再制造工程基础
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2.2.2 再制造性定性化设计准则

恰当地提出和确定再制造性定性化设计准则,是搞好产品再制造性设计的关键环节。对产品再制造性的一般设计要求,要在明确该产品在再制造性需求的基础上,按照产品的再制造规范和有关设计手册提出。更重要的是,要在详细研究和分析相似产品再制造性的公共特点,特别是在相似产品不满足再制造性要求的设计缺陷基础上,根据产品的特殊需要及技术发展预测,有重点、有针对性地提出若干必须达到的再制造性定性要求。这样既能防止相似产品再制造性缺陷的重现,又能显著地提高产品的再制造性。例如在某产品中,设计了高性能且结构复杂的控制系统,因此再制造性要求的一个重点是电子部分要实现模块化和自动检测;针对相似产品的再制造性缺陷,在机械部分有针对性地提出相关部件的互换性、长寿命性的要求,提高标准化程度,部分主要部件应能够重用,便于换件再制造。

参照再制造全过程中各步骤的要求,再制造性定性设计通常应符合以下准则。

1.易于运输性

废旧产品由用户到再制造厂的逆向物流是再制造的主要环节,直接为再制造提供了不同品质的毛坯,而且产品逆向物流费用一般占再制造总体费用比率较大,对再制造具有至关重要的影响。产品设计过程必须考虑末端产品的运输性,使得产品更经济、安全地运输到再制造工厂。例如对于大的产品,在装卸时需要使用叉式升运机的,要设计出足够的底部支撑面;尽量减少产品突出部分,以避免在运输中碰坏,并可以节约储存时的空间。

2.易于拆解性

拆解是再制造的必需步骤,也是再制造过程中劳动最为密集的生产过程,对再制造的经济性影响较大。再制造的拆解要求能够尽可能保证产品零件的完整性,并减少产品接头的数量和类型,减少产品的拆解深度,避免使用永固性的接头,考虑接头的拆解时间和效率等。在产品中使用卡式接头、模块化零件、插入式接头等均有易于拆解,减少装配和拆解的时间,但也容易造成拆解中对零件的损坏,增加再制造费用。因此在进行易于拆解的产品设计时,对产品的再制造性影响要进行综合考虑。

3.易于分类性

零件的易于分类可以明显降低再制造所需时间,并提高再制造产品的质量。为了使拆解后的零件易于分类,设计时要采用标准化的零件,尽量减少零件的种类,并对相似的零件设计时应该进行标记,增加零件的类别特征,以减少零件分类时间。

4.易于清洗性

清洗是保证产品再制造质量和经济性的重要环节。目前存在的清洗方法包括超声波清洗法、水或溶剂清洗法、电解清洗法等。可达性是决定清洗难易程度的关键,设计时应该使外面的部件具有易清洗且适合清洗的表面特征,如采用平整表面,采用合适的表面材料和涂料,减少表面在清洗过程中的损伤概率等。

5.易于修复(升级、改造)

对原制造产品的修复和升级改造是再制造过程中的重要组成部分,可以提高产品质量,并能够使之具有更强的市场竞争力。因为再制造主要依赖于零部件的再利用,设计时要增加零部件的可靠性,尤其是附加值高的核心零部件,要减少材料和结构的不可恢复失效,防止零部件的过度磨损和腐蚀;要采用易于替换的标准化零部件和可以改造的结构,并预留模块接口,增加升级性;要采用模块化设计,通过模块替换或者增加来实现再制造产品性能升级。

6.易于装配性

将再制造零部件装配成再制造产品是保证再制造产品质量的最后环节,对再制造周期也有明显影响。采用模块化设计和零部件的标准化设计对再制造装配具有显著影响。据估计,再制造设计中如果拆解时间能够减少10%,通常装配时间可以减少5%。另外,再制造中的产品应该尽可能允许多次拆解和再装配,所以设计时应考虑产品具有较高的连接质量。

7.提高标准化和互换性程度

标准化、互换性、通用化和模块化,不仅有利于产品设计和生产,而且也使产品再制造简便,显著减少再制造备件的品种、数量,降低对再制造人员技术水平的要求,大大缩短再制造工时。所以它们也是再制造性的重要要求。

8.提高可测试性

产品可测试性的提高可以有效地提高再制造零部件的质量检测及再制造产品的质量测试,增强再制造产品的质量标准,保证再制造的科学性。测试点的种类与数量应适应各再制造级别的需要,并考虑到测试技术不断发展的要求。测试点和与其他有关设备的连接点均应标明名称或用途以及必要的数据等,也可标明编号或代号。测试点的布局要便于检测,并尽可能集中或分区集中,且可达性良好。其排列应有利于进行顺序的检测与诊断。试点的选配应尽量适应原位检测的需要。产品内部及需再制造的可更换单元还应配备适当数量供修理使用的测试点。测试点和测试基准不应设置在易损坏的部位。对复杂的产品系统,应采用机内测试(BIT)、外部自动测试设备、测试软件、人工测试等形成高的综合诊断能力,保证能迅速、准确地判明故障部位。要注意被测单元与测试设备的接口匹配。在机内测试、外部自动测试与人工测试之间要进行费用效能的综合权衡,使系统诊断能力与费用达到最优化。

9.具有完善的防差错措施及识别标志

设计时,产品上应有必要的为防止差错和提高再制造效率的标志。应避免或消除在再制造时造成人为差错的可能,即使发生差错也应不危及人机安全,并能立即发觉和纠正。对于外形相近而功能不同的零部件、重要连接部件和安装时容易发生差错的零部件,应从构造上采取防差错措施或有明显的防止差错识别标志。对可能发生操作差错的装置应有操作顺序号码和方向的标志。应在产品上规定位置设置标牌或刻制标志,标牌上应有型号、制造工厂、批号、编号、出厂时间等,标志应根据产品的特点、使用再制造的需要,按照有关标准的规定采用规范化的文字、数字、颜色或光、图案或符号等表示,标志的大小和位置要适当,鲜明醒目,容易看到辨认,并经久耐用。

10.符合再制造的人机环工程要求

设计时,应按照使用人员和再制造人员所处的位置、姿势与使用工具的状况,并根据人体量度,提供适当的操作空间,使再制造人员有个比较合理的姿势,尽量避免以跪、卧、蹲、趴等容易疲劳或致伤的姿势进行操作。再制造时噪声不允许超过相关标准的规定;如难避免,则应对再制造人员应有防护措施。对产品需再制造部位应提供自然或人工的适度照明条件。应采取适当措施,减少再制造人员在超过相关标准规定的振动条件下工作。设计时,应考虑再制造人员在举起、推拉、提起及转动物体等操作中的体力限度。设计时应考虑使再制造人员的工作负荷和难度适当,以保证再制造人员的持续工作能力、再制造质量和效率。

11.保证再制造安全

设计时不但应确保使用安全,而且应保证储存、运输和再制造时的安全。要把再制造安全纳入系统安全性之中进行分析、设计。设计时,应使产品在故障状态或分解状态进行再制造是安全的。在可能发生危险的部位,应提供醒目的标记、警告灯或声响警告等辅助预防手段。严重危及安全的组成部分应有自动防护措施。不要将被损坏后容易发生严重后果的组成部分设置在易被损坏的位置。凡与安装、操作、再制造安全有关的地方,都应在技术文件、资料中提出注意事项。

再制造时,要防机械伤害,当肢体必须经过的通道、手孔等时,不得有尖锐边角。工作舱口的开口或护盖等的边缘都必须制成圆角或覆盖橡胶、纤维等防护物;舱口应有足够的开度,便于人员进出或工作,以防损伤。再制造时需要移动的重物,应设有适用的提把或类似的装置;需要挪动但并不完全卸下的产品,挪动后应处于安全稳定的位置。通道口的铰链应根据口盖大小、形状及装备特点确定,通常应安装在下方或设置支撑杆将其固定在开启位置,而不需用手托住。

再制造需要时,要进行防静电、防电击、防辐射、防火设计,应当减少使用和再制造中的静电放电及其危害,确保人员和装备的安全。对可能因静电或电磁辐射而危及人身安全、引起失火或爆炸的装置,应有静电消散或防电磁辐射措施。各部分应能防止再制造人员接近高压电。带有危险电压的电气系统的机壳、暴露部分均应接地。再制造工作灯电压不得超过36V。为防止超载过热而损坏器材或危及人员安全,电源总电路和支电路一般应设置保险装置。复杂的电气系统,应在便于操作的位置上设置紧急情况下断电、放电的装置。对电气电子设备、器材产生的可能危害人员与设备的电磁辐射,应采取防护措施,防护值达到有关安全标准。对可能发生火险的器件,应该用防火材料封装。尽量避免采用在工作时或在不利条件下可燃或产生可燃物的材料;必须采用时应与热源、火源隔离。产品上容易起火的部位,应安装有效的报警器和灭火设备。

新产品的设计是一个综合、并行的过程,需要综合分析功能、经济、环境、材料等多种因素,必须将产品寿命末端时的再制造性作为产品设计的一部分,进行系统考虑,保证产品寿命末端的再制造能力,以实现产品的最优化回收。因此产品的再制造性设计属于环保设计、绿色设计的重要组成部分,其目的是提高废旧产品的再制造能力,达到最大化回收产品的附加值,实现产品的可持续发展和多寿命使用周期。