模拟虾仁制品外形仿真的逆向设计研究(科学养鱼)

1 模拟虾仁制品外形仿真的逆向设计研究模拟虾仁制品外形仿真的逆向设计研究 何伟何伟 崔冰艳崔冰艳 贾景福贾景福 河北农业大学海洋学院 秦皇岛 066003 摘要摘要 本文概述了模拟虾仁外形仿真逆向设计的意义 简单介绍了模拟虾仁的成型工艺 重点阐述了模具凹模设计所采取的技术路线 研究方法 指出模拟虾仁模具的研制为鱼糜 深加工开辟新的方向 关键词关键词 模拟虾仁制品 鱼肉仿真工程食品 外形仿真 凹模 逆向设计 CATIA 中图分类号中图分类号 S985 1 3 文献标识码文献标识码 A Research on Reversing Design of Shape Simulation for Simulating Shelled Shrimps Product He Wei CuiBingYan JiaJingFu College of Ocean Hebei Agricultural University Qinhuangdao Hebei 066003 Abstract This article summarized the significance of reversing design for simulating shelled shrimps product It briefly presented the forming technology on simulating shelled shrimps It especially expounded the technical route research method It pointed that developing mould for simulating shelled shrimps exploited a new domain for the deep machining of surimi key words simulating shelled shrimps product fish imitation engineering food shape simulation cavity reversing design CATIA 一 概述 水产品加工业是渔业捕捞 水产养殖的延续 是渔业经济发展的重要组成部分 2003 年农业部制定了 全国主要农产品加工业发展规划 明确指出今后我国水产品加工要以大 宗产品 低值产品和废弃物的精深加工为重点 鱼糜系列食品的加工是水产品精深加工的 重要内容 为此 应加强技术创新 开发新型鱼糜产品 积极拓展消费市场 努力提高水 产品深加工技术水平 目前鱼糜生产工艺己十分成熟 鱼糜生产能力较大 现代鱼糜制品 正向高级化和高档化的方向发展 大力开发鱼肉仿真工程食品 是积极消化并增加鱼糜产 量的最佳方法 且可大幅度增值 其身价可高出原料几倍或十几倍 具有代表性鱼肉仿真 工程食品有模拟虾仁 模拟蟹腿等 其大部分是以鱼糜为主要原料 也有利用虾仁加工过 程中出现的破碎虾仁和大量捕捞小虾仁用粘合剂粘合重组生产模拟虾仁的研究 添加一些 营养配料 通过特殊加工工艺和手段 制成某种生物体的仿真制品 要求制品外形逼真 品质与被仿生物体相接近 即在口感 风味 滋味和营养外形等方面与天然产品相似 1 2 二 国内外研究现状及模具设计思路 国内在仿真食品工艺和成型设备研究方面已取得了一些成果 2002 年浙江大学博士 生何阳春对仿真食品成形工艺作了研究 通过在鱼糜糊中加入食盐 调味料 淀粉及一种 或多种的品质改良剂 擂溃成鱼糜制品原料糊 再加入可食性纤维 按 1 1 的比例混合 然后浇注成形加热凝固 从而得到具有虾肉食感的鱼糜食品 其成果为研制成功仿真食品 生产设备 模拟虾仁成形机和配套设备 获得了国家知识产权局授予的 仿生制品成形机 实用新型专利权 3 2000 年杭州商学院 现浙江工商大学 洪泳平等人研究了使用粘合剂 基金项目 河北省科技厅科学技术研究与发展计划项目 094572134 作者简介 何伟 1969 男 副教授 主要从事养殖机械 饲料 水产品加工机械设计的研究和教学 工作 E mail happyheyusong 2 其组分为鱼糜 食盐 淀粉 碳酸二氢钠 大豆蛋白粉等 对碎 小虾仁进行重组大虾 仁的工艺 4 2003 年北京中科首创应用技术研究院凌义华做了全素模拟虾仁技术 专利 的 研究 5 但有关成型模具设计 制造的研究尚未见报道 经文献检索 如查询 freepatentsonline 检索到若干条关于模拟虾仁设备简单介绍的美 国专利 有介绍机器构成的 有介绍鱼糜定量机构的 其中仅 Frank S Kawana 在其专利 Crustacean forming process 中介绍了虾仁型腔模具的简单结构 但重点仍在模拟虾仁制品加 工工艺和设备组成的研究上 6 近年来 逆向工程研究 Reverse Engineering RE 受到越来越多的重视 所谓逆向 工程技术 是指用一定的测量手段对实物或模型进行测量 根据测量数据通过三维几何建 模的方法重构实物的 CAD 模型的过程 它从产品的原型出发 进而获取产品的三维数字 模型 使得能够进一步利用 CAD CAE CAM 以及 CIMS 等先进技术对其进行处理 这一基 于逆向思维的设计方法 通过它再造的实物外形 就逼真程度而言 正向设计是无法比拟 的 逆向工程的应用领域主要是以飞机 汽车 玩具 家电等模具相关行业 近年来随着 生物 材料技术的发展 逆向工程技术也开始应用在人工生物骨骼等医学领域 但是其最 主要的应用领域还是在模具行业 7 综上所述 本文将致力于模拟虾仁外形仿真方面的研究 采用 CATIA 以实物逆向工程 技术的方法建模 逼真的建立虾仁 大对虾或虾蛄肉 实体模型进而设计出模拟虾仁模具 成型零件 凹模 三 模拟虾仁生产工艺研究简介 1 概述 仿真食品生产工艺的研究 主要研究采用何种方法和工艺条件 使仿真食品的外表形态 内在质量与被仿真动植物的相同或相似 具体就模拟虾仁而言 在外表形态方面 真虾仁外形饱满 表面光滑 从虾仁首部到尾 部其断面面积是变化的 整体成节状 外表分布着红白相间的近似条状花纹 外形和花纹 随虾品种不同而有所不同 由于对虾个头大 外表形态佳 因此模拟虾仁产品以它为对象 为求得与对虾相同或相似的外表形态 成形模具的研究是其关键 其次在内在质量方面 作为仿真食品主要原料的鱼肉 其肌肉纤维较短 没有天然虾仁 独特的口感 咀嚼感 为此需要在鱼糜中添加可食性纤维 因此 要寻找一种合适的纤维 和纤维生工艺 是提高模拟虾仁制品内在质量的重要保证 一般采用在鱼糜中添加鱼肉蛋白纤维 浇铸成形的方法生产模拟虾仁制品 其生产工艺 包括 鱼糜糊生产工艺 略 鱼丝生产工艺 略 和模拟虾仁成形工艺 2 模拟虾仁成形工艺 模拟虾仁成形工艺的研究 一是要确定在虾仁成形过程中对虾仁品质有影响的工艺参 数 如鱼丝添加量 浇注压力 加热温度 加热时间等 二是要确定对虾仁外形有影响的 几个方面如模具材料 型腔的设计质量和加工质量等 其工艺流程如下 鱼糜糊 混合 合模浇注 加热凝胶 开模脱坯 速冻 成品 鱼丝 按此工艺流程进行试验 注意每一步的操作要点 略 3 四 模具设计所采取的技术路线 研究方法 对于决定模拟虾仁外形是否逼真的模具的设计制造采用法国达索系统公司的 CAD CAE CAM 一体化软件 CATIA V5 R16 采用逆向工程建模技术 具体技术路线如 下 3 CATIA 逆向建 模 型腔设计 点云数据获 取 虾仁凹模 首先进行实物扫描 利用保定长城汽车股份有限公司造型部的 Kreon 激光扫描系统对 天然大对虾 煮熟 去头 去皮 进行扫描获得点云数据 asc 格式 如图 1 所示 图 1 扫描天然大对虾虾仁的点云图 在此基础上采用 CATIA 逆向建模 利用 4 个模块进行处理 具体技术路线为 DSE 模块 如图 2 所示 7 GSD 模块 如图 3 所示 8 图 PD 模块实体造型 close surface 命令构建实体 如图 4 所示 Core Cavity Design 模块 定义开模方向 创建分型面和型腔表面 剖分型腔板 如 5 所示 14 虾仁实物 Import 导入点 云 点云数据处理 包括噪声去除 数据精简 Mesh Creation 生成云点网格面 Fill Hole 修 补漏洞 Plannar Section 或 Create Scans on Clouds 提取扫描线 Curve from scan 生成曲线 Fill Surface 铺 面 用 Join 命 令生成完整的 曲面模型 4 图 2 虾仁线架构 图 3 虾仁构面 图 4 虾仁实体 图 5 虾仁型腔板 注 在逆向建模过程中 要进行曲线和曲面的连续性检查 Curve connect checker 和 connect checker 分析线 面与点云之间的偏差 面包括铺面和最终构造好的完整曲面 模型 Distance Analysis 曲面模型外形分析 这在曲面造型中具有重要作用 这是构 建高品质曲面的必要保证 8 9 模拟虾仁制品还要有彩色条纹 可以在虾仁成形前将着色剂涂在模具内腔表面通过着色 获得 另外 在虾仁型腔的内表面和两模板的结合面上喷涂 0 5mm 左右厚的聚四氟乙烯膜 以便使虾仁脱模 关于模具材料的选择 会涉及食品安全性 制品是否会收缩凹陷的问题 而着色剂和聚四氟乙烯膜与模具内腔应有较强的吸附性同样与模具材料有关 综合这几方 面 选用不锈钢 OCR18NI9 304 或 1CR8NI9TI 321 来做型腔板 五 结束语 模拟虾仁模具作为模拟虾仁成形机关键的成型部件 它的研制为低值鱼糜的深加工又 开辟了一个方向 若与相应的中小型国产化仿真食品生产设备相结合 将会带来良好的经 济效益和社会效益 参考文献 5 1 宋琍琍 关于加快冷冻鱼糜及鱼糜系列食品的建议 J 中国水产 2008 8 2 白福玉 郑华 低值水产品及水产副产品的加工与综合利用 J 农产品加工学刊 2007 4 3 何阳春 鱼肉仿真工程食品色湖南国产工艺及设备研究 D 浙江大学博士论文 2002 6 4 洪泳平 碎 小虾仁重组大虾仁工艺初探 J 中国水产 2000 10 5 凌义华 全素人造虾仁技术 P 中国专利 02121415