搅拌混合设备参数化生产系统研制

搅拌混合设备在食品工程、化学工程、生物工程等行业中使用非常普遍，它们对工艺效果、产品质量有着重要影响。随着生产工艺的逐步完善和成熟，搅拌混合设备的工艺参数、结构型式等趋于稳定，特别是在工艺操作条件相同仅处理量不同的情况下，这类设备往往只是外形尺寸、容积、功率大小的差别，设备的装配结构、零部件数量及种类基本相同。这就为搅拌混合设备的标准化、规范化和模块化设计提供了必要条件。本文简单介绍一下搅拌混合设备三维参数化 CAD 系统的研制情况。

     一、构建知识数据库

   （1） 单元操作模型的确立和完善

对搅拌混合设备在整个工艺流程中所起作用做定性分析，并建立起该设备的数学模型。

   （2） 设备装配结构的确立和完善

设备的工艺用途确定后，就可对设备的装配结构进行确定和完善。常见的搅拌混合设备一般包含有如下部件：筒体、封头、传动装置、搅拌装置、轴封装置、接管、附件（手孔、人孔、视镜等）。

      二、系统流程规划

      搅拌混合设备的具体设计大致包含工艺计算、设备设计和工程绘图 3 个阶段。如下图：

       三、设备设计模块

       工艺计算后的设计方案作为设备设计的原始条件。首先从工艺模型数据库中检索确认和完成总体结构，再结合设备设计数据库进行具体的零部件设计，主要的设计内容包括： 筒体和封头设计、搅拌装置设计、传动装置设计、轴封装置设计等。设计得到的结果保存到设计报表中，后续 CAD 绘图模块从中读取有关数据，绘制或自动生成设备工程图。具体流程如下图：

        四、实例图形数据库

在具体的设计过程中，往往已经积累了大量的图纸资料，因此，除了整理完善相关工艺数学模型和力学模型外，系统还要构建实例图形数据库。实例图形数据库及相关功能模块相当于一个内置的 PDM 系统，同一工况下已有的图纸不必再重新生成，甚至不必重新设计，直接通过有关接口检索并调用即可，而全新设计的设备也可通过该数据库调用诸如电机、减速机、搅拌桨叶、机架、联轴器、密封件、法兰等标准图形，实现了设备的模块化、标准化设计，完成的图纸又能作为新实例添加到实例设备数据库中，充分利用设计成果，避免了多次重复设计。

实例图形数据库既包含了可以直接调用的成熟设备图纸，还包含有参数化标准图形库，并和相关 CAD 系统自身的图库如资源中心等有机结合。参数化标准图形库是基于三维 CAD 系统创建的。这种参数化的三维图库可以做到“一次创建、常久使用”，而在其基础上创建、

生成的三维零件模型或装配体，又可以在 CAD系统内进行初步的有限元分析或动力学分析，必要时也可输出到 ANSYS 进行更深入的分析。

       五、结论

      搅拌混合设备 CAD 系统基于知识数据库实现了工艺计算、设备设计和绘图的流程化和标准化，设计效率比一般的设计手段更高，也易于保证设计质量；设计结果能够保存到知识数据库的机制提高了系统的可扩展性，减少了重复设计的工作量。实例图形数据库的应用则实现了设备设计和绘图过程的参数化、标准化和规范化，创建工程图更加快捷、准确。