论基于绿色制造的机械产品可拆卸性设计_程美

论基于绿色制造的机械产品可拆卸性设计*程美（株洲职业技术学院汽车工程系，湖南株洲412001）摘要：分析可拆卸性设计必要的基础上，阐述了可拆卸性设计的涵义，并分析拆卸设计与传统设计相比的特点。

重点探讨了可拆卸性设计的基本原则，对进一步明确设计方法和流程提供具有指导意义。

关键词：回收；拆卸；绿色制造；机械产品中图分类号：TH122文献标识码：B文章编号：1006－4414（2010）05－0149－03 Disassembly design of mechanical products based on green manufacturingCheng Mei（Department of automobile engineering，Zhuzhou professional technology school，Zhuzhou Hunan412001，China）Abstract：Analyzing the disassembling design necessary basis，this paper expounds the connotation of the disassembling de-sign are analyzed，and compared with the traditional design of disassembly design features．The disassembling design princi-ples is discussed，some references can provide for the design method and procedure．Key words：Reclaim；Disassemble；Green Manufacturing；Mechanical Products1引言随着制造业的发展，资源的共享，“两型”社会的提出，绿色设计、绿色制造势在必行。

所谓绿色制造，是综合考虑环境影响和资源效率的一种现代制造模式，是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废的整个产品生命周期中，对环境的影响最小，资源利用率最高的生产方式。

在整个产品的生命周期产品中，回收对提高资源的利用率起至关重要的作用。

良好的可拆卸性是实现有效回收的前提条件，它在产品的绿色制造中扮演着重要的角色，因此在产品设计的过程中，应考虑产品的可拆卸性。

在进行产品设计时，应考虑哪些零部件可以回收、重复利用，并将其设计成为可拆卸的零件，方便零部件的回收，同时还应考虑零部件之间的拆卸性是否方便、灵活［1］。

2可拆卸性设计的涵义传统的设计，设计人员主要考虑的是产品的功能性、生产成本等因素，仅考虑了制造环节，对产品废弃后的拆卸回收再利用考虑得较少，增加了产品拆卸回收的难度，从而导致大量的废弃物垃圾，造成资源、能源的巨大浪费。

随着消费需求量的不断增大，资源与能源消耗量的大幅度增加，必将造成资源短缺。

由于技术发展和消费的个性化、潮流化等因素的影响，产品寿命周期越来越短，废弃淘汰速度加快，造成生态环境恶化，资源、能源浪费严重的现实情况。

所以在满足消费产品需求的同时，应做到对环境影响最小。

资源能源得到最大程度的有效利用已经成为整个世界所关心的事情。

实现这个目标的有效途径之一就是能够将产品进行有效回收，以提高资源利用效率［2］。

拆卸性设计的基本任务是根据产品结构模型，在各种因素约束下，以成本、质量、环境综合最优为目标，对产品的可拆卸性进行分析和评价，并寻求优化的结构，为产品拆卸性能的提高奠定基础。

拆卸性设计通过对产品设计提出修正方案，减少不必要的零件，选用优化的可拆卸结构，一方面使产品制造、使用与维护更加方便；另外一方面对于在制造维护中可拆卸下来的零部件，因其优良的拆卸性能，使得零部件的再利用成为可能，这样对降低成本、提高效益具有重要意义。

拆卸设计与传统设计相比具有以下特点：①使可回收零件和材料重用所需的工作量大大减少；②产品结构模块化、统一化，使产品有较大的预测能力；③拆卸分离操作简单快捷；④拆下的零部件易于手工或自动处理；⑤回收材料及残余废弃物易于分类和后处理；⑥减少了产品在使用过程中的变化。

3可拆卸性设计的基本原则拆卸性设计准则应该包括以下方面。

（1）提高再利用零部件的可靠性，便于产品和零部件得到重用。

（2）提高产品和回收零部件的寿命，确保重用的产品和零部件具有多次生命周期。

（3）重用件应能完好拆卸，使重用成为可能。

·941·综欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘述·机械研究与应用欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘·*收稿日期：2010－08－23作者简介：程美（1984－），女，湖南常德人，助理讲师，主要从事机电专业教学与研究。

（4）减少产品中不同种材料的种类数，提高分类效率和回收率并降低材料的购买价格，简化回收过程，提高可回收性［3］。

可拆卸的机夹式合金车刀比焊接式的材料回收性要好，如图1所示。

图1车刀结构的改进（5）相互连接的零部件材料尽量兼容，减少拆卸和分离的工作量，即便这些材料构成零部件无法拆卸，也可一起被再生利用。

（6）在不影响功能的前提下，尽可能使用可再循环利用材料，减少废弃物。

（7）对塑料和相似零件进行材料标识，便于区分材料种类，提高材料回收的纯度、质量和价值。

（8）尽量采用与产品材料兼容的标签，避免增加撕标签工作和分离工作的工作量，提高产品的回收价值。

（9）尽量减少连接数量，采用易于拆卸的连接方式，提高拆卸效率。

图2为两个零件分别采用铆接、焊接、插接和螺纹连接等连接方式。

从整体性来看，铆接和焊接较好，但焊接或铆接形式只能进行破坏性拆卸，会造成组成件的变形或破坏，降低组成件的回收价值，因此可采取扣件插接或螺纹连接代替。

图2零部件的联接方式（10）连接件的位置要符合易达性原则，降低拆卸的困难程度，减少拆卸时间，提高拆卸效率。

（11）尽量采用标准件，可以使用标准工具进行拆卸。

（12）设计时要考虑零件的异化再使用可能性，在全社会范围内寻找其再使用的途径，充分利用回收的零部件。

（13）如果相互连接的零部件材料不兼容，应保证他们之间能够容易的分离。

（14）在材料不相兼容的零件之间尽量不用粘接连接方式，减少因粘接造成的材料之间的污染，提高材料回收的纯度。

（15）尽量减少零件数，尤其在新产品设计时，零部件在设计结构与功能上应具有良好的设计继承性和通用性。

（16）对产品尽可能采用系列化、模块化设计，使各部分功能分开，便于维护、升级和重用，在不同系列的产品中尽可能的采用相同的零部件和标准件。

（17）将不能回收的零件集中在产品中便于分离的某个区域，可以减少拆卸时间，提高拆卸效率，从而提高产品的可回收性。

（18）将高回收价值的零部件布置在易于拆卸的位置，便于进行选择性拆卸。

（19）减少有毒、有害原材料的使用，如不能避免，对包含有毒有害材料的零部件要有明显的标识，并设置在易于分离的位置。

（20）产品设计应保证拆卸过程中的稳定性，设计有稳定基础件的产品。

（21）避免金属材料嵌入塑料零件和在塑料零件中加入金属加强件，减少拆卸工作量，便于采用粉碎操作提高效率，提高材料回收的纯度和价值。

例如冰柜支脚是螺钉与塑料注塑成整体式，不可拆卸，如图3（a ）所示通过结构改进，使得支脚具有可拆卸性，如图3（b ）所示。

图3冰柜支脚的两种设计方案拆卸性设计原则是便于拆卸回收，在实际设计过程中，应综合考虑产品的结构特点、功能及使用要求等条件，进行综合优化设计。

4可拆卸性设计流程及功能模块面向绿色制造的可拆卸性设计整体结构框架主要由以下几个模块组成：概念设计模块、拆卸建模模块、可拆卸分析与评价模块。

其中以拆装建模为基础，以拆卸分析与评价为核心，其他各模块完成各自的功能［3，4］。

可拆卸性流程图如图4所示。

图4可拆卸性设计流程图·051·综述欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘·机械研究与应用欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘欘·（1）概念设计模块根据要求完成功能定义、产品结构的形式化描述，完成产品零部件的概念设计，用装配图的形式体现各零部件组装关系。

（2）拆卸建模模块首先在产品模型图中提取与拆卸有关的信息，如运动约束关系、配合关系、紧固件类型、材料特性、质量等信息，将其作为拆卸建模模块的输入。

（3）拆卸分析与评价模块对一个装配体进行拆卸可能存在若干个方案，需要从中选择一个快捷、简单的方案。

通常采用定性与定量的分析，定性分析主要考虑零部件的稳定性、安全性，紧固件的拆卸，操作任务间的并行性；定量分析考虑的是拆装时间和成本。

根据可拆卸性分析的结果，采用已有的初步拆卸评价方法进行评估。

5实例分析———机械轴承产品可拆卸性设计轴承产品多数外形尺寸较大、耗材大，生产装配难度大、造价高，有的多达几十万元。

因此轴承在设计初期应考虑轴承装卸方便以及再利用的需求，可以综合考虑以下几个方面：①考虑轴承装卸方便，轴承的装配和安装大多时候要用叉车、吊车等，成本相对较高，因此在设计时需考虑轴承装配和安装时的吊装孔、安装孔或安装螺孔等结构，要与轴承安装机体位置配合；轴承在使用过程中需要维护，为节约成本应方便拆卸，在结构上要考虑螺纹孔、销孔、滚动体的拆卸口等设计；②考虑轴承制造或装配的工艺结构，如轴承与套圈配合便于装配的径向填装口、安装滚动体的缺口、安装弹性挡圈的工艺孔等；③考虑轴承零件结构强度，如安装螺栓孔的强度校核等。

6结语产品的绿色设计是制造业减少环境污染、节约能源的关键，是制造业可持续发展的关键技术手段。

而可拆卸性设计是绿色设计的重要组成部分，产品的拆卸性能对产品的使用过程中的维护及废弃淘汰后的有效回收、再利用等均具有重要的作用。

参考文献：［1］李剑峰，李方义，汪劲松，等．产品绿色设计方法研究现状及展望———DFX方法研究［J］．航空制造技术，2004（11）：61－65．［2］赵树恩．废旧车辆可拆卸性技术研究［J］．陕西工学院学报，1998，12（19）：29－32．［3］毛汉领．面向经济回收的产品设计系统构成［J］．再生资源研究，2001（6）：7－10．［4］刘志峰，刘光复．工业产品可拆卸性设计系统模型研究［J］．中国机械工程，1998，9（1）：櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒69－71．（上接第146页）通过制度管理来规范岗位操作工和维修工的行为，同时，开展各种检查来促进各项制度的落实，强化岗位操作工对《设备安全技术操作规程》的应知应会，要求操作工对设备进行规范操作，使设备现场管理向制度化、标准化、系列化、和程序化发展，同时将开展6S 前后产生的经济效益对比出来，制定出各个阶段要达到的目标，并实施检查、纠正措施，进而达到现场设备管理的持续改进。