探究面向制造和装配的食品机械设计

牛犇

摘 要：食品机械涉及到食品资源的加工、保鲜以及贮藏各个环节，对我国食品资源的利用以及食品的质量具有重要影响。近年来，我国食品机械行业获得了快速发展，但食品机械在设计过程中，仍偏重于基于原理的设计，从而使食品机械仅能满足相应功能，而未兼顾到设计的全过程，从而导致我国食品机械零部件的可装配性与可制造性较差，造成了大量的浪费。因此，加强对面向制作与装配的食品机械设计研究已是势在必行。本文在以我国食品机械制造现状为切入点，立足于基本实例，分析了面向制造与装配的食品机械设计的方法思路。

关键词：机械设计 食品机械行业 制造 装配

中图分类号：TS203 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）03（a）-0078-02

1 我国食品机械设计现状简析

在市场竞争激烈的环境下，好的食品机械产品要求在满足外观以及功能需求的前提下，还需有效减少产品制造与装配的时间以及成本。据相关调查显示，在食品机械的开发设计阶段，设计费用占有80%左右的比重。优秀的设计，能够有效减少零件成本、装配成本以及设计变更成本等，这就要求在食品机械的设计过程中，必须将设计、制造以及装配等活动有机联系起来。同时，随着产品需求个性化的发展，要求食品机械设计制造，要在追求质优价廉的基础上，最大限度地缩短产品的制造周期，并能提供优质的售后服务，从而使食品机械产品能够迅速投产，并方便快速维修，降低因产品故障引起的损失。但就我国目前的食品机械设计现状而言，还不能完全满足食品机械上述的要求。这是由于我国在食品机械设计过程中，过分重视基于原理的设计，追求食品机械产品功能的实现，而未对制造过程、装配调式、加工工艺以及维修检验等后续设计环节引起足够的重视，从而导致我国食品机械产品可维护性相对较差，且零部件的制造以及装配性较差，不得不对其进行反复的改进，从而延长了食品机械产品的开发周期，质量也得不到有效保障，从而造成了大量的浪费。针对这一现状，加强对面向制造与装配的食品机械设计的研究，从设计思路与方法上加强对我国食品机械的改造，对于我国食品机械行业的发展具有重要意义。

2 面向制造和装配的食品机械设计

2.1 设计思路方法分析

DFMA，即面向制造与装配的设计，它是机械设计制造领域中并行工程设计思想的具体体现，要求在机械产品开发的全过程之中，体现并行工程思想。基于此，在面向制造与装配的食品机械设计中，就要求在食品机械产品设计之初，就要综合考虑产品后续工程中将面临的情况（如食品机械产品零部件的可制造性，以及提高装配效率等问题），从而有效提高产品开发效率，降低设计成本。通常而言，DFMA主要分为两方面内容：面向制造的设计（DFM）以及面向装配的设计（DFA）。在食品机械设计的初始阶段或者概念设计阶段，主要考虑食品机械产品的可制造性，也即是运用面向制造的设计促进食品机械产品的功能得以实现；而在食品机械产品零部件的具体设计阶段，产品零部件结构的可装配性则是主要考虑的问题，也即是运用面向装配的设计，进行食品机械各零部件的优化，使其便于装配，从而提高零部件的装配效率，并确保在满足食品机械产品基本功能的基础上，确保装配所用的零部件的数量与种类最少，避免在零部件装配过程中加工等，从而降低食品机械产品的设计成本。

相较于传统的经验设计而言，采用面向制造与面向对象的食品机械设计，能够极大地减少零部件使用的数量（仅需原来的30%～70%），而且能够有效地缩减装配时间（最大可缩减至原来装配时间的一半），从而全面降低食品机械产品的开发周期，使其能够迅速地投产使用，全面提高了设计综合效率，降低了开发成本与劳动强度。在面向制造与装配的食品机械设计中，要求在设计过程中遵循以下原则：

（1）采用模块化设计。

（2）尽量采用简单的、标准的且易于装配的零部件。

（3）尽量减少零件的种类以及零件的数量。

（4）便于产品的工作状态的检验以及故障的快速修复。

（5）在考虑实际加工成本的基础上，对各零部件精度分配适合采用的工艺。

（6）在考虑普通装配人员的装配技能的前提下，注重装配过程的简化，尽量运用经常运用的结构。

（7）将设计过程中可有可无的附加设计取消，实施产品的可靠性设计，使产品无故障工作的平均时间得以延长。

2.2 实例分析

（1）传统设计实例分析。通常而言，普通的小型食品机械在其设计过程中，所包含的电子元器件以及机械零部件至少都有上百个，若按照传统的食品机械设计方法进行设计，就可能造成产品的设计中非标件的大量使用、零件过渡设计，装配时间过长、维修不便以及设计成本过高等不足。就如该案例中运用传统食品机械设计方法设计的一小型的液体自动包装机，在其设计过程中，主要运用活塞运动控制机构（如图1所示）实现对该装置进行定量间歇中的精确供料。图1中，1～17则分别为该活塞运动控制机构的各零部件：拨叉、轴套、支承座、轴、螺母（5、6、12）、偏心滑块、平垫圈（8、9、13）、螺栓、挡板、销轴、开口销、连杆以及偏心倒槽等。

2.3 应用DFMA的分析与改造

根据面向制造与装配设计原则，对图1中的活塞运动控制机构进行分析与改进如下：

（1）根据该液体自动包装机拨叉件的功能，在装置中仅需在一个维度上开口，因此，在本设计中，右侧视图中的开口设计属于冗余结构，应将其取消。同时，在活塞运动控制机构中，拨叉件需要通过连杆的带动而实现在轴上进行摆动，因此，该装置中的拨叉与轴在装配中，具有精度要求。而该设计中，将装配面设计得过大，导致拨叉的孔内表面与轴的外表面都具有相当高的加工精度成本，鉴于此，可适当缩短该装置中的轴向配合长度。

（2）装置中，支承座的结构属于不规则的结构，加工较为困难，因此，可使两侧与中间的固定部分与支撑部分稍微向内缩进一些，使其在同一平面内，从而减少螺孔端面的磨削加工量。

（3）该设计在对轴的尺寸与结构确定之后，未结合面向制造与装配设计原则，选用标准件，因此，在进行改进中，在初步设计中的尺寸与结构之后，优选符合要求的轴套标准件，并对此处轴的具体尺寸与结构进行确定。

3 分析与讨论

结合面向制造与装配的食品机械设计原则对该案例中的传统设计进行改进，可发现，消除冗余结构利于生产进度的加快，对装配过程中的连接设计进行改进，利于缩短装配时间，提高装配效率。同时，在设计过程中，运用标准件，可实现产品开发成本的降低，并降低产品制造与装配时的劳动强度。在食品机械设计过程中，运用面向制造与装配的设计思路与方法进行设计，考虑了食品机械产品的全生命周期中所需考虑的注意事项，尤其是产品后续工程中制造、装配以及维修阶段中产品的可制造性，可装配性以及可维护性，利于提高设计的综合效率。

综上所述，在食品机械设计过程中，面向制造与装配的设计思想与方法的运用，须在各设计阶段，综合考虑零部件、材料、工艺选择，以及产品整个生命周期内须考虑的问题，从而提高设计效率，降低食品机械产品开发周期，缩短故障修复时间，增强食品机械产品的可靠性以及性能。

参考文献

[1] 张兴华，张向萍.面向制造和装配的设计在产品开发中的应用[J].甘肃科技，2011（6）：11-13.

[2] 王芳，丁涛.面向食品机械产品生命周期的网络化制造研究[J].轻工机械，2011（3）：113-116.

[3] 白晓丽，伍毅.面向制造和装配的食品机械设计[J].食品与机械，2012（1）：146-147.

[4] 王波.虚拟制造技术及其在食品机械设计制造中的应用[J].食品科技，2009（11）：108-111.

[5] 迟家成.论食品机械设计中的并行式绿色设计技术[J].科技风，2010（5）：220-228.endprint