牛犇

摘 要：食品機械涉及到食品資源的加工、保鮮以及貯藏各個環(huán)節(jié)，對我國食品資源的利用以及食品的質量具有重要影響。近年來，我國食品機械行業(yè)獲得了快速發(fā)展，但食品機械在設計過程中，仍偏重于基于原理的設計，從而使食品機械僅能滿足相應功能，而未兼顧到設計的全過程，從而導致我國食品機械零部件的可裝配性與可制造性較差，造成了大量的浪費。因此，加強對面向制作與裝配的食品機械設計研究已是勢在必行。本文在以我國食品機械制造現(xiàn)狀為切入點，立足于基本實例，分析了面向制造與裝配的食品機械設計的方法思路。

關鍵詞：機械設計 食品機械行業(yè) 制造 裝配

中圖分類號：TS203 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（a）-0078-02

1 我國食品機械設計現(xiàn)狀簡析

在市場競爭激烈的環(huán)境下，好的食品機械產品要求在滿足外觀以及功能需求的前提下，還需有效減少產品制造與裝配的時間以及成本。據(jù)相關調查顯示，在食品機械的開發(fā)設計階段，設計費用占有80%左右的比重。優(yōu)秀的設計，能夠有效減少零件成本、裝配成本以及設計變更成本等，這就要求在食品機械的設計過程中，必須將設計、制造以及裝配等活動有機聯(lián)系起來。同時，隨著產品需求個性化的發(fā)展，要求食品機械設計制造，要在追求質優(yōu)價廉的基礎上，最大限度地縮短產品的制造周期，并能提供優(yōu)質的售后服務，從而使食品機械產品能夠迅速投產，并方便快速維修，降低因產品故障引起的損失。但就我國目前的食品機械設計現(xiàn)狀而言，還不能完全滿足食品機械上述的要求。這是由于我國在食品機械設計過程中，過分重視基于原理的設計，追求食品機械產品功能的實現(xiàn)，而未對制造過程、裝配調式、加工工藝以及維修檢驗等后續(xù)設計環(huán)節(jié)引起足夠的重視，從而導致我國食品機械產品可維護性相對較差，且零部件的制造以及裝配性較差，不得不對其進行反復的改進，從而延長了食品機械產品的開發(fā)周期，質量也得不到有效保障，從而造成了大量的浪費。針對這一現(xiàn)狀，加強對面向制造與裝配的食品機械設計的研究，從設計思路與方法上加強對我國食品機械的改造，對于我國食品機械行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

2 面向制造和裝配的食品機械設計

2.1 設計思路方法分析

DFMA，即面向制造與裝配的設計，它是機械設計制造領域中并行工程設計思想的具體體現(xiàn)，要求在機械產品開發(fā)的全過程之中，體現(xiàn)并行工程思想?；诖?，在面向制造與裝配的食品機械設計中，就要求在食品機械產品設計之初，就要綜合考慮產品后續(xù)工程中將面臨的情況（如食品機械產品零部件的可制造性，以及提高裝配效率等問題），從而有效提高產品開發(fā)效率，降低設計成本。通常而言，DFMA主要分為兩方面內容：面向制造的設計（DFM）以及面向裝配的設計（DFA）。在食品機械設計的初始階段或者概念設計階段，主要考慮食品機械產品的可制造性，也即是運用面向制造的設計促進食品機械產品的功能得以實現(xiàn)；而在食品機械產品零部件的具體設計階段，產品零部件結構的可裝配性則是主要考慮的問題，也即是運用面向裝配的設計，進行食品機械各零部件的優(yōu)化，使其便于裝配，從而提高零部件的裝配效率，并確保在滿足食品機械產品基本功能的基礎上，確保裝配所用的零部件的數(shù)量與種類最少，避免在零部件裝配過程中加工等，從而降低食品機械產品的設計成本。

相較于傳統(tǒng)的經驗設計而言，采用面向制造與面向對象的食品機械設計，能夠極大地減少零部件使用的數(shù)量（僅需原來的30%～70%），而且能夠有效地縮減裝配時間（最大可縮減至原來裝配時間的一半），從而全面降低食品機械產品的開發(fā)周期，使其能夠迅速地投產使用，全面提高了設計綜合效率，降低了開發(fā)成本與勞動強度。在面向制造與裝配的食品機械設計中，要求在設計過程中遵循以下原則：

（1）采用模塊化設計。

（2）盡量采用簡單的、標準的且易于裝配的零部件。

（3）盡量減少零件的種類以及零件的數(shù)量。

（4）便于產品的工作狀態(tài)的檢驗以及故障的快速修復。

（5）在考慮實際加工成本的基礎上，對各零部件精度分配適合采用的工藝。

（6）在考慮普通裝配人員的裝配技能的前提下，注重裝配過程的簡化，盡量運用經常運用的結構。

（7）將設計過程中可有可無的附加設計取消，實施產品的可靠性設計，使產品無故障工作的平均時間得以延長。

2.2 實例分析

（1）傳統(tǒng)設計實例分析。通常而言，普通的小型食品機械在其設計過程中，所包含的電子元器件以及機械零部件至少都有上百個，若按照傳統(tǒng)的食品機械設計方法進行設計，就可能造成產品的設計中非標件的大量使用、零件過渡設計，裝配時間過長、維修不便以及設計成本過高等不足。就如該案例中運用傳統(tǒng)食品機械設計方法設計的一小型的液體自動包裝機，在其設計過程中，主要運用活塞運動控制機構（如圖1所示）實現(xiàn)對該裝置進行定量間歇中的精確供料。圖1中，1～17則分別為該活塞運動控制機構的各零部件：撥叉、軸套、支承座、軸、螺母（5、6、12）、偏心滑塊、平墊圈（8、9、13）、螺栓、擋板、銷軸、開口銷、連桿以及偏心倒槽等。

2.3 應用DFMA的分析與改造

根據(jù)面向制造與裝配設計原則，對圖1中的活塞運動控制機構進行分析與改進如下：

（1）根據(jù)該液體自動包裝機撥叉件的功能，在裝置中僅需在一個維度上開口，因此，在本設計中，右側視圖中的開口設計屬于冗余結構，應將其取消。同時，在活塞運動控制機構中，撥叉件需要通過連桿的帶動而實現(xiàn)在軸上進行擺動，因此，該裝置中的撥叉與軸在裝配中，具有精度要求。而該設計中，將裝配面設計得過大，導致?lián)懿娴目變缺砻媾c軸的外表面都具有相當高的加工精度成本，鑒于此，可適當縮短該裝置中的軸向配合長度。

（2）裝置中，支承座的結構屬于不規(guī)則的結構，加工較為困難，因此，可使兩側與中間的固定部分與支撐部分稍微向內縮進一些，使其在同一平面內，從而減少螺孔端面的磨削加工量。

（3）該設計在對軸的尺寸與結構確定之后，未結合面向制造與裝配設計原則，選用標準件，因此，在進行改進中，在初步設計中的尺寸與結構之后，優(yōu)選符合要求的軸套標準件，并對此處軸的具體尺寸與結構進行確定。

3 分析與討論

結合面向制造與裝配的食品機械設計原則對該案例中的傳統(tǒng)設計進行改進，可發(fā)現(xiàn)，消除冗余結構利于生產進度的加快，對裝配過程中的連接設計進行改進，利于縮短裝配時間，提高裝配效率。同時，在設計過程中，運用標準件，可實現(xiàn)產品開發(fā)成本的降低，并降低產品制造與裝配時的勞動強度。在食品機械設計過程中，運用面向制造與裝配的設計思路與方法進行設計，考慮了食品機械產品的全生命周期中所需考慮的注意事項，尤其是產品后續(xù)工程中制造、裝配以及維修階段中產品的可制造性，可裝配性以及可維護性，利于提高設計的綜合效率。

綜上所述，在食品機械設計過程中，面向制造與裝配的設計思想與方法的運用，須在各設計階段，綜合考慮零部件、材料、工藝選擇，以及產品整個生命周期內須考慮的問題，從而提高設計效率，降低食品機械產品開發(fā)周期，縮短故障修復時間，增強食品機械產品的可靠性以及性能。

參考文獻

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