仿生包装设计

包装造型的仿生设计随着社会的进步与发展，仿生学已经逐步进入艺术设计领域并得到了广泛的应用和发展，为其在设计思想、设计理念及技术原理等方面提高了理论支持，仿生学也因此成为指导与辅助包装造型设计的一个重要学科，并取得了显著的成绩。

仿生学（Bionics）是以研究生物系统的结构和性质来为工程技术提供新的设计思想及工作原理。

“仿生学”一词由美国J.E.斯蒂尔提出，在1960年全美第一届仿生学的讨论会上，正式建立了仿生学学科，其研究范围主要包括：力学仿生、能量仿生、分子仿生和信息与控制仿生。

一、仿生形态与人的感知仿生形态以研究和探讨生物体机制，仿照它们进行设计创造的方法。

人们在认识形态时，往往最先捕捉的是它的几个最突出的特征。

比如，一个敏捷的漫画家仅仅通过精心刻画出的几笔，便可以把一个人的形象描绘的活灵活现，也可以理解为通过几个突出的知觉特征就可以形成对一个形态的认识和理解，仿生形态给人的知觉感受就是包装造型形态所提炼的自然物的突出特征，这种形态很形象化也具有很强的寓意性，消费者更易于在短时间内获得视觉感知信息。

人们对形态的感知还与过去的感知记忆痕迹有联系，这些记忆痕迹在对新事物的感知过程中起到帮助理解的作用。

人们在感知仿生形态时，他们脑海中能产生被仿原生物形象，通过对原生物的理解、记忆，并将原生物与产品的相似性联系起来，更好的认知产品。

仿生形态以一种符号的方式把包装物的内涵品质诉诸于视觉形式，形成设计师与消费者的对话媒介。

消费者通过对包装形态的视觉认知，来理解、感悟包装形态传达的信息，从而更好的把握包装的特征及详细信息。

通过前面的分析我们知道，仿生形态在很大程度上是符合人类个体发展特点的。

仿生造型元素是提炼生活中的典型代表元素，它的构思往往充满想象力，能够把人们引入某种情景，极大的满足了人们好奇的心理需求，有些仿生造型圆浑、墩实、稚拙的形象对人们有很大吸引力，这是因为人们对圆浑的仿生造型能较容易感知，再加上墩实、幼稚的仿生模样令他们产生更多的关注和怜爱。

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㊀２０１９,N o ．２收稿日期:２０１８Ｇ１１Ｇ２１;修回日期:２０１８Ｇ０１Ｇ１７作者简介:傅正兵(１９６９Ｇ),男,硕士,研究方向为粮食㊁饲料自动化包装机械设计.d o i :１０．７６３３/j．i s s n ．１００３Ｇ６２０２．２０１９．０２．００３基于仿生技术的取袋开袋机构设计傅正兵(安徽永成电子机械技术有限公司,安徽六安㊀２３７０００)摘㊀要:为解决透气编织袋(蛇皮袋)㊁无纺布袋难以自动取袋㊁开袋的技术难题,实现覆膜编织袋㊁透气编织袋等各种包装袋的自动化包装生产,基于仿生技术,针对包装袋材质以及开袋动作轨迹,研究并设计了一套在连续供袋情形下的透气性包装袋的自动取袋㊁开袋机构,实现连续式自动取袋㊁开袋,解决了透气性袋自动化包装难的问题,实现了粮食㊁饲料等行业各种包材的自动化包装,提高了生产效率.关键词:包装机;透气性袋;仿生技术;机构设计中图分类号:T S ２０６．５㊀㊀文献标志码:A㊀㊀文章编号:１００３－６２０２(２０１９)０２－０００８－０２D e s i g no f b a g o p e n i n g m e c h a n i s mb a s e do nb i o m i m e t i c t e c h n o l o g yF UZ h e n g Ｇb i n g(A n h u iY o n g c h e n g E l e c t r o n i c a n d M e c h a n i c a lT e c h n o l o g y Co ．,L t d ．,L u ＇a n２３７０００,C h i n a )A B S T R A C T :I no r d e r t o s o l v e t h e t e c h n i c a l p r o b l e mt h a t t h e a i r Ｇp e r m e a b l ew o v e nb a g (t h e s n a k e s k i nb a g)a n d t h e n o n Ｇw o v e n f a b r i cb a g a r e d i f f i c u l t t o a u t o m a t i c a l l y t a k e o r o p e n ,a n dr e a l i z e t h e a u t o m a t i c p a c k a g i n gp r o d u c t i o no f v a r i o u s p a c k a g i n g b a gs s u c ha s t h e f i l m Ｇc o a t e dw o v e nb a g a n dt h ea i r Ｇp e r m e a b l ew o v e nb a g ,b a s e do nt h eb i o n i c t e c h n o l o g y ,t h ea u t o m a t i cb a g t a k i n g a n do p e n i n g f o r t h e a i r Ｇp e r m e a b l e p a c k a g i n g b a g u n d e r t h e c o n d i t i o no f c o n t i n u o u sb a g f e e d i n g w a sd e s i g n e d ,a c c o r d i n g to t h e p a c k i n g b a g m a t e r i a l a n d t h e b a g o p e n i n g m o v e m e n t t r a c k ．T h e a u t o m a t i c p a c k a g i n g o f v a r i o u s p a c k a g i n g ma t e r i a l s i n t h e i n d u s Ｇt r i e s o f g r a i n ,f e e da n do t h e rw e r e r e a l i z e d ,a n d t h e p r o d u c t i o ne f f i c i e n c y w a s i m p r o v e d ．K E Y W O R D S :p a c k a g i n g m a c h i n e ;a i r p e r m e ab i l i t y b a g ;b i o n ic t e c h n o l o g y ;m e c h a n i s mde s i gn ㊀㊀全自动包装机是自动完成供袋开袋㊁计量灌装㊁封口输送的自动化包装设备,具有自动化程度高㊁节省人工㊁产量效率高等特点,在粮食㊁饲料㊁食品等行业有广泛的应用[１].目前,市场上成熟应用的全自动包装机大多数都是适用于双面/单面覆膜编织袋㊁塑料袋等非透气性袋的自动化包装,它是根据包装袋不透气特点㊁利用真空吸盘吸附技术[２]吸住袋壁进行取袋和开袋操作的,但透气编织袋(俗称 蛇皮袋 )㊁无纺布袋都具有材质软㊁全透气性的特点,真空吸盘一吸就会出现袋壁变形漏气真空被破坏而脱落,无法自动开袋.因此,根据透气编织袋㊁无纺布袋等透气性袋材质的特性,研究设计适合透气性袋的㊁基于仿生技术[３]的连续取袋㊁开袋机构(以下简称 取袋㊁开袋机构 )在生产实践方面具有重要的实用价值和意义.１㊀取袋㊁开袋机构工艺路线鉴于现有包装袋平行式供袋送袋方式,包装袋的取袋㊁开袋动作过程为:(１)将包装袋叠放整齐,平放在袋库托盘上;(２)取袋机构将包装袋逐个从袋库中取出并转移,实现取袋;(３)开袋机构将包装袋从取袋机构中接过,由上下开袋抓手完成开袋动作.基于仿生技术的取袋㊁开袋机构的工艺方法,要完成透气性袋的连续自动取袋㊁开袋动作,需要重点考虑以下几个要素.１．１㊀取袋㊁开袋形式取袋㊁开袋形式是包装袋自动包装过程中,用一种机构装置类似于人手抓㊁拿的形式完成包装袋的抓取㊁拉开动作,实现包装袋的取袋㊁开袋作业.进行抓袋形式机械设计时,需要根据包装袋的透气性㊁壁厚等特性来确定抓袋结构及动作设计.不合适的抓袋形式会影响到透气性袋自动抓㊁拿动作的成功率及稳定性,也会影响到机器开袋取袋等自动化包装作业;不合适结构的抓袋机构会造成机器结构复杂,或者整体机器尺寸过大而不便于使用.取袋㊁开袋两个动作需要解决从静态到动态的矛盾,实现抓袋和开袋操作,两个机构自身的结构设计及配合显得非常重要.若采用的取袋形式不能配合开袋形式,透气性袋就不能进入到充填工位.因此,确定合适且相互配合的取袋㊁开袋形式是机械设计的非常重要环节.１．２㊀取袋㊁开袋作业的连续式形式取袋㊁开袋作业的连续式形式指包装机工作过程中包装袋从袋库转送到填充工位所经过取袋㊁开傅正兵:基于仿生技术的取袋开袋机构设计/２０１９年第２期㊀袋等动作的连续式工作形式,是实现取袋㊁供袋等作业的连续性的重要支撑.这种连续式供袋输送涉及到包装袋的取袋㊁开袋两个动作.不合适的连续式供袋输送形式会影响到透气性袋的取袋㊁开袋等动作的连续性,造成自动作业的中断或速度不稳定.因此,根据透气性袋的特性和交接配合的形式确定合适的连续式输送结构.２㊀取袋㊁开袋机构技术方案通过分析透气性袋连续取袋㊁开袋所需要的动作和顺序,确定透气性袋连续性取袋供袋动作.为了方便分析和设计,现在以透气性袋的放袋位置为起点,对其整体取袋㊁开袋机构做出预想性设计.选用连续式输送供袋机构来实现连续式取袋供袋作业.３㊀取袋㊁开袋机构设计３．１㊀仿生抓手开袋装置机构我们对气密性差的物料包装袋进行了深入的研究,发现编织袋这类物料包装袋都是采用定量宽度的P P 撕裂带经纬编织而成,在经纬线重叠部位产生间隙造成气密性差㊁透气性好的特点.我们人在取袋时用手指将袋子捏住,开袋时用手指搓开再用指甲钳住袋壁的撕裂带将袋子打开,这些动作如何在机器上实现呢?仿生技术是融合了各类学科和生物科学的交叉学科.仿生抓手属于仿生机器人技术的一种体现.根据人类在抓取和开袋时手指所做出的运动轨迹和紧固原理并结合猫科动物在捕捉猎物时爪尖的运动轨迹研发而成的摒弃了真空原理的取袋㊁开袋机构.仿生抓手打开状态见图１,关闭状态见图２.图１㊀仿生抓手打开状态图２㊀仿生抓手关闭状态其工作原理如下:开始工作时,驱动气缸导杆伸出使抓夹围绕旋转轴分别向下和向上转动,直至爪尖收缩到面板里(参考图１仿生抓手打开状态图).当需要取袋(或开袋)时,仿生抓手贴近物料袋,此时驱动气缸导杆收缩带动上下爪尖围绕旋转轴向上和向下转动,使其爪尖伸出面板外同时钳住物料袋的袋壁并将物料袋抓取(或打开)送到下一道工序.为了保证抓手弃袋时对物料袋不造成损坏,在弃袋时气缸导杆伸出使抓夹围绕旋转轴分别向下和向上转动直至爪尖收缩到面板里,在爪尖收缩移动时面板将物料袋壁平稳挡住使爪尖脱离编织袋壁.仿生抓手的设计基本参数:研究中发现编织袋的编织经纬线宽度基本在３~５m m ,厚度在０．０２~０．１０m m ,那么两抓手齿尖打开的宽度应该等于或略大于经纬线的宽度,因为此时至少有两根经纬线被夹住,保证了其牢固性.并且在两爪尖夹紧时保证经纬线不脱离上下两爪尖,夹紧后两爪尖之间宽度h ＜０,取负值最为适宜.爪尖伸出面板尺寸控制在０．７５m m 最为适宜.爪尖材质的选用:材质的选用主要是根据使用场合的不同进行选择,如果灌装食品类的物料时选用食品级不锈钢,其它物料可以选用普通不锈钢或碳钢.３．２㊀连续式输送供袋机构连续式输送供袋机构见图３.图３㊀连续式输送供袋机构包装袋通过输送链进入到上下仿生开袋器之间,并平躺在下仿生开袋器的上端,此时上仿生开袋器向下运动直至与物料带接触,然后两开袋器开始工作,分别将物料袋的上下两袋壁夹住,上仿生开袋器向上移动将袋子拉开完成开袋动作.４㊀结束语(１)根据不覆膜编织袋㊁无纺布袋等包装袋的透气性特点,利用仿昆虫触角(人手指甲)钳住包装袋的原理,研发一种抓手开袋装置完成透气性袋的抓㊁拿动作,解决了透气性袋的自动化供袋开袋的技术难题.(２)分析透气性袋连续式取袋㊁开袋的动作要求及技术方案,确定了实现透气性袋自动化取袋㊁开袋作业方式,设计了实现透气性袋连续式取袋㊁开袋动作的机构,保证了透气性袋按照预设要求完成自动化取袋㊁开袋动作.(３)在本方案技术基础上,配合自动灌装㊁自动封口㊁自动输送等包装技术,实现全自动包装设备技术在透气性袋包装上的应用,为此类粮食㊁饲料等加工企业节省了生产成本,提高了生产效率.[参考文献][１]㊀张心全．Q Z B Ｇ９００型全自动包装机组在米企的应用[J ]．粮油加工,２０１５(５):２４Ｇ２５．[２]㊀张利平,H O R G M R．真空吸附技术[J ]．轻工机械,１９９８(４):４１Ｇ４３．[３]㊀李言俊,高㊀阳．仿生技术及其应用[J ]．安阳工学院学报,２００５(１):２８Ｇ３１．(责任编辑:梅㊀竹)。

果汁包装设计借鉴了仿生学原理进行设计，其创作灵感为在植物生长过程中，花蕊会成长果实。

在这个包装设计中，花蕊最终倒出来的是果汁。

花雌蕊经过抽象概念设计后成为为1~2升果汁瓶的最佳形状。

每一种果汁的自然色构成了果汁瓶里面的主要部分。

设计师采用了白色底色、水果插画与黑色LOGO设计共同组合用来设计瓶贴，使整个果汁包装有别于竞争对手，从市场果汁饮料包装设计同质化的问题中解脱出来。

这个灵感来自自然的几何设计结构的保证了瓶子的强度。

这个瓶子的形状可以相互结合，从而在货物堆放时节约了大量的空间。

这个瓶子的形状建立在等边三角形的基础上的。

通过几何塑形，这个瓶子的每一面从视觉上看都令人愉悦。

果汁包装的表面没有具体的大小、尺寸比例，所有的线条都带有偶然感。

尽管常规的瓶贴是采用特殊材料会贴合瓶身。

但由于果汁包装瓶身的表面并不均匀，因此很难通过常规的标签形式贴在瓶身上。

考虑到这一点，开发了一种带有波浪边的标签，它随着瓶身的表面积起伏，并与瓶身紧紧贴合。

仿生形态包装作者：王琳来源：《中国学术研究》2013年第07期一、包装设计的发展趋势经济的繁荣给人们的物质生活带来了突飞猛击的进步。

如今，现代包装设计不断繁荣创新。

富有人性化，琳琅满目的包装设计产品极大地丰富了人们的生活。

现代人强调人与自然需要有机地联系，尽量减少对自然环境的破坏。

大自然带给人类的启发意义是深刻的，现代仿生学将研究侧重于模仿生物的造型、结构和材质等方面，而不仅仅停留在外观，这种理念的创新，同时拓展了包装设计内容与形式的变化。

自然界生物的奇特结构和功能，为包装设计的研究与挖掘提供了无数的素材灵感。

二、仿生学与包装设计2.1 仿生设计的历史渊源及发展现状仿生学是从生物学派生出来的一门学科，就是从生物的形态、运动的原理和系统中获取灵感、捕捉素材，将其转化成应用的设计。

据说，鲁班就是因为受到带刺叶子的启发发明了锯子。

豆荚的组织原理促使了药片包装设计的问世。

仿生形态设计是针对自然界生物的研究设计，无论从其研究出发点或是研究结果都是促进设计回归自然，它体现着设计师对自然的尊重和理解，提醒着人们对于自然的关注，恰好与包装设计所提倡的可持续、生态的核心理念相吻合，因此逐步成为包装设计界最具潜力的新亮点。

纵观国内外的仿生学研究的现状，仿生技术可分类为：结构仿生、材料仿生等。

现代仿生包装设计的主要特征是对新材料、新技术的充分应用2.2仿生物形态特征的包装结构现今的社会中，面对不断革新的市场环境，要求包装设计师突破现有市场产品的局限，从生活中寻求创意地灵感，更好感知商品的信息，注入进商品设计中。

仿生设计是包装设计的创意来源之一。

包装结构形态仿生设计的研究范围包括：如山川、河流的有机外部形态，以及植物的骨骼、茎叶、动物的等内部结构，并通过对自然物形态的艺术感知、研究总结归纳为设计的灵感，并将此作为设计艺术的手段应用于包装设计之中。

自然物的研究对象是无限的，我们借助自然形态的灵感触发也将是无限的，从而创造了多种多样的设计作品，为市场的发展和消费者的多元化需求，提供了更多的选择。