关于饮料灌装输送线的布局与结构设计

饮料灌装输送线主要由机器设备、输瓶系统、输箱系统等组成，其设计过程主要包括布局设计、结构设计和运行设计等环节。由于组成输送线的 零部件绝大多数是标准件和通用件，因此布局设计时饮料灌装输送线设计的重点。然而在输送线布局设计中，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，设计方案中的缺陷和问题只能在结构设计甚至在制造和使用过程中才能被发现，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的布局设计，是提高输送线设计效率和效益的关键。

饮料灌装输送线的设计过程大致可以分为布局设计、结构设计和运行设计3个阶段。由于输送线的运行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。

1、输送线的布局设计与结构设计

布局设计主要是指在针对特定产品、满足产能需求的情况下，完成设备的定型、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。产生的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的一个，也是输送线设计阶段的第一个重要视图。而从设计过程来看，输送线的进一步细化，跟结构设计是分不开的。由于布局方案图对后续设计的重要性，因此要对布局方案进行运行仿真，以优化设计结果。

2、输送线集成化产品模型框架

输送线集成化模型框架分为对象层、过程层、模型层和工具层4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。

3、输送线产品设计过程模型

输送线是典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，分布是布局设计层、结构设计层和详细设计层，

(1)布局设计

布局设计过程是以设备位置、车间大小为空间约束，以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出了的效率，另一方面每一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输送线布局设计与结构设计的集成。

(2)结构设计

产品结构是企业进行产品设计、生产组织的重要依据。产品结构树反映了输送线的各零部件之间的层次关系，而且能够通过不同的过滤方式在同样的结构树基础上生成不同的BOM视图，这样企业的各个部门可以从不同BOM视图中得到需要的产品信息。

(3)详细设计(CAD软件层)

本文使用离线参数化方法，将输送线单元的参数化过程与图形生成过程相分离，用参数化尺寸驱动图形生成。

详细设计层包括零件模型生成、输送单元装配、输送线总装等过程。

由于输送线的组成零部件通用性较好，结构组成规律性强，应用面向大批量定制的开发技术和成组技术，建立基于SML表的零部件族模型。由结构设计层最终计算得到的一组参数，指导零件族模型几何图形的变形生产和部件组模型配置设计，从而完成输送线详细设计的几何造型和装配部分。

本文在分析饮料灌装输送线设计过程的基础上，建立了面向设计的输送线集成化产品模型，该模型在设计中的使用，使得新输送线的设计效率得到了很大的提高。设计信息有机地联系起来，使得输送线能够更好地满足设计需求，结合仿真技术，将使设计更高效，结构更合理。