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0755-88840386發(fā)布時(shí)間:2020-06-04 10:28:49 |來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載
本文將基于裝配的設(shè)計(jì)思想引入一種新型自動(dòng)硬幣包裝機(jī)的研制過(guò)程。 根據(jù)已有的二維裝配技術(shù)方案設(shè)計(jì),釆用3D特征造型和虛擬裝配等技術(shù), 應(yīng)用Pro/E系統(tǒng)建立該硬幣包裝機(jī)的三維數(shù)字化樣機(jī),模擬其功能狀態(tài),以實(shí) 現(xiàn)對(duì)所研制的硬幣包裝機(jī)的可裝配性檢驗(yàn)和動(dòng)態(tài)仿真,分析所作初步技術(shù)方 案和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。通過(guò)以上方法,對(duì)原有的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了必要的改 進(jìn)和完善,最后確定了自動(dòng)包裝機(jī)的總體技術(shù)方案,并完成初步的工程設(shè)計(jì). 在對(duì)硬幣自動(dòng)包裝機(jī)的研究和設(shè)計(jì)過(guò)程中,對(duì)如何有效的利用現(xiàn)代設(shè)計(jì)工具 的方法進(jìn)行了有益的嘗試。
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(cè)、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(wèn)題。本文以適 合我國(guó)國(guó)情、性能先進(jìn)、功能完善、符合有關(guān)技術(shù)規(guī)范的全自動(dòng)硬幣包裝技術(shù)和機(jī) 具開發(fā)作為研究選題,以期促進(jìn)該領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)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(guó)貨幣發(fā)行和流通的趨勢(shì)。 在發(fā)達(dá)國(guó)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(jì)發(fā)展相輔相成,由于硬幣具有耐磨損, 流通時(shí)間長(zhǎng),發(fā)行成本低等優(yōu)點(diǎn),推廣輔幣硬幣化對(duì)提高流通貨幣的整潔度有重要 作用。我國(guó)在此方面的發(fā)展遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家的水平(人均硬幣僅為發(fā)達(dá)國(guó)家的 1/20-1/10),在一定程度上制約了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此國(guó)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(guó)的人均占有硬幣量推算,我國(guó)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(chǎng)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(shí)處理大量回收的硬幣;同時(shí)由于現(xiàn)有各金融分支機(jī)構(gòu)的硬幣清點(diǎn)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(chǎng)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(kù)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(shí)用的設(shè)備。因此,對(duì)高性能的硬幣檢測(cè)、清分和自動(dòng)包裝等處理技術(shù)及 其設(shè)備的研究是目前的研究熱點(diǎn)問(wèn)題,對(duì)提高硬幣的使用效率有實(shí)際意義。
調(diào)研表明:本文所涉及的有關(guān)硬幣自動(dòng)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(duì)硬幣的清分和自動(dòng)計(jì)費(fèi)等處理技術(shù)而言,硬幣自動(dòng) 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(jìn)展較慢,成果報(bào)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(dòng)包裝技術(shù)及其設(shè)備作為研 究對(duì)象,開展了研究工作。而對(duì)于對(duì)此類選題,一些省、市的金融部門及有關(guān)單位 也表達(dá)了濃厚的興趣。因此,筆者認(rèn)為,從經(jīng)濟(jì)效益看,有關(guān)的研究的成果有希望 形成新興的光機(jī)電一體化的設(shè)備產(chǎn)業(yè),以滿足市場(chǎng)的需求。從社會(huì)效益看,可以加 快貨幣的回籠和流通,推進(jìn)輔幣硬幣化進(jìn)程,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步.
1.2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀綜述
由于歐美發(fā)達(dá)國(guó)家已基本實(shí)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(dòng)包裝設(shè)備主要有美國(guó)、日本、 德國(guó)等生產(chǎn)商,產(chǎn)品主要供應(yīng)歐美市場(chǎng),但售價(jià)較髙。近年來(lái)國(guó)外廠商已開始注意 我國(guó)的硬幣處理設(shè)備和技術(shù)市場(chǎng),每年一度的“北京國(guó)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(huì)。同時(shí)為了適合今后人民幣處理的需要,有些國(guó)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(diǎn)算包裝機(jī),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(jī),都是一種較先進(jìn)的大型處理設(shè)備。 國(guó)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(dòng)硬幣包裝機(jī),釆用了德國(guó)某公司的核心技術(shù),由對(duì)整機(jī)進(jìn)行軟件漢化完成硬幣的自動(dòng) 包裝。南京造幣廠也生產(chǎn)中鈔長(zhǎng)城硬幣包裝機(jī),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(jià)約30-40萬(wàn)人民幣/臺(tái)。面向的用戶主要是 銀行的貨幣庫(kù)或造幣廠,我國(guó)的一些省級(jí)銀行已有引進(jìn)。但此類設(shè)備并不適合國(guó)內(nèi) 中小用戶,例如各類支行、中小儲(chǔ)蓄所、公交地鐵、超市娛樂(lè)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(jìn)一步加強(qiáng),對(duì)小型多功能硬幣自動(dòng)包裝處理設(shè)備 的研制成為亟待解決的問(wèn)題。
國(guó)內(nèi)外有關(guān)研究部門和高校都很重視這方面的研究工作1995年底清華大學(xué)與昆明某股份有限公司合作,對(duì)日本GLORY Co.的設(shè)備進(jìn)行了仿制,試制成功硬幣包卷機(jī)樣機(jī),經(jīng)試用后用戶反饋其總體性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)際同類機(jī)型八十年代 中后期水平。華北電力大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)融合技術(shù)公司、清華同方公司近年也開 展了有關(guān)的研究,其中融合公司主要研究人民幣紙幣的處理技術(shù),清華同方因介入 較晩,尚未見(jiàn)相關(guān)的成果報(bào)道。華北電力大學(xué)在這一領(lǐng)域有較好的研究基礎(chǔ),并開 發(fā)了部分相關(guān)產(chǎn)品,如硬幣自動(dòng)連續(xù)成卷封口裝置等,可實(shí)現(xiàn)已成卷硬幣的輸送、 包裝、封口等功能。在此基礎(chǔ)上,針對(duì)中小用戶(如儲(chǔ)蓄所、公交等部門)的需求, 華北電力大學(xué)機(jī)龜工程研究所提出了一種實(shí)用的小型臺(tái)式自動(dòng)硬幣包裝機(jī)的初步 設(shè)計(jì)方案。這種小型臺(tái)式自動(dòng)硬幣包裝機(jī)的設(shè)計(jì)功能目標(biāo)是:可實(shí)現(xiàn)七種不同面值 硬幣的自動(dòng)計(jì)數(shù)、包卷和封口;根據(jù)對(duì)硬幣材質(zhì)分析,實(shí)現(xiàn)對(duì)硬幣真?zhèn)蔚淖詣?dòng)鑒別。 上屆研究生通過(guò)對(duì)硬幣自動(dòng)包裝機(jī)及其相關(guān)技術(shù)的研究,提出了包裝機(jī)初步功能規(guī) 劃和方案設(shè)計(jì),并進(jìn)行鑒偽技術(shù)方案和相應(yīng)的裝置的研究。但由于時(shí)間的關(guān)系,未 能就該技術(shù)的總體構(gòu)成和設(shè)計(jì)方案進(jìn)行深入的討論,有關(guān)的初步方案還需要通過(guò)樣 機(jī)的試驗(yàn)驗(yàn)證以檢査其合理性。
由于硬幣的處理技術(shù)構(gòu)成復(fù)雜且涉及多學(xué)科研究領(lǐng)域,同時(shí)受傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式的 限制,設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)早期不能很好的考慮裝配問(wèn)題,導(dǎo)致一種新型包裝機(jī)開發(fā)過(guò)程 中的空間干涉、運(yùn)動(dòng)關(guān)系分析和后續(xù)的裝配等成為“瓶頸"問(wèn)題。為確保設(shè)計(jì)的合 理性一般都是設(shè)計(jì)完成后生產(chǎn)出樣機(jī),當(dāng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí),反饋修改設(shè)計(jì)并再 用樣機(jī)驗(yàn)證,只有通過(guò)周而復(fù)始的設(shè)計(jì)一實(shí)驗(yàn)一設(shè)計(jì)過(guò)程,產(chǎn)品才能達(dá)到要求的性 能。開發(fā)周期長(zhǎng),樣機(jī)制作和實(shí)驗(yàn)費(fèi)用高。目前,隨著虛擬設(shè)計(jì)這一方法的發(fā)展, 國(guó)內(nèi)外專家將虛擬設(shè)計(jì)應(yīng)用于裝配領(lǐng)域產(chǎn)生了虛擬裝配技術(shù),解決了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù) 中的難題。由于引入了虛擬裝配技術(shù),可以生成虛擬樣機(jī),基本上不消耗資源和能 量,也不生產(chǎn)實(shí)際產(chǎn)品,在虛擬環(huán)境下對(duì)零件裝配情況進(jìn)行干涉檢査,可以方便地發(fā)現(xiàn) 設(shè)計(jì)上的錯(cuò)誤,從而將其消除掉,提高了設(shè)計(jì)效率,并降低修正錯(cuò)誤的費(fèi)用。這樣大大 縮短生產(chǎn)周期,提高產(chǎn)品質(zhì)量,降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本,給更多的企業(yè)帶來(lái)更大的收益。
本課題旨在探尋出一條新的設(shè)計(jì)途徑,能夠在虛擬環(huán)境下快速的解決全自動(dòng)硬 幣包裝機(jī)的開發(fā)過(guò)程中裝配干渉以及運(yùn)動(dòng)碰撞等問(wèn)題,提出最佳設(shè)計(jì)方案,縮短設(shè) 計(jì)周期。
1.3基于裝配的設(shè)計(jì)方法概述
基于裝配的設(shè)計(jì)是一種針對(duì)裝配環(huán)節(jié)的統(tǒng)籌兼顧的設(shè)計(jì)思想和方法,即在設(shè)計(jì) 初期把產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程與制造裝配過(guò)程有機(jī)結(jié)合,從設(shè)計(jì)的角度來(lái)保證產(chǎn)品的可裝配 性。引入面向產(chǎn)品裝配過(guò)程的設(shè)計(jì)思想,使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品具有良好的結(jié)構(gòu),能高效地 進(jìn)行物理裝配。它一方面強(qiáng)調(diào)從易于裝配的角度出發(fā),進(jìn)行對(duì)自動(dòng)包裝機(jī)的設(shè)計(jì)的 改進(jìn),以提高產(chǎn)品的研發(fā)效率,減少裝配時(shí)間和費(fèi)用:另一方面強(qiáng)調(diào)了通過(guò)在計(jì)算 機(jī)上以可視化方式展示產(chǎn)品的實(shí)際裝配過(guò)程,適時(shí)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(jì)周期和相關(guān)費(fèi)用,同時(shí)使質(zhì)量得以提高。
本文結(jié)合硬幣包裝機(jī)的研制的特點(diǎn),給出如下具體的定義:基于裝配的設(shè)計(jì)是 在計(jì)算機(jī)上完成產(chǎn)品零部件的實(shí)體造型,并且進(jìn)行計(jì)算機(jī)裝配、干涉分析等多次協(xié) 調(diào)的設(shè)計(jì)過(guò)程,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的三維設(shè)計(jì)過(guò)程與零部件裝配過(guò)程的高度統(tǒng)一。它的成功 有賴于對(duì)產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)進(jìn)程的控制。基于裝配的設(shè)計(jì)方法主要包括設(shè)計(jì)建模過(guò)程、 裝配過(guò)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(shí)體造型是虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)與裝配的基礎(chǔ),它克服了傳 統(tǒng)二維設(shè)計(jì)中僅能以視圖描述零件特征,而不能建立實(shí)體模型的缺點(diǎn),使設(shè)計(jì)在虛 擬環(huán)境中能夠精確地建立三維實(shí)體模型,完整、準(zhǔn)確地描述零部件特征,進(jìn)而設(shè)計(jì) 者能夠以不同的角度,不同的方式對(duì)設(shè)計(jì)迸行分析、評(píng)價(jià)與修改,并與其他零部件 進(jìn)行模擬裝配,從而進(jìn)一步對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)與優(yōu)化。
三維實(shí)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(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)價(jià); 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(jìn)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(jìn)行集成,快速精確地制造設(shè)計(jì)原 型,作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)樣件進(jìn)行性能測(cè)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(guò)程
虛擬裝配過(guò)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(jìn)行設(shè)計(jì)組裝,并進(jìn)行相應(yīng)的檢驗(yàn),從而對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn) 行分析評(píng)價(jià),對(duì)不合理的設(shè)計(jì)進(jìn)行修改,達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。虛擬裝配過(guò)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(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析評(píng)價(jià)及設(shè)計(jì) 修改和裝配效果檢驗(yàn)等。
干涉檢驗(yàn)技術(shù)是基于裝配的設(shè)計(jì)方法中設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)的關(guān)鍵技術(shù)之一,按對(duì)象屬性 分為幾何可行性分析和機(jī)械可行性分析。
幾何可行性分析是指組成產(chǎn)品的各個(gè)級(jí)別的裝配體和零部件機(jī)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(guò) 程中在空間上的幾何干涉性。
機(jī)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(jìn)入接幣套筒內(nèi)等。
在虛擬裝配過(guò)程中,通常進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)干涉檢驗(yàn)。靜態(tài)干涉檢驗(yàn):對(duì)產(chǎn)品零 部件設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)估,在確定裝配結(jié)構(gòu)和總體設(shè)計(jì)后,進(jìn)行零部件細(xì)化設(shè)計(jì),在裝配 過(guò)程中靜態(tài)檢驗(yàn)零部件之間的干涉、間隙等,并根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果對(duì)零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)修 改,從而得到正確的設(shè)計(jì);動(dòng)態(tài)干涉檢驗(yàn):對(duì)產(chǎn)品可裝配性進(jìn)行評(píng)估,在產(chǎn)品裝配 過(guò)程中,根據(jù)零部件的裝配路徑、裝配關(guān)系和約束條件,進(jìn)行裝配姿態(tài)調(diào)整,修改, 直到得到正確的設(shè)計(jì)。
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(dòng)硬幣包裝機(jī)的設(shè)計(jì)和研發(fā)過(guò)程, 以期能解決硬幣包裝機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程的某些瓶頸問(wèn)題?;灸繕?biāo)是在上屆研究生初 步設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上,完善并確定總體技術(shù)構(gòu)成;并通過(guò)虛擬裝配技術(shù)完成硬幣包 裝機(jī)虛擬的數(shù)字樣機(jī)制作;通過(guò)對(duì)包裝機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的仿真模擬結(jié)果,經(jīng)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)后, 完成產(chǎn)品的技術(shù)方案設(shè)計(jì)。
L 4. 2需要解決的技術(shù)關(guān)鍵
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