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1 绪论
1.1 本课题研究的背景
仿真技术是一种基于智能设计技术、并行工程、仿真工程及网络技术的先进制造技术。仿真技术也是一门多学科的综合性技术，它以控制论、系统论、相似原理和信息技术为基础，以计算机和专用设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行动态试验[1]。
仿真技术经过半个多世纪的发展，从研究简单系统到现在已经成为人们研究复杂系统的有力工具，大致经历了三个阶段。发展阶段：二次大战末期，火炮控制与飞行控制动力学系统的研究促进了仿真技术的发展。成熟阶段：在军事需求推动下，70年代中期，仿真技术不但在军事领域迅速发展，而且扩展到许多领域，20世纪80年代初以美国国防高级研究计划局(DARPA)和美国陆军共同制定和执行的SIMNET(SimMlators Network)研究计划以及美国三军建立先进的半实物仿真试验室为标志，标志着仿真技术发展到了一个新的高级阶段[2]。
随着仿真技术的发展，仿真技术应用目的趋于多样化、全面化。最初仿真技术是作为对实际系统进行试验的辅助工具而生的，而后又用于训练目的，现在仿真系统的应用包括：系统概念研究、系统的可行性研究、系统的分析与设计、系统开发、系统测试与评估、系统操作人员的培训、系统预测、系统的使用与维护等各个方面。
动态仿真的应用领域已经发展到军事以及与国民经济相关的各个重要领域。在包装行业中，利用仿真技术的优势，可加快包装产品的研制、开发过程，缩短了设计、试制周期。仿真在包装装潢方面也有重要的作用，可对包装产品的设计思想、理念、产品的设计创新、设计效果等进行仿真，并可随时进行修改，使计算机模拟出想要设计的精美画面[3]。 1.2 动态仿真技术的研究现状
动态仿真技术的快速发展使得仿真技术在人类的生活和生产的各个方面都得到了重要的应用。
李伟等[4]对塔式起重机载荷摆振的仿真进行了研究，它可以帮助研究者在计算机上仿真塔机的起升、变幅、回转运动，动画显示载荷的摆动情况；仿真塔机的
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联锁保护功能，动态显示、打印实验数据和摆振的相轨迹供研究者使用。通过并行接口接上按钮、转换开关以后也可以用于对塔机司机的操作训练。
黄苏融等[5]用直接数值解法进行机电一体化力矩电机调压调速时的动态仿真，采用a如坐标系下的电机数学模型，结合坐标轴转动法，通过多步积分法计算得到与实测结果相一致的仿真波形。
潘法周[6]对近区目标特征信号动态仿真进行了研究，利用数据采集和处理技术可以较精确地算出运动目标瞬时位五的RCS，动态仿真测试可以逼真模拟出弹目交会过程中的RCS。
吴晓蓓[7]采用动态仿真方法建立了一个简单机械手臂系统的模型。方法简单，仿真结果表明该方法在栈线性系统建模中应用的可行性及可推广性。
黄克谨等[8]在综合了大量参考文献的基础上，较为全面地总结了精馏过程模型化及仿真技术的发展现状，系统地阐明了该领域的几大研究方向。同时还从系统工程和控制论的观点出发，对精馏过程模型化及仿真技术的最新进展做了恰当的评价，指出了其不足之处，并就其未来的发展作了客观的预测。
王平等[9]编制了计算金属燃料钠冷快堆在超功率事故下的动态过程的仿真程序MFTOP，并用它对美国池式钠冷快堆EBR一I在启动和功率运行工况下的反应性引入事故瞬态进行了大量的分析计算，所得结果与国外大型程序NATDEMO的相应预测结果符合良好，本程序可用于其它钠冷快堆的超功率瞬态计算。
吴陈燕[10]对三爪卡盘三维建模与动态仿真提出了一种基于Pro/E的三维实体建模方法，可使抽象的问题直观化，还可以利用机构仿真来制作动画，它能实时录制三爪卡盘机构运动的全过程，从而增强了对三爪卡盘运动机构的理解。
虽然动态仿真技术的应用领域很广泛，但仿真技术在在包装行业的应用还不是很多，这方面的技术仍需不断的发展和进一步的成熟。
桂新军等[11]简要剖析了液态化学品灌装工艺流程及其灌装原理，应用物料平衡、气体状态方程和过程技术数据，通过微分方程法和动态补偿法等方法建立灌装过程动态仿真数学模型。研制了一套完备的动态仿真系统，实现了灌装工艺过程的全面动态仿真。
朱慧等[12]为方便教师生动教学，提高学生感性认识，应用3DS MAX5、Swift3D、Photoshop、Flash等软件，通过贴体包装产品制作、贴体包装设备制作、贴体包
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装动态过程制作，完成了贴体包装工艺的动态模拟。
高博[13]研究了瓦楞纸箱成型过程仿真。针对压痕与折叠过程中容易出现纸板卷曲或压线破裂等故障现象，采用ANSYS参数化设计语言就瓦楞纸板机械方向和正交方向运用接触分析技术建立了压痕与折叠工艺的3维有限元模型并对瓦楞纸板的压痕及折叠过程进行了仿真，仿真结果表明经压痕后的瓦楞纸板的强度、压痕力与折叠力矩基本随纸板变形增大而增加但呈非线性变化。
屈俭[14]研究了液体灌区动态建模与仿真平台的建立及其应用，液体灌区是一个广泛存在的重要工业流程。文章首先对罐区流程进行了功能模块的可组装划分，建立了功能模块的严格机理模型，然后借助Simulink的图形建模及微分方程求解功能，建立了一套可用于有温度变化的多组分液体罐区建模与仿真的软件工具。 应用本文的建模与仿真软件工具,论文分别开发了白酒罐区和油品罐区仿真系统，验证了本文开发的软件工具的有效性和应用价值。
蔡潇[15]研究装载机变速箱仿真设计。为改变工程机械传统设计计算与绘图的繁复和难以形式化的不足及其设计、制造依赖二维工程图的落后现状,以铲土运输机械典型机种—轮式装载机为例，进行了工程机械变速箱技术形态计算机辅助仿真设计研究，为实现工程机械快速自动化设计与制造作了实际探讨和研究。 1.3 灌装机和灌装工艺 1.3.1 灌装机的概述
将液体产品充填到包装容器内的机械通常称为灌装机械。
一般灌装机是所有包装机中的一中很小的分类产品，常规来讲从对物料的包装方面来看可以分为液体灌装机，粉剂灌装机，膏体灌装机，颗粒灌装机，如果要从自动化的程度来讲的话，一般分为半自动的和全自动的灌装机[16]。
颗粒灌装机是对那些流动性较好的粉粒状物料的灌装机械。颗粒灌装机适用于医药、食品、化工、农药等方面的小袋包装。适合生产颗粒类药品、砂糖、咖啡、果珍、茶、味精、盐、种子、干燥剂等生产细颗粒物厂家[17]。胶囊剂在中药固体制剂中占居较大比例，由于多颗粒释药理念及服用的方便性，其越来越多地受到消费者的青睐[18]。
目前，国内灌装机生产厂家并不是很多，从设备的机型来看大多停留在国外20 世纪90 年代中期的产品档次。国内产品以多列、价格便宜取胜，但产品跟国
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