1.1 研究背景和目的

隨著市場競爭的不斷加劇，產品的生命周期越來越短，在買方市場下，快速設計制造出滿足客戶要求的產品，將成為企業的第一競爭要素。此外，隨著經濟的發展以及社會的進步，市場對于產品的需求越來越多樣化和個性化。當前的企業生產經營現狀已滿足不了人們逐步增長的物質需求，企業只有不斷創新，不斷研究開發新的產品，即時向市場推出創新性產品，趕超同行，引領行業的發展，才能在外部競爭及市場需求的爭奪上走在前列，立于不敗之地。在當前金融危機對實體經濟的強烈沖擊下，國外消費市場疲軟，企業如何挖掘國內潛在消費市場，如何針對市場已有的需求以及即將形成的消費市場做文章，如何在短時間內開發出新產品，縮短開發周期，降低開發成本，增強市場競爭力，是擺在國內廣大企業面前的問題。

1.1.1 研究背景

本書所研究的×××食品飲料生產企業即面臨這樣的問題。一方面外部競爭環境要求企業不斷推出新產品，以差異化競爭的戰略優勢來贏得市場爭奪的戰爭；另一方面國內軟飲料市場的現狀已滿足不了人們對于飲料產品的多元化需求。因此企業制定了差異化競爭的戰略，這就對企業快速開發制造新產品提出了要求。這其中包括飲料產品的多元化和飲料包裝的個性化和多樣性。飲料產品和飲料包裝的多元化則對飲料灌裝輸送線的設計制造提出了要求。

國內學術界對于灌裝輸送線的主要研究有：高原等［1］對于輸送線上輸送物體前后不匹配的問題進行了研究；王書亭等［2］利用面向對象的方法采用仿真的技術手段對灌裝生產線進行設計；李占輝［3］對液化石油氣灌裝工藝進行了研究；崔榮會等［4］對某企業灌裝輸送線設計制造的系統進行了描述。而對于灌裝輸送線數字化設計的研究，國內相關研究目前略顯不足。

×××企業集團主營業務之一是食品飲料生產，在食品飲料生產所需的飲料灌裝輸送線設計與制造過程中，迫切需要解決的問題有：①灌裝輸送線布局優化設計：由于布局考慮的因素很多，設計人員缺乏相應的信息化工具支持，只能對以前布局方案的適應性進行修改，并通過設計經驗來判斷是否能夠達到設計要求，從而必然會由于考慮不周全而導致灌裝輸送線在現場安裝時很難一步到位，需要對布局進行局部調整，從而導致整個輸送線的設計與制造周期加長。②灌裝輸送線零部件的合理化問題：根據灌裝輸送線的設計流程，在輸送線總體布局確定后，需要確定各種零部件的數量和規格。灌裝輸送線的個性化定制確定了不同輸送線所需的零部件的數量和規格各不相同，從而導致了灌裝輸送線零部件的種類和數量都很多。如何通過數字化設計與制造技術減少灌裝輸送線零部件的數量和種類，是該企業縮短灌裝輸送線設計與制造周期、降低生產成本、提高管理水平的關鍵問題。

1.1.2 研究目的

食品飲料企業在實施產品制造戰略時，根據產品的不同、產能的不同、工廠環境的不同、設備的不同等相關的約束條件，為了實現快速開發制造多樣化的新產品包裝，需要對飲料灌裝過程中使用到的灌裝輸送線進行定制化開發。如何在較短的時間內設計出滿足要求的飲料灌裝輸送線是本書的研究目的。在飲料灌裝輸送線數字化設計過程中，通過數字化設計的手段，減少零部件種類和數量，支持輸送線總體布局、布局運行仿真、輸送線零部件的結構設計、輸送單元設計等，減少現場安裝時的錯誤，以縮短飲料輸送線設計的周期和降低成本為目的。對于食品飲料灌裝輸送線而言，因為場地和產能的要求，每一條生產線都是獨立的，無法通過復制的方法進行重復設計。通過數字化設計的方法可以提高灌裝輸送線的設計效率，減少設計周期，降低設計成本，提升設計質量。本書的具體研究目的為：

（1）建立基于事物特性表（SML）的灌裝輸送線零部件族建模方法

要實現灌裝輸送線數字化設計，對灌裝輸送線零部件進行建模是基礎。基于事物特性表的建模方法是通過定義事物特性表參數，建立幾何模型與事物特性表的關系，通過事物特性表來描述幾何模型的形狀特征。

（2）支持灌裝輸送線數字化設計的變型設計

變型設計是在不改變原有產品基本結構和功能性能的情況下，在原有模型或實例的基礎上，通過改變產品的幾何模型參數來實現的。用參數驅動的變型方法可以快速實現產品的幾何造型，從而實現灌裝輸送線的快速設計。

（3）開發面向灌裝輸送線數字化設計的應用系統

在基于事物特性表的建模技術、變型設計技術的基礎上，研究應用系統的設計和流程，開發支持灌裝輸送線數字化設計的原型系統。