食品设备在毕业设计的应用与实践

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[摘要]构建数量充分、内容丰富的三维设备以及通用零件数据库，使学生在毕业论文中直接调用，然后一步转化生成工程图纸，过程简单、方便、高效。本文以硒代胱氨酸的合成和制备为毕业题目，对已建立的模型库供进行实践和和应用，取得了满意的效果。

[关键词]食品设备;3D模型库;本科毕业设计

工科毕业设计是本科教学阶段的极其重要的实践教学环节，是培养学生解决复杂工程问题的能力的重要训练[1,2]。工程专业毕业设计涉及到大量的专业知识，从多年的从教经验看，学生最感头痛、最吃力、效率最低的其实还是工程图纸的绘制问题。传统图纸绘图一笔一画，一横一竖，面面俱到，细节多，工作量，学生畏难情绪较大，一般学生很少选作需要绘图的毕业设计。单从绘图制图角度考虑，不难看出教学过程中存在两大短板：(1)在传统教学中，教材的编排是以正投影为主线，强调的是平面投影图的绘制。这样出现的问题在于：三维向二维或二维向三维转化过程，学生必须具有较强的空间想象能力。但非机械类学生只有一个学期共48课时的训练，离实际要求确实有一定距离。(2)三维造型在机械领域已经成为了非常主流的绘图模式，在制图过程发挥着重要作用。但在其他非机专业中，特别是食品科学与工程专业中，由于安排的学时较少，或者领导的重视程度相对较低，三维造型的学习和利用基本处于初级或空白的状态。如何突破现状是我们必须面对的问题。建立满足食品学科的3D模型，供学生在毕业论文根据实际需要直接调用，则既可以解决同学们在有限的学时内难以完成三维软件学习的难题，还可以使学生轻松、顺利毕业设计，可谓一举两得。本文拟结合食品工厂的实际应用，建立3D数据库。让学生结合所学理论知识，发挥空间想象能力，借助3D数据库，建立模拟食品工厂或复合机械，转化生成工程图纸。

1食品设备3D模型库的构建方法与程序

1.1食品设备。3D模型库的构建方法食品设备3D模型库实际就是通过三维建模构建一系列的食品机械设备。首先，当然是标准(通用)食品机械数据库的建立，采用经典三维软件主要为Autocadplant3D[3]，建立各种通用设备，如各种罐、各种泵不同型号、不同尺寸的三维模型；其次，建立非通用设备标准零件的数据库，为非标设备的简单构建以及组合设备的设计提供集成模型块；另外，利用3D造型数据库并根据实际工厂的布置，构建图形化虚拟工厂，并结合三维软件操作命令，建立“一键式”转化生成工程图纸流程；借助3D打印机，打造教学或学生创意模型。最后，当然需要建立3D设备数据库使用规范和操作指南，以供更多的学生规范化使用模型库。1.2食品设备。3D模型库的构建程序具体构建三维模型库需要如下步骤：(1)根据食品加工过程中经常使用的14类设备，检索常用的尺寸和规格，分成若干小类，并建立简单易用的数据库。(2)对中各类设备，按不同规格(尺寸、压力、类型)，利用三维软件绘制三维形象，建立具体的三维设备图形库。(3)食品工厂中涉及到少量非通用设备，市场上需要定制。本项目建立标准零件库，方便非通用设备的组装需要。(4)现代已经建立许多成熟的食品工厂。通过建立的3D设备模型数据库，搭建虚拟的食品工厂模型。并通过三维软件自带的“三维转二维”命令集，使3D图形转化生成二维工程图纸。同时，借助3D打印手段把3D图形转化生成实实在在的3D模型或同学们的创意、想法变成触手可及的实物。(5)三维数据库的推广使用，需要建立详细的使用说明和使用规范，为同学、老师的方便使用提供指南性文件。

2食品设备3D模型库在毕业设计中的应用

硒代氨基酸生产行业目前仍有广阔的前景和发展的空间。本论文就硒结合蛋白的基本单元硒代胱氨酸的化学合成方法和设计工艺，研究一条日产30kg硒代胱氨酸的生产线，以满足巨大的硒蛋白补充剂生产需要。主要的工艺流程如图2：第一步：丝氨酸酯化生成丝氨酸乙酯：丝氨酸→混入二氯亚砜和乙醇→温度调至0℃→搅拌反应8小时→丝氨酸乙酯；第二步：丝氨酸乙酯→温度调至52℃蒸发乙醇和二氯亚砜→混入二氯亚砜→温度调至0℃→搅拌反应8小时→氯代丝氨酸乙酯；第三步：氯代丝氨酸乙酯→混入二硒化钠溶液和碱液→温度调至30℃→搅拌反应8小时→硒代胱氨酸乙酯；第四步：硒代胱氨酸乙酯→混入稀盐酸→温度调至80℃→反应2小时→硒代胱氨酸。硒代胱氨酸生产线在合成工艺的基础上，经物料以及热量的衡算、车间布局、设备选型、管路布置、经济分析等，获得设备尺寸和规格、管道及配件、成本费用、利润率、经营安全率等数据，然后进行车间布置。生产线车间拟分为三层：重型设备和动力设备放置在1层，如各类储料罐和泵；反应器和轻型设备放置在2层，如机械搅拌罐和碱罐；冷凝器和固体罐啧放置在3层。设备放置的位置要靠近楼层中心，同时留出工作人员通道，不拥挤、不堆叠，在不影响生产的前提下尽量整齐美观，借助AutocadPlant3D软件绘出了三维立体效果图如图3。借助“三维造型向二维图纸的转化”命令，实现工程图纸的快速制作，以首层车间的管道和设备布置为例,结果如图4所示。首层车间是整条硒代胱氨酸生产线的主要部分，大部分的储料罐和所有的泵都放置在一层。所有的泵都集中到一个区域，用扶手围起来隔开。与泵直接相连的储料罐在距离泵不远的位置，同时要保证排列整齐，布管时不产生交叉。整个车间放置7个储料罐和7个泵，泵与储料罐出料管嘴对齐，与墙壁之间保持1~2米的距离。

3总结

构建数量充分、内容丰富的工厂中的经常使用的三维设备以及通用零件数据库，以供学生在毕业论文中直接调出、插入使用，然后一步转化生成工程图纸，过程简单、方便、高效。本文以硒代胱氨酸的合成和制备为题进行实践和和探讨。实践结果说明可编辑的通用食品设备三维数据库的建立可以方便本科论文的撰写并提高本科论文的质量。

参考文献

[1]张晓莉，倪志伟，刘志深，等．三维软件在农机类专业毕业设计中的应用[J]．农业工程，2016，6(6)：132-134．

[2]张源，胡自成，葛凤华，等．本科毕业设计中FLUENT软件相关课题可行性及问题探讨．课程教育研究，2015，8：28-29．

[3]朱秋享．三维流程工厂设计—AutoCADPlant3D[M]．北京：高等教育出版社，2019．

作者:周华 傅亮