面向制造和装配的食品机械研究设计

经叶贵

【摘 要】分析了面向制造和装配的机械系统设计的基本思路与内涵，对目前行业发展对食品机械设计制造的要求与食品机械设计的现状进行调研分析，重点探讨了目前制造与装配机械设计的方法在机械设计中的工程应用，对其设计与加工过程中的相关要点与注意事项进行了详细分析。结论表明，面向制造与与装配的食品机械设计具有普通机械设计的特点与其特殊性，是目前机械设计领域研究的重要内容。

【关键词】食品机械；设计；工艺；工程；研究

0 引言

目前国内因为有效食品加工机械的缺乏导致了农业资源的大量损失，因此实时有效适应当地产业发展的食品加工机械就显得尤为重要，能够进行深加工的机械的设计开发具有广阔的市场前景。由于食品加工的要求不同，因此新的定制类的食品加工机械的研究就显得尤为重要。对于食品加工机械的设计要求具有一般机械类产品设计的基本要求，同时要能够具有较短的加工周期与优异的工作性能，而且要能够方便操作、维修，保证设备能够最大限度进行生产并创造良好的经济效益。目前国内的食品机械相对滞后，不能完全满足食品加工的实际需求，其主要原因是目前食品机械设计过分侧重原理的研究与功能的实现，缺乏相应的规范以及加工工艺，导致了产品的缺乏标准化，产品的后期的维修与升级难度较大。这些存在的现实问题都需要具有良好的机械设计思想，并不断加以优化与实现。

1 面向制造与装配设计

面向制造与装配设计（design fir manufacturing and assembly）属于并行设计工程理念在机械设计中的实际应用。在整个机械产品设计过程中，并行工程的理念贯穿整个产品设计周期。在具体工程项目设计中，从初期到最后都要能够对产品的可制作性、易装配性、易调试与维修性等方面的性能进行充分的考虑，保证产品在制作与装配的实际过程中能够最大限度减小修改，以此提升机械产品设计的效率，并能够有效降低开发设计成本。面向制造与装配设计具有面向制造与面向装配两个方面的内容，在产品设计阶段主要考量的是产品可制造性与产品的功能的实现，在具体的零件设计过程中则主要是考虑结构安装的方便，保证机械产品的配件种类少，数量少，标准件多。

应用DFMA的工程理念进行机械产品的设计可以极大提升机械产品的开发效率，根据统计，采用DFMA的理念进行食品类机械的设计能够将零部件的数量降低为原来的一半左右，机械装配时间可以节约三分之一左右，整个机械产品的设计与制造周期大致为原来的一半。DFMA主要体现的标准化与模块化设计，所设计的机械产品便于安装、调试、操作与维修。

2 DFMA食品机械工程设计应用分析

一般而言，小型食品机械都具有至少几百个机械零件与大量的电子设备，依照传统的机械设计方法，在设计中会存在以下几个方面的问题，首先是零件种类太多，尤其是大量的非标准件，其次是设计成本高、装配难度大，操作维修不方面等。

2.1 传统机械设计案例

以食品机械中常见的液体自动包装机械为例，在液体包装机中对于液体的定量定时控制都是采用活塞运动来实现，某小型活塞运动控制机械结构如图1所示。

2.2 基于DFMA的设计分析与优化

对图1的小型食品机械进行分析，按照DFMA的原则其中有以下几个方面需要进行修正与优化。

本设计中对于各个传动轴的结构尺寸进行了确定，但是没有尽量采用轴套的标准件，这增加了设计与制作的难度，与DFMA的原则不一致，按照DFMA的原则修改为标准化的轴套，并进行优先选择，最后确定本产品相关轴的具体尺寸。

拔叉件需要连杆的传动才能够正常工资，因此对于轴的制造精度有明确的要求，设计中装配面太大会导致轴外表面与空的内表面的加工成本过高，所以在设计中要能够尽量缩短轴向配合长度。

支承座的加工难度较大，在机械设计中属于不规则件，按照DFMA的标准，支承部分与两侧的固定部分应该在同一平面，以降低固定部分螺孔端面的机械加工量。

图中的拔叉根据其未来的使用功能只需要在一个维度进行开口，多余的开口设计应该废除。

2.3 讨论

从本文中提出的小型食品加工机械是一个相对较为简单的机械机构，但是从DFMA的标准进行分析可以总结出设计中存在的问题与机械设计改进优化的原则与方案。标准件的大量使用可以有效降低设计的成本，缩短产品的研制周期，同时也能够有效降低在生产制作设备中的人力劳动，缩短产品的研制周期；同事对于冗余的结构要能够尽量消除，这样可以加快生产的进度；对于装配联接部分的设计可以保证装配的有效性。在机械产品设计中要能够将DFMA的理念在各个子系统与整体系统进行应用，保证在设计、制造、装配以及维护各个阶段都能够最大程度降低设计与维护成本。

3 结论

面向制作与装配的设计理念的根本内涵与本质就是要能够提升机械设备的设计效率，减少在设计与使用中存在的各种问题，通过对产品开发周期的缩短来提升产品的性能以及经济效益；DFMA的实施方案就是通过现代化的管理手段与先进的计算机辅助设计工具，保证所设计的产品能够便于制造与装配。面向制造与装配的设计从根本上有效解决了机械产品设计成本的相关问题。DFMA的设计思想与方法的应用能够对材料的选择、结构的确定等信息进行优化决策，在食品机械行业中，数量众多的非标准化的食品机械不断需要进行腌制与换代，在设计的全过程中都要能够采用DFMA的设计方法，不断积累设计经验，在实践中不斷优化，以满足食品行业对食品机械设计的需求。

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[责任编辑：张涛]endprint