基于市场需求的工业炸药自动中包生产线的模块化设计.pdf

3 0 爆破器材E x p l o s i v e M a t e r i a l s第3 9 卷第6 期 基于市场需求的工业炸药自动中包 生产线的模块化设计’ 姜卫国李全华李怀刚 向同燕 武汉人天包装技术有限公司中南包装机械研究所 湖北武汉，4 3 0 2 0 5 [ 摘要]针对我国工业炸药小直径药卷各不同民爆厂家的市场需求，提出基于市场需求的工业炸药中包装箱生 产线的模块化设计方式，分析模块组合、市场供求数据、设计过程等关键技术，并给出工业炸药中包装箱生产线设 计实例。通过三个典型客户的总体布局方案介绍，可见模块化设计能够在缩短生产线的设计周期、提高生产线的 产品质量以及控制生产线的成本方面起到有效的作用。 [ 关键词] 工业炸药中包装箱市场需求模块化设计 [ 分类号] T D 2 3 5 ．2 1 引言 目前，我公司自行研发的R T 型工业炸药中包 装箱生产线已经有7 0 多条在国内各民爆厂家现场 应用。以民爆中包市场需求为例，全国各地民爆厂 家由于生产的工业炸药产品的产能、品种、包装材 料、包装工艺以及厂房布局等存在着诸多差异，因此 包装生产线设备也随之发生变化。为了满足客户的 需求，可采用模块化设计将各种模块组合起来形成 新的生产线，从而提高生产线的产品质量、降低产品 成本‘。 1 包装机械的模块化设计 1 ．1 模块化设计的定义 模块化设计是在对一定范围内的不同功能或相 同功能不同性能、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 选择和组合来构成不同产品，以满足市场不同需求 的一种设计和制造方法B 】。 一般的包装生产线都是由各种不同的包装机械 成套设备构成，尽管各单机设备的功能和应用领域 不尽相同，但是在某种意义上，包装机械成套设备之 间都存在不同程度的共性，所实现的主要功能归纳 起来包括由自动包装机完成包装工艺的核心过程， 由各种辅助装置完成输送、转移等辅助过程，并由自 动控制系统实现对整条设备生产线的控制。系统中 不同功能单元分工明确，各负其责。因此在成套设 备生产线的设计过程中一般都采用模块化设计思 想，体现其巨大的优越性。 1 ．2 模块化设计的过程 模块化设计一般以功能分析和模块划分为核 心o 】，采用自顶向下的设计思想。模块化设计首先 要建立起模块系列型谱，按型谱的横系列、纵系列、 跨系列或全系列进行设计【4 1 ，根据参数的范围确定 设计主参数，按功能分析法建立起不同的模块，且建 立起的模块必须具有以下特征。独立性可以对模 块单独进行生产、调试、改进和储备；互换性模块配 合部位的结构形状和尺寸必须标准化；通用性不仅 实现横系列、纵系列通用，而且实现跨系列通用。 在完成功能分析后，对设计的产品进行模块划 分，主要以部件作为模块，通过相关功能结构的映射 原理，将各功能模块进行层层分解，形成产品的功能 树。如果划分的层次太多，模块间的接口就很难实 现标准化。但是层次也不能太少，太少的话模块设 计的优点也很难体现出来。 模块划分时要注意 1 力求以少数模块组成尽可能多的产品； 2 保持模块在功能及结构方面有一定的独立 性和完整性； 3 模块间的接合要素便于联接与分离。 模块之间的结合面称为接口。为了保证不同功 能模块的组合和相同功能模块的互换，模块应具有 可组合性和可互换性两个特征。对于整体包装设备 生产线，模块接口部分是直接影响整机性能的关键 部位。据统计，整机线阻尼的7 0 ％、刚度的6 0 ％都 决定于各执行功能模块之间的接1 2 I 【5 】。对于一般 的包装设备生产线来说，各功能块之间的接口非常 关键。具有相同功能、不同性能的单元一定要具有 收稿日期2 0 1 0 ．0 6 - 2 8 作者简介姜卫国 1 9 8 2 一 ，男，助理工程师。现主要从事民爆中包包装机械设备及工程技术研究。E - m d j - 9 9 5 2 8 s i t a r ．C O I n 万方数据 2 0 1 0 年1 2 月基于市场需求的工业炸药自动中包生产线的模块化设计姜卫国等 3 1 ． 相同的安装基面和相同的安装尺寸，才能保证模块 的有效组合。 模块化设计的基本过程如图l 所示‘6 1 图1 模块化设计的基本过程 1 ．3 包装机械模块库的建立 对于新产品的研制来说，每种新产品的开发工 作的7 0 ％左右可以直接通过标准的模块和相关零 部件设计完成，剩余的3 0 ％左右的开发工作可以通 过关键的核心创新技术以及模块问的接口技术设计 来完成口】。因此要想形成可重复应用的模块库，必 须使用计算机辅助设计 A u t o e a d 、三维图形设计 S O L I D W O R K S 等软件来进行模块化设计，并使用 数据管理 P D M 将形成的模块库储存到数据库中。 当客户来订单时，便可调用模块库中的模块，进行单 个产品的模块化设计，再通过计算机三维模型即可 仿照客户工作情况进行操作，可演示出能达到的生 产能力、生产线中各环节的匹配情况、模块之间的接 口、生产线的技术瓶颈等，将相关方案总图的模块布 局传达给客户，并可根据客户的意见修改模型，快速 运作，直到客户和设计满意为止。设计人员可针对 模块进行持续的优化和改进，将设计好的模块结合 产品数据管理技术，更容易建立起模块间的信息连 接，形成可扩充的模块系统。系统中不同功能单元 分工明确，各负其责【5 】。 2 民爆中包装箱生产线的模块化设计应用实例 一般来说，中包装箱生产线布局在客户的包装 工房，与客户的前端制药工房的装药机出口对接，通 过药卷输送机将药卷输送到后端的包装设备，能够 包装小药卷0 2 7m i l l 至0 3 5m i l l 规格的中包体。适 用于各种粉状炸药和乳化炸药的自动包装，可以完 成从药卷的自动码卡、自动装袋成型、抽真空、封口 切断并形成中包、自动装箱、投放说明书、自动捆扎 以及成品输送的整个包装工艺过程。具体工艺流程 图见图2 。 图2 中包装箱生产线工艺流程图 通过现有众多民爆中包装箱生产线的现场应用 表明，目前工业炸药自动中包装箱生产线的自动化 工艺过程的核心主要为三大模块码卡模块、中包模 块、装箱模块，其余各功能模块主要完成包装线的工 业炸药的输送转移及相关辅助功能。码卡模块主要 是将前端装药机包装输出的工业炸药，通过输送皮 带按照一定的规律有序地排列在成型的卡座中，形 成4 5 即4 排5 列 矩阵，也可根据特定的客户要 求定制。中包模块的作用主要是将码卡模块形成的 4 5 的矩阵装进包装膜制成的包装袋内，完成每个 中包的横向、纵向封E l ，并可根据客户的要求将包装 的炸药抽真空或不抽。装箱模块主要是将包装好的 每个中包 一般为2 0 支药卷 排列成8 包或6 包 一般为两层 的模型，再装进敞开的纸箱中，并且 能够完成纸箱的封箱。按照图2 的工艺流程图，对 包装生产线进行模块化功能分解，见图3 。 工 业 炸 药 中 包 装 箱 生 产 线 自动装籍 自动捆扎 晓品输送 制系统卜■控制系统卜叫控制系统 图3 工业炸药中包装箱生产线功能分解图 一一一一一一一一一一一 圆圈圆圈圆圆圆圆圆圆圃一 围圉圃一 万方数据 3 2 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s 第3 9 卷第6 期 当接到客户的订单时，首先了解客户的需求，确 定客户的主要技术参数，如包装物料、药卷规格、生 产能力、压缩空气消耗、工作压力、总功率、装箱容 量、纸箱外形尺寸以及其他相关辅助功能要求等，然 后设计人员就可以从基本型的包装机械模块库中开 始选择相关功能模块，按照客户的厂房尺寸开始布 局包装生产线的整体方案总图。当方案总图经过技 术人员的评审和客户的确认之后，设计人员就其中 的相关模块开始设计。 下面就几个我公司生产的民爆中包装箱生产线 的具体应用为例，首先将客户需求的技术参数列表 对比，见表1 。 根据客户需求的技术参数，明确中包装箱生产 线的主要功能模块，然后再根据客户的厂房来确定 整体方案布局，需要进行非标设计的就从包装机械 模块库中提取相关标准模块进行改型设计。 根据表1 中3 个典型客户需求参数相比较，首 先在布局上，相同点是三条包装线的方案布局整体 上都包括上卡、中包、装箱等三大模块。不同点表现 在由于客户I 包装线的产能为3t ／h ，因此确定了整 体方案布局时选择单工位中包机组的布局；而客户 Ⅱ、客户Ⅲ则是产能在年产2 4 0 0 0t 以上的大产能包 装线，在整体布局上则首先选择双工位中包机组的 布局。其次由于客户Ⅱ的包装物料是塑料膜肠式乳 化炸药，前端装药机出来时的药卷都是杂乱无序的， 因此针对客户Ⅱ，在整体方案布局时必须在前端客 户装药机皮带出口与包装线上卡模块的接口之间就 必须加上缓冲整形的模块单元。 根据上述相关原则可以制定出3 个典型客户的 中包装箱生产线总体模块布局图，如图4 一图6 所 示。 通过上述3 种典型客户的包装线方案布局总图 不难发现，在3 种方案中都含有以下基本模块单元 码卡模块、中包模块、装箱模块。 如图4 、图5 、图6 所示，转移卡装置将自动上卡 机计数排列的中包方阵输送到长推包与中包之间， 1 一前端输送；2 一自动码卡机；3 一转移卡机；4 一长推包机； 5 一中包机；6 一体化装箱机；7 一折盖封箱机；8 一检重秤； 9 一捆扎机 图4客户I 民爆中包装箱生产线总体布局模块图 l 一前端输送；2 一整形模块；3 一自动上卡机；4 一转移卡机； 5 一长推包机；6 一中包机；7 一一体化装箱机；8 一检重秤皮带； 9 一折盖封箱机；1 0 一捆扎机 图5 客户Ⅱ民爆中包装箱生产线总体布局模块图 表1 典型客户需求技术参数对比 万方数据 2 0 1 0 年1 2 月基于市场需求的工业炸药自动中包生产线的模块化设计姜卫国等 3 3 1 一前端输送；2 一自动码卡机；3 一转移卡机；4 一长推包机； 5 一中包机；6 一体化装箱机；7 一折盖封箱机；8 一捆扎机 图6 客户Ⅲ民爆中包装箱生产线总体布局模块图 通过长推包的推包板推进中包机的成型筒，成型筒 的托包顶起后，再由长推包板推进中包机的成型筒， 封口切断抽真空后形成中包。再由一体化充填机将 中包排成双层进入到纸箱中，后端纸箱由开箱封底 机专门提供封底的纸箱，供前端不断过来的中包进 箱。后端的配套设备则可以完成成品箱的检重、封 胶、捆扎等功能。 其中，图5 所示的整形模块单元是客户Ⅱ前端 独有的模块单元。因为客户Ⅱ所包装的对象很特 别。由于其前端产能达到每分钟6 0 0 根小药卷，因 此必须有一个设备衔接前端装药机出口与后端包装 线的入口。针对此情况必须添加一个模块单元。该 单元可通过分离皮带机l 、分离皮带机2 的速度层 级递增，使得药卷从杂乱无章的状态在皮带高速运 动中，通过摩擦力使得药卷能够竖直状态下进入槽 型皮带机的皮带荆条间隔的槽中，然后通过槽型皮 带机旋转，使得药卷在槽中随着荆条运动到槽型皮 带机的下方输送皮带上，从而保证以整齐的姿态进 入上卡机的前端人口。此模块单元与后端标准模块 对接，使得整条线运行更加顺畅。 三种核心模块通过不同的布局满足不同客户的 需求。通过不同模块之间的接口，以相关辅助输送 和转移设备，便可将各功能模块有机结合起来，组成 能适应各种产能、各种药卷特质、各种药卷规格以及 能适应各种厂房大小的不同模块布局图。由于三大 基本模块产品技术已经比较成熟，因此可作为成熟 的模块储存到包装机械模块库中。在具体设计的时 候只要考虑其他各辅助功能的设计和相关接L - I 的对 接工作，基本就可以在很短的时间内完成一条包装 线的设计工作。 3 结语 不同的客户由于其不同的技术需求，涉及到大 量的非标设计，因此在分析比较模块化设计优点的 同时，提出基于市场需求的包装机械生产线设计方 法。分析包装生产线的模块组成和系统接口，并以 我公司三地民爆中包装箱生产线的总体布局模块图 作为实例，阐述模块设计在具体客户生产线设计中 的应用。 基于市场需求的模块化设计方法，在缩短设计 周期、提高产品质量、控制产品成本等方面发挥了较 好的作用，但在实际生产中应该具体问题具体分析， 最终满足客户的相应需求。 参考文献 [ 1 ] 浦玉祥，苏军，谷传文．机械的模块化设计在包装领域 的应用[ J ] ．包装与食品机械，2 0 0 2 ，Z O 6 3 1 - 3 2 ． [ 2 ] 施进发，游善华，梁锡昌．机械模块学[ M ] ．重庆重庆 大学出版社，1 9 9 7 7 0 - 7 1 ． [ 3 ] 韩弱，阎萍萍，王晖．面向用户的机械产品模块化设计 技术[ J ] ．国防技术基础，2 0 0 3 4 2 3 - 2 6 ． 【4 ] 侯亮，唐任仲，徐燕申．产品模块化设计理论、技术与 应用研究进展[ J ] ．机械工程学报，2 0 0 4 ，4 0 1 5 6 - 6 1 ． [ 5 ]李光．包装机械模块化设计的研究[ J ] ．包装工程， 2 0 0 2 ，2 3 4 1 7 2 1 7 5 ． [ 6 ] G B ／T 4 1 2 2 ．1 - 1 9 9 6 ，包装术语基础[ S ] ．北京国家技术 监督局，1 9 9 6 ． M o d u l a rD e s i g no ft h eE x p l o s i v eA u t o - p a c k a g i n gL i n eB a s e do nM a r k e tD e m a n d J I A N GW e i g u o ，L IQ ‘l a l l l l u a ，L IH u a i g a n g ，X I A N GT o n g y a n W u H a nR e n 蛀a nP a c k a g eT e c h n o l o g yC o ．，L t d ． H u b e ig r o a n ，4 3 0 2 0 5 [ A B S T R A C T ]A c c o r d i n g t ot h em a r k e td e m a n dO nt h ep r o d u c t i o nt e c h n d o g yo fi n d u s t r i a le x p l o s i v ec a r t r i d g ef o rd i f f e r e n t c i v i le x f l o s i v ec u s t o m e r o ．m o d u l a rd e s i g no ft h ee x p l o s i v ea u t o - p a c k a g i n gl i n eW p ．ap u tf o r w a r dc o m b i n e dt h ek e yt e c h n o l o g y o f 陀l a t e dm o d u l e s ，m a r k e td a b ，d e s i g np r o c e s st e c h n d o g i e s ，a n dS O ∞．A ne x p l o s i v ea u t o - p a c k a g i n gl i n ed e s i g nw a s t a k e na sa ne x a m p l e ，t h r o u g ht h ei n t r o d u c t i o no ft h et h r e et y p i c a lc u s t o m e 髓o fo v e r a l ll a y o u ts c h e m e s ，m o d u l a rd e s i g n s h o w sg o o dp e r f o r m a n c et os h o r t e nt h ed e s i g nc y d e ，i m p r o v ep r o d u c tl i n eq I m l i t y ，a n do ．o n t r o lt h eC o s to ft h ef i n e ． [ K E YW O R D S ] i n d u s t r i a le x p l o s i v e ，m i dp a c k a g ec a s t ，m a r k e td e m a n d ，m o d u l a rd e s i g n 万方数据