随着硬币的推广使用，仅依靠手工方式已不能满足大量硬币处理的要求。亟待 提高硬币检测、清分和包装等相关技术的研究和高性能设备的开发问题。本文以适 合我国国情、性能先进、功能完善、符合有关技术规范的全自动硬币包装技术和机 具开发作为研究选题，以期促进该领域的技术进步。

1.1本课题的研究背景及意义

大面值货币电子化、小面值货币（辅币）硬币化是各国货币发行和流通的趋势。 在发达国家，电子货币（信用卡）的应用已较为普遍，现金流量并不大，但硬币的推 广程度却较高。研究表明：辅币硬币化与经济发展相辅相成，由于硬币具有耐磨损， 流通时间长，发行成本低等优点，推广辅币硬币化对提高流通货币的整洁度有重要 作用。我国在此方面的发展远低于发达国家的水平（人均硬币仅为发达国家的 1/20-1/10），在一定程度上制约了经济的发展。因此国家有关部门已将推广、普及 辅币硬币化列入日程。

硬币的推广与配套的硬币处理技术密切相关，这是由于硬币调入量和需要量巨 大（若按美国的人均占有硬币量推算，我国应有千亿元以上的硬币流通，即使不考 虑农村，硬币流通量也至少有几百亿元之巨）。因而，近年硬币的回笼已成为影响 硬币流通市场的关键，缺乏相应的硬币处理技术和设备是造成这种情况的主要原因 之一。其主要表现在：集中收取硬币的单位（如公交部门）由于缺乏必要的技术支持, 很难及时处理大量回收的硬币；同时由于现有各金融分支机构的硬币清点和包装等 技术处理环节基本处于手工操作阶段，导致硬币的回笼和周转成本也较高。这样， 一方面直接导致了市场的辅币供应量不足，而另一方面却出现了局部的大量硬币沉 积且一些商业银行的硬币库存量大的奇怪现象。究其原因，是缺乏相应的硬币处理 技术和和实用的设备。因此，对高性能的硬币检测、清分和自动包装等处理技术及 其设备的研究是目前的研究热点问题，对提高硬币的使用效率有实际意义。

调研表明：本文所涉及的有关硬币自动包装技术及其设备的研究，是硬币处理 技术的重要组成部分。由于相对硬币的清分和自动计费等处理技术而言，硬币自动 包装的技术构成要复杂的多，与之相关的技术和设备的研究进展较慢，成果报道也 较少。正是由于上述的原因，往届研究生已经以硬币自动包装技术及其设备作为研 究对象，开展了研究工作。而对于对此类选题，一些省、市的金融部门及有关单位 也表达了浓厚的兴趣。因此，笔者认为，从经济效益看，有关的研究的成果有希望 形成新兴的光机电一体化的设备产业，以满足市场的需求。从社会效益看，可以加 快货币的回笼和流通，推进辅币硬币化进程，促进经济的进步.

1.2国内外现状综述

由于欧美发达国家已基本实现辅币的硬币化，与硬币处理技术有关的研究工作 开展也较早，并形成了相关的设备产业。目前硬币自动包装设备主要有美国、日本、 德国等生产商，产品主要供应欧美市场，但售价较髙。近年来国外厂商已开始注意 我国的硬币处理设备和技术市场，每年一度的“北京国际金融技术与设备展览"都 有著名厂商及其有关技术产品参会。同时为了适合今后人民币处理的需要，有些国外公司已开始着手有关研发工作。其中有日本的GLORY （光荣）公司生产的硬币点算包装机，日本的某公司生产的LACT6、劳 雷尔LPC-2S等包括硬币清分、包装的一体机，都是一种较先进的大型处理设备。 国内此类相关产品有苏州某电子科技有限公司生产的少士全自动硬币包装机，釆用了德国某公司的核心技术，由对整机进行软件汉化完成硬币的自动 包装。南京造币厂也生产中钞长城硬币包装机，其结构形式与日本产品相似。此类设备体积一般都比较大，售价约30-40万人民币/台。面向的用户主要是 银行的货币库或造币厂，我国的一些省级银行已有引进。但此类设备并不适合国内 中小用户，例如各类支行、中小储蓄所、公交地铁、超市娱乐等企业。随着硬币处 理业务的开展和硬币流通作用的进一步加强，对小型多功能硬币自动包装处理设备 的研制成为亟待解决的问题。

基于装配的设计是一种针对装配环节的统筹兼顾的设计思想和方法，即在设计 初期把产品设计过程与制造装配过程有机结合，从设计的角度来保证产品的可装配 性。引入面向产品装配过程的设计思想，使设计的产品具有良好的结构，能高效地 进行物理装配。它一方面强调从易于装配的角度出发，进行对自动包装机的设计的 改进，以提高产品的研发效率，减少装配时间和费用：另一方面强调了通过在计算 机上以可视化方式展示产品的实际装配过程，适时检査产品的可装配性0它与传统 的产品研发方法比较，可以有效地减少设计周期和相关费用，同时使质量得以提高。

本文结合硬币包装机的研制的特点，给出如下具体的定义：基于装配的设计是 在计算机上完成产品零部件的实体造型，并且进行计算机装配、干涉分析等多次协 调的设计过程，实现产品的三维设计过程与零部件装配过程的高度统一。它的成功 有赖于对产品总体设计进程的控制。基于装配的设计方法主要包括设计建模过程、 装配过程和装配仿真三部分。

1.3.1建模

零部件的虚拟三维建模与实体造型是虚拟产品设计与装配的基础，它克服了传 统二维设计中仅能以视图描述零件特征，而不能建立实体模型的缺点，使设计在虚 拟环境中能够精确地建立三维实体模型，完整、准确地描述零部件特征，进而设计 者能够以不同的角度，不同的方式对设计迸行分析、评价与修改，并与其他零部件 进行模拟装配，从而进一步对整个设计进行分析、评价与优化。

三维实体建模与造型可以完成以下功能：

•精确、清楚地描述复杂形体并形象逼真地表示、更好地对设计进行评价； 在三维模型的基础上自由地、随意地生成各种二维视图和画面； •进行空间布局和装配研究，以及干涉碰撞检查.

•可以直接与各种快速原型制造技术进行集成，快速精确地制造设计原 型，作为产品设计样件进行性能测试；

•为NC编程提供精确数据，用于产品的生产。

1.3.2虚拟装配过程

虚拟装配过程是在完成零部件三维建模与造型的基础上，根据零部件之间装配 关系和约束条件，在虚拟环境中进行设计组装，并进行相应的检验，从而对设计进 行分析评价，对不合理的设计进行修改，达到优化设计的目的。虚拟装配过程主要 包括产品结构分析，装配关系确定和产品组装，各类检验进行设计分析评价及设计 修改和装配效果检验等。

3. 3干涉检验技术

干涉检验技术是基于装配的设计方法中设计评价的关键技术之一，按对象属性 分为几何可行性分析和机械可行性分析。

几何可行性分析是指组成产品的各个级别的装配体和零部件机械集合上的干 涉检査，包括零部件在装配体中的静态空间位置相交性和零部件在构成产品装配过 程中在空间上的几何干涉性。

机械可行性分析是指能够建立起零件之间的装配关系、装配操作空间是否足够 大，如夹杆是否能进入接币套筒内等。

在虚拟装配过程中，通常进行静态和动态干涉检验。静态干涉检验：对产品零 部件设计进行评估，在确定装配结构和总体设计后，进行零部件细化设计，在装配 过程中静态检验零部件之间的干涉、间隙等，并根据检验结果对零部件进行设计修 改，从而得到正确的设计；动态干涉检验：对产品可装配性进行评估，在产品装配 过程中，根据零部件的装配路径、装配关系和约束条件，进行装配姿态调整，修改， 直到得到正确的设计。

1.4本论文主要研究工作

本文的研究旨在将虚拟装配技术引入到全自动硬币包装机的设计和研发过程， 以期能解决硬币包装机产品设计过程的某些瓶颈问题。基本目标是在上届研究生初 步设计方案的基础上，完善并确定总体技术构成；并通过虚拟装配技术完成硬币包 装机虚拟的数字样机制作；通过对包装机运动状态的仿真模拟结果，经协调设计后, 完成产品的技术方案设计。

4. 1论文的主要研究内容

1. 根据设计要求，结合硬币（包括人民币、欧美主要辅助货币）的构成、主要 特征以及银行的货币回收规程，分析并确定适合系列硬币（如七种人民币硬币）自 动包装处理的方法和设备的总体技术构成.
2. 基于虚拟装配技术和以往研究的相关成果，研究自动硬币包装机的数字化样 机的生成方法和具体技术。
3. 应用数字化样机和仿真技术，对产品装配后的主要零部件的运动关系进行 动、静态干涉检査和分析。并在此基础上，修改设计参数或结构设计方案，以解决 干涉问题。
4. 通过对运动仿真的结果的评价，检查所作设计的各执行机构是否满足性能 要求，各相关零部件的动作是否协调，最后完成本产品的技术方案设计。

L 4. 2需要解决的技术关键

1. 在分析亠般产品设计过程基础上，进行有关设计方法的讨论和研究，确定适合 新型自动硬币包装机研究特点的设计方法，能有效解决新型硬币自动包装机设计过 程中疑难问题。
2. 用Pro/Engineer进行造型要建立合理的建模顺序。根据产品的主要结构建 立特征曲线，通过对产品进行分解，确定产品结构的主要特征，分清哪些是基本面 （例如配合面、保证产品外形轮廓扁的曲面等），哪些是过渡面（即面与面之间的过渡, 以及倒圆、倒角等），然后从基本面入手，保证重点，产生一个合理的造型。
3. 合理选择虚拟装配的方法，确定装配层次、顺序、装配约束等。
4. 对样机存在的静态干涉问题，具体问题具体对待，少数装配件确实有干涉现 象，属于设计问题，应及时修改；弹性元件、过盈配合等必然存在的干涉问题不必 修改。
5. 对虚拟运动仿真结果的评价也是一项关键技术。

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