试谈可拆解性的家电产品结构改进设计方案

试谈可拆解性的家电产品结构改进设计方案

张小飞

关键词：可拆解性；家电产品结构；改进设计方案

引言

随着人们生活水平提高，家电产品的使用量也在不断增加，但家电产品的使用周期却不断缩短。家电产品的淘汰速度太快，一方面促使企业不断开发新产品，导致资源能源过度消耗，另一方面废弃家电产品因拆解回收管理不善给环境带来严重污染。为应对以上问题，废弃家电产品需以较经济的方式实现零部件重用、材料循环和能量回收，减少自然资源的开采及环境污染。

一、家电产品拆解的必要性

作为实现产品报废后高效回收利用的重要条件，拆解即能实现材料高纯度的回收和零件的再利用。但传统家电产品在进行结构设计过程中，主要考虑的是装配的方便快捷和材料的有效利用，很少考虑报废后的再利用和无害化处理，具有一次性或开环设计的特点。随着WEEE指令、ROHS指令、REACH指令等一系列环保法规的出台，国内家电产品生产企业面临越来越大的出口压力，为应对国内外相关法律法规的要求，提高企业竞争力，开展家电产品的可拆解结构设计十分必要。

二、可拆解结构设计数据信息表达

开展家电产品可拆解结构改进设计时，首先需建立简易模型，对可拆解结构改进设计过程中的数据信息加以表达，明确可拆解结构改进设计的内容，同时数据库设计和相似实例检索提供索引。在对家电产品结构进行可拆解设计时，需要解决两大问题：（1）稳定性，即在使用阶段，家电经过一段时间使用后，其零部件及连接方式拆解性能保持不变；（2）连接结构的拆解难易度。其中每个问题又包含多个子问题，同时每个问题对应多个解决方案。为表达以上问题的层级关系，本文采用结构树模型对可拆解结构设计信息进行表达，如图1所示。

三、家电产品可拆解结构设计方案

3.1基本问题分析

基本问题分析是可拆解结构设计的准备工作，目的是分析可拆解结构设计的对象、影响因素、可行性和经济性。

（1）对象选择：该过程是指在对家电产品基本结构、功能需求和环保法规等因素综合分析的基础上，确定进行可拆解性设计的结构范围，并选择最适宜的对象进行可拆解结构改进设计。

（2）对象分析：对选择的对象进行分析，并得到该对象所属的可拆解结构设计的问题类型和表现形式。

（3）对象评估：对可拆解结构改进设计进行可行性和经济性评估。

3.2可拆解结构设计经验借鉴

成功的产品可拆解结构设计经验有助于产品的可拆解性设计。该过程的目的是通过借鉴相似可拆解结构设计经验，指导家电产品的可拆解结构设计。

（1）寻找相似可拆解结构设计实例具有可拆解结构设计实例库的系统相似实例的寻找可通过系统检索实现，没有实例库系统的相似实例的寻找则只有人为的从身边的实例中凭经验寻找。可拆解结构设计实例的检索是根据问题类型（见图1）确定检索范围，再对检索范围内所有实例的表现形式和改进设计原则进行相似度计算，获取最相似可拆解结构改进设计方案。

（2）相似可拆解结构设计实例修正由于相似案例的设计不一定完全符合家电产品的设计要求，因此需对检索到的设计案例根据问题分析结果与拆解结构设计规则加以修正，使其满足家电产品的设计要求。

3.3制定可拆解结构设计方案

可拆解结构设计方案是由家电设计人员与开发人员共同制定，内容是在产品可拆解结构设计原则和与似设计实例设计方法的指导下，设计人员与开发人员对每个设计对象进行可拆解结构设计研究，并最终制定出对应的可拆解结构改进设计方案。

3.4方案评估与实施

（1）方案评估

①经济性评估：运用经济性分析方法和工具对可拆解结构改进设计后的家电的成本、社会效益等进行分析。

②功能需求评估：结构经改进设计后需满足家电原有功能需求。

③环境性评估：运用生命周期评价方法，对家电可拆解结构设计前后的差异进行分析，并得出不同家电在整个生命周期内对环境影响的定量分析结果。

④可拆解性评估：可拆解性评估方法及内容如表1所示。

（2）方案实施

方案评估通过后即可对方案进行实施。按已定方案对家电进行可拆解结构改进设计后生产的家电产品需进行实物评估，评估通过后产品可拆解结构设计才算通过，否则需对设计方案进行完善，直到按已定方案设计出来的家电产品通过各项评估，并将设计方案录入实例库中家电可拆解结构改进设计结束。

四、实例运用

洗碗机底板结构和连接关系如图3所示，在对其进行可拆解结构改进设计之前，底板与下前横档和侧板通过螺钉连接在一起并承担洗碗机关键零部件的重量，该连接方式所属问题类型是稳定性，即洗碗机在使用过程中，螺钉会生锈，导致连接很难甚至无法拆解。问题的表现形式为连接失效，根据以上内容，同时在系统中设置其他搜索条件如材料设为钢铁，拆解性和环境性设计为很好等，则在实例库中检索到的实例为电脑机箱侧板，其连接特征是卡槽连接，可实现手工拆解。

电脑机箱侧板不受机箱内其他零部件的外力作用，因此该处卡槽连接主要是保证连接可靠。但洗碗机底板需承受一定重力，需对检索到的相似实例进行修正，即需加强卡槽强度。在此设计方案的指导下可对洗碗机底板进行可拆解结构改进设计，即通过合理加强卡槽强度，可采用卡槽替代螺钉连接，通过较小成本获取最大的拆解价值。

结束语：本文对家电产品的可拆解结构改进设计进行研究，对家电产品可拆解结构设计相关知识进行表达，明确可拆解结构设计的相关问题和表现形式，制定家电产品可拆解结构改进设计方案，以洗碗机底板为例验证本设计方案的可行性。

参考文献

[1]金晓红.基于概率论的汽车产品可拆解性评价方法研究[D].吉林：吉林大学，2010.

[2]田广东，储江伟，金晓红等.基于概率的产品可拆解性评价方法及数学描述[J].计算机集成制造系统，2011，17（6）：1165-1170