面向制造和裝配的食品機械研究設計

經葉貴

【摘 要】分析了面向制造和裝配的機械系統設計的基本思路與內涵，對目前行業發展對食品機械設計制造的要求與食品機械設計的現狀進行調研分析，重點探討了目前制造與裝配機械設計的方法在機械設計中的工程應用，對其設計與加工過程中的相關要點與注意事項進行了詳細分析。結論表明，面向制造與與裝配的食品機械設計具有普通機械設計的特點與其特殊性，是目前機械設計領域研究的重要內容。

【關鍵詞】食品機械；設計；工藝；工程；研究

0 引言

目前國內因為有效食品加工機械的缺乏導致了農業資源的大量損失，因此實時有效適應當地產業發展的食品加工機械就顯得尤為重要，能夠進行深加工的機械的設計開發具有廣闊的市場前景。由于食品加工的要求不同，因此新的定制類的食品加工機械的研究就顯得尤為重要。對于食品加工機械的設計要求具有一般機械類產品設計的基本要求，同時要能夠具有較短的加工周期與優異的工作性能，而且要能夠方便操作、維修，保證設備能夠最大限度進行生產并創造良好的經濟效益。目前國內的食品機械相對滯后，不能完全滿足食品加工的實際需求，其主要原因是目前食品機械設計過分側重原理的研究與功能的實現，缺乏相應的規范以及加工工藝，導致了產品的缺乏標準化，產品的后期的維修與升級難度較大。這些存在的現實問題都需要具有良好的機械設計思想，并不斷加以優化與實現。

1 面向制造與裝配設計

面向制造與裝配設計（design fir manufacturing and assembly）屬于并行設計工程理念在機械設計中的實際應用。在整個機械產品設計過程中，并行工程的理念貫穿整個產品設計周期。在具體工程項目設計中，從初期到最后都要能夠對產品的可制作性、易裝配性、易調試與維修性等方面的性能進行充分的考慮，保證產品在制作與裝配的實際過程中能夠最大限度減小修改，以此提升機械產品設計的效率，并能夠有效降低開發設計成本。面向制造與裝配設計具有面向制造與面向裝配兩個方面的內容，在產品設計階段主要考量的是產品可制造性與產品的功能的實現，在具體的零件設計過程中則主要是考慮結構安裝的方便，保證機械產品的配件種類少，數量少，標準件多。

應用DFMA的工程理念進行機械產品的設計可以極大提升機械產品的開發效率，根據統計，采用DFMA的理念進行食品類機械的設計能夠將零部件的數量降低為原來的一半左右，機械裝配時間可以節約三分之一左右，整個機械產品的設計與制造周期大致為原來的一半。DFMA主要體現的標準化與模塊化設計，所設計的機械產品便于安裝、調試、操作與維修。

2 DFMA食品機械工程設計應用分析

一般而言，小型食品機械都具有至少幾百個機械零件與大量的電子設備，依照傳統的機械設計方法，在設計中會存在以下幾個方面的問題，首先是零件種類太多，尤其是大量的非標準件，其次是設計成本高、裝配難度大，操作維修不方面等。

2.1 傳統機械設計案例

以食品機械中常見的液體自動包裝機械為例，在液體包裝機中對于液體的定量定時控制都是采用活塞運動來實現，某小型活塞運動控制機械結構如圖1所示。

2.2 基于DFMA的設計分析與優化

對圖1的小型食品機械進行分析，按照DFMA的原則其中有以下幾個方面需要進行修正與優化。

本設計中對于各個傳動軸的結構尺寸進行了確定，但是沒有盡量采用軸套的標準件，這增加了設計與制作的難度，與DFMA的原則不一致，按照DFMA的原則修改為標準化的軸套，并進行優先選擇，最后確定本產品相關軸的具體尺寸。

拔叉件需要連桿的傳動才能夠正常工資，因此對于軸的制造精度有明確的要求，設計中裝配面太大會導致軸外表面與空的內表面的加工成本過高，所以在設計中要能夠盡量縮短軸向配合長度。

支承座的加工難度較大，在機械設計中屬于不規則件，按照DFMA的標準，支承部分與兩側的固定部分應該在同一平面，以降低固定部分螺孔端面的機械加工量。

圖中的拔叉根據其未來的使用功能只需要在一個維度進行開口，多余的開口設計應該廢除。

2.3 討論

從本文中提出的小型食品加工機械是一個相對較為簡單的機械機構，但是從DFMA的標準進行分析可以總結出設計中存在的問題與機械設計改進優化的原則與方案。標準件的大量使用可以有效降低設計的成本，縮短產品的研制周期，同時也能夠有效降低在生產制作設備中的人力勞動，縮短產品的研制周期；同事對于冗余的結構要能夠盡量消除，這樣可以加快生產的進度；對于裝配聯接部分的設計可以保證裝配的有效性。在機械產品設計中要能夠將DFMA的理念在各個子系統與整體系統進行應用，保證在設計、制造、裝配以及維護各個階段都能夠最大程度降低設計與維護成本。

3 結論

面向制作與裝配的設計理念的根本內涵與本質就是要能夠提升機械設備的設計效率，減少在設計與使用中存在的各種問題，通過對產品開發周期的縮短來提升產品的性能以及經濟效益；DFMA的實施方案就是通過現代化的管理手段與先進的計算機輔助設計工具，保證所設計的產品能夠便于制造與裝配。面向制造與裝配的設計從根本上有效解決了機械產品設計成本的相關問題。DFMA的設計思想與方法的應用能夠對材料的選擇、結構的確定等信息進行優化決策，在食品機械行業中，數量眾多的非標準化的食品機械不斷需要進行腌制與換代，在設計的全過程中都要能夠采用DFMA的設計方法，不斷積累設計經驗，在實踐中不斷優化，以滿足食品行業對食品機械設計的需求。

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[責任編輯：張濤]endprint