面向制造和装配的食品机械设计

近年来,中国食品机械行业迅猛发展,取得了一定的成绩,但相对于食品工业的发展需求来讲仍显不足,自给率较低。在这一背景下,由李良主编,中国轻工业出版社出版的《食品机械与设备》一书,介绍了食品工业生产中常用的机械与设备,并加入装备行业中涌现出的新产品、新技术,以及国内广泛应用的先进生产线。全书共包括13章,首先概述了食品机械的历史、现状、分类和发展趋势等内容;其次分章节对食品输送、清理和分选、粉碎、分离、混合、发酵与成型、挤压与熟制、浓缩、干燥、热交换、包装等机械与设备进行了详尽论述;最后介绍了肉制品、乳制品、果蔬类制品和谷物类制品加工生产线的典型实例。

(1) 面向制造与装配设计的内涵概述。制造与装配设计(design for manufacturing and assembly, DFMA)是综合并行工程设计理念的具体实践,其不仅是一种方法论,更是一种系统性的设计哲学。DFMA的核心价值在于:在产品设计的早期阶段就考虑产品的可制造性、易装配性、易调试性等关键性能,以减少重复修改,降低开发成本,提高设计效率。面向制造与装配设计涵盖两个方面,即面向制造和面向装配。在面向制造方面,DFMA注重设计的可制造性,即产品设计应考虑到工艺流程和生产设备的限制,尽可能减少或简化零部件,降低制造成本和加工难度。在面向装配方面,则注重产品的易装配性,通过合理的零部件设计和组装顺序,最大程度地减少装配时间和成本。相关数据显示,应用DFMA理念进行食品类机械产品设计能够减少约1/2的零部件数量,并将机械装配时间缩短约1/3。

(2) 面向制造和装配的食品机械设计原则与思路。面向制造和装配的食品机械设计需遵循一定的原则,确保产品在设计阶段就具备优越的性能,从而为生产和使用奠定良好基础。① 将产品分解为相互独立且功能完整的模块,即模块化设计,提高设计的灵活性和可维护性,简化设计过程。② 零部件选用应尽可能简单化、标准化,遵循相应的设计规范,确保所选用的零部件符合安全和性能标准,提高产品的稳定性。③ 尽可能优化生产流程,确保产品在性能和成本之间取得最佳平衡。④ 选择常用的零部件和机械结构,降低装配错误的风险。⑤ 在设计过程中仔细权衡每一个设计决策,审慎考虑可有可无的附加设计,确保每个设计元素都对产品的性能和功能有实质性的提升。

(3) 面向制造和装配的食品机械设计实例。相较于传统机械,现代食品加工机械逐步升级改良,其设计理念更加合理,操作也变得更加便捷,不仅提升了生产效率和装配效率,而且提高了产品质量和食品安全。例如,传统的桃酥饼干机存在分离刀无调节装置、磨损不均匀等问题,导致经常需要更换配件,且维护费时费力。而现代的桃酥饼干机采用热风旋转炉烘烤与隧道炉直接烘烤等方式,生产更为高效。此外,一些新技术也逐渐被使用,例如超声果蔬机能够利用超声波去除果蔬表面的污垢,而活氧果蔬机则利用活氧的物化性质实现杀菌消毒等功能,使果蔬食用更为安全放心。这一系列新技术的运用不仅能够提高食品产品的安全性,也能够显著提升食品企业的生产经营效率,促进整个食品加工行业的发展。

在未来,食品机械设计者应进一步加强对新技术的探索与应用,如基于人工智能的设计优化算法、基于虚拟现实技术的设计验证等。此外,还应重视设计的环境友好性,减少对环境的负面影响,如采用可再生材料和节能设计。同时,还应加强与相关行业的合作交流,积极借鉴其他领域的设计经验与技术手段,促进食品机械的跨界创新与发展。综上,《食品机械与设备》一书为读者提供了了解食品机械的重要载体,对于优化面向制造和装配的食品机械设计,促进食品工业持续健康发展具有重要的指导价值。