食品設(shè)備在畢業(yè)設(shè)計(jì)的應(yīng)用與實(shí)踐

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[摘要]構(gòu)建數(shù)量充分、內(nèi)容豐富的三維設(shè)備以及通用零件數(shù)據(jù)庫，使學(xué)生在畢業(yè)論文中直接調(diào)用，然后一步轉(zhuǎn)化生成工程圖紙，過程簡單、方便、高效。本文以硒代胱氨酸的合成和制備為畢業(yè)題目，對(duì)已建立的模型庫供進(jìn)行實(shí)踐和和應(yīng)用，取得了滿意的效果。

[關(guān)鍵詞]食品設(shè)備;3D模型庫;本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

工科畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科教學(xué)階段的極其重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力的重要訓(xùn)練[1,2]。工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)涉及到大量的專業(yè)知識(shí)，從多年的從教經(jīng)驗(yàn)看，學(xué)生最感頭痛、最吃力、效率最低的其實(shí)還是工程圖紙的繪制問題。傳統(tǒng)圖紙繪圖一筆一畫，一橫一豎，面面俱到，細(xì)節(jié)多，工作量，學(xué)生畏難情緒較大，一般學(xué)生很少選作需要繪圖的畢業(yè)設(shè)計(jì)。單從繪圖制圖角度考慮，不難看出教學(xué)過程中存在兩大短板：(1)在傳統(tǒng)教學(xué)中，教材的編排是以正投影為主線，強(qiáng)調(diào)的是平面投影圖的繪制。這樣出現(xiàn)的問題在于：三維向二維或二維向三維轉(zhuǎn)化過程，學(xué)生必須具有較強(qiáng)的空間想象能力。但非機(jī)械類學(xué)生只有一個(gè)學(xué)期共48課時(shí)的訓(xùn)練，離實(shí)際要求確實(shí)有一定距離。(2)三維造型在機(jī)械領(lǐng)域已經(jīng)成為了非常主流的繪圖模式，在制圖過程發(fā)揮著重要作用。但在其他非機(jī)專業(yè)中，特別是食品科學(xué)與工程專業(yè)中，由于安排的學(xué)時(shí)較少，或者領(lǐng)導(dǎo)的重視程度相對(duì)較低，三維造型的學(xué)習(xí)和利用基本處于初級(jí)或空白的狀態(tài)。如何突破現(xiàn)狀是我們必須面對(duì)的問題。建立滿足食品學(xué)科的3D模型，供學(xué)生在畢業(yè)論文根據(jù)實(shí)際需要直接調(diào)用，則既可以解決同學(xué)們在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)難以完成三維軟件學(xué)習(xí)的難題，還可以使學(xué)生輕松、順利畢業(yè)設(shè)計(jì)，可謂一舉兩得。本文擬結(jié)合食品工廠的實(shí)際應(yīng)用，建立3D數(shù)據(jù)庫。讓學(xué)生結(jié)合所學(xué)理論知識(shí)，發(fā)揮空間想象能力，借助3D數(shù)據(jù)庫，建立模擬食品工廠或復(fù)合機(jī)械，轉(zhuǎn)化生成工程圖紙。

1食品設(shè)備3D模型庫的構(gòu)建方法與程序

1.1食品設(shè)備。3D模型庫的構(gòu)建方法食品設(shè)備3D模型庫實(shí)際就是通過三維建模構(gòu)建一系列的食品機(jī)械設(shè)備。首先，當(dāng)然是標(biāo)準(zhǔn)(通用)食品機(jī)械數(shù)據(jù)庫的建立，采用經(jīng)典三維軟件主要為Autocadplant3D[3]，建立各種通用設(shè)備，如各種罐、各種泵不同型號(hào)、不同尺寸的三維模型；其次，建立非通用設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)零件的數(shù)據(jù)庫，為非標(biāo)設(shè)備的簡單構(gòu)建以及組合設(shè)備的設(shè)計(jì)提供集成模型塊；另外，利用3D造型數(shù)據(jù)庫并根據(jù)實(shí)際工廠的布置，構(gòu)建圖形化虛擬工廠，并結(jié)合三維軟件操作命令，建立“一鍵式”轉(zhuǎn)化生成工程圖紙流程；借助3D打印機(jī)，打造教學(xué)或?qū)W生創(chuàng)意模型。最后，當(dāng)然需要建立3D設(shè)備數(shù)據(jù)庫使用規(guī)范和操作指南，以供更多的學(xué)生規(guī)范化使用模型庫。1.2食品設(shè)備。3D模型庫的構(gòu)建程序具體構(gòu)建三維模型庫需要如下步驟：(1)根據(jù)食品加工過程中經(jīng)常使用的14類設(shè)備，檢索常用的尺寸和規(guī)格，分成若干小類，并建立簡單易用的數(shù)據(jù)庫。(2)對(duì)中各類設(shè)備，按不同規(guī)格(尺寸、壓力、類型)，利用三維軟件繪制三維形象，建立具體的三維設(shè)備圖形庫。(3)食品工廠中涉及到少量非通用設(shè)備，市場上需要定制。本項(xiàng)目建立標(biāo)準(zhǔn)零件庫，方便非通用設(shè)備的組裝需要。(4)現(xiàn)代已經(jīng)建立許多成熟的食品工廠。通過建立的3D設(shè)備模型數(shù)據(jù)庫，搭建虛擬的食品工廠模型。并通過三維軟件自帶的“三維轉(zhuǎn)二維”命令集，使3D圖形轉(zhuǎn)化生成二維工程圖紙。同時(shí)，借助3D打印手段把3D圖形轉(zhuǎn)化生成實(shí)實(shí)在在的3D模型或同學(xué)們的創(chuàng)意、想法變成觸手可及的實(shí)物。(5)三維數(shù)據(jù)庫的推廣使用，需要建立詳細(xì)的使用說明和使用規(guī)范，為同學(xué)、老師的方便使用提供指南性文件。

2食品設(shè)備3D模型庫在畢業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

硒代氨基酸生產(chǎn)行業(yè)目前仍有廣闊的前景和發(fā)展的空間。本論文就硒結(jié)合蛋白的基本單元硒代胱氨酸的化學(xué)合成方法和設(shè)計(jì)工藝，研究一條日產(chǎn)30kg硒代胱氨酸的生產(chǎn)線，以滿足巨大的硒蛋白補(bǔ)充劑生產(chǎn)需要。主要的工藝流程如圖2：第一步：絲氨酸酯化生成絲氨酸乙酯：絲氨酸→混入二氯亞砜和乙醇→溫度調(diào)至0℃→攪拌反應(yīng)8小時(shí)→絲氨酸乙酯；第二步：絲氨酸乙酯→溫度調(diào)至52℃蒸發(fā)乙醇和二氯亞砜→混入二氯亞砜→溫度調(diào)至0℃→攪拌反應(yīng)8小時(shí)→氯代絲氨酸乙酯；第三步：氯代絲氨酸乙酯→混入二硒化鈉溶液和堿液→溫度調(diào)至30℃→攪拌反應(yīng)8小時(shí)→硒代胱氨酸乙酯；第四步：硒代胱氨酸乙酯→混入稀鹽酸→溫度調(diào)至80℃→反應(yīng)2小時(shí)→硒代胱氨酸。硒代胱氨酸生產(chǎn)線在合成工藝的基礎(chǔ)上，經(jīng)物料以及熱量的衡算、車間布局、設(shè)備選型、管路布置、經(jīng)濟(jì)分析等，獲得設(shè)備尺寸和規(guī)格、管道及配件、成本費(fèi)用、利潤率、經(jīng)營安全率等數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行車間布置。生產(chǎn)線車間擬分為三層：重型設(shè)備和動(dòng)力設(shè)備放置在1層，如各類儲(chǔ)料罐和泵；反應(yīng)器和輕型設(shè)備放置在2層，如機(jī)械攪拌罐和堿罐；冷凝器和固體罐嘖放置在3層。設(shè)備放置的位置要靠近樓層中心，同時(shí)留出工作人員通道，不擁擠、不堆疊，在不影響生產(chǎn)的前提下盡量整齊美觀，借助AutocadPlant3D軟件繪出了三維立體效果圖如圖3。借助“三維造型向二維圖紙的轉(zhuǎn)化”命令，實(shí)現(xiàn)工程圖紙的快速制作，以首層車間的管道和設(shè)備布置為例,結(jié)果如圖4所示。首層車間是整條硒代胱氨酸生產(chǎn)線的主要部分，大部分的儲(chǔ)料罐和所有的泵都放置在一層。所有的泵都集中到一個(gè)區(qū)域，用扶手圍起來隔開。與泵直接相連的儲(chǔ)料罐在距離泵不遠(yuǎn)的位置，同時(shí)要保證排列整齊，布管時(shí)不產(chǎn)生交叉。整個(gè)車間放置7個(gè)儲(chǔ)料罐和7個(gè)泵，泵與儲(chǔ)料罐出料管嘴對(duì)齊，與墻壁之間保持1~2米的距離。

3總結(jié)

構(gòu)建數(shù)量充分、內(nèi)容豐富的工廠中的經(jīng)常使用的三維設(shè)備以及通用零件數(shù)據(jù)庫，以供學(xué)生在畢業(yè)論文中直接調(diào)出、插入使用，然后一步轉(zhuǎn)化生成工程圖紙，過程簡單、方便、高效。本文以硒代胱氨酸的合成和制備為題進(jìn)行實(shí)踐和和探討。實(shí)踐結(jié)果說明可編輯的通用食品設(shè)備三維數(shù)據(jù)庫的建立可以方便本科論文的撰寫并提高本科論文的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]張曉莉，倪志偉，劉志深，等．三維軟件在農(nóng)機(jī)類專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]．農(nóng)業(yè)工程，2016，6(6)：132-134．

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[3]朱秋享．三維流程工廠設(shè)計(jì)—AutoCADPlant3D[M]．北京：高等教育出版社，2019．

作者:周華 傅亮