸多約束,設計方案中的缺陷和問題只能在結構設計甚至在制造和使用過程中才能被發現,從而降低了輸送線的性能和設計質量。充分利用數字化的手段,建立集成化產品模型有效地支持輸送線的布局設計,是提高輸送線設計效率和效益的關鍵。

飲料灌裝輸送線的設計過程大致可以分為布局設計、結構設計和運行設計3個階段。由于輸送線的運行設計從內容上相對獨立,而布局設計和結構設計的關系較為緊密,因此本文面向設計的集成化輸送線產品模型主要是指支持布局設計和結構設計的輸送線模型,其重點是支持輸送線的布局設計。

1、輸送線的布局設計與結構設計

布局設計主要是指在針對特定產品、滿足產能需求的情況下,完成設備的定型、設備的定位、輸送線的排布、車間大小的確定、成本估算等工作。產生的結果包括布局方案圖、粗略成本等。如果將輸送線全生命周期各階段產生的關于輸送線的描述結果看作針對輸送線的視圖,那么布局方案是其中的一個,也是輸送線設計階段的第一個重要視圖。而從設計過程來看,輸送線的進一步細化,跟結構設計是分不開的。由于布局方案圖對后續設計的重要性,因此要對布局方案進行運行仿真,以優化設計結果。

2、輸送線集成化產品模型框架

輸送線集成化模型框架分為對象層、過程層、模型層和工具層4個層次。該框架是一個以抽象或實際的輸送線產品為對象,利用通用和專用工具,建立和應用相關模型,實現對輸送線產品生命周期的數字化。在輸送線的設計階段,其主要模型包括支持設計的布局模型、結構模型、部件模型、零件模型等,以及支持設計分析的布局仿真模型、裝配仿真模型、運動仿真模型等。

3、輸送線產品設計過程模型

輸送線是典型的面向訂單設計的產品,其設計過程的核心是布局設計。面向輸送線的設計過程模型由3個層次組成,分布是布局設計層、結構設計層和詳細設計層,

(1)布局設計

布局設計過程是以設備位置、車間大小為空間約束,以設備連接為性能約束,對輸送單元進行選擇和排列的過程,屬于概念設計的范疇。通過在部件層建立模塊簡化的三維幾何模型,并應用布局設計工具來輔助輸送線的布局設計,一方面由于簡化的三維幾何模型省略了模塊的具體結構從而提高布局設計出了的效率,另一方面每一個簡化的三維幾何模型對應著詳細的三維結構模型從而實現輸送線布局設計與結構設計的集成。

(2)結構設計

產品結構是企業進行產品設計、生產組織的重要依據。產品結構樹反映了輸送線的各零部件之間的層次關系,而且能夠通過不同的過濾方式在同樣的結構樹基礎上生成不同的BOM視圖,這樣企業的各個部門可以從不同BOM視圖中得到需要的產品信息。

(3)詳細設計(CAD軟件層)

本文使用離線參數化方法,將輸送線單元的參數化過程與圖形生成過程相分離,用參數化尺寸驅動圖形生成。

詳細設計層包括零件模型生成、輸送單元裝配、輸送線總裝等過程。

由于輸送線的組成零部件通用性較好,結構組成規律性強,應用面向大批量定制的開發技術和成組技術,建立基于SML表的零部件族模型。由結構設計層最終計算得到的一組參數,指導零件族模型幾何圖形的變形生產和部件組模型配置設計,從而完成輸送線詳細設計的幾何造型和裝配部分。

本文在分析飲料灌裝輸送線設計過程的基礎上,建立了面向設計的輸送線集成化產品模型,該模型在設計中的使用,使得新輸送線的設計效率得到了很大的提高。設計信息有機地聯系起來,使得輸送線能夠更好地滿足設計需求,結合仿真技術,將使設計更高效,結構更合理。







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