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产品可拆卸设计的优化方案

时间:2023-05-30 理论教育 版权反馈
【摘要】:产品可拆解设计的研究主要集中于后者。美国的惠普公司在面向拆解和循环利用设计领域居世界领先地位。将产品完全分解为组件时称为完全拆解,其拆解深度最大,反之亦然。

产品可拆卸设计的优化方案

1.产品可拆解设计的需求

产品可拆解设计,又称面向拆解的设计(Design for Disassembly,DFD),是指在进行产品结构设计时充分考虑其拆解的便利性,以便于产品在使用过程中的维修服务以及废弃处理后的回收服务。

拆解是指系统地从装配体上拆除其组成零部件的过程,分为破坏性拆解和非破坏性拆解两种。产品可拆解设计的研究主要集中于后者。只有在产品设计的初始阶段就充分考虑产品报废后的拆解问题,才能实现产品最终的高效回收。[69]

传统的产品设计主要是面向产品功能和产品结构的设计,可拆解设计是将传统设计扩展到包括维修、回收等服务在内的一种产品生命周期设计方法。

可拆解设计的主要目的如下。

1)从退役产品上获得贵重材料和有价值的零部件,以便于直接回收重用或者再制造后重用。

2)通过初步拆解,将需要回收处理的零部件材料进行分类,提高材料回收的纯度。

3)从产品中分离出对环境和人体有害的零部件和材料,减少环境污染

美国的惠普公司在面向拆解和循环利用设计领域居世界领先地位。例如,惠普HP5700长寿命商用个人电脑的95%的零部件可以循环再利用,并且机箱设计实现了无螺丝刀操作,以便于拆解装配。

2.产品可拆解设计的原则

1)零部件的拆解应尽可能地不损坏原有的功能。

2)将部分零部件设计成易于拆解的结构。例如,采用卡扣以便于维修与产品升级。如果让用户也能自行拆解就更好,便于用户自主维修。(www.xing528.com)

3)尽可能提高拆解作业的生产效率,包括:易于去除或被破坏的连接结构;易接近拆解点或破坏性切断点;尽可能避免零部件拆解方向和移动的复杂性;零部件表面易于抓取;尽可能避免非刚性零部件。

4)减少多样性,包括:尽可能采用标准件通用件;尽可能减少紧固件类型和数量;尽可能采用相同的紧固方法。

案例:索尼电视机将连接螺丝数量减少到9个,使之能够快速组装和拆解,可回收率提高到99%,生产成本降低了30%。

3.拆解分类

拆解深度是指产品拆解进行的程度。将产品完全分解为组件时称为完全拆解,其拆解深度最大,反之亦然。拆解需求不同,导致拆解的方式也不同。如果是面向产品维修或维护,则只需要拆解部分零部件即可;如果是面向零部件回收重用,则需要完全拆解;如果是面向材料或能源回收,则可以是破坏性拆解等。

4.先进的拆解方法

(1)嵌入式可拆解设计(Disassembly Embedded Design,DED)

嵌入式可拆解设计是在产品设计中将分离特征嵌入到产品结构中并制造出来,通过触发一个拆解特征,如拆解一个或几个紧固件之后,产品的其他连接部分即可以像多米诺骨牌一样实现自我拆解。该方法从零部件几何特征出发,同时考虑了组件、定位器、紧固件的空间布局特征及零部件的回收决策。嵌入式拆解过程的概念由Masul等于1999年引入,并应用于CRT监视器的设计中,通过将一个镍铬丝嵌入到CRT连接件,该连接件由不兼容的玻璃制成,拆解时,给镍铬丝通电,产生热效应,破坏玻璃连接件而达到拆解目的。

(2)主动拆解设计(Active Disassembly Design,ADD)

主动拆解设计采用形状记忆合金等智能材料或智能结构的紧固件代替传统紧固件,通过外界触发促使产品实现自我拆解。其与嵌入式拆解的不同之处在于该方法不需要直接的物理接触和设计特别的内部连接。外界触发原理包括机械式、热能、化学能、电磁和电能等。该方法可以高效、清洁和非破坏性地分离零部件,实现高效率回收。该方法适用于以塑料为主的产品及含有可重用零部件的电子电器产品,如手机收音机等。其存在问题是:当产品在工作过程中达到触发源要求时会造成产品安全隐患;智能材料价格昂贵。因此,该方法目前无法普及推广。

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