第一篇：抗生素在基因工程藥物生產中的應用

抗生素在基因工程藥物生產中的應用

摘要：基因工程藥物在目前醫藥市場所占的比例越來越大。在基因工程藥物生產的過程中，抗生素在某些環節起到了不可或缺的作用。本文就抗生素在基因工程藥物生產中的應用進行總結。

關鍵詞：抗生素；基因工程藥物；工程細胞

基金項目：2016年沈?農業大學教學項目“《生物技術制藥》跨校修讀學分課程教學模式的研究與實踐”（2016-189），“生物工程專業創新創業教育與學生綜合素質提升的研究與實踐”（2016-161）；遼寧省教育廳“省級工程人才培養模式改革試點專業――生物工程”，GZ201340

中圖分類號： R915 文獻標識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.04.046

自20世紀80年代以來，現代生物技術的飛速發展，特別是分子克隆、基因重組以及生物工程和細胞大規模培養等關鍵技術的突飛猛進，已經有越來越多的生物技術藥物進入臨床應用，成為防病、治病藥物的一個重要部分。當前生物技術藥物正趕超傳統化學制藥，逐漸成為現代醫學所依靠的重要藥物來源，是當今最活躍和發展最迅速的領域。據1998年美國藥學會統計，美國FDA已批準了56種生物技術醫藥產品上市，其中絕大多數為基因工程藥物。此外，還有200多種基因工程藥物正在進行臨床試驗，其中至少有1/5的產品將可能在今后十年內上市[1]。

基因工程藥物主要是指利用重組DNA技術，將生物體內生理活性物質的基因在細菌、酵母、動物細胞或轉基因動植物中大量表達生產的新型藥物。基因工程藥物生產的基本流程是：將目的基因用DNA重組的方法連接在載體上，然后將載體導入靶細胞（微生物、哺乳動物細胞或人體組織靶細胞），使目的基因在靶細胞中得到表達，最后將表達的目的蛋白質提純及做成制劑，從而成為基因工程類藥物苗。在基因工程藥物研究和生產的各個環節中，抗生素發揮了不可替代的作用。本文以基因工程藥物研發和生產的流程為線索，探討抗生素在基因工程藥物生產中的作用。基因工程菌的構建

1.1 宿主細胞的選擇和培養

基因工程中基因高效表達是指外源基因在某種細胞中的轉錄、翻譯、所有加工過程和表達活動。在外源基因表達的過程中宿主菌的選擇事關重要，根據國家藥典（2015版）規定，常用的宿主細胞主要由有兩大類，第一類為原核細胞（大腸桿菌、枯草芽孢桿菌、鏈霉菌等）；第二類為真核細胞（酵母、絲狀真菌等）[2]。作為宿主，勿庸置疑會對外源基因的表達產生一定的影響。每一個宿主細胞都像一個微觀的小工廠，按照細胞固有的程序完成“你給它們安排的生產任務”。為了解決細胞培養過程中出現的污染問題，宿主細胞本身可以具有選擇標記，常用的方法如抗生素標記等。但需要注意的是，為了構建工程菌株過程中的篩選過程，要求宿主細胞與載體所攜帶的抗性標種類不同，便于后期雙抗培養基的配置及陽性克隆的篩選[3]。

1.2 載體中抗性篩選標記

載體是指在基因工程重組DNA技術中將目的基因轉移至受體細胞的一種能自我復制的DNA分子。基因工程中用于選擇的篩選標記一般在載體上，在基因工程意義上來說，它是重組DNA載體的重要標記，合適的篩選標記基因及其相應的篩選劑是轉基因成功的關鍵，供重組DNA的鑒定和選擇[4]。

標記基因種類多種多樣，主要包括抗性基因、顏色反應基因、代謝缺陷型互補基因和一些其他具有明顯性狀表型有關的基因。其中抗性基因，尤其抗生素標記基因（如抗卡那霉素基因、抗氨芐青霉素基因、抗新霉素基因），因抗生素分子更小、反應更靈敏的特點是目前最普遍使用的標記基因[5]。例如以基因克隆中普遍使用的載體pBR322為例，該載體含有兩種抗生素抗性基因作為選擇標記基因：氨芐青霉素抗性基因（AmpR）和四環素抗性基因（TetR），TetR基因內部含有限制酶等酶切位點。將外源DNA分子和載體構建為重組子，并轉化至大腸桿菌細胞后，接種至含有氨芐青霉素的培養基。經過培養，含有載體的大腸桿菌因具有抗氨芐青霉素的表型，在培養基上可形成菌落，而不含有載體的大腸桿菌則不能生長。基因工程細胞（菌株）的發酵過程

目的基因經穩定轉染導入受體細胞后，需經過一系列篩選和擴增，獲得穩定、高效表達的目的蛋白的工程細胞（菌）株。進行工業化大規模發酵生產時，也是外源基因高效表達目的蛋白的過程。工程細胞（菌）株大規模培養的基本條件和優化設計及控制中添加適當種類和濃度的抗生素對外源基因的高效表達至關重要。

2.1 培養工程細胞（菌株）的器皿消毒

細胞培養成功與否的關鍵之一是防止微生物的污染。這里除了操作者必須具有很強的無菌觀念、嚴格按照無菌規程進行操作之外，所有培養用的器材和液體都必須進行嚴格的消毒滅菌處理[5]。除了物理消毒法外，常常會用到抗生素對各種培養器皿進行消毒。常用到的抗生素包括青霉素、鏈霉素、卡那霉素、慶大霉素等，但各種抗生素的用量差別很大。

2.2 工程細胞（菌株）發酵液中添加抗生素

在工業化大規模發酵工程細胞的過程中，往往會在發酵液中有目的地加入抗生素，其原因如下：

保證基因工程菌的穩定性：基因工程菌在傳代過程中經常出現質粒不穩定的現象，質粒不穩定分為分裂不穩定和結構不穩定。在提高質粒穩定性的方法中的選擇壓力法，就是在培養基中加入抗生素，它也是工程菌培養中提高質粒穩定性的常用方法[6]。含有抗藥性基因的重組質粒轉入宿主細胞，基因工程菌就獲得了抗藥性。發酵時在培養基中加入適量的抗生素可以抑制質粒丟失菌的生長，消除重組質粒分裂不穩定的影響，從而提高發酵生產率。

協助形成細胞壁缺陷：在培養基中加入青霉素、甘氨酸或絲裂霉素 C 等因子，便可破壞或抑制細胞壁中肽聚糖的結構或其合成受到抑制，但還不至于造成細菌死亡，細胞壁有缺陷的細胞，對滲透壓敏感，容易破裂，為胞內代謝目的產物的分離純化提供了便利條件。

防止培養過程中出現其他雜菌污染：抗生素可以通過影響雜菌細胞壁合成（青霉素類和頭孢菌素類）、影響雜菌細胞膜滲透性（多粘菌素和短桿菌素）、干擾蛋白質的合成（福霉素類、氨基糖苷類、四環素類和氯霉素）、抑制核酸的轉錄（萘啶酸和二氯基吖啶）等方式抑制雜菌的出現。需要注意的是，在某些生產過程中即使存在雜菌污染，也不需要添加抗生素。因為當微生物制藥過程中微生物的數量的增加及代謝物的積累，形成的環境已經不再適合其他微生物的生長，會主動抑制雜菌。合理使用抗生素

過度使用抗生素的危害是多方面的，對細菌來說，會產生耐藥性，也就是說過多的使用抗生素會使細菌對其產生抵抗力，從而使抗生素的抗菌作用減弱或消失[7]。抗生素使用過多是否對我們所需要的藥物有一定影響？對基因工程藥物的合成、制備和分離是否有影響？以上問題都是未知的。除此之外，抗生素引發的毒性反應更不可忽視，因此，在基因工程藥物生產過程中合理利用抗生素，規避使用抗生素帶來的一些問題，也是我們將來的研究方向。

參考文獻

[1]郭行彥.基因工程藥物的分離與純化方法[J].國外醫學：抗生素分冊，1994（07）：261-267.[2]國家藥典委員會.中華人民共和國藥典[M].北京：化學工業出版社，2015.[3]匡光偉，孫志良，陳小軍，等.四環素類抗菌藥物的降解研究[J].農業環境科學學報，2007，26（05）：1744-1788.[4]朱保泉，生物制藥技術[M].北京：化學工業出版社，2004：46-102.[5]夏煥章，熊宗貴，等.生物技術制藥[M].高等教育出版社，2006：140-162.[6]陳兆坤，胡昌勤，等.頭抱菌素類抗生素的降解機制[J].國外醫藥：抗生素分冊，2004，25（06）：219-265.[7]崔浩.抗生素的細菌耐藥性：酶降解和修飾[J].國外醫藥：藥學分冊，2006，33（01）：34-36.作者簡介：周偉，在讀本科生，研究方向：生物技術制藥。

通訊作者：王媛媛，博士，講師，研究方向：生物工程的教學和科研。

第二篇：小麥在啤酒生產中的應用

小麥在啤酒生產中的應用[2]

2009-05-03 04:03:00來源：我要投稿評論：0 點擊：16

四、制麥工藝

斗提機→粗選機→小麥分級機→暫存箱→斗提機→埋刮板輸送機→浸麥槽→發芽箱→液壓刮板出箱機→膠帶輸送機→斗提機→埋刮板輸送機→烘干箱→機械刮板出箱機→干麥芽暫存箱→斗提機→除根機→自動縫包機（人工包裝）→成品小麥麥芽→出售或轉運

1.流程說明

原料小麥經提升機入粗選機，粗選后自然流入分級篩，分級后流入暫存箱。投料時，由提升機提至浸麥槽上部埋刮板輸送機到浸麥槽，浸麥后自然流入發芽箱。發芽采取薩拉丁箱式通風發芽。綠麥用液壓刮板出箱機出箱，出箱后進入膠帶輸送機輸送至提升機，提升機提至烘庫后，刮平，用翻麥機翻麥，用出箱機出箱烘干。干燥前期，麥芽水分要降至12%以下，出爐水分控制在5%以下。

2.工藝說明

小麥在發芽期間的生化變化與大麥非常相似。首先由胚產生赤霉素并輸送至糊粉層。后者在赤霉素的刺激下生成并分泌了大量的胚乳降解酶類，使胚乳中的淀粉、蛋白質等物質得以充分分解。因此，小麥芽生產工藝的關鍵，在于以小麥的制麥特性為中心，深入了解胚、糊粉層、胚乳這三個重點區域在發芽期間的生化變化情況及其相互間的聯系。在此基礎上，尋求浸麥度、發芽時間、溫度、通風條件、干燥條件等工藝因素的最佳組合。

由于無外層皮殼，小麥發芽比大麥旺盛，容易內層溫度過高而產生較高的制麥損失，以及麥芽的溶解過度現象。所以應采用低溫（14—180℃）、短時（3—4d）的發芽工藝。此外，由于谷皮層較薄，小麥只需要較少的浸水時間就能達到發芽所必需的浸麥度（41%—42%左右）。過度浸麥會使小麥生長滯后并影響發芽。小麥浸麥時間較大麥芽縮短1/3，浸麥度達到37—38%就可以結束浸麥。在發芽時，將水分升至44—46%。麥層的通風要求則高于大麥。因此，大膽采用短浸水、長通風的浸麥工藝是有必要的。

發芽時間140小時，麥溫控制在14—180℃。發芽前72小時，麥溫控制在 14—160℃；發芽72小時后，麥溫升至16—180℃。麥芽下到發芽箱72小時后，萌芽率超過70％，綠麥芽生長旺盛。發芽72小時內通新風，72小時后回風。每8小時翻麥一次。為防止纏根，在發芽過程中要經常翻麥，但小麥沒有皮殼，葉芽暴露在麥粒外容易斷裂。葉芽在被破壞以后，溶解就會停止，因此在小麥制

作過程中要特別小心。在16小時、32小時翻麥時添加赤霉素0.10g/t。小麥發芽溫度比大麥要低一些。發芽中期，水分控制在45—46％。在發芽最后一天，為促進細胞壁溶解，發芽溫度可升至17—20℃。排潮時間一般為12小時，進風溫度50—650℃；干燥3小時，進風溫度65—750℃；焙焦2小時，進風溫度80—850℃。

采取低浸麥度、低溫發芽、分級干燥、焙焦等生產工藝上的調整生產出的小麥芽，其糖化力可達350wk以上，α－淀粉酶活力可達80－100u，α－N可達150mg/L以上，浸出率可達82%以上，完全可以用于釀制啤酒。

五、糖化工藝

1.原料選擇

小麥芽一般蛋白質含量較高，色度偏深，沒有皮殼，因而在釀造過程中會帶來許多不便。一般宜選用蛋白質含量低、色度和粘度較低的原料。

2.添加比例

小麥芽由于沒有皮殼，添加過多會出現過濾困難。同時小麥芽中含氮量較高，添加過多會影響產品保質期。由于以上原因，通常小麥芽的添加量以不超過50%為宜，一般控制在30%以下。

3.小麥芽粉碎

由于小麥芽沒有谷皮，粉碎可適當細些，以增加酶與底物的接觸面積，提高糖化反應速度。考慮到大麥芽粉碎時應做到皮殼破而不碎，以提高過濾效率，故要盡量使用濕法粉碎或增濕粉碎，以保持小麥麥芽種皮和果皮的完整性。粉碎輥筒之間的輥間距應縮小到0.3—0.35mm。實際操作中（以過濾槽過濾為例），小麥芽粉碎時，粗粉占30—40%，細粉占60—70%。大麥芽粉碎時，谷皮25— 30%，粗粒8—12%，細粒30—35%，細粉20—25%。

4.糖化

糖化工藝必須考慮加強蛋白質的分解。小麥芽含有大量的高分子氮，投料溫度宜采用35—40℃。使用中性蛋白酶，促進蛋白質分解，既提供足夠的低分子氮，滿足酵母的生長需求，又降低了麥汁中高分子氮的含量，特別是可凝固氮的含量。同時，蛋白質休止分階段進行，增加45℃溫度段，并適當延長休止時間。小麥芽中含有較高β－葡聚糖和戊聚糖，因此，糖化時應添加適量的β－葡聚糖酶和木聚糖酶，以加強β－葡聚糖和戊聚糖的分解。為了照顧實際生產，最好

有針對性地選用β－葡聚糖酶、木聚糖酶和中性蛋白酶活力較高的小麥專用復合酶，以降低麥汁粘度，提高麥汁澄清度，改善過濾效果。

小麥麥芽的比例越大，過濾時間就越長，尤其是頭道麥汁的過濾，一般需要60—120分鐘。麥汁要盡量清亮，以減少后序過程中沉淀物的含量。如果條件允許，可以采用麥汁壓濾機。

麥汁煮沸階段，應提高煮沸強度（10—12%），延長煮沸時間（100— 120min）。如采用外加熱煮沸，在108—110℃的溫度下，只需煮沸60—80分鐘。酒花應選用富含多酚物質的酒花制品,以加強麥汁中高分子蛋白質的凝聚，并且適量增加麥汁澄清劑，使多量的熱凝固物較好地沉積，以提高麥汁清亮度，降低麥汁的可凝固性氮含量，從而提高啤酒的抗冷能力。

5.麥汁處理

試驗添加小麥芽的麥汁較全部使用大麥芽麥汁有更多的熱、冷凝固物，故需分離，以除去麥汁中的熱、冷凝固物。這樣不僅有利于酵母發酵，而且有利于提高啤酒的非生物穩定性。

6.發酵

利用現有發酵大罐設備，按照現行工藝主酵6天左右即可開始回收酵母。零度時及零度后，每兩天各排渣一次，以防止酵母自溶。零度后約3天左右進行倒罐，以去除過多的蛋白、多酚。倒罐輔料添加數量依據原料及糖化情況而定。倒罐完畢后，嚴格控制貯酒溫度、壓力，每天進行排渣一次。啤酒冷貯的溫度和時間對啤酒的冷穩定性影響較大。啤酒的冷貯溫度為0—-10℃，冷貯時間至少在3天以上，同時在貯酒過程中溫度不得回升。

7.過濾

為提高啤酒的非生物穩定性，延長產品保質期，過濾前先將酒液進行急冷處理，同時過濾過程中添加澄清劑（如PVPP、硅膠）和抗氧化劑（如偏重、雙抗、異VC－Na等），以除去多酚、蛋白質等易混濁物質，防止較早出現口感老化。

8.保質期預測

筆者選擇了兩組添加小麥芽的試驗酒與不添加小麥芽的正常酒對照，做強化試驗。從強化試驗的結果來看，添加小麥芽的試驗酒，保質期較正常，完全能夠達到保質期180天的要求。

9.感官品評

添加部分小麥芽釀造的酒，酒液清亮、透明，泡沫潔白、細膩、持久掛杯，有特殊的小麥芽香氣，口味純正、口感柔和，有明顯的殺口力。

10.技術總結

通過對幾輪試驗數據的整理和總結，我們發現，在質量技術層面上，使用部分小麥芽代替大麥芽釀造啤酒是完全可行的。

11.成本分析

若按國產麥芽3800元/噸、小麥芽2700元/噸計算，使用20%小麥芽釀造啤酒，噸酒可節約成本27.72元。以年產量10萬千升計算，除去酶制劑的費用，預計全年可以實現經濟效益超過250萬元。由此可見，使用部分小麥芽代替大麥芽釀造啤酒勢在必行。

第三篇：計算機輔助設計在材料生產中的應用

計算機輔助設計在材料生產中的應用

學 專 姓

院

材料科學與工程 稱

防腐131班

名

藍 文 程

計算機輔助設計在材料生產中的應用

摘要

計算機輔助設計是利用計算機及其圖形設備幫助設計人員進行設計工作,簡稱CAD。在工程和產品設計中，計算機可以幫助設計人員擔負計算、信息存儲和制圖等項工作。在設計中通常要用計算機對不同方案進行大量的計算、分析和比較，以決定最優方案；各種設計信息，不論是數字的、文字的或圖形的，都能存放在計算機的內存或外存里，并能快速地檢索；設計人員通常用草圖開始設計，將草圖變為工作圖的繁重工作可以交給計算機完成；利用計算機可以進行與圖形的編輯、放大、縮小、平移和旋轉等有關的圖形數據加工工作。

隨著現代計算機技術的飛速發展，計算機輔助設計CAD（Computer Aided Design）在生產中的應用日益廣泛，本文主要從計算機輔助設計在材料生產中的應用等方面闡述了其在材料計中的顯著優勢，并對目前國內企業產品開發過程三維CAD系統應用現狀和存在問題進行了分析。

關鍵詞：計算機輔助設計 三維CAD 應用 緒 論

開始于上世紀50年代后期的計算機輔助設計技術，從最初的僅僅被簡單的作為圖板的替代品到70年代的二維制圖過度到三維建模再到現在的集產品的構思、功能設計、結構分析、加工制造、數據管理于一體的智能CAD技術，計算機輔助設計經歷了一個漫長又曲折的發展歷程。在今天，CAD技術越來越廣泛的用于生產中。CAD技術從二維CAD向三維CAD的過渡

2.1 CAD簡介

計算機輔助設計是利用計算機強大的圖形處理能力和數值計算能力，輔助工程技術人員進行工程或產品的設計與分析，達到理想的目的，并取得創新成果的一種技術。自1950年計算機輔助設計（CAD）技術誕生以來，已廣泛地應用于材料、電子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等領域，產品的設計效率飛速地提高。現已將計算機輔助制造技術（Computer Aided Manufacturing，CAM）和產品數據管理技術（Product Data Management，PDM）及計算機集成制造系統（Computer Integrated manufacturing system，CIMS）集于一體。

產品設計是決定產品命運的研究，也是最重要的環節，產品的設計工作決定著產品75%的成本。目前，CAD系統已由最初的僅具數值計算和圖形處理功能的CAD系統發展成為結合人工智能技術的智能CAD系統（ICAD）(Intelligent CAD)。21世紀，ICAD技術將具備新的特征和發展方向，以提高新時代制造業對市場變化和小批量、多品種要求的迅速響應能力。

以智能CAD（ICAD）為代表的現代設計技術、智能活動是由設計專家系統完成。這種系統能夠模擬某一領域內專家設計的過程，采用單一知識領域的符號推理技術，解決單一領域內的特定問題。該系統把人工智能技術和優化、有限元、計算機繪圖等技術結合起來，盡可能多地使計算機參與方案決策、性能分析等常規設計過程，借助計算機的支持，設計效率有了大大地提高。

CAD技術正從二維CAD向三維CAD過渡。三維設計軟件具有工程及產品的分析計算、幾何建模、仿真與試驗、繪制圖形，工程數據庫的管理，生成設計文件等功能。三維CAD技術誕生以來，已廣泛地應用于機械、電子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等領域，產品的設計效率得以迅速提高。我國CAD技術的研究、開發和推廣已取得較大進展，產品設計已全面完成二維CAD技術的普及，結束了手工繪圖的歷史，對減輕人工勞動強度、提高經濟效益起到了明顯的作用。有相當一部分CAD應用較早的企業已完成了從二維CAD向三維CAD轉換，并取得了巨大的經濟效益和社會效益。隨著市場經濟的逐步深入，市場競爭日趨激烈，加強自身的設計能力是提高企業對市場變化和小批量、多品種

要求的迅速響應能力的關鍵。2.2 三維CAD的優勢

首先CAD技術以實用的零件實體建模優勢和簡便的產品造型修改和實體裝配圖的生成被用在機械設計的多個方面設計軟件為三維建模提供了多種工具，包括最基本的幾何造型如球體、圓柱等，對簡單的零件，可通過對其結構進行分析，將其分解成若干基本體，對基本體進行三維實體造型，之后再對其進行交、并、差等布爾運算，便可得出零件的三維實體模型。對于較復雜的圖形，軟件提供了草圖工具，設計人員可以通過它先勾勒出截面，再拉伸出較復雜的幾何形體。為了滿足人們不斷提高的審美要求，目前主要流行的幾款三維設計軟件基本上都提供面片模塊，該模塊為設計人員提供了非常方便的曲面設計工具。對于具有大塊曲面的零件，設計師可以方便地對單個面或片體進行變形處理，以達到需要的曲面。

企業生產的產品往往是按系列區分，各系列中每一代產品與上一代產品之間的區別較小，也許只是增加了一個功能部件或是產品造型尺寸上有所改動。三維CAD可以方便地修改一些參數就能達到設計師更改造型的目的。三維CAD在建模中一般使用參數化建模，整個建模的步驟和產品的外型尺寸被參數化，這些參數是與產品的造型直接關聯的。若要對尺寸或造型進行局部的更改，只需要更改相關參數，整個造型將被自動更新。這樣不僅大大減少了設計人員的工作量，還保證了產品外造型的延續性。

實體裝配不僅能讓設計人員直觀地看到各零件裝配后的狀態，還可以測量各零件之間的空間大小，方便零件的布置。在裝配完成后，零件可以被隱藏或設置成半透明的狀態，方便設計人員觀察內部結構。此外，在裝配狀態下，軟件提供的標準件庫，也方便了設計人員對標準件型號的選擇。裝配狀態下的干涉分析也是常用的功能，計算機通過計算各裝配零件的體積的大小和位置來確定是否有相交的部分，并確定各零件是否干涉，自動生成分析報告，明確指出互相干涉零件的名稱和干涉的尺寸。方便設計師修改產品設計尺寸。

另外隨著技術發展，為了減輕人工勞動強度，提高產品的精度，制造行業裝備從普通機床逐步到數控機床和加工中心，模具激光快速成型技術（RPM）等，幾乎應用到整個制造行業。這些數控加工裝備基本都具有與各三維設計軟件的接口。當產品模型在三維CAD軟件中完成后，再由CAD軟件模擬出加工刀具路徑，隨后生成數控語言，通過接口輸入數控設備中，再由數控設備按照模擬出的加工路徑加工產品。

2.3 CAE簡介

CAE是三維CAD軟件的重要模塊，CAE功能包括工程數值分析、結構優化設計、強度設計評價與壽命預估、動力學、運動學仿真等。CAD技術在建模模塊完成產品造型后，才能由CAE模塊針對設計的合理性、強度、剛度、壽命、材料、結構合理性、運動特性、干涉、碰撞問題和動態特性進行分析。CAE技術在我國也得到了廣泛應用，以汽車制造業為例，國內多家主車廠和汽車設計公司在使用三維CAD軟件完成新車型的設計后，進行CAE分析，如干涉檢查、鈑金成型分析、塑料件拔模角分析、車身強度剛度的測試，在車窗、車門、雨刮器等運動部件上廣泛采用CAE模塊中的運動仿真功能，計算出零件的運動軌跡，以及零部件在運動中的狀態，為設計人員提供直觀的參考。這些分析工作大大提高了新車型的可靠度，縮短了新車型的開發周期，減少了返工，節約了研發成本。采用三維CAD技術，機械設計時間縮短了近1/3。同時，三維CAD系統具有高度變型設計能力，能通過快速重構，得到一種全新的機械產品，大大提高了工作效率。

3計算機輔助設計在材料加工中的應用

材料加工CAD技術是傳統材料加工技術與計算機技術、控制技術、信息處理技術等相結合的產物，是材料加工和技術進步和標志。材料加工CAD又可分為鑄造成形CAD、塑性成形CAD、焊接成形CAD、注射成型CAD以及模具CAD等幾個方面：

3.1 鑄造成形CAD

包括鑄造工藝CAD以及鑄造工裝（模具/模板）CAD。前者的主要功能有鑄造澆注系統設計，冒口補縮系統設計，冷鐵的設計，砂芯的設計，鑄造分型面的確定，加工余量的確定，起模斜度的確定，開放澆注系統庫、冒口庫、冷鐵庫、芯頭庫的建立，工藝圖的標注與打印等，可以實現鑄造工藝的快速準確設計。另外，基于有限分析的優化技術在CAD系統配套使用，例如充型過程模擬、凝固過程模擬、應力應變分析、微觀組織模擬等，為制定合理的鑄造工藝起到了有力的指導作用。

鑄件棄型流動與凝固過程數值模擬在短短十余年的發展過程中，由二維到三維，由簡單到復雜，由工作站到微機，由實用化到商品化，為鑄造生產提供越來越重要的指導作用。華中科技大學推出的商品化三維模擬軟件華鑄CAD。這些鑄造模CAD軟件在鑄造生產中取得了顯著的效益。已覆蓋了鑄鋼、球墨鑄鐵、灰鑄鐵、鑄鋁和鑄銅等各類鑄件，大到一二百噸，小到幾千克，無論是解決縮孔和縮松，還是優化澆冒口結構，提高生產效率，改進浮渣等方面，都發揮了明顯的作用。

3.2 塑性成形CAD

包括冷沖模、沖裁模、彎曲模、拉伸模以及鍛造模設計CAD。隨著工業技術的發展，產品對模具的需求愈來愈多。傳統的模具設計與制造方法不能適應工業產品及時更新換代和提高質量的要求。因此，國外先進工業國家對模具CAD/CAM技術的開發非常重視。早在20世紀60代的初期，國外一些飛機和汽車制造公司就開始了CAD/CAM的研究工作，投入了大量人力和物力。各大公司都先后建立了自己的CAD/CAM系統，并將其應用于模具的設計與制造。目前，應用CAD/CAM技術較普遍的為美、日、德等國。日本豐田汽車公司于1965年將數控用于模具加工。20世紀80年代初期開始用覆蓋件沖模CAD/CAM系統。該系統包括設計覆蓋件的NTDFB和CADET軟件和加工凸、凹模的TINCA軟件。利用坐標測量儀測量粘土模型，并將數據送入計算機。將所得圖形經平滑處理后，再把這些數據用于覆蓋件設計、沖模的設計與制造。該系統有較強的三維圖形功能，可在屏幕

上反復修改曲面形狀，使工件在沖壓成形時不致產生工藝缺陷，從而保證了模具和工件的質量。模具型面的模型保存在數據庫中，TINCA軟件可利用這些數據，進行模具型面的數控加工。美國的Diecomp公司開發的計算機輔助級進模設計系統PDDC，可以完成冷沖模設計的全過程，包括從輸入產品和技術條件開始設計出最佳樣圖，確定操作順序、步距、空位、總工位數，繪制帶料排樣圖，輸入模具裝配圖和零件圖等，比傳統設計提高功效8倍以上。在優化設計方面，利用有限元技術的應力應變分析在塑性成形CAD中已獲得較為普遍應用。

我國模具CAD/CAM的研究與開發始于20世紀70年代末，發展也很迅速。到目前為止，先后通過國家有關部門鑒定的有精沖模、普遍沖裁模、級進模、汽車覆蓋模、輥鍛模、錘鍛模和注塑模等CAD/CAM系統。但直到現在有些系統仍處于試用階段，尚未在生產中推廣應用。為迅速改變我國模具生產的落后面貌，今后應繼續加速模具CAD/CAM的研究開發和推廣應用工作。

3.3焊接成形CAD 目前，在焊接結構生產的各個環節中計算機得到廣泛應用。90年代初，國際焊接學會將這類應用概括為“計算機輔助焊接技術”（CAW）。現在CAW已不限于焊接結構和接頭的計算機輔助設計、焊接工裝計算機輔助設計、焊接工藝計算機輔助計劃、焊接工藝過程計算機輔助管理等以計算機軟件為主的許多方面，而且還涵蓋了焊接過程模擬、焊接工藝過程控制、傳感器以及生產過程自動化等與計算機應用有關的方面。

20世紀80年代提出了計算機集成制造系統的概念。可以認為，CIMS是從訂貨到加工、直至發貨的全部過程的各個步驟都可以從計算機中及時得到必需的信息集成系統。焊接CIMSA系統，自20世紀90年以來在造船、橋梁、建筑、汽車等行業中得到了一些應用。以船舶生產為例，設計人員首先要根據設計標準和用戶要求進行初步設計，然后在對結構強度、剛度分析的基礎上，還要考慮制造能力，再進行分段的詳細設計。這些工作可運用CAD、CAE等軟件來實現。焊接生產的計劃管理與裝配焊接過程設計，則通過計算機的CAPM和CAPP系統來實現。

3.4 注射成型CAD 包括產品圖模具型腔圖的尺寸轉換、標準模架與典型結構的生成、模具零件圖和總培育圖的生成、模具剛度與強度校核、設計進程管理、模具成本分析與計算等。注射模工藝分析已成熟的商品化軟件，可以預測注射成型流動和保壓階段的壓力場、溫度場、應

力應變場和凝固層的生成，從而有效地指導實際生產。

在西方先進工業國家，注射模CAD/CAE/CAM技術的應用已非常普遍。公司之間模具訂貨所需的塑料制品資料已廣泛使用電子文檔，能否具有接受電子文檔的模具CAD/CAM系統已成為模具企業生存的必要條件。當前代表國際先進汪洋的注射模CAD/CAE/CAM的工程應用具體表現在如下方面：

（1）基于網絡的模具CAD/CAE/CAM集成化系統開始使用。英國Delcam公司在原有軟件DUCT5的基礎上，為適應最新軟件發展及實際需求，向模具行業推出了可用于注射模CAD/CAM的集成化系統。該系統覆蓋了幾何建模、注射模結構設計、反求工程、快速原型、數控編程及測量分析等領域。系統的每一個功能既可獨立運行，又可通過數據接口作集成分析。

（2）微機軟件在模具行業中發揮著越來越重要的作用。在90年代初，能用于注射制品幾何造型和數控加工的模具CAD/CAM系統主要是在工作站上采用UNIX操作系統開發和應用，如在模具行業中應用較廣的美國Pro/E、UGII、CADDS5，法國CATIA、EUCLID和英國的DUCT5等。隨著微機技術的飛速進步，在90年代后期，基于Windows操作系統的新一代微機軟件，如Solid Works、Solid Edge、MDT等嶄露頭角。這些軟件不僅在采用NURSB曲面三維參數化特征造型等先進技術方面繼承了工作站級CAD/CAM軟件的優點，并且在Window風格、動態導航、特征樹、面向對象等方面具有工作站級軟件所不能比擬的優點，深得使用者的好評。

（3）模具CAD/CAE/CAM系統的智能化程度正逐步提高。當前，面向制造、基于知識的智能化功能現已成為衡量模具軟件先進性和實用性的重要標志之一。許多軟件都在智能化方面做了大量的工作。如以色列Cimatron公司的注射模專家系統，能根據脫模方向優化成分模面，其設計過程實現了加工參數的優化等，這些具有智能化的功能可顯著提高注射模的生產率和質量。

（4）三維設計與三維分析的應用和結合是當前注射模技術發展的必然趨勢。在注射模結構設計中，傳統的方法是采用二維設計，即先將三維的制品幾何模型投影為若干二維視圖后，再按二視圖進行模具結構設計。這種沿襲手工設計的方式已不能適應現代化生產的集成化技術的要求，在國外已有越來越多的公司采用基于實體模型的三維模具結構設計。與此相適應，在注射過程模擬軟件方面，也開始由基于中性層面的二維分析方工式向基于實體模型的三維分析方式過渡，使三維設計與三維分析的集成得以實現。

參考文獻

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第四篇：金屬材料在軍工生產中的應用

金屬材料在軍工生產中的應用

人類文明的發展和社會的進步同金屬材料關系十分密切。繼石器時代之后出現的銅器時代、鐵器時代，均以金屬材料的應用為其時代的顯著標志。現代，種類繁多的金屬材料已成為人類社會發展的重要物質基礎。

金屬材料的結構及其性能決定了它的應用。而金屬材料的性能包括工藝性能和使用性能。工藝性能是指在加工制造過程中材料適應加工的性能，如鑄造性、鍛造性、焊接性、淬透性、切削加工性等。使用性能是指材料在使用條件和使用環境下所表現出來的性能，包括力學性能（如強度、塑性、硬度、韌性、疲勞強度等）、物理性能（如熔點、密度熱容、電阻率、磁性強度等）和化學性能（如耐腐蝕性、抗氧化性等）。

我們對金屬材料的認識應從以下幾方面開始：

一、分類：

金屬材料通常分為黑色金屬、有色金屬和特種金屬材料。

1、黑色金屬又稱鋼鐵材料，包括含鐵90％以上的工業純鐵，含碳 2％～4％的鑄鐵，含碳小于 2％的碳鋼，以及各種用途的結構鋼、不銹鋼、耐熱鋼、高溫合金、精密合金等。廣義的黑色金屬還包括鉻、錳及其合金。

2、有色金屬是指除鐵、鉻、錳以外的所有金屬及其合金，通常分為輕金屬、重金屬、貴金屬、半金屬、稀有金屬和稀土金屬等。有色合金的強度和硬度一般比純金屬高，并且電阻大、電阻溫度系數小。

3、特種金屬材料包括不同用途的結構金屬材料和功能金屬材料。其中有通過快速冷凝工藝獲得的非晶態金屬材料，以及準晶、微晶、納米晶金屬材料等；還有隱身、抗氫、超導、形狀記憶、耐磨、減振阻尼等特殊功能合金，以及金屬基復合材料等。

金屬材料具有許多優良性能，是目前國名經濟各行業、各部門應用最廣泛的工程材料之一，特別是在車輛、機床、熱能、化工、航空航天、建筑等行業各種部件和零件的制造中，發揮了不可替代的作用。

在航空航天中的應用。航空航天產品受使用條件和環境的制約，對材料提出嚴格要求。采用的結構材料須輕質、高強、耐高溫和耐高溫腐蝕。航空航天材料主要包括航空航天結構材料和航空航天功能材料。結構材料主要包括運載火箭及導彈材料和航天飛行材料。運載火箭箭體用金屬材料主要是高強鋁合金，推進劑儲存箱用金屬材料主要是高強可焊鋁鋰合金。火箭發動機主要使用電壽材料、高溫合金、超低溫鈦合金、高強鈦合金、不銹鋼、金屬間化合物等材料。

二、金屬材料的發展趨勢 金屬材料，尤其是新型金屬材料在目前的情況下，應用較為廣泛，前景依然不錯，這種狀況將持續很長時間，非金屬材料的研究進展將決定這種狀態的時間長短。（1）鎂及鎂合金

鎂由于優良的物理性能和機械加工性能，豐富的蘊藏量，已經被業內公認為最有前途的輕量化材料及21世紀的綠色金屬材料，未來幾十年內鎂將成為需求增長最快的有色金屬。汽車、摩托車等交通類產品用鎂合金，鎂作為實際應用中最輕的金屬結構材料，在汽車的減重和性能改善中的重要作用受到人們的重視。世界各大汽車公司已經將鎂合金制造零件作為重要發展方向。電子及家電用鎂合金，汽車行業對鎂合金的大量需求，推動了鎂合金生產技術的多項突破，鎂合金的使用成本也大幅度下降，從而促進了鎂合金在計算機、通訊、儀器儀表、家電、醫療、輕工等行業的應用發展。其中，鎂合金應用發展最快的是電子信息和儀器儀表行業。在薄壁、微型、抗摔撞的要求之下，加上電磁屏蔽、散熱和環保方面的考慮，鎂合金成了廠家的最佳選擇。另外，鎂合金外殼可使產品更豪華、美觀。在電子信息和儀器儀表行業的鎂合金制品的單位重量和尺寸不如汽車零部件，但它的數量大、覆蓋面廣，其用量也是巨大的。所以，近幾年電子信息行業鎂合金的消耗量急劇增加，成為拉動全球鎂消耗量增加的另一重要因素。其它如鋁合金添加劑、鎂犧牲陽極和型材用鎂合金等。鎂犧牲陽極作為有效的防止金屬腐蝕的方法之一，廣泛應用于長距離輸送的地下鐵制管道和石油儲罐。（2）、鈦及鈦合金

鈦及鈦合金具有密度小、比強度高和耐蝕性好等優良特性。隨著國民經濟及國防工業的發展，鈦日漸被人們普遍認識，廣泛地應用于汽車、電子、化工、航空、航天、兵器等領域。鈦合金所具有的這一系列突出優點，使其在飛機結構和航空發動機中獲得了越來越廣泛的應用。近年來，世界鈦工業和鈦材加工技術得到了飛速發展，海綿鈦和鈦合金加工材的生產和消費都達到了很高的水平。我國鈦資源豐富，儲量居世界前列，目前已經成為世界上繼美國、俄羅斯、日本之后，具有完整工業體系和生產能力的世界第4大鈦工業國，加強我國鈦合金材料的研究和應用推廣對促進我國航空工業的快速發展具有重要意義。伴隨著鈦工業的發展，我國鈦及鈦合金的標準從建立、發展也已經歷近40年，現已形較為完整的標準體系。從鈦的應用領域來看，以美國、日本為例，美國鈦的最大應用領域是航空航天，占到總消費量的58.5%；日本則是火力、核電廠，及板式熱交換器，兩者合計占總消費量的41.9%。從下表可以看出，與美國相比，日本在更多方面使用鈦。在體育用品方面，除了在高爾夫球桿頭上使用鈦以外，還有短距離用跑鞋的銷釘、羽毛球拍及冰杖等登山器具、滑雪滑冰用的冰刀刃、自行車架、輪椅等等。美日兩國在化學工業及油氣田鉆探裝置上的用鈦量都在增加。在計算機磁盤(真空鍍膜)、纖維紡織機的框架、餐具、帳篷用具、拐杖和照相機等方面都巧妙地使用鈦。

相對于美國、前蘇聯、德國、英國、法國等工業化國家在鈦合金工業領域發展而言，我國在鈦合金材料方面的研究和應用起步較晚。與上述鈦工業化強國存在不小的差距。我國生產的熔煉用的海綿鈦的純凈度低，鈦合金鑄錠的雜 質含量高，組織均勻性差，熔煉工藝的穩定性不高。鈦合金半成品加工設備的能力普遍偏低，同時造成鈦合金半成品的質量低且不穩定。從鈦合金材料標準角度來看，與美國112項AMS宇航專用鈦合金材料標準相比，我國的鈦合金材料標準數量明顯不能滿足于未來航空工業的發展需求。在標準的技術內容方面與上述國家的差距則主要體現在鈦合金半成品的規格、質量要求、檢驗測試手段及品種類型等。我國鈦合金材料和鈦合金材料標準與這些國家產生差距的原因有兩方面：一是我國鈦工業化歷史的時間短，在我國開始鈦合金研究的時候，上述國家已經進入鈦的工業化階段了；二是終端航空武器裝備的差距，各種型號的大型軍用運輸機、轟炸機、殲擊機、武裝直升機等。為了滿足我國航空武器裝備的需求，更好地服務于國防事業，在鈦合金材料的研究和應用領域及鈦合金材料的標準化工作領域應著手開展以下的工作。（3）、鋁及鋁合金

鋁合金具有密度小、導熱性好、易于成形、價格低廉等優點，已廣泛應用于航空航天、交通運輸、輕工建材等部門，是輕合金中應用最廣、用量最多的合金。隨著電力工業的發展和冶煉技術的突破，其性價比大為提高，目前交通運輸業已成為鋁合金材料的第一大用戶。

鋁鋰合金具有低密度、高比強度、高比剛度、優良的低溫性能、良好的耐腐蝕性能和卓越的超塑成型性能，用其取代常規的鋁合金可使構件質量減輕15%，剛度提高15%～20%，被認為是航空航天工業中的理想結構材料。在航天領域，鋁鋰合金己在許多航天構件上取代了常規高強鋁合金。鋁鋰合金作為儲箱、儀器艙等結構材料具有較大優勢。國外預測，含鈧鋁-鎂合金及其它系列的鋁合金有可能成為下一代飛機的重要結構材料。TiAl基合金的板材除了有望直接用作結構材料外，還可以用作超塑性成型的預成型材料，并用于制作近凈成型航空、航天發動機的零部件及超高速飛行器的翼、殼體等

總之，隨著科技的進步，未來將會有大量的金屬及金屬合金產品面世。金屬的應用將會應用到極致，其發展趨勢也將一片明朗。（4）、鋁合金材料在航空航天中的應用

鋁合金是亞音速飛機的主要用材，目前民用飛機結構上的用量為70%～80%，其中僅鋁合金鉚釘一項每架飛機就有40～150萬個；據波音飛機公司的統計，制造各類民用飛機31.6萬架，共用鋁材7100千噸，平均每架用鋁22噸。鋁制零部件在先進軍用飛機中的比例雖低一些，但仍占其自身總質量的40%～60%。據預測，2010年全球航空航天鋁材的消費量可達60萬噸，年平均增長率約為4.5%。

航空航天鋁材的價格比普通民用鋁材的價格高得多，為后者的18倍左右，是一個非常重要的市場，而其政治與軍事意義則尤為重大。2002年美國航空航天鋁材的價格為33000～44100美元/噸，而普通民用鋁材的價格只不過2200～3500美元/噸。美國是世界航空航天工業巨頭，其用鋁約占全球此領域用鋁量的50%強，其他國家如法國、俄羅斯、中國、日本、巴西、加拿大、英國等的用量為50%弱。2002年，全世界航空航天用鋁量約42萬噸，其中美國的用量為21.4萬噸。美國鋁業公司（Alcoa）是世界航空航天鋁材的主要供應者，占全球總供應量的35%以上，為了保持其在該領域的世界霸主地位，獲得更大的利潤，經過精心的全面的調查研究與策劃后，于2002年提出了一個名為“20-20攻關計劃（20-20Initiative）”的計劃。計劃內容與目標包括：在20年時間內，開發一批新的高性能鋁合金，改進鋁制零部件的設計，采用高技術制造工藝，使鋁制零部件的質量下降20%，使鋁制零部件的制造成本與維護費用減少20%。鋁鋰合金具有低密度、高比強度、高比剛度、優良的低溫性能、良好的耐腐蝕性能和卓越的超塑成型性能，用其取代常規的鋁合金可使構件質量減輕15%，剛度提高15%～20%，被認為是航空航天工業中的理想結構材料。在航天領域，鋁鋰合金己在許多航天構件上取代了常規高強鋁合金。鋁鋰合金作為儲箱、儀器艙等結構材料具有較大優勢。

國外預測，含鈧鋁-鎂合金及其它系列的鋁合金有可能成為下一代飛機的重要結構材料。TiAl基合金的板材除了有望直接用作結構材料外，還可以用作超塑性成型的預成型材料，并用于制作近凈成型航空、航天發動機的零部件及超高速飛行器的翼、殼體等。

三、結語

隨著金屬合金材料日益廣泛的應用到各個領域中，甚至于軍事武器裝備，勢必對金屬合金材料的研究與開發創造了更好的機遇，也對金屬合金材料提出了更嚴格更高標準的要求，開創出更多性能優異的金屬合金材料勢在必行。

第五篇：小麥在養豬生產中的應用

養豬生產中小麥的作用

玉米現在已經成為工業加工當中的重要原料，并且隨著我國工業化社會的步伐不斷加快，玉米已成為糧食中的新貴，許多行業對玉米地需求量越來越大，如乙醇、賴氨酸、淀粉等等。而在養豬生產中以玉米和豆粕為主的飼料原料缺口也越來越大，九月中旬在河南的部分地區玉米2.9元/kg依然不好采購。利用其它原料代替飼料中的能量飼料玉米，已變得尤為重要。現將本人多年來在豬場中應用小麥的技術與效果跟各位同仁一起分享.小麥。

養豬生產； 玉米； 對比； 應用 華北黃淮地區以及東北地區是我國玉米的主要產區。今天，作為一種非常重要的能量飼料，玉米在養殖領域獲得了大規模的應用。以養豬業為例，目前玉米在豬飼料中的配方一般維持在2/5左右。小麥也是非常重要的能量飼料，我國的華北黃淮地區是小麥的重要產區。一項調查顯示，我國北方民間的小麥余糧存貯量非常之大，而且在夏季小麥收割完畢之后小麥的收購價格常常會低于玉米收購價格不少。從養殖成本方面考慮，目前已經有一部分養豬企業開始嘗試著用小麥來代替玉米作為飼料原料。如果小麥的收購價格低于玉米收購價格，則采用小麥來代替玉米作為飼料具有很高的可行性。另外，小麥也具有很高的營養成分，用來養豬能夠加快豬的生長速度，縮短其生長周期，節約成本，提高養殖效益。充分利用今天的技術優勢，將生物技術、高效加工手法應用于小麥型預混料的加工之中，能夠有效提升小麥的飼用價值。除此之外，在生豬不同的生長階段采用不同的飼料比例也非常重要，是一個非常值得研究的課題 1玉米與小麥的主要營養成分 1.1玉米的主要成分在各種常見谷物當中，玉米是其中能量最高的一種飼料原料，也是非常重要的能量飼料。玉米富含油脂，其含量大約高出小麥、大麥等一倍，但是相對于后者，其蛋白質含量、纖維含量以及礦物質含量則比較少。在谷實類飼料當中，玉米的亞油酸含量最高，高達2％。如果玉米在日糧中的配比達50％以上。僅玉米即可滿足豬對亞油酸的需要量。氨基酸不平衡，賴氨酸、色氨酸和蛋氨酸的含量不足。維生素中脂溶性維生素E較多。1.2小麥的主要成分小麥的消化率