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隨著硬幣的推廣使用，僅依靠手工方式已不能滿足大量硬幣處理的要求。亟待 提高硬幣檢測、清分和包裝等相關(guān)技術(shù)的研究和高性能設(shè)備的開發(fā)問題。本文以適 合我國國情、性能先進、功能完善、符合有關(guān)技術(shù)規(guī)范的全自動硬幣包裝技術(shù)和機 具開發(fā)作為研究選題，以期促進該領(lǐng)域的技術(shù)進步。

1.1本課題的研究背景及意義

大面值貨幣電子化、小面值貨幣（輔幣）硬幣化是各國貨幣發(fā)行和流通的趨勢。 在發(fā)達國家，電子貨幣（信用卡）的應(yīng)用已較為普遍，現(xiàn)金流量并不大，但硬幣的推 廣程度卻較高。研究表明：輔幣硬幣化與經(jīng)濟發(fā)展相輔相成，由于硬幣具有耐磨損， 流通時間長，發(fā)行成本低等優(yōu)點，推廣輔幣硬幣化對提高流通貨幣的整潔度有重要 作用。我國在此方面的發(fā)展遠低于發(fā)達國家的水平（人均硬幣僅為發(fā)達國家的 1/20-1/10），在一定程度上制約了經(jīng)濟的發(fā)展。因此國家有關(guān)部門已將推廣、普及 輔幣硬幣化列入日程。

硬幣的推廣與配套的硬幣處理技術(shù)密切相關(guān)，這是由于硬幣調(diào)入量和需要量巨 大（若按美國的人均占有硬幣量推算，我國應(yīng)有千億元以上的硬幣流通，即使不考 慮農(nóng)村，硬幣流通量也至少有幾百億元之巨）。因而，近年硬幣的回籠已成為影響 硬幣流通市場的關(guān)鍵，缺乏相應(yīng)的硬幣處理技術(shù)和設(shè)備是造成這種情況的主要原因 之一。其主要表現(xiàn)在：集中收取硬幣的單位（如公交部門）由于缺乏必要的技術(shù)支持, 很難及時處理大量回收的硬幣；同時由于現(xiàn)有各金融分支機構(gòu)的硬幣清點和包裝等 技術(shù)處理環(huán)節(jié)基本處于手工操作階段，導(dǎo)致硬幣的回籠和周轉(zhuǎn)成本也較高。這樣， 一方面直接導(dǎo)致了市場的輔幣供應(yīng)量不足，而另一方面卻出現(xiàn)了局部的大量硬幣沉 積且一些商業(yè)銀行的硬幣庫存量大的奇怪現(xiàn)象。究其原因，是缺乏相應(yīng)的硬幣處理 技術(shù)和和實用的設(shè)備。因此，對高性能的硬幣檢測、清分和自動包裝等處理技術(shù)及 其設(shè)備的研究是目前的研究熱點問題，對提高硬幣的使用效率有實際意義。

調(diào)研表明：本文所涉及的有關(guān)硬幣自動包裝技術(shù)及其設(shè)備的研究，是硬幣處理 技術(shù)的重要組成部分。由于相對硬幣的清分和自動計費等處理技術(shù)而言，硬幣自動 包裝的技術(shù)構(gòu)成要復(fù)雜的多，與之相關(guān)的技術(shù)和設(shè)備的研究進展較慢，成果報道也 較少。正是由于上述的原因，往屆研究生已經(jīng)以硬幣自動包裝技術(shù)及其設(shè)備作為研 究對象，開展了研究工作。而對于對此類選題，一些省、市的金融部門及有關(guān)單位 也表達了濃厚的興趣。因此，筆者認為，從經(jīng)濟效益看，有關(guān)的研究的成果有希望 形成新興的光機電一體化的設(shè)備產(chǎn)業(yè)，以滿足市場的需求。從社會效益看，可以加 快貨幣的回籠和流通，推進輔幣硬幣化進程，促進經(jīng)濟的進步.

1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀綜述

由于歐美發(fā)達國家已基本實現(xiàn)輔幣的硬幣化，與硬幣處理技術(shù)有關(guān)的研究工作 開展也較早，并形成了相關(guān)的設(shè)備產(chǎn)業(yè)。目前硬幣自動包裝設(shè)備主要有美國、日本、 德國等生產(chǎn)商，產(chǎn)品主要供應(yīng)歐美市場，但售價較髙。近年來國外廠商已開始注意 我國的硬幣處理設(shè)備和技術(shù)市場，每年一度的“北京國際金融技術(shù)與設(shè)備展覽"都 有著名廠商及其有關(guān)技術(shù)產(chǎn)品參會。同時為了適合今后人民幣處理的需要，有些國外公司已開始著手有關(guān)研發(fā)工作。其中有日本的GLORY （光榮）公司生產(chǎn)的硬幣點算包裝機，日本的某公司生產(chǎn)的LACT6、勞 雷爾LPC-2S等包括硬幣清分、包裝的一體機，都是一種較先進的大型處理設(shè)備。 國內(nèi)此類相關(guān)產(chǎn)品有蘇州某電子科技有限公司生產(chǎn)的少士全自動硬幣包裝機，釆用了德國某公司的核心技術(shù)，由對整機進行軟件漢化完成硬幣的自動 包裝。南京造幣廠也生產(chǎn)中鈔長城硬幣包裝機，其結(jié)構(gòu)形式與日本產(chǎn)品相似。此類設(shè)備體積一般都比較大，售價約30-40萬人民幣/臺。面向的用戶主要是 銀行的貨幣庫或造幣廠，我國的一些省級銀行已有引進。但此類設(shè)備并不適合國內(nèi) 中小用戶，例如各類支行、中小儲蓄所、公交地鐵、超市娛樂等企業(yè)。隨著硬幣處 理業(yè)務(wù)的開展和硬幣流通作用的進一步加強，對小型多功能硬幣自動包裝處理設(shè)備 的研制成為亟待解決的問題。

基于裝配的設(shè)計是一種針對裝配環(huán)節(jié)的統(tǒng)籌兼顧的設(shè)計思想和方法，即在設(shè)計 初期把產(chǎn)品設(shè)計過程與制造裝配過程有機結(jié)合，從設(shè)計的角度來保證產(chǎn)品的可裝配 性。引入面向產(chǎn)品裝配過程的設(shè)計思想，使設(shè)計的產(chǎn)品具有良好的結(jié)構(gòu)，能高效地 進行物理裝配。它一方面強調(diào)從易于裝配的角度出發(fā)，進行對自動包裝機的設(shè)計的 改進，以提高產(chǎn)品的研發(fā)效率，減少裝配時間和費用：另一方面強調(diào)了通過在計算 機上以可視化方式展示產(chǎn)品的實際裝配過程，適時檢査產(chǎn)品的可裝配性0它與傳統(tǒng) 的產(chǎn)品研發(fā)方法比較，可以有效地減少設(shè)計周期和相關(guān)費用，同時使質(zhì)量得以提高。

本文結(jié)合硬幣包裝機的研制的特點，給出如下具體的定義：基于裝配的設(shè)計是 在計算機上完成產(chǎn)品零部件的實體造型，并且進行計算機裝配、干涉分析等多次協(xié) 調(diào)的設(shè)計過程，實現(xiàn)產(chǎn)品的三維設(shè)計過程與零部件裝配過程的高度統(tǒng)一。它的成功 有賴于對產(chǎn)品總體設(shè)計進程的控制?；谘b配的設(shè)計方法主要包括設(shè)計建模過程、 裝配過程和裝配仿真三部分。

1.3.1建模

零部件的虛擬三維建模與實體造型是虛擬產(chǎn)品設(shè)計與裝配的基礎(chǔ)，它克服了傳 統(tǒng)二維設(shè)計中僅能以視圖描述零件特征，而不能建立實體模型的缺點，使設(shè)計在虛 擬環(huán)境中能夠精確地建立三維實體模型，完整、準確地描述零部件特征，進而設(shè)計 者能夠以不同的角度，不同的方式對設(shè)計迸行分析、評價與修改，并與其他零部件 進行模擬裝配，從而進一步對整個設(shè)計進行分析、評價與優(yōu)化。

三維實體建模與造型可以完成以下功能：

•精確、清楚地描述復(fù)雜形體并形象逼真地表示、更好地對設(shè)計進行評價； 在三維模型的基礎(chǔ)上自由地、隨意地生成各種二維視圖和畫面； •進行空間布局和裝配研究，以及干涉碰撞檢查.

•可以直接與各種快速原型制造技術(shù)進行集成，快速精確地制造設(shè)計原 型，作為產(chǎn)品設(shè)計樣件進行性能測試；

•為NC編程提供精確數(shù)據(jù)，用于產(chǎn)品的生產(chǎn)。

1.3.2虛擬裝配過程

虛擬裝配過程是在完成零部件三維建模與造型的基礎(chǔ)上，根據(jù)零部件之間裝配 關(guān)系和約束條件，在虛擬環(huán)境中進行設(shè)計組裝，并進行相應(yīng)的檢驗，從而對設(shè)計進 行分析評價，對不合理的設(shè)計進行修改，達到優(yōu)化設(shè)計的目的。虛擬裝配過程主要 包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析，裝配關(guān)系確定和產(chǎn)品組裝，各類檢驗進行設(shè)計分析評價及設(shè)計 修改和裝配效果檢驗等。

3. 3干涉檢驗技術(shù)

干涉檢驗技術(shù)是基于裝配的設(shè)計方法中設(shè)計評價的關(guān)鍵技術(shù)之一，按對象屬性 分為幾何可行性分析和機械可行性分析。

幾何可行性分析是指組成產(chǎn)品的各個級別的裝配體和零部件機械集合上的干 涉檢査，包括零部件在裝配體中的靜態(tài)空間位置相交性和零部件在構(gòu)成產(chǎn)品裝配過 程中在空間上的幾何干涉性。

機械可行性分析是指能夠建立起零件之間的裝配關(guān)系、裝配操作空間是否足夠 大，如夾桿是否能進入接幣套筒內(nèi)等。

在虛擬裝配過程中，通常進行靜態(tài)和動態(tài)干涉檢驗。靜態(tài)干涉檢驗：對產(chǎn)品零 部件設(shè)計進行評估，在確定裝配結(jié)構(gòu)和總體設(shè)計后，進行零部件細化設(shè)計，在裝配 過程中靜態(tài)檢驗零部件之間的干涉、間隙等，并根據(jù)檢驗結(jié)果對零部件進行設(shè)計修 改，從而得到正確的設(shè)計；動態(tài)干涉檢驗：對產(chǎn)品可裝配性進行評估，在產(chǎn)品裝配 過程中，根據(jù)零部件的裝配路徑、裝配關(guān)系和約束條件，進行裝配姿態(tài)調(diào)整，修改， 直到得到正確的設(shè)計。

1.4本論文主要研究工作

本文的研究旨在將虛擬裝配技術(shù)引入到全自動硬幣包裝機的設(shè)計和研發(fā)過程， 以期能解決硬幣包裝機產(chǎn)品設(shè)計過程的某些瓶頸問題。基本目標是在上屆研究生初 步設(shè)計方案的基礎(chǔ)上，完善并確定總體技術(shù)構(gòu)成；并通過虛擬裝配技術(shù)完成硬幣包 裝機虛擬的數(shù)字樣機制作；通過對包裝機運動狀態(tài)的仿真模擬結(jié)果，經(jīng)協(xié)調(diào)設(shè)計后, 完成產(chǎn)品的技術(shù)方案設(shè)計。

4. 1論文的主要研究內(nèi)容

1. 根據(jù)設(shè)計要求，結(jié)合硬幣（包括人民幣、歐美主要輔助貨幣）的構(gòu)成、主要 特征以及銀行的貨幣回收規(guī)程，分析并確定適合系列硬幣（如七種人民幣硬幣）自 動包裝處理的方法和設(shè)備的總體技術(shù)構(gòu)成.
2. 基于虛擬裝配技術(shù)和以往研究的相關(guān)成果，研究自動硬幣包裝機的數(shù)字化樣 機的生成方法和具體技術(shù)。
3. 應(yīng)用數(shù)字化樣機和仿真技術(shù)，對產(chǎn)品裝配后的主要零部件的運動關(guān)系進行 動、靜態(tài)干涉檢査和分析。并在此基礎(chǔ)上，修改設(shè)計參數(shù)或結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，以解決 干涉問題。
4. 通過對運動仿真的結(jié)果的評價，檢查所作設(shè)計的各執(zhí)行機構(gòu)是否滿足性能 要求，各相關(guān)零部件的動作是否協(xié)調(diào)，最后完成本產(chǎn)品的技術(shù)方案設(shè)計。

L 4. 2需要解決的技術(shù)關(guān)鍵

1. 在分析亠般產(chǎn)品設(shè)計過程基礎(chǔ)上，進行有關(guān)設(shè)計方法的討論和研究，確定適合 新型自動硬幣包裝機研究特點的設(shè)計方法，能有效解決新型硬幣自動包裝機設(shè)計過 程中疑難問題。
2. 用Pro/Engineer進行造型要建立合理的建模順序。根據(jù)產(chǎn)品的主要結(jié)構(gòu)建 立特征曲線，通過對產(chǎn)品進行分解，確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的主要特征，分清哪些是基本面 （例如配合面、保證產(chǎn)品外形輪廓扁的曲面等），哪些是過渡面（即面與面之間的過渡, 以及倒圓、倒角等），然后從基本面入手，保證重點，產(chǎn)生一個合理的造型。
3. 合理選擇虛擬裝配的方法，確定裝配層次、順序、裝配約束等。
4. 對樣機存在的靜態(tài)干涉問題，具體問題具體對待，少數(shù)裝配件確實有干涉現(xiàn) 象，屬于設(shè)計問題，應(yīng)及時修改；彈性元件、過盈配合等必然存在的干涉問題不必 修改。
5. 對虛擬運動仿真結(jié)果的評價也是一項關(guān)鍵技術(shù)。

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