摘要：陶瓷机械行业采用计算机三维数字化CAD等辅助制造技术是近些年来该行业的设计新理念。它一扫行业内设计手段传统单一且创
新能力薄弱的问题，为陶瓷机械行业的科学技术力提升带来福祉。本文首先阐述了陶瓷机械装备的发展现状，并基于该数字化设计制造技术上分析了喷雾干燥塔的数字化辅助设计方案。
关键词:陶瓷；机械装备；数字化设计；制备技术
引 言
我国陶瓷机械装备虽然近几年来有了一定的进步，但在整个陶瓷行业的发展中仍没有发挥很好的同步发展效应，更没有起到引领行业发展的作用。当前科技迅猛发展，数字化设计技术作为一支重要的生力军，在各行各业都发挥着巨大的作用。现代陶瓷机械装备应加速向“数字”和“精确”陶瓷行业发展。推行CAD/CAE/CAN、MIS和加工柔性化系统、建立FMS示范工程、加快我国陶瓷机械装备数字化设计与制造技术的应用研究等。已成为历史赋予我国陶瓷机械装备技术人员的责任。
1 机械产品数字化设计的组成部分
1.1 数字化定义
简称为 DPD，基于全寿命周期的机械产品数字化定义模型具体包括两方面内容，一方面是机械产品的几何信息，另一方面则是产品的非几何信息。其中产品的几何信息又包含了如下内容，即实体建模、特征建模等等；而非几何信息则主要包含BOM、设计文件、工艺文件、计算报告以及NC程度等等。为了方便对机械产品全寿命周期的各个阶段信息进行管理及共享，需要构建一个完整的结构树，再通过对机械产品名称、类型、生成与存储方式等内容的定义，实现与结构树之间的对应。
1.2 数字化装配
简称为DA，它是在DPD的基础上借助先进的计算机技术对机械产品的装配过程进行模拟，常被用于产品设计过程中的装配干涉检查及拆卸工艺路径规划当中。通过DA技术不但能够对机械产品的可装配性进行科学评价，从而减少由于设计原因引起的返工次数，而且还能有效改善机械产品的可装配性，进一步降低设计成本，显著缩短研发周期，有助于产品市场竞争力的提升。此外，借助DA技术还能对产品的结构和系统设计进行协调，这是整个数字化设计中最为重要的组成部分之一，它涉及的技术领域较多，如仿真技术、可视化技术、CAD技术、知识工程等等。
1.3 数字化仿真
简称DSA，由于机械设备设计过程中，常常会遇到一些相对比较复杂的系统，若是利用传统的物理仿真则只能获得与该系统具有一定相似性的仿真结果，这种结果有时无法满足复杂系统的设计要求。而利用计算机对复杂系统的数学模型进行研究分析，并按照模型设计系统中各种变量的实际变化情况，便可获得系统输出变量特征的仿真结果，其能够满足复杂系统的设计要求。
1.4 数字化加工
简称DM，对于某种类型的机械设备而言，可加工性是必须在产品设计过程中予以充分考虑的因素之一，若是在产品加工阶段缺少原型，则会造成试运行期间因制造模具、工具以及其他产品装备不合适而增大加工风险。而借助计算机模型加工时的路径和轨迹，可在机械产品的设计阶段对其可加工性进行考虑，从而使产品的设计与加工紧密结合到一起，这样有助于降低加工风险。
2 陶瓷机械设计领域的特点
当前行业发展中存在的主要问题：
（l）技术、装备水平低。大多数陶机专业厂技术力量不足，产品设计多用传统的设计方法，CAD等现代化设计方法应用还不普遍，工厂装备落后，数控机床和加工中心为数不多，计量、检测、控制手段较差，生产机械化程度低；
（2）产品质量差、档次低。陶机产品外观质量落后，有的性能不稳定，机电一体化产品很少，尚有许多空白，成套性差，产品附加值低，在国际市场上缺乏竞争力；
（3）产业组织结构不合理，生产专业化水平和企业管理水平低。我国陶机工业虽然已经形成一定体系，但专业化分工、集约化程度很
低，标准化程度也不高，产品零件互换性差，难以满足高档瓷生产的要求。这种生产方式极大地限制了现代化科技的应用，日用陶瓷和建筑陶瓷机械始终没有赶上国际先进水平。陶瓷机械设计领域的特点：
（1）结构类型多、型号多。例如在真空练泥机设计中，有单轴、双轴和三轴真空练泥机等；泥浆泵设计有单、双缸，立式、卧式等；
（2）常用设备功能结构不太稳定，结构复杂程度较小。例如球蘑机、练泥机、滚压成型机等一般由机架、传动系统、执行机构等组成，不同型号的设备采用的部件类型和结构参数有区别，但产品功能基本相同。这种结构稳定性非常便于采用模块化变型设计技术和参数设计技术；
（3）常用陶瓷机械产品受企业投产规模、陶瓷原料性能的影响，研究开发周期长，采用ICAD技术能缩短产品研究开发周期，节约成本。
基于参数设计和装配模型的智能设计框架，从上述特点可以看出，采用基于实例推理的模块化参数设计和变量设计技术可以大大提高新产品设计效率和设计水平，提高陶瓷产品和企业的竞争力。为此，本文基于参数设计和装配模型的智能设计框架，为解决ICAD技术中存在的问题提供一种新思路：装配模型通过建立零部件之间的几何模型及其装配信息表达并维持设计意图、产品原理和功能，是一种支持概念设计和变型设计的产品模型，而实例推理技术（CBR）以过去解决某类问题的成熟方案为基础来解决相似问题提供了一种行之有效的方法，实例库是组织已有技术的基础。基于参数化设计技术和装配模型的智能设计框架的特点：概念建模和变型设计方法密切相关；装配模型是实例推理的基础，CBR是智能设计系统的核心，装配建模是在CBR运行中实现的，使装配建模可以大量使用已有资源
3 喷雾干燥塔的数字化辅助设计方案
3.1 喷雾干燥塔
喷雾干燥塔属于陶瓷机械中的一种，它将含水量很高的稀料溶液
与悬浮液浆液以雾滴的形式分喷射分散到空气热气流中，从而达到蒸发水分，干燥空气的作用。但是喷雾干燥塔的缺陷也十分明显，在其内部气体与固体的比值相当低，体积传热系数也并不高，所以当体积蒸发率偏低时，干燥塔的热效率也很低。而且体积越大的喷雾塔，它的能量消耗就越大。利用计算机数字化辅助技术来为它的喷雾干燥工艺进行设计计算，就能够降低喷雾颗粒在塔内的停留时间。
3.2 关于设计
首先要计算喷雾干燥塔的雾滴初始速度与初始雷诺数，以便于确
定雾滴的运动状态。所以要采用三维模型与程序控制相结合的方式，来建立喷雾干燥塔雾滴运动状态模型样板。三维模型完全采用Pro/E中的交互模式生成。在模型建立后还要建立一组可以实现完全控制的三维模型形状与尺寸参数，并设置它们相应的关系，进行数学模型的参数优化，从而更有利于对雾滴运动速率的计算。在所有参数中，变化最大的就是雾滴的颗粒直径，这是因为水分蒸发的速率难以判定，而且它的直径收缩会很大，所以应该考虑在湍流阶段颗粒运动的时间，再计算雾滴颗粒的直径。
在计算了雾滴颗粒的运动时间和颗粒直径之后可以继续计算颗粒在塔内的停留时间。假设某含水35%的湿物料要转化为含水率仅为
6%，所以：
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计算得出雾滴颗粒在喷雾干燥塔内的停留时间是3.88s。
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图1 喷雾干燥塔三维模型计算的设计流程示意图
结束语
综上所述，将数字化设计技术应用于陶瓷机械装备的制造加
工过程中，可以有效解决我国传统陶瓷机械装备设计制造中的各
种问题，不但能够提高设计效率，节约研发成本，而且还能提高
陶瓷机械产品的可靠性，这对于促进我国陶瓷产业的发展具有非
常重要的现实意义。
参考文献
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