我国的包装机械行业起步于20世纪70年代，在80年代末和90年代中得到迅速发展。已成为机械工业中的10大行业之一，无论是产量，还是品种上，都取得了令人瞩目的成就，为我国包装工业的快速发展提供了有力的保障。目前，我国已成为世界包装机械工业生产和消费大国之一。但在包装机械设计领域，绝大多数设计人员仍沿用传统的设计方法。随着科学的不断发展以及市场竞争的加剧，客户的需求也越来越高。体现在以下几个方面：为了满货期和降低生产成本的需要以及包装机械和生产机械相衔接必须提高生产效率；为了更好地适应新变化的需要，包装机械要具有高的柔性和灵活性；当设备出现故障时，能进行远程诊断服务；利于环境保护、噪声、粉尘和废弃物少；设备购置投资尽可能少，价格要尽可能低。而传统的设计方法根本无法满足这些要求。

　　为了寻求保证设计质量、加快设计速度、避免和减少设计失误的方法和措施，并适应科学技术发展的要求，使设计工作现代化，引发了现代设计方法的研究。现代设计方法的特点是动态的、科学的、计算机化的方法。它将那些在科学领域内得到应用的所有科学方法论应用到工程设计中。现代设计方法实质上是科学方法论在设计中的应用。冠以“现代”二字是为了引起重视，其实有些方法也并非是现代的。可归纳为下列具有普遍意义的方法：信息论方法、系统论方法、控制论方法、优化论方法、对应论方法、智能论方法、寿命论方法、离散论方法、模糊论方法、突变论方法、艺术论方法。把以上现代设计方法应用到机械设计中来，则称其为现代机械设计方法。

　　首先在设计理念上要借鉴先进国家的经验，以用户的需求为设计的目标，并结合柔性设计、模块化设计的理念，一机多基本一样，但设计阶段侧重点不同如：总体设计时，要全面考虑整个包装机系统的布局、运动协调性、造型设计、人-机环境以及装箱运输等。模块化设计是一种先进的设计方法，它的核心思想是将系统根据功能分为若干模块，将包装机中同一功能的单元设计成具有不同性能、可以互换的模块，通过模块的不同组合，使包装机多功能化、系列化。采用这种方法的优点是：（1）使包装机更新换代速度加快。因为新机型的替代，往往是局部改进。将先进技术引进相应的模块，比较容易实现局部改进；（2）缩短设计周期。当用户提出要求后，只需更换模块，或设计制造部分模块，即可得到新的机型，满足用户需求；（3）降低成本，便于维修；（4）性能稳定可靠。另外现代包装机设计应该满足“绿色设计”，即人性化设计的要求。它是面向质量设计、装配设计、制造设计、维修设计、可靠性设计的综合设计。我国人口众多，人均消费水平比发达国家低，而且城乡差异较大，包装系统的设计应以价廉物美为主，不能盲目追求高精尖。要考虑到可靠性、安全性、环保性、低噪音等各方面的因素。充分体现原理优化、结构优化、制造优化、造型优化。

　　包装机械是现代工业生产中常用的机械设备之一，对于产品的包装进行全自动化的生产。包装机械的应用在简化了生产流程，提高生产效率的同时，也产生了大量的废弃物，对环境造成了极大的污染。在倡导绿色环保的现代社会，非常重视对环境的保护。所以应该对包装机械进行改革，提高生产效率，减少环境污染。对传统的设计模式进行改革，进行新技术的开发，从机械的设计、加工制造、使用维修直到后期的废弃处理，都要做到对环境的最小污染，实现绿色环保的目的。

　　绿色产品是指在其全生命周期过程中，符合特定的环境保护要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率最高，能源消耗最低的产品。绿色产品设计是以环境资源的保护为核心的产品设计过程。在产品的整个生命周期内，优先考虑产品环境属性（自然资源的利用、对环境和人的影响、可拆卸性、可回收性、可重复利用性等），并将其作为设计目标，在满足环境目标要求的同时，并行地考虑并保证产品应有的基本功能、使用寿命、经济性和质量等。

　　1.2.1 产品设计的闭环设计过程。在传统的产品设计中，其全生命周期是从产品的设计、制造直到产品的废弃，是一个开环过程，没有考虑到产品废弃后的处理情况。但是绿色产品设计要将开环设计进行延伸，不仅包含了产同产品的全生命周期，并且对产品废弃后的一系列环节进行设计，包括对产品的拆卸回收和后期的处置，在减少浪费的同时，提高利用效率。

　　1.2.2 节约资源和能源。在绿色设计理念中，将大大的提高了零部件和各种材料的利用效率，使各种材料都得到了高效的利用。所以在减少能源消耗的同时，避免了浪费和污染现象的发生。

　　1.2.3 从源头上减少环境污染。绿色产品设计本着节能高效的设计理念，在使用的过程中，不仅减少了废弃物的产生，并且对废弃物进行了高效的处理，从源头上控制了污染的产生。

　　1.2.4 有利于保护环境。绿色产品设计的核心就是减少对环境的污染，所以在设计阶段，就在理念上有所改善，防止在产品使用的过程中产生过多的废弃物，并且设法高效的处理废弃物，在提高生产效率的同时，减少对环境的污染，维护生态系统的平衡。

　　目前，包装产品已趋向精致化及多元化，在这种大环境变化下，多元化、弹性化且具有多种切换功能的包装机械方能适应市场需求。正基于此，绿色包装机械的结构设计除应满足进行工商业产品包装功能的基本要求外，主要考虑提高资源利用率，结构易于拆卸和回收处理。较低的资源消耗、良好的拆卸性能和回收性能是包装机械进行绿色设计的主要内容。其具体原则为：简化包装机械的结构设计，尽量减少可有可无的零件；采用多功能的零件，使零件数量减少，减少资源消耗；对零件、支撑、载荷的布置进行优化设计，使整机产品尽可能小型化，提高材料利用率。

　　面向材料的设计技术就是从使用的材料入手，保证在产品生产的每一个环节都严格控制产生的废弃物，以减少对环境造成的污染为目标，在保证生产效率的同时，控制资源浪费和环节污染。所以材料的使用非常重要，在应用材料的过程中主要应该遵循以下几点：

　　第一，使用的材料要与生产实际进行比较，要便于加工制造，减少机械加工的难度，提高可操作性。充分的考虑到各项电、气的配套使用，尽量减少能源的消耗。第二，对于材料的种类要进行科学的计算，从成本的角度考虑，减少稀缺昂贵材料的应用，降低成本支出。第三，对使用的各种材料进行对比分析，在符合生产需要的基础上，选择易于回收，可以循环使用，对环境污染小的材料。第四，因为包装机械的材料具有各向异性，所以在使用材料选择的过程中，应该充分的考虑到材料的取向作用，保证其发挥最大的性能。

　　包装机械的绿色制造工艺设计包括以下内容：1）采用合理的新型加工方法，优化包装机械的工艺设计方案，确定最佳工艺参数，降低原材料消耗，使生产过程的废料最少化；2）采用合适的包装机械生产工艺，减少废次品，提高产品合格率，提高能源利用率，降低消耗；3）在包装机械的生产过程中应尽量减少对环境或操作者有影响或危害的物质。

　　模块化设计是进行包装机械的结构设计的一种有效方法，也是绿色产品设计中确定其结构方案的常见手段之一。模块化设计就是在一定范围内，在对不同功能、或相同功能下的不同性能、不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合可以构成不同的产品，以满足市场的不同需求。

　　良好的可拆卸性是包装机械便于维护、所用零件材料可回收、可再生的重要保证，只有具有良好的可拆卸性才能实现完全的材料回收和可能的零部件再利用，从而达到节省成本、减少污染、保护环境的目的。基于此，先应从观念上重视可拆卸性设计。包装机械的研发人员应经常与使用者、产品维护及资源回收部门取得联系，获取包装机械的结构在拆卸方面存在的不足，并为可拆卸性设计的发展准备有关数据资料。其次，为便于拆卸，包装机械进行整机的系统规划时，就要从结构上考虑拆卸的难易程度，提出相应的设计目标、结构方案。

　　工业发展对我国的经济建设具有重要的作用，在工业生产的过程中，机械设备的应用大大的提高了生产效率。在现代社会，我国越来越重视环境保护，而工业生产对环境造成的污染十分严重，所以要对工业生产进行改革。包装机械的应用对于企业的生产具有重要的推动作用，但是传统的包装机械会产生大量的废弃物，容易对环境造成极大的污染。我国以往使用的包装机械都是以进口为主，在借鉴国外先进技术的基础上进行设计研发。面对我国的工业生产与环境保护现状，应该改善包装机械的设计，将绿色产品技术融入包装机械的设计中，在提高生产效率的同时，减少对环境的污染。绿色包装机械在我国已经得到了广泛的应用，并且取得了良好的效果，使企业获得了经济效益与生态效益，为我国工业的发展创造了有利的条件。

　　[1]陈庄，刘飞，陈晓慧.基于绿色制造的产品多生命周期工程[J].中国机械工程，1999，（2）：233-235.

　　[2]胡爱武，傅志红.论产品的绿色设计[J].株洲工学院学报，2003，（5）：21-23.

　　包装机械是指能完成全部或部分产品和商品包装过程的机械。包装过程包括充填、裹包、封口等主要工序，以及与其相关的前后工序，如清洗、堆码和拆卸等。使用机械包装产品可提高生产率，减轻劳动强度，适应大规模生产的需要，并满足清洁卫生的要求。

　　在自动包装过程中，总会出现一些失误，我国包装机械行业发展的主要问题是产品结构的零散局面。我国包装机械品种约有1300多种，配套数量少，缺少高精度和大型产品，不能满足市场需求。国内包装机械行业缺少龙头企业，生产规模大、产品档次高的企业不多。所以如何开发出一种程序来改变现状是极为必要的。

　　在包装机械过程中误操作不可避免，使用微分指令DFIIJ（13）可以解决，微分指令检索按钮首先送入电信号的上升沿，而在一个周期里，PLC只执行一次，从而避免此类误操作的发生。 如下图1 中，007 和HR007分别为红光停止按钮和绿光起动标志位。当按下绿光起动按钮005时， 信号可以转化为微分指令HR007，HR007在一个程序扫描周期里，只能接收一个上升沿脉冲， 由于手指颤动而产生多余的脉冲就被过滤掉了，如此就能保证定时器TIM00正常延时10分钟，确保红光控制按钮0102按时起动。

　　为了减少误操作，本研究在程序中加入了干扰滤除子程序。TIM00用来消除瞬间闭合带来的问题。图2中0101接点断开时，因机械振动影响设备出现的瞬间闭合，TIMO1用于消除0101接点闭合时， 因跳动、受干扰等的影响出现的瞬间断开。CNT20用来保持输人的信号。HR410和HR411为相关的运行设备。

　　图中0101是水位下线瞬间闭合，起动定时器TIM00，定时器设定的有一定的时间，如果在设定时间内，水位下线断开， 则系统判定此次开关闭合为误动作， 不执行以后的程序； 若水位下线在设定时间内仍为闭合，则系统判定此次开关的闭合为正常的命令，下面的程序就开始执行，通过计数器CNT20保持输人信号，相关的运行设备起动[2]。

　　当0101 闭合后，0104以瞬间断开定时器启动，TIM00、TIM01的时间设定为0002（即0.2s）， 输入继电器可靠吸合后立即断开这一过程需要的时间，大约0.2-0.5s ，考虑到这种因素，TIM00、TIM01的时间也设为0.2-0.5s。在此时间范围内都可以达到消除触点跳动干扰的目的。

　　温度控制在包装机械中经常用到，有些包装机中采用的是铂热电阻温度传感器模块，传感器模块也有一定的温度测量范围，检测到的模拟数据被输入传感器模块中进行转换，最后转换成以BCD表示的温度值，接着送入到PCL中，而如果触摸屏和PCL链接的话，我们就可以直接在触摸屏中看到当时的实际温度[3]。

　　在PCL程序设置中，一个数据区设置三个通道，分别为AT0000、AT0001和AT0002。AT0001是设定的上限温度。AT0002是设置的下限温度。AT0000为温度传感器检测的实际温度。首先，一旦温度传感器检测到加热电极的温度，直接把数值传送到AT0000中，而AT0000、AT0001和AT0002在PCL程序中会进行比较，如果实际温度在设定温度的允许范围内，那么PCL就行驶封口的命令，完成封口动作；如果实际温度不再设定温度的允许范围内，那么封口动作不会进行，同时PCL程序会调整加热电极中电流的大小，一直在温度达到允许的范围内之后，才能对塑料袋进行封口。

　　首先，以PCL 为基础的自动包装控制系统在应用过程中控制更加严格、准确和精细，操作的时候也就更加的理想。其次，PCL程序的设置使更直观的监视生产过程中的各种情况成为可能。最后，像经典的继电-接触器控制系统中的大部分连锁控制都可转移至PLC中实现，各种控制系统大大地简化。

　　[1]胡立勇.PCL在自动包装机械上设计与应用[J]电气时代.2006（04）

　　包装机械是发展包装工业的基础，在化工、建材、药品、食品等包装工业中都具有独特的作用[1]。虽然近年来我国包装机械发展很快，但是还存在着产品单一、能耗高、技术水平较低等诸多问题。要提高我国包装机械水平，就要加速包装机械工业的技术进步，充分利用现代电子和计算机技术的发展成果，提高包装机械设计的技术水平和市场竞争能力。

　　嵌入式技术作为一种最新的计算机技术发展成果，已经在国民经济和生活的各个方面得到广泛的应用[2,3]，它在包装机械设计中的应用也必将成为一种趋势。而运动控制在包装机械的设计中是一个很重要的方面，本文将介绍一种基于嵌入式操作系统的包装机械运动控制器的设计和实现方法。

　　对于机械设备各不同部件来说，由于其结构形式的不同所采取的包装方案及防护方案是不同的。机械设备的基础部构件包括地脚螺栓、机体底座等。对于大型机械设备来讲，其地脚螺栓一般按不同规格进行成托包装。如需进行远距离运输并要求可以进行堆码运输，则将其按不同规格分类进行可堆码木箱或铁箱设计。对于机体底座来讲，如其与设备主机组装发运且机体底座之上设计有吊运装置（吊耳或吊孔），底座部位可进行裸装运输。同时，对机体部位外露传动部件（包括传动轴轴头、电机等）需进行包装防护，包括防锈、防水以及局部扣箱防护。机械设备的传动部包括主电机、减速机、联轴器等。成台套机械设备在完成设备装配、试车以后，其中已装配完善的部件在满足运输要求的情况下，不需进行拆解，以保证装配精度以及装配把合件的寿命。所以大型机械设备，其传动设备可以装配在安装底座之上进行产品运输，但对于该种情况下的各传动设备（主电机、减速机、联轴器等），必须进行单独包装防护。根据机械设备不同的工作性质，其工作部件的结构以及防护要求亦不完全相同。首先以某公司生产的圆锥破碎机的工作部分圆锥部为例进行说明。圆锥破碎机的圆锥部由锥体部与偏心轴组成，见图1，由于其结构的特殊性，且其重量较大，在产品的运输中必须对其进行包装防护。其偏心轴表面加工精度达到Ra1．6，为了防止运输中偏心轴加工表面受到损伤，同时考虑产品运输中的稳定性。在仔细分析该产品部件后，确定其包装方案为钢制托架，同时在托架与偏行轴接触处设计有弧形板，包装中在托架弧形板与产品接触处垫橡胶板进行防护。该包装方案见图2。其次以此公司生产的反击式破碎机中工作部件转子部进行说明。转子部由转子与传动轴组成，工作中工作板锤组装在转子上面，转子旋转时板锤与反击板撞击矿石使矿石破碎。转子部的机构特点见图3，在分析转子部的结构与规格后，确定对其传动轴进行防护的情况下采取木箱包装。利用木箱包装首先要确定产品的固定方案，同时满足产品的吊运要求，并对产品形成了封闭防护。

　　根据机械产品的结构与规格，其包装形式有以下几类：裸装、木托盘、铁托盘、木箱、铁箱。其防护形式包括防锈、防水、防震、防冲击等。根据包装形式的不同，防护形式有局部防护与整体防护等。如裸装产品的外露加工面或裸装部件中的关键产品（机体所附主电机等），需对其进行局部防水包装。木托盘、铁托盘所包装产品需具有如下特点：产品结构强度较大、运输距离较近等，但须对其进行防锈处理，以避免产品锈蚀而影响使用精度。木箱包装产品具有如下特点：产品加工面需特殊防护，产品要求防磕碰，产品质量为1000～15000kg等。在进行产品的木箱包装时，需注意：产品的固定；产品加工面的防护；产品的防水、防锈处理等。铁箱包装产品具有如下特点：产品单重较大，产品表面硬度较大，为耐撞击件，产品为集重散件。其中产品为集重散件时需先装小包装后再装入铁箱之内，另外在包装中要尽可能减小箱体内部空隙，以防产品在箱内的串动，使产品损坏或箱体破坏。在机械设备的包装中，针对具体产品应该采取具体的包装方式，需考虑产品质量及规格、产品结构、产品表面精度等。

　　重型机械设备有产品结构较复杂、产品拆解部件较重、尺寸较大以及产品结构具有变化性等特点。这些情况给产品的包装带来了较大的困难，其中包括产品的箱内固定等。针对此种现象，在研究国家包装木箱标准以及亚洲包装木箱标准的基础上，进行了包装框架木箱的设计。通过标准化的包装木箱设计，使木箱在保证强度的基础上减少木材的使用量。同时，标准的结构形式方便了包装施工人员的制作，节约了包装时间。按照标准设计的框架木箱，其结构有以下几点优良特性：侧板、端板形成独立的结构，其作为一整体的受力构件承受箱体的堆码载荷以及起吊绳索的侧压力；侧板、端板同时与底座组合为一体，从而增强了木箱整体的抗弯强度。框架木箱标准结构见图4。

　　化工机械的绿色设计，即化工机械的生态化设计，是一种面向环境的科学化的设计，是对能源进行高效的利用，同时力求实现与环境发展相互协调的目的。化工机械的设计过程中，注重考虑化工机械的环境性能和整个生命周期，作为设计生产的原则。其中绿色科学的设计化工机械的主要原则有三条，主要是：环境协调性原则、技术先进性原则和最佳综合效益原则。化工机械的设计应注重按照这三点原则，实现化工机械的绿色型设计。

　　化工机械的生产设计中所遵循的三点原则即：环境协调性原则、技术先进性原则和最佳综合效益原则，是保障和实现绿色技术的规则。其中主要包括：机械的可回收设计、选择环保型材料、化工机械的可拆卸设计、废弃物品的再利用和资源和的处理方案、评价化工机械的生命周期等等。是生产设计绿色机械中的主要内容。

　　①选择环保材料：环保材料主要选择一些对环境造成影响的，包括生物易降解材料、天然材料、可回收再利用的材料和废弃后污染较小的材料。

　　②化工机械回收设计：化工机械设计的根本目的在于，减少对环境的污染，提高资源和能源的利用率。合理的对化工机械进行回收和相关的设计时去的效益的重要措施。当前我国的化工企业中化工机械的回收方法多为手工分解的方法，虽然回收率较高，但却对环境造成了相应的影响。回收的办法要注重达到材料的最大的利用率，回收过程减少多环境的影响，可以使用机械额回收方法。

　　③机械拆卸设计：化工机械的拆卸设计是使机械在处于设计阶段的时候，同时具有很好的拆卸性，遵循的原则有：考虑化工机械的拆卸和回收，在保证其功能完整的条件下，要尽可能的简单设计，减少在拆卸时的难度；减少材料的种类，多使用兼容性高的材料；遵循拆卸原则进行具体的设计；对于功能和结构相似的材料要注重标准和通用化。

　　④化工机械的生命周期：化工机械的提出是在环境问题的基础上，评价化工机械绿色设计的方法和体系。其中包括产品的可回收设计、选择环保材料、废弃物再生、拆卸设计等内容，要保证在化工机械的生命周期内保持最佳的环境等条件。

　　化工机械的生产制作中，最要注意的是“绿”即绿色，是环保的理念，即化工机械从产品设计、生产、包装、运输到回收的整个生命周期对环境的不利影响要控制到最小。第二个“省”即节省，是节约节俭的意思，化学机械的生产一定要注重节俭的原则，符合市场发展的要求。讲究成本，注重节省，但同时要注重资源的优化配置。

　　①数字化，这是信息工业化的核心，而信息化的核心优势是数字化，是采取先进的技术制作生产的核心。

　　②自动化，即减少人员的劳动，用机械化的设备取代人类的劳动，完成人类无法用手完成的劳动。我国逐渐从一般的自动控制、自动调节、自动补偿等发展到自学习、自组织、自修复等先进的水平的阶段。

　　③集成化，即集合先进的技术和管理于一体，主要包括信息技术、制造技术和管理技术等的融合。

　　④网络化，是数字技术和通信技术之间的融合，是将制造业推向全球的条件，能够使制造业走向整体化和全球化的发展，实现资源互补和共享。

　　⑤智能化，是在制作的过程中处理大量的信息，自动的进行修复和诊断，能够自主处理不完整的信息，具有自行组织的能力。

　　绿色包装是一种环保的包装理念，是一种理想化的包装，但是目前还没有一个准确的完整的定义和标准。但是却直接影响了国际的贸易，绿色包装成为当前国际贸易中一项新的非关税壁垒。绿色的包装主要包括：在保证包装完整的前提下，使用较少的材料，包装要保证无毒无污染，不影响生态环境，保证可回收再利用。

　　到目前为止，包装机械行业智能化和自动化的趋势已经非常明显，尽管我国是一个包装机械生产大国，但在某些方面实力仍然比较薄弱，从而极大阻碍了我国包装机械行业的发展。为了改变这一现状，我们必须要探索开发新的生产技术，培养大量的专业技术人才，提高产品的技术含量，走专业化发展的道路，靠技术进步来推动包装机械行业的发展，加快我国包装机械行业发展的步伐，使得我国包装机械生产技术渐渐向世界一流水平发展。

　　现阶段，我国部分包装机械生产企业因为缺乏创新意识和专业技术人才，实行薄利多销的原则。众所周知，薄利多销的生产原则往往会伴随着加工零件的质量不过关等一系列问题，例如，有的零件精确度不够，有的零件材质不够好，有的零件是该热处理的没有热处理、该锻压的没有锻压，从而使得生产设备出现了很大的问题，这也就是近几年来我国所生产的包装机械产品淘汰率较高的原因之一。

　　近几年来，我国在科技方面取得了显著的成就，尤其是在包装机械方面。但是由于我国的包装机械起步较晚，使得我国在某些包装机械生产方面的实力仍然比较薄弱。同时，大部分生产企业的生产方式都是效仿国外先进的生产方式，缺乏创新意识，科技力量相对薄弱，缺乏专业人才，这就大大增加了我国包装机械企业与国外相关企业的差距。另外，部分企业的管理人员缺乏创新意识，不注重产品的研发，这也是我国包装机械一直不能迅猛发展的原因之一。

　　在我国，大部分企业对于产品的防护不够重视，在包装机械的安全方面采取的措施不足，例如，许多企业没有安装基本的防护门，有些企业即使安装了也不能起到防护作用，从而使得许多产品出现了质量不过关等问题，进而严重影响了我国包装机械的发展进程。另外对于一些重袋包装来说，工人的劳动强度非常大，我们更应该保证其安全性。

　　传统的包装机械大部分采用的是机械式控制，渐渐地又出现了光电控制以及气动控制。但是，随着科技的迅猛发展，产品的生产工艺也日益提高，对包装参数的要求也越来越高，原有的控制方式已经无法满足时展的需求。为了避免我国包装机械生产方式被社会所淘汰，我们必须要实现包装机械机电一体化。机电一体化就是集中机、电、气、光、生、磁于一体的机械电子设备，在设计时，我们应该尽量提高包装机械的自动化程度，运用机电一体化技术开发智能化包装技术。例如，采用微机控制，将各种包装材料的封口温度和速度的最佳参数匹配输入微机存储器，再配上必要的传感器，组成自动跟踪系统。

　　包装机械的技术发展趋势主要体现在高生产效率、自动化、单机多功能、多功能组成生产线以及应用新技术上等。随着工控行业的迅猛发展，生产成本的不断提高，包装机械企业越来越注重开发快速、自动化的包装设备。例如，在包装方法上，大量采用充气包装取代真空包装，在控制技术上，更多应用计算机技术和微电子技术，在封口方面，应用热管和冷封口技术等。这些技术的使用大大加快了我国包装机械的发展进程。

　　包装机械必须具有很高的灵活性和柔性，生产线允许在一定尺寸范围内包装物大小可以发生变化，但是这个范围是极其小的。众所周知，产品的生命周期远远短于生产设备的生命周期，如果我们可以及时更换产品以及产品包装，就不至于更换昂贵的生产设备。这样不仅可以提高生产产品的灵活性，同时还可以节省大量不必要的支出。

　　随着全球经济的迅猛发展，国际包装机械行业之间的竞争越来越激烈，这就使得国外绿色贸易壁垒对各个包装机械行业提出了更高的要求。

　　为了加快我国包装机械迈向国际前沿的步伐，我们必须要改变传统的生产方式，尽快设计并开发出绿色包装机械生产模式。在设计过程中，我们应该充分考虑包装机械在设计、加工制造以及装配等各个过程中对环境没有影响或者影响最小化、消耗的资源最少、同时易于回收利用，这样不仅可以提升我国包装机械在国际上的核心竞争力，同时还可以改善我国整体的环境状况。另外，在设计和生产过程中，我们必须从各个方面进行绿色设计，真正地做到绿色包装。

　　由于我国包装机械行业起步较晚，使得我国在包装机械的某些生产方面仍然远远落后于其他发达国家。另外，近几年来，随着全球经济的快速发展，国际上包装机械行业之间的竞争越来越激烈，而我们所采用的靠简单重复、扩大生产数量的方法是远远行不通的，为了避免我国的包装机械被国际所淘汰，我们必须要走专业化、规模化的发展道路，努力提高产品的技术含量，使得产品越来越趋向于简单化和精确化。另外，对于大部分包装机械零部件不应该由包装机械企业直接生产，而应该由通用的标准件厂生产。对于一些特殊的零部件，必须由高度专业化的生产厂家生产，只有这样才能促进包装机械企业向专业化和规模化发展。

　　日常生产工作的高效要求生产机械具有自动识别能力。例如，生产机械一方面可以自动识别包装机械的厚度、硬度以及反弹力等，然后通过电脑快速地反馈到机械手调整动作幅度，从而保证不反弹；另一方面，包装机械企业所生产的产品并不都是相同的，即使是同一种产品，它们的性状也不尽相同，但是将它们装到同一包装盒中，它们的排列却是有一定的规律的。生产线传递的产品并没有一定的序列，首先将产品传递到某个特定的位置，可用探头扫描确定不同性状物体的具置，然后再反馈到不同的机械手，它就会准确无误的将产品放入准确位置。

　　随着商品化市场的发展以及现代社会发展的需要，人们对于产品的生产速率以及质量有了更高的要求，作为包装机械的一员，我们必须要注重产品的生产效率。包装机械的生产效率已经成为衡量企业的一个重要标准，这样不仅可以降低产品的成本，还可以满货期。高速包装机要求与前道工序有相关的衔接，不需要有搬运这一环节，包括控制衔接。这样不仅可以大大的减少工作人员的工作量，还可以提高产品的生产效率。

　　包装机械行业的发展呈现出巨大的发展潜力，我国包装机械行业虽然占据了国内市场的主动性，但是在高端装备的满足能力方面仍然显得不足。因此，我们必须要竭尽全力促进包装机械向高端生产转变，进一步加强技术创新，提高产品的技术含量，大力培养专业技术人才，增强市场竞争力，加快我国包装机械行业发展的步伐。包装机械行业的快速发展，在促进国民经济建设和提高人们生活水平方面具有极其重要的作用，它作为一个独立的行业体系，受到了国内外许多人们的广泛关注。因此，我们也必须致力于包装机械行业的发展，增强我国包装机械行业与发达国家的竞争力，提高我国包装机械的整体水平。

　　随着我国经济的快速发展，机械用户群体由原来的集中式变为个体户，这样就要求机械制造商在制造的时候要减少成本，然而传统的机械包装的方法已经不再适用于现在要求。从设计层面上看，模块化在技术上的转变已经基本完成了。通过对划分和组合来完成不同的种类的机械包装，这样就可以缩短工期，这样能够减少制造需要的成本。所以说模块化从设计上还是制造上都是机械制造商最后的选择。

　　对模块的划分和可互换性等方面划分的好坏可以直接影响模块的实际能否成功。在进行划分的时候不仅仅要考虑在制作的时候的方便性、同时也应该考虑到在进行组合的时候是否能够轻易的组合。所以，在设计模块的时候，一定要进行详细的划分。同时，在进行模块划分时，应该考虑到在系统中的可更换性；同时也要保证模块在功能方面要有其独立性；模块之间的结合应该方面分离等等。

　　在进行模块设计的时候应该注意模块的组合，也就是模块之间的结合面。为了能够使，模块之间进行更换，当然不同的模块之间也要保证其能够进行更换。所以，在设计模块的时候，应该保证模块具有可更换性。同时也必须增加接口处的的规格化和标准化。

　　模块化包装的机械产品，是指由特定的模块在一定的范围内，组成不同种类和不同功能的包装机械。在对模块化进行设计的时候，有以下几种内涵：

　　2）横向设计。也就是在保证参数的情况下，通过不同的模块之间的转换完成产品的变化；

　　在使用模块化设计的时候，由于模块具有可更换的特点，所以如果在机械包装的过程中发生故障的话，只需要将不合适的模块更换就可以。这样省去了在设计的时间，以及方便维修。

　　在过去的包装中，进行设计的人主要根据产品的特点进行指定的包装，所以设计出来的包装只能使用于相同系列的产品，而对其他系列的产品不能够应用。采用模块化设计之后，可以使一种设计满足许多的系列的产品，只要在客户提货的时候进行模块之间的更换即可在对传统的机械化包装进行设计的时候要对每一个零件的设计进行考虑，这样就需要人员掌握的知识面广，这样不单单浪费时间，同时也消耗了人员的精力，这样就导致机械的生产周期短，然而，在采用了模块化之后，技术人员不用再考虑每一个零件的设计，只需要使用现有的模块即可。

　　在进行模块化包装的时候，可以根据模块特有的功能进行。同时也可以通过对模块的不断研究，不断的完善其质量和性能，以此来增加模块化产品的数量。这样就可以用较少的模块组合成最多的机械包装。在减少设计时候的同时，也减少了设计成本。

　　它们提出的依据都是现代产品的多样化。进行成组的时候都是依据零件特点等因素，主要是利用物体之间的相似性，并且将这些相似的事物进行组合，通过对相似零件规范化的处理，达到小批产品也具有流水作业的情况。而模块化追求的是小产品和中产品以及大批量零件之间的效果，也是利用它们之间的相似度，把一些零件划分，最后制成模块。它们之间的共同点主要表现是，对相似的零件进行集中处理。

　　数控机床对模块化的划分是指对机床运动分析和结构分析得出的结构，将具有同样功能的结构进行合理的划分。所以说，模块化划分的好坏之间影响着模块化设计的成败。

　　3.3.1 将具有独立功能的单位作为模块，也就是说对已经分解的单元结构上的划分尽可能的做到其独立性，这样方便不同模块之间的进行组合，能够拼凑出多种产品。

　　3.3.2 部件作为模块。在进行划分的时候，以部件作为模块，这样能够保证模块的完整性，而且也能够保证拼凑的产品的质量。

　　3.3.3 利用组件的方式作模块。设计人员对模块分解之后，还可以将模块进行组件，通过不断的试验更换某些零件，可以使部件的用途增加，这样比更换整个零件更具有经济效益。

　　3.3.4 在进行模块划分的时候，还要考虑到机床中大件的划分，保证其规范性，还要使其便于分离和结合。同时也要考虑到模块的发展空间，定时的进行升级。

　　在对模块进行划分的时候，必须要考虑到整个车床的功能。把数控车床的总功能进行模块的划分，使其成为一个个独立的功能，接着设计人员就可以进行模块的划分。

　　当然，设计人员进行分解时，首先应该考虑的就是用户需求。由于用户之间的条件存在差异，所以会所在确定机床规格时候也要不同，也就是说在模块的组成中也会存在差异。对单柱的数控来说，其总功能是车削。在将其进行划分的时候，可以讲车削的沟槽和旋转面等方面进行。除此之外，还要将其的铣镗功能进行划分，这些功能可以按其的执行功能和监测等方面进行划分。

　　综上所述，模块化可以说是迄今为止机械包装中最好的设计方法，其开创了机械包装的设计的开放化和标准化。从而提高了机械制造商在竞争如此激烈的市场中的竞争力，同时也推进了我国机械化的水平。

　　[1]刘小鹏，张卫国，钟毅芳.机床模块化设计中的模块创建及应用[J].华中理工大学学报，2009（5）.

　　随着农业综合开发，多种经营的发展，盆花种植面积不断扩大，盆花生产趋于规模化、多样化、精确化[1-2]。2011年，我国花卉生产总面积102.4 万公顷，比2010年的91.76 万公顷增加11.6%；销售总额1068.54亿元，比2010年的861.96亿元增加24%；出口额4.8 亿美元，比2010年的4.63 亿美元增加3.7%。由此可见，花卉生产在促进经济发展，满足市场需要方面发挥着越来越重要的作用。但目前大部分盆花收获过程中的包装作业还主要依靠人工作业，这些都是大量重复繁重的劳动，易使工作人员疲劳，不仅工作效率下降，同时也会影响盆花采收和分级的品质。由于盆花收获期较短，其人工收获劳动强度大，效率较低，不能满足市场对盆花的品质和新鲜度的要求，简易的机械收获和包装易造成盆花外形的损伤，而国外相对成熟的盆花包装机又存在价格昂贵、设备维修困难、不适合我国国情等难题[3-4]。针对以上情况，北京京鹏环球科技股份有限公司设计开发一种适合我国国情的盆花全自动套袋包装机[5-6]，该包装机可完成盆花自动抓取、撑袋、套袋、排列等一系列连续动作，实现盆花包装的自动化，解决人工手动套袋造成花卉品质不一致、劳动效率低下等问题，提高盆花包装的品质和新鲜度，解放劳动力，改善劳动条件、降低作业费用和提高劳动生产率，增加产品附加值，促进花卉产业快速发展。

　　图1，图2为盆花自动包装机的整体外形，主要由三部分组成：盆花输入系统、盆花自动包装系统、盆花输出系统。每个系统都是一个独立的运动系统。整个系统具有方便操作、动作快捷、包装美观、无需人工等优点，此设备的投产将大大提高盆花包装的速度，达到节省劳动时间、节省生产成本的目的。其工作流程：

　　盆花自动包装机在电机的作用下驱动水平运输带上的盆花移动，当盆花移动至靠近水平运输带终部的光电开关反射区域时，终部的光电开关将信号传送至顶部电动滑台系统，顶部电动滑台系统移动至盆花上方，在气缸的驱动下，夹持爪将盆花抓住，与此同时，挂在支袋撑板上的包装袋被吸开，夹持爪将抓取的盆花缓慢进入撑开的包装袋中。待盆花完全落入包装袋中，气缸驱使气爪伸缩至合适位置并在气爪完全打开的状态下夹取套有包装袋的盆花，将盆花输送至盆钵中，实现盆花包装的自动化。当盆花完全落入包装袋后，气缸与气爪在底部纵向电动滑台的支撑下做纵向运动，当下降至与底部输送带同等高度的时候，沿着底部横向电动滑台的方向将带有包装袋的盆花放入底部输送带的盆钵中，由底部运输带运送出去，然后将套好包装袋的盆花放入指定的盆花储存架上或其他指定的位置。

　　盆花输入系统（如图3）主要包括盆花输入带，该机使用时通常与盆花分级系统共同连用，盆花分级系统输送过来的盆花由输入系统运送至盆花包装系统进行包装，因此，在设计时要协调好与上一系统环节的关键定位尺寸，应选择同一基准面，盆花输送带上面的高度要比上一级的花卉分级系统输送带上面的高度低2～8 mm，以便于盆花可以在输送带上正常的运动。当调整好输送带的运行速度后，安装调节光电感应开关的位置，使盆花在输送带停止运行后，能够停在气缸夹持爪可以夹持到的位置，且不会从皮带上掉落。

　　盆花输入系统的水平运输带上有一组光电反射开关，当盆花输送至包装机即将进行包装时，光电开关将信号传递给盆花机械手进行抓取盆花等动作。该输入带速度为0～1 m/s可调节。

　　盆花自动包装系统为此设备的关键工作环节，主要包括盆花套袋机械手、撑袋与落袋系统、盆花夹持结构、气动与电动滑台系统等。该系统可以利用机械手完成自动抓紧、撑袋、套袋、排列等一系列顺序连续动作，实现盆花的自动套袋包装过程。

　　盆花套袋机械手悬挂于顶部横向和纵向电动滑台上，当盆花传递过来时，根据信号在横向或纵向电动滑台上移动，完成夹取盆花、并将盆花放入包装袋中等动作（如图4）。

　　撑袋与落袋系统，包括储袋系统、真空吸盘、静电消除器及缓冲气缸，当盆花套袋机械手将盆花抓起并移动至包装袋上方位置时，真空吸盘将储袋库中的包装袋吸开，此时静电消除器喷射气体将包装袋进行预撑开并具有消除包装袋之间静电的作用，储袋系统由一个带有缓冲功能的气缸支撑，目的是吸收真空吸盘与支袋撑板之间的撞击力，包装袋完全打开后，盆花即可顺利落入其中（如图5）。

　　由气缸和气爪组成，气缸带动气爪的伸缩运动，气爪开闭可实现对套完包装袋的花盆自由夹取并将花盆送入指定的穴盘内（如图6）。

　　包括6个电动滑台，3个气缸；其中，盆花套袋机械手上有横向和纵向2个滑台，用于带动机械手自由走动；盆花夹持结构有2个纵向，1个横向共3个滑台，用于带动盆花夹持结构自由走动；撑袋机构的缓冲气缸上有1个滑台，用于带动撑袋机构自由走动。3个气缸分别用于对盆花机械手的夹持爪进行驱动、气爪的驱动、储袋系统的缓冲作用。

　　综合考虑输出带安装的最低位置要求，及花盆抓取后所能下放的空间，以及抱盆爪运动的轨迹等因素，调整输出带的位置高度，及前后输送距离。使调整好的输送带，适合下一工作环节使用。该输出带与输入带运行速度一样，均为0～1 m/s可调节（如图7）。

　　对盆花自动包装机来说，机械结构决定了该设备的功能，控制系统决定了该设备的功能是否能够正常工作。随着设备功能的越来越强大，控制系统技术不断更新，核心组件越来越小，逐渐向集成化、小型化、智能化发展。对于本设计，控制系统是包装机提高自动化程度的关键技术。

　　在此设计中，盆花自动包装机主要由输送带系统、套袋机械手、撑袋与落袋系统、夹持系统、启动与电动滑台系统等5部分组成。因此，控制系统完成的运动功能大体上可以分为以下几部分：传送带的启停运动、套袋机械手的展开与收拢、夹持爪的收拢与展开动作、夹持爪的收拢与展开动作、电动滑台的来回滑动动作。这几部分运动都按照设定好的工作流程运行，彼此交叉进行。

　　在选择PLC型号时，应在满足控制系统功能要求的前提下，选择最可靠、最稳定、使用维护最方便以及性价比最优的机型。本设计中，选择西门子S7200系列CPU226的PLC控制，这个型号的PLC有24点的开关量输入和16点的开关量输出。选用这款PLC还需要配备功能扩展模块来与上位机进行通信；上位机可以通过GX-Developer编程软件来对FX1N进行编程，或者可以直接对可编程控制的运行情况进行监控。

　　由于在I/O点数选择时，需要留有一定数量的备用（如图4）I/O点（大约为输入/输出点数的15%～20%），根据包装机工作要求，需增加2个模块EM222进行扩展，该模块输出点数为8，因此，该包装机PLC容量为24+16+8x2=56个。

　　控制系统的要求：在盆花自动包装过程中，由PLC控制系统统一协调各执行机构完成相应动作。PLC控制系统要可靠性高、稳定性好，还应性价比高、易于扩展，并有良好的开发环境。包装机控制系统的主要执行元件是步进电机、气缸和液压马达，而要想控制这些执行元件动作，系统首先要控制电磁换向阀按预定的时序开闭。此外，控制系统还应具有简单的数据处理功能，以计算排种器转速。控制系统还应能控制播种机的开启、暂停、设定、状态指示、停止等（如图8）。

　　盆花自动包装机的PLC控制系统的硬件主要由PLC及外部设备组成。软件部分主要涉及系统程序、应用程序和编程语言。PLC支持的FX系列编程语言有指令表、梯形图以及顺序功能图SFC（Sequential Function Chart）。SFC是一种先进的设计方法，具有很好的通用性和规范性，使用它可以节约大量的系统开发时间，提高开发效率。PLC在系统中的主要功能是协调各子系统按照播种要求进行工作。因此，它既要完成各种逻辑控制，还要进行系统的监控。盆花自动包装机工作流程示意图如图9所示。

　　根据使用要求，对盆花自动包装机的包装速度、机械手行程、整机额定功率指标进行检测。

　　（2）试验的数据实测由具备试验设备及条件的有关国家科研单位的检测部门进行并出示检测报告。试验地点在北京市通州区双埠头村北京农机所试验示范基地。

　　（3）试验用仪器、仪表（主要是秒表和卷尺）由测试部门准备，其性能指标应符合国家有关条件的规定。

　　（1）试验内容：进行JPBZJ-1型盆花自动包装机包装速度、机械手行程、整机额定功率测定。

　　（2）试验方法、步骤：对于JPBZJ-1型盆花自动包装机，国家目前尚无成文的检测测试规范。

　　① 本试验用的盆花是红掌盆花。装红掌的花盆尺寸为：上口直径170 mm，下口直径120 mm，高150 mm。

　　待JPBZJ-1型盆花自动包装机运行平稳后，控制系统启动，入口盆花输送带电机启动，盆花包装出口输送带电机启动，盆花夹持抓取机械手和盆花夹持摆放机械手自动归位于起始点，将试验的盆花放在包装机入口盆花输送带上，输送带带着花盆运行到光电开关感应的位置，开始启动秒表，盆花包装机连续完成10盆盆花包装后，停止秒表记录，将完成的时间记为T（s），连续测试5次，将每次完成10盆盆花包装的时间Ti（s）记录在表格内，对五次包装的时间取平均值B= （s），由此可以计算出包装1盆盆花平均时间为A=B/10（s/盆），每小时JPBZJ-1型盆花自动包装机的包装速度为Q=3600/A（盆/h）。

　　② 待JPBZJ-1型盆花自动包装机运行平稳后，控制系统启动，入口盆花输送带电机启动，盆花包装出口输送带电机启动，盆花夹持抓取机械手和盆花夹持摆放机械手自动归位于起始点，将试验的盆花放在包装机入口盆花输送带上，输送带带着花盆运行到光电开关感应的位置，夹持抓取机械手撑开移动到盆花的正上方，收紧机械手抱紧盆花向上抬起，记录机械手起始位置，后平移到撑袋机构上方，机械手将盆花垂直送到花袋内，停止机械手动作，用卷尺测量包装机机械手的行程距离L（mm），连续测试5次，每次测量的机械手行程距离Li（mm）记录在数据表内，对五次包装机机械手行程距离取平均值P= （mm）。

　　综上所述，测定的盆花自动包装机的包装速度为226盆/h，机械手行程为570 mm，整机功率为1kW，均达到预定指标。

　　北京京鹏环球科技股份有限公司研制的盆花全自动包装机，经过北京市农业机械试验鉴定推广站鉴定后，指标合理，性能稳定，已在京鹏智慧温室里的花卉车间里进行了数月的试运行，在试运行期间，盆花全自动包装机与盆花栽培进行了有效的结合，解决了传统包装过程中人工劳动强度大，生产效率低，劳动成本高等问题，实现了鲜花多样化、工厂化、规模化、精确化生产，满足了市场对于盆花品质和观感的要求，大大提高了盆花的核心竞争力，为北京市建成十二五都市现代花卉产业提供了坚实的保障。

　　[1] 杨铁顺.浅谈北方温室盆花生产发展前景[J].发展战略，2009（04）：31-33.

　　[2] 高立鹏.北京都市型现代花卉产业及其发展对策研究[D].北京：北京林业大学农业经济管理系，2010.

　　[3] 辜松.自动化装备为盆花生产加速[N].中国花卉报，2013-7-13（3）.

　　[4] 辜松，杨艳丽，张跃峰.荷兰温室盆花自动化生产装备系统的发展现状[J].农业工程学报，2012，10（19）：1-7.

　　[5] 程亮，郭爱华，孔晨曲，李怀刚，丁科，李全华.自动重袋包装机设计[J].盐业与化工，2011，11（6）：15-18.

　　[6] 王晓花，丁世云，张国全，管 瑞.大袋包装机自动套袋装置设计[J].包装与食品机械，2010（28）：21-24.

　　在机械产品的设计阶段，就应充分考虑到产品在使用废弃后的回收利用性以及可拆卸性。（2）绿色设计法提出了生产企业与产品设计者应在节约资源和保护环境上主动承担起一定的社会责任。尤其对于大型或大量的机械产品制造，企业在加工生产这些产品的同时，还应在可能的范围内，主动承担产品的回收与再次利用的义务。（3）在人类资源日益枯竭，生存环境不断恶化的新时期背景下，绿色设计法是对传统设计理念和设计方法的创新与改良，体现了人们对环境及资源的重视，以及对整个机械产品设计学科认识的深化。

　　绿色材料即可回收、可再生，且对环境污染较小、低能耗的材料。因此在机械设计中应首先选用环境兼容性好的材料与零部件，并尽量避免选用有辐射性、有毒或有害的材料。要求所用材料能够有利于回收、再利用、再制造或易于降解，从而实现机械制造业在资源利用率方面的上升，实现可持续发展。同时，在机械设计与制造中，还应当尽量减少所选用材料的种类，从而降低产品在废弃后的回收成本。例如：模具材料的绿色程度对最终产品的绿色性能有着重要的影响，可通过舍弃过往对材料表面进行化学处理的方法，而改用物理方法实现防腐与脱模；选用对环境危害较小的镍磷镀代替电镀铬；用不锈钢材料来加工防腐模具来代替电镀的方式等等。

　　在传统的设计方法中多数只是考虑到产品的可装配性，而较少考虑到产品的拆卸性。绿色设计中着重要求将拆卸性作为机械设计与制造中，产品结构设计评价的一个重要准则，从而使产品在报废以后，能够对其零部件实现高效且不加破坏的拆卸，以便有利于材料和零部件的重新利用与循环再生，进而达到保护环境和节省资源的目的。拆卸性设计的基本原则主要包括以下几点：第一，应实现产品零件的多功能性，从而降低应拆卸零部件的数目以及拆卸时的工作量；第二，应避免在设计时，对有相互影响的材料进行组合，尽量避免零部件的污损；第三，在机械设计与制造中，应减少零件的多样性，并努力向着零件的标准化、模块化和系列化方向发展。

　　可回收性设计是指在设计中，充分考虑到产品各零件回收再利用的可能性，以及相应的回收处理方法和回收费用等问题。可回收性设计一般包括两种途径，即零部件的再利用和原材料的再循环，在当前鉴于材料再循环的困难与高昂的成本，因此较为合理的可回收性设计应重点突出零部件的再利用。可回收性设计的主要措施包括了以下几点：在机械设计与制造中，尽量使用可重新利用的材料；使用对环境影响较小的材料，例如可再生材料、易回收材料以及无毒无害材料等；对于已使用过的零部件进行再加工和翻新等措施。

　　在对机械制造业中绿色产品的成本分析，应与传统的成本分析有所区别，在绿色产品设计的初期，即综合考虑到产品在回收、再利用上的性能。因此在作绿色产品的成本分析时，必须考虑到产品拆卸、污染物替代、特殊产品相应的环境成本以及重复利用成本等等。绿色产品的成本分析应在每一次设计选择时进行，以便于设计出的产品更突出绿色环保性，且成本更低。

　　绿色产品的设计数据库应详细包括了产品寿命周期中与经济性、环境性等相关的一切数据，如材料成分、各类材料对环境的影响数值、材料的自然降解周期、人工费用以及机械制造中装配、销售和使用所产生的附加数量与环境的影响值等等。因此绿色产品的设计数据库对了机械产品的设计与制造过程都有着举足轻重的影响与作用。

　　对绿色产品的包装设计，应重点突出以下几方面原则：首先应材料最省半岛官方体育，即绿色产品的包装在满足销售、保护以及提供充足信息功能的前提下，所适应材料应最少且文明适度的包装；其次，应尽量选用可回收或易于降解，且对人体无毒害性的包装材料，例如使用EPS、聚乙烯产品等在大自然中易于自然分解且不会污染环境的材料；最后，所选用的包装材料应易于再循环和回收利用，通过再循环使用和重复使用的包装，从而提高包装物的生命周期，有效降低包装废弃物的出现。半岛官方体育