食品機械設計新理念探究

李凌樂

[摘 要]食品工業的發展促使食品機械制造業不斷向前發展。新的設計理念又引導和制約著食品機械的發展。在可持續性發展的理念下，結合環境保護和食品安全問題，提出并行式綠色設計的新理念。探究食品機械設計過程中需要注重的設計要點，用新理念引導食品機械制造行業的創新發展。

[關鍵詞]食品機械；可持續發展；綠色設計；食品安全

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2015.20.052

1 食品機械發展現狀

食品機械的種類可以分為：糧油加工設備、果蔬保鮮與加工設備、畜禽產品加工設備、水產品加工設備、方便食品級加工設備、飲料加工設備和食品加工中廢棄物綜合利用設備等。按照食品加工的單元操作的不同，可以分為：食品輸送機械、食品清理與分選機械、食品粉粹機械、食品混合機械、食品濃縮機械、食品干燥機械、食品殺菌機械、食品熟化機械、食品冷凍機械和食品包裝機械等。

食品工業已經不可或缺，成為引領制造業的新方向。食品機械技術從生產自動化、原料高利用率化、機械設備節能化、食品安全化、高新技術實用化、機械設備通用化等多方面對食品機械制造業的發展提出了新的挑戰。我國的食品機械不管從內部質量還是外觀質量都落后于發達國家。原因是采用的設計理論、設計手段、設計方法、制造技術和檢測手段落后。原材料、質量不穩定，直接影響了食品機械產品的整體質量。

2 食品安全對食品機械的要求

隨著《食品法》的實施，食品安全問題作為一個系統工程，不僅涉及食物本身，而且涉及食品原料、食品工藝、食品生產加工、食品包裝和食品銷售等所有環節。

3 現代機械產品設計

機械設計可以是應用新原理、新思想、新方法開發創新的機械，也可以是在原有機械的基礎上重新設計或作局部改造，從而改變原有機械性能。

機械產品的質量基本上取決于設計質量，而制造過程對機械產品質量所起的作用是實現設計所規定的質量。因此，機械設計階段是決定產品好壞的重要環節。

在實現預期運動和動力功能的前提下，盡可能做到性能好、效率高、成本低，有一定的可靠性；而且還應考慮到操作方便、維護簡單、造型美觀以及便于運輸。

機械設計在現代機械生產中占有重要地位，機械設計的成敗往往成為產品在生產和銷售中是否能夠取得良好效果的決定條件。產品設計是制造業的靈魂，產品開發的成敗主要決定于產品設計，因為產品結構、性能、質量、成本、交貨時間、可制造性、可維護性及人、機、環境關系等。據統計，產品全生命周期成本的90%左右在產品設計階段已經被決定，其中70%～80%在概念設計階段被決定。概念設計的核心是創新設計。方案選擇的自由度大，產品創新的空間相對就要大。

現代機械產品正在逐步向智能化、協同性、科技化發展，并且逐漸形成了較為完善的設計體系，網絡技術、系統工程的理論、計算機軟硬件應用和智能化應用的理論也更加廣泛地被應用在現代機械設計方法之中，提高了機械產品的質量方法，也成為現代化機械設計方法中重要的技術基礎。

食品機械設計的一般過程：①明確設計要求（確定機械的預期功能、有關技術指標和限制條件）；②調查研究，制動設計方案，繪制機械運動簡圖（確定機械的工作原理，擬定集中總體布置方案，進行粗略計算和分析比較）；③進行運動和動力分析，確定主要零部件的運動和動力參數；④進行傳動零件的設計計算，確定其主要參數；⑤進行結構設計，繪制部件裝配圖和總裝配圖；⑥繪制零件工作圖；⑦編制技術文件（編寫設計計算說明書、標準件、外購件明細表，對較復雜的機械還應繪制詳細的機械傳動示意圖等）。

4 食品機械設計新理念

4.1 綠色設計理念

綠色設計（Green Design，GD），就是設計和制造生命周期環境影響為最小的產品，在產品整個生命周期內，考慮產品的環境屬性，即可拆卸性、可回收性、可維護性、可重復利用性等，保證產品功能、使用壽命、指令等。在設計食品機械產品時，全面考慮食品機械設計、制造、使用甚至報廢、處置等環節，在產品的全生命周期各個階段，從源頭上防止污染。

4.2 并行式綠色設計理念

以集成并行的綠色理念設計食品機械及其相關過程，初期充分考慮機械生命周期全過程的各項因素（如用戶需求、質量、成本、進度、拆卸與回收的設計體系等），使食品機械實施最優化設計。

4.3 并行式綠色設計理念下設計的一般過程

綠色設計是一種基于生態學的設計，為設計人員的素質和設計方法、設計手段提出了更高要求。食品機械數據管理技術是并行式綠色設計技術的關鍵技術之一，是對食品機械生命周期全過程個各環節中所需要的、或生成的大量數據和信息的管理技術，可按照要求將數據或信息及時傳遞到制定的位置或相應的人員。

機械設計的過程不再是一種串行設計模式，而是一種在設計過程中逐級反饋的設計模式。將概念設計做大最全面、最優化。從概念上影響整個設計過程和設計環節。

4.4 新設計理念下食品機械設計的實施要點

設計理念的更新：可持續發展理念、食品安全理念、并行式綠色設計理念。

食品機械設備的材料設計：直接接觸食品加工過程的設備材料要求（如抗菌、容易清洗），非直接接觸食品的設備材料要求（如節能、環保、對操作人員無害等），直接接觸食品成品或半成品的包裝設備的材料要求（無害、抗菌、不能對食品造成附著添加等）。

食品機械產品結構的設計：產品整體結構要易于制造和裝配，具有良好的可拆卸性，動力和液壓系統要考慮到綠色設計。對于目前發展勢頭迅猛的中小型家用食品機械要在使用中易于或加入清洗系統的設計，能夠一機多用，環保節水等。

食品機械生產線設備的設計：對于目前的大型標準化生產設備，要采用GMP（Good Manufacturing Practice，良好生產規范）的標準化生產為指導，同時還要用先進的科學預防性食品安全保證體系HACCP（Hazard Analysis Critical Point，危害分析與關鍵控制點）來規范生產線設備的設計研發。

在食品機械概念設計階段，全盤考慮。基于食品安全和綠色生產，對食品機械設備進行全程的監控。如設置設備的使用監控和警報系統等。

參考文獻：

[1]付國壯，食品機械技術發展研究[J].科技論壇，2013（8）.

[2]馬海樂.食品機械與設備[M].北京：中國農業出版社，2004.