面向制造和裝配的食品機械設計

近年來,中國食品機械行業迅猛發展,取得了一定的成績,但相對于食品工業的發展需求來講仍顯不足,自給率較低。在這一背景下,由李良主編,中國輕工業出版社出版的《食品機械與設備》一書,介紹了食品工業生產中常用的機械與設備,并加入裝備行業中涌現出的新產品、新技術,以及國內廣泛應用的先進生產線。全書共包括13章,首先概述了食品機械的歷史、現狀、分類和發展趨勢等內容;其次分章節對食品輸送、清理和分選、粉碎、分離、混合、發酵與成型、擠壓與熟制、濃縮、干燥、熱交換、包裝等機械與設備進行了詳盡論述;最后介紹了肉制品、乳制品、果蔬類制品和谷物類制品加工生產線的典型實例。

(1) 面向制造與裝配設計的內涵概述。制造與裝配設計(design for manufacturing and assembly, DFMA)是綜合并行工程設計理念的具體實踐,其不僅是一種方法論,更是一種系統性的設計哲學。DFMA的核心價值在于:在產品設計的早期階段就考慮產品的可制造性、易裝配性、易調試性等關鍵性能,以減少重復修改,降低開發成本,提高設計效率。面向制造與裝配設計涵蓋兩個方面,即面向制造和面向裝配。在面向制造方面,DFMA注重設計的可制造性,即產品設計應考慮到工藝流程和生產設備的限制,盡可能減少或簡化零部件,降低制造成本和加工難度。在面向裝配方面,則注重產品的易裝配性,通過合理的零部件設計和組裝順序,最大程度地減少裝配時間和成本。相關數據顯示,應用DFMA理念進行食品類機械產品設計能夠減少約1/2的零部件數量,并將機械裝配時間縮短約1/3。

(2) 面向制造和裝配的食品機械設計原則與思路。面向制造和裝配的食品機械設計需遵循一定的原則,確保產品在設計階段就具備優越的性能,從而為生產和使用奠定良好基礎。① 將產品分解為相互獨立且功能完整的模塊,即模塊化設計,提高設計的靈活性和可維護性,簡化設計過程。② 零部件選用應盡可能簡單化、標準化,遵循相應的設計規范,確保所選用的零部件符合安全和性能標準,提高產品的穩定性。③ 盡可能優化生產流程,確保產品在性能和成本之間取得最佳平衡。④ 選擇常用的零部件和機械結構,降低裝配錯誤的風險。⑤ 在設計過程中仔細權衡每一個設計決策,審慎考慮可有可無的附加設計,確保每個設計元素都對產品的性能和功能有實質性的提升。

(3) 面向制造和裝配的食品機械設計實例。相較于傳統機械,現代食品加工機械逐步升級改良,其設計理念更加合理,操作也變得更加便捷,不僅提升了生產效率和裝配效率,而且提高了產品質量和食品安全。例如,傳統的桃酥餅干機存在分離刀無調節裝置、磨損不均勻等問題,導致經常需要更換配件,且維護費時費力。而現代的桃酥餅干機采用熱風旋轉爐烘烤與隧道爐直接烘烤等方式,生產更為高效。此外,一些新技術也逐漸被使用,例如超聲果蔬機能夠利用超聲波去除果蔬表面的污垢,而活氧果蔬機則利用活氧的物化性質實現殺菌消毒等功能,使果蔬食用更為安全放心。這一系列新技術的運用不僅能夠提高食品產品的安全性,也能夠顯著提升食品企業的生產經營效率,促進整個食品加工行業的發展。

在未來,食品機械設計者應進一步加強對新技術的探索與應用,如基于人工智能的設計優化算法、基于虛擬現實技術的設計驗證等。此外,還應重視設計的環境友好性,減少對環境的負面影響,如采用可再生材料和節能設計。同時,還應加強與相關行業的合作交流,積極借鑒其他領域的設計經驗與技術手段,促進食品機械的跨界創新與發展。綜上,《食品機械與設備》一書為讀者提供了了解食品機械的重要載體,對于優化面向制造和裝配的食品機械設計,促進食品工業持續健康發展具有重要的指導價值。