再制造設(shè)計在食品機(jī)械中的應(yīng)用

　　摘要：文章分析了影響食品機(jī)械再制造設(shè)計的諸多關(guān)鍵因素，在再制造設(shè)計定義與特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，通過實(shí)地調(diào)研，對一些現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進(jìn)行面向再制造改進(jìn)設(shè)計，使其結(jié)構(gòu)更加合理，并運(yùn)用再制造設(shè)計原理對月餅自動刷油扎孔機(jī)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計。面向再制造設(shè)計能充分挖掘廢舊食品機(jī)械所蘊(yùn)含的資源價值，推動可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略方針。

　　關(guān)鍵詞：面向再制造設(shè)計;再制造;資源節(jié)約;食品機(jī)械;設(shè)計實(shí)例

　　市場競爭的日益激烈與技術(shù)環(huán)境的日漸復(fù)雜，和可持續(xù)發(fā)展的急迫性與重要性，對食品機(jī)械企業(yè)的產(chǎn)品創(chuàng)新研制提出了更高要求。環(huán)境友好設(shè)計方法急需引入食品機(jī)械設(shè)計中，提升企業(yè)綠色產(chǎn)品設(shè)計能力。綠色設(shè)計指對食品機(jī)械結(jié)構(gòu)及零件使用面向再制造設(shè)計(DesignforRemanufactu—ring)，使設(shè)備在設(shè)計初始便考慮其后續(xù)再制造可行性，令設(shè)備在生命周期末端獲得優(yōu)良的再制造能力。鮑宏等n1將面向再制造設(shè)計思維和創(chuàng)新設(shè)計兩者結(jié)合，面向設(shè)備生命周期再制造性能多角度開展產(chǎn)品設(shè)計方法研究及應(yīng)用。

　　1面向再制造設(shè)計概述

　　1.1中國食品機(jī)械現(xiàn)狀

　　中國食品機(jī)械行業(yè)起步較晚，高起點(diǎn)企業(yè)較少，仍存在一些問題，例如，創(chuàng)新點(diǎn)弱。低水平產(chǎn)品較多，沒有自主研發(fā)品牌，一些技術(shù)被國外壟斷，需從國外進(jìn)口大量食品機(jī)械，甚至一整套生產(chǎn)線。從事食品機(jī)械的研發(fā)團(tuán)隊(duì)較少，國家在該領(lǐng)域投入的科研經(jīng)費(fèi)、人力物力不足，導(dǎo)致食品機(jī)械更新?lián)Q代較慢，生產(chǎn)線較為落后。由于食品機(jī)械質(zhì)量欠缺，無法長時問服役，導(dǎo)致大量設(shè)備以及零部件廢棄。進(jìn)口設(shè)備消耗了國家大量資金，如果能將這些廢舊設(shè)備回收再利用，將為國家以及企業(yè)節(jié)省一大筆開支[2]。

　　1.2面向再制造設(shè)計概念

　　再制造設(shè)計是依據(jù)再制造設(shè)計要求，利用先進(jìn)的技術(shù)與設(shè)計方法，針對產(chǎn)品自身再制造屬性和再制造生產(chǎn)流程中各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)、技術(shù)單元以及資源使用進(jìn)行全方位規(guī)劃，得到最優(yōu)再制造方案的全部過程。再制造設(shè)計的研究重點(diǎn)是產(chǎn)品設(shè)計初始的再制造性和驗(yàn)證評價;再制造系統(tǒng)涵蓋了人員、設(shè)備及技術(shù)的功能、構(gòu)成、構(gòu)建、及運(yùn)作規(guī)律的優(yōu)化設(shè)計方法等。

　　再制造設(shè)計的最終目的是運(yùn)用全系統(tǒng)全生命過程理論，使用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)法與手段，設(shè)計出擁有優(yōu)良再制造性的產(chǎn)品。再制造設(shè)計相比傳統(tǒng)設(shè)計具有更高難度和技術(shù)要求，它有特殊約束條件和更高層次技術(shù)難度。利用再制造設(shè)計，依據(jù)設(shè)備情況，對再制造經(jīng)濟(jì)性與資源有害程度進(jìn)行前期計算和預(yù)判，確定具體技術(shù)單元，最終得到面向廢棄資源的最優(yōu)再制造方案。在保證再制造品品質(zhì)的前提下，完成了再制造資源回收最大化，環(huán)境污染最小化，是廢舊產(chǎn)品進(jìn)行再制造的科學(xué)依據(jù)[3]。

　　1.3再制造性與再制造度

　　再制造性為物體所固有，作為設(shè)備進(jìn)行再制造的先決條件，是再制造研究的基礎(chǔ)。相同設(shè)備在不同條件下具有不同的再制造性，再制造性不能脫離具體條件。設(shè)計初始無論是否面向再制造設(shè)計，產(chǎn)品的再制造性都客觀存在，隨著時間的推移再制造性會產(chǎn)生變化，并且由于智能化，創(chuàng)新化的技術(shù)發(fā)展，再制造性隨之增加。

　　2面向食品機(jī)械再制造設(shè)計內(nèi)容

　　2.1再制造設(shè)計與評價理論

　　傳統(tǒng)的食品機(jī)械設(shè)計通�？紤]設(shè)備可靠性、運(yùn)行平穩(wěn)性、可維護(hù)性等，為了提高設(shè)備在生命周期末端可用于再制造的能力，需對設(shè)備自身的再制造屬性進(jìn)行綜合設(shè)計，即在設(shè)備設(shè)計初期需面向再制造整體過程進(jìn)行設(shè)備結(jié)構(gòu)等系列設(shè)計，并且對設(shè)計指標(biāo)評估與校驗(yàn)，全面提升食品機(jī)械設(shè)備的再制造能力和效率。所以，需基于設(shè)備屬性設(shè)計的相關(guān)方法和理論，建立再制造設(shè)計指標(biāo)體系和新設(shè)備設(shè)計初始再制造設(shè)計和評價理論[5。6]。機(jī)械與電子產(chǎn)品失效曲線類似于浴盆形狀。

　　在設(shè)備服役前期需調(diào)試，處于磨合期，失效率較高，但此時間段內(nèi)維修簡單，成本低廉;磨合期結(jié)束后為設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行階段，此階段偶發(fā)故障，多由于人工操作失誤，維修較為容易;曲線第三階段為損耗期，此階段維修頻次與維修成本上升。面向再制造設(shè)計考慮到零部件替換與核心零部件保護(hù)等，可延長設(shè)備偶發(fā)故障期，使損耗期故障率下降，減少零部件更換難度與維修難度，降低維修成本，使核心零部件重復(fù)利用，最終為企業(yè)節(jié)省成本[7.9]。

　　2.2食品機(jī)械梯度壽命設(shè)計

　　傳統(tǒng)食品機(jī)械設(shè)備屬于單周期產(chǎn)品，利用再制造技術(shù)可使其達(dá)到多壽命周期循環(huán)使用。面向再制造設(shè)計的食品機(jī)械多壽命周期是一種新型的設(shè)備服役模式，因而設(shè)計要求不同于傳統(tǒng)的食品機(jī)械，其設(shè)計核心為針對再制造運(yùn)用壽命梯度理論，以食品機(jī)械服役條件及時間作為基礎(chǔ)進(jìn)行零件梯度壽命設(shè)計。使價值較低，需要反復(fù)更換的零件服役時間等于設(shè)備單次服役時間;高價值可多次利用的零件服役時間根據(jù)工況與性能要求設(shè)計為設(shè)備單次服役時長的不同梯度倍數(shù)。那么在某種食品機(jī)械的第N次再制造中僅需更換一次壽命與已達(dá)到設(shè)計倍數(shù)服役年限的零件，簡化了該設(shè)備再制造過程中零件剩余壽命評估與再制造工藝的使用。

　　3面向再制造的食品機(jī)械設(shè)計

　　3.1易于拆卸

　　拆解是進(jìn)行再制造的必要過程。再制造拆解不同于一般拆卸，要求盡量多地保留拆卸下的零部件使其不受損壞，并保留核心零部件。部分企業(yè)已意識到此問題，開始運(yùn)用卡式與接入式接頭、模塊化零部件，此類型零件更易被拆卸，大大縮短了拆解與裝配耗時。拆卸需要按照一定的順序進(jìn)行，同一個設(shè)備有幾種不同的拆卸順序，面向再制造設(shè)計應(yīng)該考慮拆卸順序合理性，以下列舉幾種易拆卸結(jié)構(gòu)[13_1…。

　　3.2易于運(yùn)輸

　　再制造是將處于生命周期末端的設(shè)備進(jìn)行回收，為再制造品提供原材料。面向再制造設(shè)計的食品機(jī)械應(yīng)盡量節(jié)省運(yùn)輸過程中所占空間，避免過多突出部分，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)突出部分易被損壞或需要獨(dú)立空間。結(jié)構(gòu)設(shè)計合理在裝載過程中也具有優(yōu)勢，盡量使底面接觸部分面積足夠n“。

　　3.3易于分類

　　零件合理分類，對再制造設(shè)備質(zhì)量有直接影響。合理并且快速地分類可以優(yōu)化回收庫存成本，縮短再制造時間。在面向再制造設(shè)計時應(yīng)盡量使用標(biāo)準(zhǔn)件，避免出現(xiàn)過多零部件種類，使設(shè)備盡可能簡化。為了使分類迅速進(jìn)行，分類明朗化，應(yīng)對相同零部件使用可識別記號進(jìn)行標(biāo)記，縮短分類耗的時[”]。

　　3.4易于清洗

　　清洗為再制造中至關(guān)重要的一步，影響再制造后續(xù)修復(fù)成功與否。由于拆卸下的零部件存在幾何尺寸受損和螺紋結(jié)構(gòu)等，加之食品機(jī)械所處的環(huán)境，使零部件易被油垢、食品殘渣等污染，需徹底清洗才能提高再制造品的質(zhì)量。面向再制造設(shè)計應(yīng)盡量使設(shè)備表面光滑，易于清洗�？蛇m當(dāng)使用表面涂料等方法，減少由于清洗所造成的零部件損傷。

　　3.5易于修復(fù)

　　設(shè)備的修復(fù)和升級是再制造的一個重要程序，使其到達(dá)新品，甚至高于新品的質(zhì)量，從而提升設(shè)備的市場競爭力。面向再制造設(shè)計時應(yīng)增加零件可靠性，盡可能降低材料與結(jié)構(gòu)的磨損與折斷，銹蝕與污垢堆積。設(shè)計的部件應(yīng)易于替換，有較好的升級性[18_2…。

　　4設(shè)計實(shí)例

　　4.1實(shí)例1

　　改進(jìn)前，該齒輪連接結(jié)構(gòu)的螺母7聯(lián)合軸端限位將零件1與齒輪3串連在軸5上;零件2和零件6是限位所用套筒，4為鍵。齒輪屬于易損零件，常被用于食品機(jī)械中，服役過程中需經(jīng)常維護(hù)或更替，改進(jìn)前對齒輪3進(jìn)行維護(hù)或更換時，需要反復(fù)拆裝零件6、7、1、2，加大作業(yè)量，過程中如有不慎，會損壞周圍零部件，造成額外損失。將軸5左側(cè)螺紋連接鏡像地設(shè)計在右側(cè)，改進(jìn)后對齒輪4進(jìn)行維護(hù)時，避免了反復(fù)拆、裝的問題。面向再制造設(shè)計還可對一些其它結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計，兩側(cè)零件無法獨(dú)立裝卸，同樣出現(xiàn)維護(hù)不便的情況。

　　4.2實(shí)例2

　　4.2.1面向再制造的月餅自動刷油扎孔機(jī)設(shè)計通過對陜西省咸陽市紅星軟香酥廠調(diào)研了解到，在烤制時為了確保餅體不粘盤，且徹底烤熟，需在餅體表面刷油，并手L：fL，而該程序完全依賴人工進(jìn)行.耗時費(fèi)力�，F(xiàn)利用面向再制造設(shè)計原理設(shè)計針對該操作的自動刷油扎孔機(jī)。

　　5結(jié)語

　　本文通過對面向再制造設(shè)計理論的分析，結(jié)合實(shí)際情況，對現(xiàn)有食品機(jī)械設(shè)備中存在的一些不合理結(jié)構(gòu)，例如齒輪與換熱結(jié)構(gòu)，利用面向再制造設(shè)計理論進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計，使其結(jié)構(gòu)更加合理，便于拆卸，提升其再制造價值。并利用該理論對月餅自動刷油扎孔機(jī)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計，將傳統(tǒng)需要人工操作的工序自動化，設(shè)備連接處采用易拆卸結(jié)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，再制造性強(qiáng)，提升企業(yè)效益的同時，使廢舊設(shè)備最大程度地投入再制造循環(huán)使用，節(jié)約了更多資源。

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　　食品機(jī)械論文投稿刊物：《包裝與食品機(jī)械》主要報導(dǎo)國內(nèi)外包裝與食品機(jī)械、工藝、包裝材料、食品包裝等方面的內(nèi)容，辟有試驗(yàn)研究、設(shè)計探討、行業(yè)發(fā)展、技術(shù)綜述、經(jīng)驗(yàn)交流、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、供求信息、技術(shù)轉(zhuǎn)讓、簡訊、信息窗等欄目。

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