食品設備在畢業設計的應用與實踐

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[摘要]構建數量充分、內容豐富的三維設備以及通用零件數據庫，使學生在畢業論文中直接調用，然后一步轉化生成工程圖紙，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題目，對已建立的模型庫供進行實踐和和應用，取得了滿意的效果。

[關鍵詞]食品設備;3D模型庫;本科畢業設計

工科畢業設計是本科教學階段的極其重要的實踐教學環節，是培養學生解決復雜工程問題的能力的重要訓練[1,2]。工程專業畢業設計涉及到大量的專業知識，從多年的從教經驗看，學生最感頭痛、最吃力、效率最低的其實還是工程圖紙的繪制問題。傳統圖紙繪圖一筆一畫，一橫一豎，面面俱到，細節多，工作量，學生畏難情緒較大，一般學生很少選作需要繪圖的畢業設計。單從繪圖制圖角度考慮，不難看出教學過程中存在兩大短板：(1)在傳統教學中，教材的編排是以正投影為主線，強調的是平面投影圖的繪制。這樣出現的問題在于：三維向二維或二維向三維轉化過程，學生必須具有較強的空間想象能力。但非機械類學生只有一個學期共48課時的訓練，離實際要求確實有一定距離。(2)三維造型在機械領域已經成為了非常主流的繪圖模式，在制圖過程發揮著重要作用。但在其他非機專業中，特別是食品科學與工程專業中，由于安排的學時較少，或者領導的重視程度相對較低，三維造型的學習和利用基本處于初級或空白的狀態。如何突破現狀是我們必須面對的問題。建立滿足食品學科的3D模型，供學生在畢業論文根據實際需要直接調用，則既可以解決同學們在有限的學時內難以完成三維軟件學習的難題，還可以使學生輕松、順利畢業設計，可謂一舉兩得。本文擬結合食品工廠的實際應用，建立3D數據庫。讓學生結合所學理論知識，發揮空間想象能力，借助3D數據庫，建立模擬食品工廠或復合機械，轉化生成工程圖紙。

1食品設備3D模型庫的構建方法與程序

1.1食品設備。3D模型庫的構建方法食品設備3D模型庫實際就是通過三維建模構建一系列的食品機械設備。首先，當然是標準(通用)食品機械數據庫的建立，采用經典三維軟件主要為Autocadplant3D[3]，建立各種通用設備，如各種罐、各種泵不同型號、不同尺寸的三維模型；其次，建立非通用設備標準零件的數據庫，為非標設備的簡單構建以及組合設備的設計提供集成模型塊；另外，利用3D造型數據庫并根據實際工廠的布置，構建圖形化虛擬工廠，并結合三維軟件操作命令，建立“一鍵式”轉化生成工程圖紙流程；借助3D打印機，打造教學或學生創意模型。最后，當然需要建立3D設備數據庫使用規范和操作指南，以供更多的學生規范化使用模型庫。1.2食品設備。3D模型庫的構建程序具體構建三維模型庫需要如下步驟：(1)根據食品加工過程中經常使用的14類設備，檢索常用的尺寸和規格，分成若干小類，并建立簡單易用的數據庫。(2)對中各類設備，按不同規格(尺寸、壓力、類型)，利用三維軟件繪制三維形象，建立具體的三維設備圖形庫。(3)食品工廠中涉及到少量非通用設備，市場上需要定制。本項目建立標準零件庫，方便非通用設備的組裝需要。(4)現代已經建立許多成熟的食品工廠。通過建立的3D設備模型數據庫，搭建虛擬的食品工廠模型。并通過三維軟件自帶的“三維轉二維”命令集，使3D圖形轉化生成二維工程圖紙。同時，借助3D打印手段把3D圖形轉化生成實實在在的3D模型或同學們的創意、想法變成觸手可及的實物。(5)三維數據庫的推廣使用，需要建立詳細的使用說明和使用規范，為同學、老師的方便使用提供指南性文件。

2食品設備3D模型庫在畢業設計中的應用

硒代氨基酸生產行業目前仍有廣闊的前景和發展的空間。本論文就硒結合蛋白的基本單元硒代胱氨酸的化學合成方法和設計工藝，研究一條日產30kg硒代胱氨酸的生產線，以滿足巨大的硒蛋白補充劑生產需要。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→溫度調至0℃→攪拌反應8小時→絲氨酸乙酯；第二步：絲氨酸乙酯→溫度調至52℃蒸發乙醇和二氯亞砜→混入二氯亞砜→溫度調至0℃→攪拌反應8小時→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→溫度調至30℃→攪拌反應8小時→硒代胱氨酸乙酯；第四步：硒代胱氨酸乙酯→混入稀鹽酸→溫度調至80℃→反應2小時→硒代胱氨酸。硒代胱氨酸生產線在合成工藝的基礎上，經物料以及熱量的衡算、車間布局、設備選型、管路布置、經濟分析等，獲得設備尺寸和規格、管道及配件、成本費用、利潤率、經營安全率等數據，然后進行車間布置。生產線車間擬分為三層：重型設備和動力設備放置在1層，如各類儲料罐和泵；反應器和輕型設備放置在2層，如機械攪拌罐和堿罐；冷凝器和固體罐嘖放置在3層。設備放置的位置要靠近樓層中心，同時留出工作人員通道，不擁擠、不堆疊，在不影響生產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化”命令，實現工程圖紙的快速制作，以首層車間的管道和設備布置為例,結果如圖4所示。首層車間是整條硒代胱氨酸生產線的主要部分，大部分的儲料罐和所有的泵都放置在一層。所有的泵都集中到一個區域，用扶手圍起來隔開。與泵直接相連的儲料罐在距離泵不遠的位置，同時要保證排列整齊，布管時不產生交叉。整個車間放置7個儲料罐和7個泵，泵與儲料罐出料管嘴對齊，與墻壁之間保持1~2米的距離。

3總結

構建數量充分、內容豐富的工廠中的經常使用的三維設備以及通用零件數據庫，以供學生在畢業論文中直接調出、插入使用，然后一步轉化生成工程圖紙，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行實踐和和探討。實踐結果說明可編輯的通用食品設備三維數據庫的建立可以方便本科論文的撰寫并提高本科論文的質量。

參考文獻

[1]張曉莉，倪志偉，劉志深，等．三維軟件在農機類專業畢業設計中的應用[J]．農業工程，2016，6(6)：132-134．

[2]張源，胡自成，葛鳳華，等．本科畢業設計中FLUENT軟件相關課題可行性及問題探討．課程教育研究，2015，8：28-29．

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

作者:周華 傅亮