2022年, 第0卷, 第17期　
刊出日期：2022-09-22

  

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  塑料包装废弃物的化学回收技术研究进展

  宿健, 李佳慧, 方长青, 杨曼楠, 江志伟

  . 2022, (17): 1-10. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.001

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  目的 以聚烯烃和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为研究对象综述近5年来塑料包装废弃物的化学回收技术，以期为塑料包装废弃物的资源化技术发展趋势提供参考。方法 通过收集与整理相关文献，阐述聚烯烃类以及PET包装废弃物的化学回收方法、常用催化剂、反应装置等，分析催化剂、反应装置、反应温度等条件对产物收率、成分的影响。结论 未来短期内柔性包装材料仍然会以聚烯烃、聚酯等传统石油基材料为主。化学回收是废塑料资源化的一种重要手段，传统催化剂的改良、新型催化剂的开发以及反应装置的优化将是该领域未来的研究重点。
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  云杉碳点的制备及其在甲醛检测中的应用

  李影, 刘凯, 胡妙言, 徐丽, 张榅清, 徐长妍

  . 2022, (17): 11-19. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.002

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  目的 为云杉木包装箱废弃物的二次利用提供新的途径。方法 将废弃的云杉木包装作为碳源，采用高温高压水热法，在180 ℃下反应10 h，制得云杉碳点(Spruce carbon dots，S−CDs)，并将其应用于甲醛检测。通过透射电镜(HRTEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射仪(XRD)等仪器对S−CDs的形貌、晶型结构、化学组成和光学性能进行表征。结果 S−CDs呈类球状，平均粒径为3.49 nm，量子产率为0.45%，其表面含有C—O、C=O、N—H等基团，水溶性较好，在365 nm紫外灯下会发出蓝色的荧光。采用比值荧光法将S−CDs应用于甲醛检测，S−CDs对甲醛表现出较好的响应性，在甲醛浓度为0~1 mmol/L内，其溶液的荧光强度F427/F490与甲醛浓度之间呈现良好的线性关系(R²=0.968)，检出极限值(LOD)达到0.045 mmol/L。结论 以云杉废弃木包装为单一碳源，成功地制备出可应用于甲醛检测的S−CDs，实现了废弃云杉木包装的二次利用和功能化。
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  氮化硼/脂肪酸复合相变材料的形状稳定性和导热性分析

  徐众, 吴恩辉, 侯静, 李军, 黄平

  . 2022, (17): 20-28. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.003

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  目的 探究氮化硼(BN)对月桂酸(LA)、肉豆蔻酸(MA)、棕榈酸(PA)和硬脂酸(SA)等4种脂肪酸(FA)的形状稳定性和导热性的影响。方法 将FA融化后，添加BN，在熔融状态下共混，制备出4种不同的成型复合相变材料，并分析BN的添加量、光−热转换、储热时间和温度对复合相变材料的密度和形状稳定性的影响，以及BN添加量对FA相变材料热导率的影响。结果 复合相变材料的密度随着BN添加量的增加呈线性增大趋势，稳定性也随之增强，在4种FA中添加BN的最佳质量分数分别为68%、69%、69%、68%;复合相变材料的泄漏率随着储热时间的增加呈线性增大趋势，在储热12 h时其泄漏率小于0.6%，泄漏率随着储热温度的升高而增大，在高于熔点25 ℃左右条件下加热3 h，泄漏率低于0.1%;材料经过4次光−热转换后，其泄漏率小于0.4 %;复合材料的热导率分别比纯FA的热导率提高了401.91%、597.92%、353.74%、304.95%。结论 制备的成型复合相变材料具有不同的储能温度、导热性能和稳定性，可以作为运输过程中的保温材料。
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  纸浆纤维−聚碳酸酯复合材料

  王旷, 邓巧云, 卜香婷, 韩雨潼, 李大纲

  . 2022, (17): 29-35. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.004

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  目的 采用可再生的纸浆纤维和功能塑料聚碳酸酯(PC)制备功能木塑复合材料，探究硼酸处理对复合材料相关性能的影响，进一步拓展材料在工程领域的应用。方法 配制质量分数为5%的硼酸溶液，将部分纸浆纤维放入硼酸溶液中浸渍2 h，将纸浆纤维与PC混合后，用双螺旋挤出机进行熔融加工，再用微型注塑机注塑成型,制备出复合材料。结果 经硼酸处理后的复合材料，在添加质量分数为30%的纸浆纤维时，复合材料的弹性模量达到4.31 GPa，比添加同样纤维含量的未经过硼酸处理的复合材料高16%:同时，与纯PC的弹性模量相比提高了90%。结论 采用硼酸处理可以提高纸浆纤维的热稳定性，可进一步提高复合材料的力学强度。PC是一种生活中常见的功能塑料，其本身具有优良的力学性能，硼酸的处理和纸浆纤维的加入使其力学性能进一步提升，有望作为结构材料应用于集装箱、托盘等方面，在包装领域有较好的应用前景。
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  分散剂和树脂对导电油墨导电性能的影响

  陈云阳, 杨景智, 高智勇

  . 2022, (17): 36-41. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.005

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  目的 探究提升碳系水性导电油墨导电性能的方法，主要研究分散剂和树脂的含量对碳系水性导电油墨导电性能的影响。方法 使用W−190分散剂和水性丙烯酸树脂，采用双因素法，保持分散剂和树脂的总质量在油墨中的占比固定，且其他组分在油墨中的占比也不变，通过改变分散剂与树脂之间的比例，制备多组碳系水性电热油墨。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)观察各组碳系水性导电油墨，测试油墨的黏度、方阻，探究导电油墨的形貌和导电性。结果 通过改变分散剂与树脂的质量比值，会对导电油墨的导电性能产生较大影响。在其他条件一定的情况下，随着分散剂与树脂的质量比值的增加，碳系水性导电油墨的导电性呈先降低再升高的趋势。结论 分散剂与树脂的质量比对导电油墨的导电性具有较大影响，当分散剂与树脂的质量比为2.5∶1时，在分散研磨60 min后，碳系水性导电油墨的黏度最大值为11.1 Pa.s，方阻最小值为4.3 Ω/□，此时导电性相对最佳。
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  全脂奶粉包装内外水分传质及其防潮包装货架期预测

  蔡佳昂, 卢立新, 卢莉璟, 潘嘹

  . 2022, (17): 42-48. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.006

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  目的 综合考虑环境、包装和产品三者之间的相互影响，预测全脂奶粉防潮包装的货架期。方法 应用等温吸湿模型表征全脂奶粉的吸湿特性，考虑温度对包装材料的透湿性和产品的吸湿特性等的影响，综合感官评定指标，建立基于温度、湿度影响的全脂奶粉防潮包装货架期预测模型。在相对湿度(70±1)%、温度(37±1)℃下，对不同水蒸气渗透性膜包装的全脂奶粉进行加速试验，验证所建模型的有效性。结果 GDW(Generalised D'Arcy and Watt)模型可有效表征全脂奶粉的吸湿特性，全脂奶粉的货架期临界水分含量(质量分数)为4.85%。在加速试验条件下，聚乙烯膜、铝塑复合膜袋装奶粉的货架期预测值分别为89、249 d，建立的全脂奶粉防潮包装货架期预测模型的准确性较高(相对偏差低于6%)。结论 温度对全脂奶粉的吸湿特性和包装材料的透湿性能的影响显著，建立温度适用性更广的防潮包装货架期预测模型，可为粉状乳制品货架期的研究及实际生产应用提供支撑。
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  花青素在食品质量指示中的应用进展

  乔世豪, 王强, 胡露丹, 马良, 张宇昊, 王洪霞

  . 2022, (17): 49-58. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.007

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  目的 总结近年国内外花青素在食品质量指示中的相关研究与进展。方法 整理归纳国内外文献，查阅总结近几年相关文献及实验成果，综述花青素对pH的响应机理及其与生物大分子可能存在的相互作用，概述花青素在食品质量指示中的应用进展。结果 花青素作为广泛存在于植物中的水溶性天然色素，对pH具有较高的敏感性和响应性，可以与生物大分子相结合，并有效负载于大分子中，以此复合成安全、可降解且具有pH指示功能的智能材料，可以揭示食品的变质过程。结论 花青素与多糖、蛋白等物质可以通过氢键作用、静电作用、范德华力等进行有效复合，形成的花青素基智能材料可应用于常见食品(猪肉、鱼虾、牛奶)的新鲜度指示中，为其在食品质量指示中的进一步研究应用提供参考。
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  差分拉曼光谱结合XRF对塑料药瓶的多元分类研究

  田陆川, 姜红, 陈坦之, 高永照, 李春雷, 屈音璇, 刘峰

  . 2022, (17): 59-65. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.008

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  目的 构建一种药瓶的分类及预测模型。方法 利用差分拉曼光谱和X射线荧光光谱对54个不同品牌和产地的塑料药瓶进行分析检验。结果 得到了54个样品的差分拉曼谱图及Cl、Ca、Ti、Fe、Zn等元素的含量。利用主成分分析对差分拉曼光谱数据进行降维，再利用系统聚类将降维后的数据分为8类，并以此为依据建立判别分析模型，最终判别模型经交叉验证可知准确率达到90.7%，多层感知器的分类准确率为100%，分类效果较好。结论 差分拉曼光谱可以根据谱图中的特征峰推断样品的分子结构，并且可以根据峰位对样品进行分类，并建立分析模型，X射线荧光光谱可以通过各元素的种类和含量的不同对样品进行区分，实现组内的细化。差分拉曼光谱和X射线荧光光谱可以分别从有机和无机的角度对药瓶进行分类，在分析上可以优势互补，可为公安机关实际办案探索出一种新的光谱联用角度和方法。
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  不同包装容器对劲酒品质的影响

  屈娜, 陈彦和, 柳念, 杨跃军, 张亚方

  . 2022, (17): 66-71. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.009

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  目的 研究包装容器对酒体品质的影响因素，为劲酒包装容器的选择提供科学的数据支撑。方法 采用光学透过率测试仪对不同包装容器的透光率进行了测定，并对贮存2年的劲酒的总黄酮含量、总皂苷含量、色率、淫羊藿苷含量、口感进行分析，数据分析的方法为随机区组设计资料的方差分析。结果 无色玻璃瓶、PET瓶透光率高达90%以上，深色瓶、涂漆瓶、陶瓷瓶、不锈钢瓶透光率均极小。总体来说高硼硅玻璃瓶和PET瓶储存的劲酒均有不同程度的颜色变浅，总黄酮、总皂苷含量降低，口感变差，其他容器储存的酒体之间没有明显差异，且它的总体品质要高于高硼硅玻璃瓶和PET瓶储存酒体的总体品质。结论 包装容器的透光性会对劲酒的品质产生影响，避光包装容器可能更适合劲酒的储存，避光容器的材质和形状对劲酒品质基本没有影响;对于透光性容器，容器形状可能影响劲酒品质，相较于圆柱型的包装容器，扁平型的可能更能保护劲酒品质。
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  矩形与X形组合蜂窝异面缓冲性能的研究

  王淼, 宋正美, 许亚利, 焦思涵, 郭冯琳, 孙德强

  . 2022, (17): 72-81. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.010

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  目的 为了研究矩形与X形组合蜂窝材料在异面冲击载荷下的缓冲吸能特性，建立矩形与X形组合蜂窝的有限元模型，分析在不同冲击条件下组合蜂窝结构的能量吸收、动态平台应力及其变形模式。方法 借助ANSYS/LS–DYNA软件建立可靠的基于单元阵列的异面缓冲性能有限元分析模型，基于该模型在不同结构参数和冲击速度下进行异面动态冲击仿真分析，将结果以图表等形式进行展示。结果 组合蜂窝结构的异面缓冲性能较矩形、X形蜂窝结构更为优异。当相对密度一定时，随着扩展角的增大，组合蜂窝结构的缓冲性能会有一定提升。扩展角为90°的组合蜂窝结构与扩展角为70°、50°和30°的组合蜂窝相比，其单位体积能量吸收值分别提高了3.77%、4.53%和26.95%。异面动态平台应力与冲击速度和结构参数之间，可用某一确定的曲线关系进行拟合。结论 矩形与X形蜂窝之间会产生较强的耦合效应，使组合蜂窝结构的接触载荷和总能量吸收值均大于两者之和;冲击速度对变形模式的影响较大，在冲击载荷下存在3种变形模式，但壁厚的改变对变形模式并未产生明显影响。当扩展角和冲击速度一定时，组合蜂窝异面动态平台应力与壁厚边长比呈二次曲线关系;给定扩展角和壁厚时，异面动态平台应力与冲击速度呈一次曲线关系。
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  基于TPU材料的Kelvin结构缓冲性能研究

  于敏, 周斌, 郑银环

  . 2022, (17): 82-92. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.011

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  目的 探究TPU材料Kelvin结构缓冲性能，为包装缓冲减振提供新方案。方法 设计不同尺寸规格的Kelvin结构及正六边形结构，利用3D打印完成实体成型，开展力学压缩试验，进行对比分析。结果 TPU材料Kelvin结构具备较优良的压缩回弹率;随着相对密度、尺寸等级的不断增加，其最大应力相应增加;中等尺寸规格情况下，其力学性能最优;在吸收相同能量的情况下，TPU材料的Kelvin结构的应力小于正六边形结构。结论 TPU材料的Kelvin结构具备较优良的力学性能，有一定的工程适应性。
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  球体斜碰撞下包装材料能量传递及转换的试验研究

  王庆朋, 李威, 王恒, 王振锋, 李德峰, 徐广印

  . 2022, (17): 93-101. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.012

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  目的 针对在球体斜碰撞过程中，包装材料界面能量变化及其量化表征的问题，基于碰撞接触面的几何特征，提出外加能量吸收率、传递率和转换率的计算模型。方法 首先，分析球体斜碰撞接触面的几何特征，利用基圆和滑移面面积建立能量吸收率、传递率，以及不同方向能量比率的数学表达式。然后，通过搭建球体自由跌落斜碰撞测试平台，分析冲击角、衬垫厚度、跌落高度、球体直径和材料密度对能量参量的影响。结果 通过碰撞接触面积计算能量吸收率和转换率，遵循了能量守恒定律，具有可行性;能量吸收率在75%以上，并随着跌落高度、球体直径和密度增加而变大，而冲击角对能量吸收率的影响较小;法向能量比率随着冲击角增加、球体直径减小而下降，切向能量比率与此相反，跌落高度和密度对能量比率无明显影响;在给定工况下，衬垫的最佳吸能厚度为4 mm。结论 文中的分析有助于包装材料碰撞界面处能量变化以及接触特性的研究。
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  新型准零刚度果蔬运输隔振系统设计

  铁世萃, 王花兰

  . 2022, (17): 102-108. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.013

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  目的 为避免果蔬在运输过程中因振动造成损伤，导致价值下降，基于准零刚度隔振技术，提出一种采用紧凑、高效的弹簧–滚轮–滚珠负刚度机构的新型果蔬运输隔振箱装置。方法 首先，基于弹簧–滚轮–滚珠负刚度机构与垂向正刚度弹簧并联的方式设计准零刚度果蔬运输隔振系统结构;其次，分析其静力学特性，推导该非线性隔振装置的刚度特性;最后，在果蔬运输系统模型运动微分方程基础上建立Simulink仿真模型，研究在C级路面激励下，该新型运输隔振系统的动态隔振特性。结果 研究结果表明，通过合理的结构参数设计，该隔振装置在平衡点附近将具有高静态刚度、低动态刚度的准零刚度特性。在C级路面激励下，该新型运输隔振系统的振动位移峰的峰值相较于对应线性系统的衰减约29.3%，加速度均方根值衰减约97.3%。结论 设计合理的新型果蔬运输系统的隔振效率优于对应的线性隔振系统的。
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  面向大型构件印刷的并联驱动双向转动机械臂运动学分析

  宁峰平, 李瑞琴, 张磊, 王远

  . 2022, (17): 109-115. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.014

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  目的 为实现工作臂末端到达平面或曲面内特定位置，提出一种应用于大型构件印刷的2–UCU/U并联驱动双向转动机械臂。方法 应用螺旋理论分析2–UCU/U机构的约束螺旋系，得出该机构的自由度，验证输入选取的合理性。利用封闭矢量法，求解得出机构的位置反解，建立速度雅可比矩阵。使用搜索法，借助Matlab求得机构的工作空间，分析机构输入与输出运动关系。结果 求解得到2–UCU/U并联驱动双向转动机械臂的工作空间，其形状为球形曲面;分析表明，该机构的运动为俯仰和偏航2个方向的转动。结论 驱动副的同向运动实现工作臂的仰俯运动，驱动副的反向运动实现工作臂的偏航运动，因此可使工作臂末端到达工作面所需位置，最终可使连于工作臂末端的工具在特定位置工作。
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  基于模型设计的上光机干燥控制系统研究

  杨梅, 张梅蕊, 朱茜琳, 张明鸣, 靳露, 张宏轩, 焦慧敏

  . 2022, (17): 116-122. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.015

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  目的 因干燥系统的控制参数具有时滞性、非线性而难于控制，文中尝试一种更适用干燥对象的控制策略优化控制效果。方法 通过分析上光机水性上光油干燥的工作原理，建立包含印品传输速度和送风量等因素的干燥模型，构造上光机干燥系统仿真平台，设计适合滞后被控参数的Smith预测及PID复合控制算法。依据水性上光油干燥需求设计以S7–1500为控制核心、碳系发热板为热源的干燥硬件系统，利用基于模型设计方法开发PLC的温度控制程序。结果 文中将Smith预测算法引入了上光干燥系统，使干燥系统温度响应达到超调量为0，无稳态误差，相对于PID控制大大缩减了调节时间。运用模型设计方法，设计和实现了基于PLC的干燥控制系统，将基于碳系材料的发热源应用于水性上光油干燥系统中。结论 Smith预测算法适用于带有延迟因子的上光机干燥系统，在印刷干燥领域引入基于模型的设计方法，便于先进控制策略在印刷包装行业中的研究与开发。
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  新型滚动轴承结构参数对印刷压力的影响

  杨文, 颜伟, 余江鸿, 姚齐水, 黄剑锋, 邝允新

  . 2022, (17): 123-129. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.016

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  目的 为优化印刷滚筒的挠曲变形，有效提升其支承性能，改善印刷滚筒的压力分布。方法 选择预负荷弹性复合圆柱滚子轴承作为变刚度印刷滚筒传动支承部件，基于等效刚度模型计算不同填充度预负荷弹性复合圆柱滚子轴承的刚度，分析预负荷弹性复合圆柱滚子轴承结构参数变化对刚度的影响，构建变刚度印刷滚筒支承系统力学模型，通过有限元仿真分析预负荷弹性复合圆柱滚子轴承刚度对变刚度印刷滚筒印刷压力的影响。结果 结果表明，随着滚动体填充度的增加，预负荷弹性复合圆柱滚子轴承的径向刚度减小，变刚度印刷滚筒挠曲变形不同程度增大，结合疲劳寿命角度综合考虑，选择填充度在45%~50%的预负荷弹性复合圆柱滚子轴承作为印刷滚筒的弹性支承，其最大挠曲变形量较普通圆柱滚子轴承平均下降了9.5%。结论 在保证了疲劳寿命的前提下，有效改善了印刷滚筒压力分布的均匀性，提升了印刷质量。
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  人造板上下料机械手的动力学分析及仿真

  孙锐, 薛勃, 王鑫, 杨春梅, 宋文龙

  . 2022, (17): 130-139. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.017

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  目的 实现包装生产线上的自动化搬运作业，全面系统地了解人造板上下料机械手的动态特性，探究该机械手各关节所需驱动力大小及变化规律。方法 建立人造板上下料的三维结构模型，制定机械手一周期内的运动流程，通过拉格朗日方程法对机械手进行建模，通过系统动力学仿真软件(Adams)仿真出机械手的动态特性并验证动力学模型的准确性。结果 得到了机械手各关节(角)速度、(角)加速度、力与力矩变化曲线，(角)速度变化平缓无突变，(角)加速度、力与力矩曲线在6～9 s时变化剧烈，仿真曲线与动力学模型数据基本拟合。结论 动力学模型建立正确，后续应优化驱动或通过结构优化方式使整个运动过程更加平稳。
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  纸箱封装机折页机构的设计与研究

  王潇, 高铭洋, 汤一凡, 张志强

  . 2022, (17): 140-148. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.018

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  目的 为解决现有的纸箱自动化包装生产线上纸箱封装机的折页机构折侧页不可靠、无法对多规格的纸箱进行折页的问题，设计一种可靠、适用于多规格的纸箱折页机构以提高纸箱包装质量和包装效率。方法 通过对折页功能、纸箱状态和封装机整体进行分析研究，设计2组纸箱折页机构;用机构的动态静力分析方法对2组折页机构进行运动学分析和动力学分析，用Matlab对运动学方程和动力学方程求解;用SolidWorks软件对2组折页机构进行结构设计和三维建模;将所设计的2组折页机构实物组装在封装机上进行现场试验。结果 运动学分析结果表明，2组折页机构带动纸箱页旋转的最终角位移能够准确地使纸箱页完成折叠工作;动力学分析结果表明，2组折页机构所需的驱动力矩和驱动力符合动力元件的力矩和力的使用范围。现场试验结果表明，所设计的折页机构能够对多种规格的纸箱实现可靠的折页工作。结论 该纸箱折页机构能够可靠地完成不同规格的纸箱折页工作，实现了纸箱折页的自动化与柔性化，可在一定程度上提高纸箱包装生产线的包装效率。
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  国内外软管灌装封尾包装机对比及关键技术分析

  吴彬豪, 吴朝武, 问轲, 张炜

  . 2022, (17): 149-156. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.019

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  目的 为了科学指导新型软包装机械的设计，为化妆品、医药企业提供优质软包装机械。方法 针对日用品、化妆品、霜膏剂等产品的软管灌装封尾包装机，分析国内外代表性的软管灌装包装机械发展的现状和特点、关键技术和发展趋势。对比国内外具有代表性的软管灌装包装机的性能参数、发展水平，主要按照其工艺顺序对比介绍典型技术和发展趋势。结论 通过与国外包装机对比，得到软管灌装封尾包装机的发展趋势为高速化、智能化和集成化。
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  牙膏灌装机构设计及流动特性分析

  徐锦华, 黎光辉, 孟爽, 张炜

  . 2022, (17): 157-164. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.020

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  目的 通过设计双头平推柱塞式灌装机构，进一步提升牙膏等黏稠膏体的灌装生产效率，同时研究牙膏流变特性对灌装推力的影响，以解决当前牙膏等粘稠膏体灌装速度、精度低等问题。方法 首先选取市场占有率较高的品牌牙膏进行流变试验，然后采用经典非牛顿流体本构方程拟合获得流变曲线，最后采用数值模拟物料灌装挤出过程，获得所需要的最大灌装推力。结果 研究表明，牙膏属于非牛顿流体且具有剪切稀化的流变特性，与幂律流变模型(Powder Law黏度模型)拟合相关性为0.999 2。在最大灌装容量为200 mL、最大灌装速度为0.337 m/s时，所需推力为1 681 N。结论 可为非牛顿流体的灌装机构设计提供理论指导。
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  竹材切割机械臂及关键零部件设计仿真

  王慧, 崔生乐, 安洋, 杨春梅

  . 2022, (17): 165-173. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.021

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  目的 针对包装用竹材人造板制造中需要切割竹材的情况，设计一种无刷电机驱动的竹材切割机械臂，并设计其中往复锯的平衡机构，以平衡往复惯性力。对往复锯核心机构零件及内壳体进行强度校核，确保零件薄弱环节满足强度要求。方法 在SolidWorks中建立往复锯机构及其平衡机构，通过Adams仿真验证平衡机构平衡效果。在Ansys软件中，对往复锯核心零件及其平衡机构进行有限元分析，求得其最大主应力以进行强度校核，最后设计完成主材切割机械臂的设计。结果 Adams仿真表明往复锯剩余的往复惯性力极大值为7.564 2 N，平衡率为96.65%。Ansys有限元分析表明，各个零件的最大主应力最大值为70.645 MPa，远小于Q235许用应力值210 MPa。结论 文中设计的竹材切割机械臂中的往复锯，经平衡机构平衡后，剩余往复惯性力较小，其核心机构零件及内壳体满足强度要求，主材切割机械臂设计满足要求。
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  新型无人仓AutoStore的货物合箱方法研究

  杨玮, 张子涵, 张晓楠, 马伟

  . 2022, (17): 174-183. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.022

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  目的 为减少AutoStore系统在共同存储策略下的订单处理时间，解决经营品类繁多，但仓储面积有限的企业货物存储问题。方法 提出货物合箱的存储方法，设计关联规则挖掘算法与混沌种子优化算法的混合优化算法进行求解。从机器人翻箱操作、料箱的分配规则、系统布局三方面进行分析，结合AutoStore运作规律，建立以机器人拣货行走距离最短为目标函数的数学模型，通过Apriori算法输出货物热度，输入混沌种子算法，得到储位分配结果，实现联动决策。在基本种子算法的迭代中加入混沌序列，帮助种子避开局部极小值。结果 实例分析表明，货物合箱方法能够显著减少共同存储下AutoStore系统的订单处理时间，缩小与指定存储策略订单处理时间的差距，与粒子群算法和基本种子优化算法相比，混沌种子优化算法的优化效率更高、稳定性更好。结论 文中的研究为经营品类繁多，但仓储面积有限的企业提供了一种更适合的货物存储策略，具有较强的操作性和实际意义。
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  流通环境对液氮充注蓄冷配送箱保温性能的影响

  夏晶晶, 王飞仁, 王广海, 林诗涛, 任俊杰, 郭嘉明

  . 2022, (17): 184-189. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.023

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  目的 为了提高液氮充注蓄冷配送箱在流通过程中的保温性能，保证配送品质。方法 搭建配送箱流通环境模拟试验平台，研究不同外界风速、外界温度和振动频率对蓄冷配送箱内空气温度变化和温度场分布的影响。结果 试验结果表明，当外界风速增大时，箱体内部环境的升温速度也会增大;外界温度对液氮充注完毕后箱内最低温度产生较大影响，箱体内部空气最低温度随外界温度降低而降低，同时始终在运输过程中维持较低的温度，箱体内温度场均匀性先提高后降低;振动对箱体内部环境的升温速度影响较大，而随着振动频率增大，箱体内部的温度场均匀性变差。结论 该研究可为蓄冷运输配送设备的设计与优化提供参考。
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  阶梯垛型点云边界快速提取方法研究

  张长勇, 饶瑞

  . 2022, (17): 190-195. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.024

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  目的 针对阶梯垛型点云边界检测中，现有边界提取算法效率不高的问题，提出一种适用于阶梯垛型点云的快速边界提取算法。方法 首先使用Kd–Tree对点云数据进行拓扑关系构建，其次搜索采样点及其近邻点，构建单位平面向量，并进行向量叠加，根据叠加后的向量模长来判断是否为候选边界点，然后使用近邻点最大夹角法来进行边界点精提取，最后使用Kinect相机获取阶梯垛型点云数据，进行算法对比验证。结果 实验结果表明，文中算法在保证垛型边界提取精度的同时，比经典边界提取算法的运行时间缩短了75.14%，比优化前的边界提取算法运行时间缩短了11.06%。结论 提出的边界提取算法能够快速准确地提取阶梯垛型点云边界，可为自动码垛系统的设计提供参考。
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  一种可拆卸回收的快递包装箱结构设计研究

  彭小鹏, 黎彩怡, 尚华

  . 2022, (17): 196-202. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.025

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  目的 促进快递包装的重复利用，提高废弃快递包装的回收率，从源头改善快递包装的浪费和对环境的污染，在不影响产品保护的同时推动绿色包装的发展。方法 深入分析当前快递包装回收业务中存在的问题，探索如何应用可拆卸设计方法对快递包装箱的结构进行设计，研究如何对快递包装箱进行伸缩调节，以适应不同产品的运输要求，并优化拆卸、更换和组装的工序，摒除当前包装整体废弃的弊端，实现局部回收，提高快递包装的利用率。结果 该可拆卸包装箱在组装、开启、拆卸、收纳等过程中操作方便，在实操测试中用较短的时间即可完成上述工序，并在抗摔测试中能经受住装载与运输过程中的外力碰撞，能对产品起到良好的保护作用。结论 利用可拆卸设计方法对快递包装箱进行结构设计，能方便地对损坏的包装部件进行更换，能有效减少包装废弃物的产生，具有便利性、兼容性与安全性，有利于建立高效通畅的回收与再用系统，减少对资源的浪费和环境的污染，在生态保护与绿色发展等方面具有积极的意义。
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  基于模糊PID的包装覆膜自适应恒张力控制方法

  王志广, 郭亚东

  . 2022, (17): 203-207. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.026

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  目的 为提高极限条件下对包装覆膜自适应恒张力的控制效果，基于模糊PID设计了一种新的控制方法。方法 首先通过参数拟合分析建立了包装覆膜的结构力学分析模型，并采用荷载-挠度全曲线拟合方法模拟了包装覆膜力学参数，然后结合区域–合并连续估计方法得到结构参数解析模型。在此基础上，通过外荷载作用力学评估分析，在极限转动刚度作用下，构建了弹塑性力学模型。然后通过极限抗力分析和屈服应力学参数的优化评估，得到抗弯刚度软化模型，继而基于模糊PID控制实现包装覆膜的自适应控制优化。结果 应用该方法后，包装覆膜自适应恒张力的输出稳定性较强，参数寻优能力较好。结论 根据实验结果可知，上述恒张力控制方法具有较好的控制效果。
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  轻武器弹药智能化包装研究

  李良春, 王丹, 牛正一, 徐世欣, 叶书贵

  . 2022, (17): 208-212. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.027

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  目的 着眼未来战场信息化和智能化的特点，立足创新弹药智能化包装方法，提高弹药快速保障能力。方法 从轻武器弹药包装的内包装、中间包装、外包装、集合包装等智能化包装要素入手，对其作战需求、原理、样机制作、保障系统及结构进行了认真思考和充分论证。结果 研究明确了标准化包装、集装化运输、成套化供应、智能化管理的设计方案，探索制作了系统样机。结论 通过试用，验证了弹药智能化包装系统的功能符合日常管理需要，能够满足适时、适地、适量、适用的精确化保障目标要求。
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  基于模糊群决策的天津特色食品包装SPA–TOPSIS评价

  赵吉成, 徐丕文

  . 2022, (17): 213-223. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.028

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  目的 针对地方特色食品包装设计需兼具功能性和文化性的特征，开展包装设计方案评价，有效辅助设计开发过程，丰富地方特色食品包装设计的思路。方法 以天津特色食品——麻花包装为研究对象，构建分层次的包装评价准则框架;采用基于梯形模糊数的专家评价法来获得备选方案在各准则上的评分，通过群决策来集结多位专家的评判意见，进而求解得到备选方案的准则值;引入集对分析理论(SPA)，采用连接向量距离来替换经典TOPSIS中的欧氏距离，提出SPA–TOPSIS评价方法来实现备选方案的评价和排序。结果 针对麻花的6种包装设计方案，实施了基于模糊群决策的SPA–TOPSIS评价，6种包装设计方案与正理想解的贴近度依次为0.55、0.46、0.53、0.49、0.56、0.44，方案5为最优方案。结论 通过天津特色食品包装评价，完善了城市文化内涵包装设计的理念，为包装的文化性设计提供了重要支持。
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  气液双介质喷嘴雾化特性的影响因素研究

  刘伟华, 吴启东, 杨小娜, 肖华, 张智博, 吴正人

  . 2022, (17): 224-231. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.029

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  目的 气液双介质喷嘴的应用是烟叶加料工艺的关键因素之一，通过采用现有的模拟手段实现加料过程的高精化，为优化实验奠定基础。方法 文中以外混式双介质喷嘴为研究对象，通过构建基于DPM的数值模型，研究不同蒸汽入口压力与针阀位置对喷嘴雾化的气动性能与粒径特性的影响规律。结果 研究表明，喷嘴出口通流面积越大，气流高速区离喷嘴越近，但蒸汽与料液的速度最大值并未有较大变化，此时液滴喷射距离由远变近，喷射半角由小变大。随着蒸汽压力的增大，气流速度以及高速区长度变大，蒸汽压力为0.1 MPa时，气流速度的最大值与蒸汽压力为0.4 MPa时的相差近25%;不同压力下喷射角变化范围较小，为21.5°~23.5°;除此之外，喷雾束变集中，定向性变好，有助于控制其在烟叶表面喷射的均匀性。结论 对于较近的烟叶墙，采用较大流通截面积的喷嘴结构有利于均匀地覆盖烟叶墙，相反，对于较远的烟叶墙，则适合采用较小流通截面积的结构。适当地提高压力有利于提高料液喷洒的均匀性，减少料液的浪费，提高烟丝制备的工艺水平。
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  ZJ17卷接机组印刷系统喷墨装置的优化

  刘世明, 李昕, 黄开友, 曹小东, 杨梅, 朱金祥, 杜甫

  . 2022, (17): 232-236. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.030

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  目的 为了解决ZJ17卷接机组生产在线印刷钢印卷烟产品时，喷墨装置在设备停机再启动时的油墨外溢成团，造成的钢印印刷不清晰或钢印色差类废品率高问题。方法 从油墨截断方式、多余油墨储存、油墨喷嘴通道形状以及气路控制等方面入手，研发了一种新型喷墨装置。结果 既保证了正常生产时油墨的供应，又实现了喷墨量在设备重复启停时的有效控制，使钢印不清晰废烟量从优化前0.229 kg/箱降低到0.016 kg/箱，钢印色差废烟量从优化前0.219 kg/箱降低到0.013 kg/箱，有效降低了废品量。结论 该装置对提高卷烟产品质量、降低材料消耗、减少人工劳动强度具有显著效果，可以有效解决行业内在线印刷钢印卷烟产品生产普遍存在的问题。
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  活性炭对薄荷醇的封装及热释放性能影响

  潘曦, 李冉, 魏敏, 董爱君, 肜霖, 王鹏, 王磊

  . 2022, (17): 237-242. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.031

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  目的 研究活性炭对薄荷醇的封装和热释放性能影响，为活性炭用于加热不燃烧烟草制品的加香提供依据。方法 利用红外光谱(ATR–FTIR)、热重分析(TGA)和扫描电镜(SEM)分析活性炭对薄荷醇的封装性能，并采用热裂解气相色谱/质谱联用法(Py–GC/MS)分析350 ℃温度下活性炭中薄荷醇的热释放性能。结果 活性炭表面有众多的小孔，对薄荷醇有强的封装性能。薄荷醇被活性炭封装后，热稳定性明显提高，最大挥发峰从195 ℃提高到251 ℃，薄荷醇在350 ℃温度下热裂解产物组分少，主产物仍然是薄荷醇，相对质量分数为82.879%。结论 活性炭能够有效封装薄荷醇，延缓其释放速度，达到保香的效果。在加热不燃烧烟草制品的温和加热状态下，活性炭封装的薄荷醇具有良好的热稳定性和可释放性，活性炭可以作为薄荷醇的封装剂用在加热不燃烧烟草制品中。
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  稠浆法烟草薄片试制设备及热风定型质量控制

  王子维, 黎宇辉, 童宇星, 舒灏, 刘奔, 徐耀威, 刘志昌, 高颂, 刘雄斌

  . 2022, (17): 243-248. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.032

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  目的 开发一种新型烟草薄片成型试制设备，实现薄片自动成型、厚度可调、质量可控。方法 改变钢带和稠浆盒的运动方式;改良传统稠浆法烟草薄片成型工艺，包括剥离剂喷涂工艺、流浆成型工艺、热–风干燥工艺。通过对设备热–风干燥系统的工作过程进行流热耦合分析，并根据结果对热–风干燥系统的结构及参数进行优化，减少薄片在烘干过程中起皱、裂纹等缺陷的产生。结果 开发的稠浆法烟草薄片试制设备可制备0.15～0.3 mm厚度的烟草薄片，且薄片厚度均匀性好。优化热–风干燥系统前，烘干过程中烟草薄片主要区域的温度区间为37.7～59.6 ℃，优化后为50.1～64.2 ℃。结论 该设备减小了烟草薄片成型过程中薄片的尺寸波动，提高了薄片厚度均匀性。优化热–风干燥系统提高了烟草薄片温度分布均匀性，有利于烟草薄片成型质量的提高。
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  接装纸材质和激光打孔参数对卷烟的影响研究

  徐培刚, 潘茹茹, 曾静, 张大波, 刘丹, 马明

  . 2022, (17): 249-255. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.033

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  目的 研究不同材质接装纸和激光打孔参数对在线激光打孔卷烟的影响。方法 应用扫描电镜检测卷烟样品的打孔微观结构，包括纸的表面形貌、打孔的大小、孔间距等指标，对相应接装纸的卷烟物理指标差异和烟气指标差异以及相关性进行研究。结果 激光打孔脉冲时间、打孔数量对激光打孔的微观形态有较大影响，打孔脉冲时间和打孔数量与卷烟烟支吸阻呈线性负相关，与总通风率呈线性正相关。在相同激光打孔参数下，不同接装纸材质纸张孔径和孔间距明显不同，单孔的形态差异较大;不同材质接装纸对卷烟物理指标影响较小，对卷烟烟气指标有一定影响。单孔打孔的高质量有利于提高卷烟物理指标和烟气指标的稳定。结论 不同材质接装纸的在线激光打孔应用效果不同，可以根据烟支设计需要进行选择接装纸材质。
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  一种风味接装纸综合评价方法的建立

  温煦, 刘哲, 饶国华, 黄海群, 赵亚博, 岳宁, 何雪峰, 肖维毅

  . 2022, (17): 256-264. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.034

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  目的 为了对风味接装纸的产品质量进行监测，初步建立一套风味接装纸的综合评价方法。方法 通过提取风味接装纸的关键味感指标，采用定量描述分析方法(QDA)对风味接装纸进行味感特性进行评价，并对其味感稳定性、卫生指标(菌落总数)及其稳定性进行评价。结果 结果表明，3种风味接装纸味感特性指标的评分各不相同，强度表现差异较明显;在6个月内风味接装纸的总评分随时间增长而发生波动，但总分变化均在±2分以内;在90天内风味接装纸菌落总数≤200 CFU/g，符合烟用接装纸的卫生指标。结论 QDA定量描述分析方法可以对风味接装纸的味感特性及强度进行区分，综合评价其味感和卫生指标(菌落总数)的稳定性，可以对风味接装纸的质量进行监测，为产品开发提供理论基础和数据支撑。
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  烟用甜味接装纸三氯蔗糖甜味稳定性影响因素研究

  李雪, 张恒伟, 王文婷

  . 2022, (17): 265-272. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.035

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  目的 考察烟用甜味接装纸中影响三氯蔗糖的稳定性的因素，为制备出更稳定的甜味接装纸提供参考。方法 通过模拟卷烟过程中，卷烟机的辊子与接装纸的摩擦，以及烫金温度对甜味接装纸甜味稳定性的影响来探究影响甜味接装纸甜味稳定性的原因，同时，通过调整光油的性质和品牌、甜味剂用量、扫描电镜探究光油对三氯蔗糖甜味接装纸甜味稳定性的影响。结果 水性光油的衰减周期为75 d，衰减率最大为78.64%，醇性光油为溶剂的甜味接装纸衰减周期大于105 d，衰减率最大值为15.34%，立美特光油作溶剂比使用其他品牌光油在甜味剂衰减上要更加缓慢，最大衰减率为16.70%。以醇性光油作为溶剂时，甜味剂用量为12 kg/t的甜味与水性光油为溶剂时的甜味剂用量为8 kg/t的甜味接装纸甜味相近。结论 温度是造成以水性光油为溶剂的甜味接装纸甜味损失的重要原因，烘箱法可以作为一种快速检测甜味接装纸甜味衰变过程的检测方法。醇性光油为溶剂的甜味接装纸具有很好的稳定性，通过表征分析，醇性光油将甜味剂包裹，唾液不断将包裹住的甜味剂不断释放，甜味渐渐明显。
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  基于无监督深度神经网络的卷烟小包拉线缺陷视觉智能检测方法

  朱立明, 王伟, 范霞萍, 王文博, 徐鑫, 许小双

  . 2022, (17): 273-281. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.036

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  目的 为减少ZB47包装机小包拉线缺陷投诉，基于无监督深度神经网络构建一种小包拉线缺陷视觉智能检测方法。方法 首先，在ZB47包装机CH转塔部位设计并加装小包图像采集装置，获得实时高清晰度小包图像。其次，将小包图像根据拉线位置进行固定位置的裁剪，从而减轻不同工况的环境背景影响并且加快检测速度。然后，构建自编码器–编码器结构的主干网络，同时叠加生成对抗网络中的判别器模块组成缺陷判别模型，并综合采用图像间、图像隐空间以及图像特征间的信息构建模型的损失函数。最后，使用裁剪后的正常小包拉线图像对构建的缺陷判别模型进行训练，并基于所有的正常小包图像得到异常阈值。结果 实际验证阶段，待检测图像的得分大于异常阈值即判断为异常图像，触发CH转塔部位的小包剔除装置将该缺陷小包剔除。生产现场测试表明，所提方法可以对典型小包缺陷进行快速准确检测，缺陷检测准确率为99.99%。结论 该方法能够满足生产现场卷烟小包拉线缺陷检测的准确性和实时性要求。
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  基于侧开式预制条盒卷烟装填设备的开发与应用

  吕小波, 马立, 桑丛, 李军, 邱仕强, 徐仕瑞, 聂鑫, 李芯茸

  . 2022, (17): 282-288. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.037

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  目的 为解决预制条盒中支“玉溪境界”软盒硬化产品生产过程中存在的人工包装效率低下且成本较高问题。方法 通过对YB65条盒包装机进行结构分析和改进，仅保留原机的二五排列的烟包推入装置，重新设计预制条盒供料及侧盖打开装置、烟包推入装置及预制条盒输出装置。预制条盒装填技术改变了原有条盒纸成型工艺，并对YB65条盒包装机与YB95条盒透明纸包装机的设备布局及相位进行调整，实现了侧开式预制条盒卷烟的包装成型工艺。结果 以中支“玉溪境界”为测试对象，装填设备联机运行时速度达25条/min，设备效率达75.4%，废品剔除率为0.84%，较人工装填效率提升了19.3倍。结论 设备投入使用后，实现了侧开式预制条盒卷烟的全自动生产，设备运行稳定可靠，且效率提升显著。
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  基于远程调控的烟包外观视觉检测系统的研发

  杨彩虹, 蔡培良, 易进参, 金学鹏, 吕国强, 黄莉, 张晶

  . 2022, (17): 289-297. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.038

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  目的 小盒烟包在包裹过程中易出现烟包内框纸破损、脱落、丢失，以及铝箔纸破损、刮烂等缺陷，为解决在完全包裹好小盒商标纸之前，GD包装机未对这些缺陷进行相关检测和剔除而带来的质量风险问题。方法 通过对视觉技术的研究、全方位可旋转支架的设计制作、PLC控制程序的设计与IPC系统融合等，设计一种新型烟包外观视觉检测装置;通过多次实验调整可旋转支架的角度确定检测的最佳安装位置及角度;采用高斯核滤波、卷积等方法对图像进行预处理，采用相对熵对颜色相近的铝箔纸与内框纸进行图像处理分析;利用In–Sight资源管理器，并结合远程控制设计，实现对烟包内框纸、铝箔纸与商标纸同时检测的远程调试与监测。结果 该新型外观视觉检测装置安装后，实现在完全包裹好小盒商标纸之前对烟包铝箔纸、内框纸与商标纸的精确检测，缺陷烟包的产品检测剔除率≥99.99%，误检率≤0.01%。结论 所设计的新型小盒烟包外观检测装置能在完全包裹好小盒商标纸之前远程调试与监测烟包内框纸、铝箔纸与商标纸，并对缺陷烟包进行准确剔除，降低有缺陷烟包进入下道工序的风险，可推广应用于烟草行业内所有包装设备上。
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  一种面向卷烟混合生产线的优化调度模型研究

  何文婕, 许玉江, 闫浩峰, 颜炳岩

  . 2022, (17): 298-307. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.039

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  目的 基于多品种、小批量的生产制造模式，在规定的8 h工作之内，快速有效地生产出多品种、多批量的卷烟，并对所需物料进行准确调度，达到经济效益最大化的目的。方法 针对某烟草生产企业订单需要生产6种型号的品牌香烟，通过分析卷烟生产线的工艺流程，提出一种解决卷烟厂车间资源优化调度的CSS模型，该模型可以根据产品之间的销售需求情况来匹配生产线资源配置，按需求比采用粒子群优化算法计算出单次投料后混合生产香烟所需的最小时间与最大收益。结果 将所得方案进行综合对比后，计算得出在规定工期内，生产香烟获取利益的最优分配方案，在迭代在10次以内时已完成了优化过程，最大获利为3.65万元。结论 该优化模型通过改变相关工艺参数能够实现对不同混合生产线的资源调度优化，并对其他制造行业提供借鉴价值。
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  绿色、安全、智能化卷烟包装的研究进展

  张明月, 赵铭钦, 祝超智, 余小领, 武云杰, 秦艳青, 马晓华, 原晓喻

  . 2022, (17): 308-316. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.040

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  目的 在数字化发展的大背景下，为全面推进绿色包装、安全包装、智能包装一体化发展，对我国卷烟包装的发展现状进行了深入探究。方法 一方面，总结分析卷烟包装材料和卷烟纸技术，以及色谱、光谱等检测手段在评估包装材料的环保性能和安全性能上的应用，提供绿色、安全化的策略研究。另一方面，探究数字化技术在自动化生产、真伪卷烟包装鉴别、产地溯源、质量综合评价等方面的应用。结论 数字化技术的应用是三位一体的卷烟包装，尤其是“智能包装”发展的必然趋势，将推动烟草包装行业向更深、更广的维度发展。