《先进设计技术》PPT课件.ppt

,现代设计技术,现代设计技术概述 绿色制造,1、现代设计技术概述,一、现代设计技术的含义,1、在传统的工程设计中,从工作性质与内容看：将设计过程划分为方案设计、技术设计、工艺设计,而随着计算机、信息技术的发展,工程设计的范畴,从传统的设计内容已扩展到产品规划、制造、检测、实验、营销、运行、维护、报废、回收等全过程的全方位设计。,2、从设计的过程与方法看:设计是一种工程活动,是一种创造性的智力活动。设计是一个综合、决策、迭代、寻优的过程。由于设计要求和约束条件及多种约束之间相互制约,甚至是相互矛盾的,虽经优化,也只能综合、全衡各方面因素,需要设计师运用自然科学的知识与法则,灵活运用知识和经验处理技术、经济等问题的能力和优良的品质、作风,创造性地构思,寻求设计目标和任务取得相对满意的结果。,1、现代设计技术概述,一、现代设计技术的含义,3、从设计任务的要求划分,通常有3种不同类型的设计:开发性设计,这是一种完全创新的设计。适应性设计,在原理、方案基本保持不变的前提下,对产品作局部的变更设计。变型设计,在功能和工作原理不变的情况下,变更现有产品的结构配置,布置方式和尺寸,使之适应多方面的使用要求。可以说,当今不论何种设计都有必要应用CAD技术及其他行之有效的现代设计技术,如优化设计、可靠性设计、并行设计,模糊设计、虚拟设计等。,定义:以满足应市产品的质量、性能、时间、成本/价格综合效益最优为目的,以计算机辅助设计技术为主体,以知识为依托,以多种科学方法及技术为手段,研究、改进、创造产品活动过程所用到的技术群体的总称。,1、现代设计技术概述,二、现代设计技术的体系,(1)基础技术基础技术是指传统的设计理论与方法,特别是运动学、静力学与动力学、结构力学、强度理论、热力学、电磁学、工程数学等的基本原理与方法,它不仅为现代设计技术提供了坚实的理论基础,也是现代设计技术发展的源泉。 (2)主体技术现代设计技术的诞生、发展与计算机辅助技术的发展息息相关、相辅相成,(3)支撑技术无论是设计对象的描述,设计信息的处理、加工、推理与映射及验证,都离不开设计方法学,产品的可信性设计技术及设计试验技术所提供的种种理论与方法及手段的支撑。其中现代设计方法学涉及的内容很广,(4)应用技术是针对实用目的解决各类具体产品设计领域的技术,如机床、汽车、工程机械、精密机械的现代设计内容,可以看作是现代设计技术派生出来的丰富多采的具体技术群。,1、现代设计技术概述,三、现代设计技术的主要内容,1 绿色产品设计技术,1.1 面向环境设计技术 (DFE design for Environment)或称绿色设计(Green Design)是在世界“绿色浪潮”中诞生的一种新型产品设计概念。是以面向环境的技术为原则所进行的产品设计。按设计开发的产品通常称为“绿色产品”。面向环境设计是一种系统化的设计技术,即在产品整个生命周期内,以系统集成的观点考虑产品环境属性(可拆性、可回收性、可维护性、可重复利用性和人身健康及安全性等)和基本属性,并将其作为设计目标,使产品在满足环境目标要求的情况下,同时具备应有的基本性能、使用寿命和质量等。,1、现代设计技术概述,三、现代设计技术的主要内容,1 绿色产品设计技术,1.2 面向能源设计技术是指用对环境影响最小和资源消耗最少的能源供给方式来支持产品的整个生命周期,并以最少的代价来获得能量的可靠回收和重新利用的设计技术,从而全面指导、优化产品设计过程。产品设计是影响能源消耗最关键的环节,在产品功能和基本要素确定的情况下,产品的结构布局、材料选择、加工工艺、可制造性、可装配性和可重复使用性等影响能源消耗的主要因素都是在设计阶段确定的。因此,分析产品设计对能源消耗的影响因素,并从系统的角度研究面向能源优化利用的产品设计技术,对提高能源利用率,改善能源危机的状况有着重要意义。,1、现代设计技术概述,三、现代设计技术的主要内容,1 绿色产品设计技术,1.3 面向材料设计技术随着全球工业化进程的发展,人类生存环境遭到了日益严重的污染。自然资源尤其是非再生资源的滥用与破坏,严重制约了经济的持续发展。在经济发展的同时,任何实现自然资源的合理开发利用,并减少和消除环境污染,已成为人们关注的热点。面向材料的设计技术是以材料为对象,在产品整个寿命周期中的每一阶段,以材料对环境的影响和有效利用作为控制目标,在实现产品功能要求的同时实施,使其对环境污染最小和能源消耗最少。这种设计技术,一方面是以产品技术性能、经济性能和环境性能做为设计目标,选择综合性能优良的绿色材料;另一方面则要考虑绿色材料的使用对产品设计、工艺及制造所带来的影响。,1、现代设计技术概述,三、现代设计技术的主要内容,1 绿色产品设计技术,1.4 人机工程设计技术这是以人机工程学理论为基础的面向人的产品设计技术。人机工程又称为人体工程(美国称,欧洲国家称),它依据人的心理和生理特征,利用科学技术成果和数据去设计的技术系统,使之符合人的使用要求,改善环境和优化人机系统,随之达到最佳配合,以最小的劳动代价换取最大的经济成果。人机工程设计的目标是在系统约束条件下,提高工作的有效性,提高生产率及质量,减少操作者可能出现的失误,降低操作者体力和脑力消耗,尽可能地适合不同水平的操作者使用,尽可能简化操作,降低劳动强度,改进工作条件,尽量适合操作者的心理和生理特征,使操作者轻松愉快地完成工作,最终达到人机系统的最佳效率和效能。,1、现代设计技术概述,三、现代设计技术的主要内容,2 竞争优势创建设计技术,(1) 产品创新设计技术是设计人员针对新的或预测的需求,从已知的、经过实践检验可行的理论和技术出发,充分运用创造性思维,构思并设计出过去所没有的全新事物的技术过程。创新设计旨在提供有重要社会价值的新颖独特的设计成果,是设计领域中最富挑战性的方向,是设计人员追求的最高目标。 (2) 降低成本设计技术亦称面向成本的设计(),它是在保证功能和质量的前提下,通过降低成本来提高产品经济性以加强竞争优势的设计技术。实践证明,一个新产品的功能和成本水平基本上已在产品设计阶段就确定了,设计不合理引起的产品技术和经济性方面的先天性不足是用生产过程中的质量控制和成本控制措施所无法挽回的。因此,降低和优化产品成本已成为目前众多机电产品开发设计成功的关键。,1、现代设计技术概述,三、现代设计技术的主要内容,2 竞争优势创建设计技术,(3)快速设计技术 ()是在现代设计理论和方法的指导下,应用微电子、信息和管理等现代科学技术,以缩短产品开发周期为目的的一切设计技术的总称。 (4)仿真与虚拟设计技术所谓仿真,简单的说就是用动态模型做实验。计算机仿真技术则是以计算机系统为工具,以相似原理、信息技术和控制论为基础,根据系统实验的目的,建立实际或联想的系统模型,并在不同条件下,对模型进行动态运行(实验)的一门综合性技术。近年来不断涌现和迅速发展的高新技术,如计算机仿真建模、/及先期技术演示验证、可视化计算、遥控机器和计算机艺术等,都有一个共同的需求,就是建立一个比现有计算机系统更为真实方便的输入输出系统,使其能与各种传感器相连,组成更为友好的人机界面,人能沉浸其中,超越其上,进出自如又能交互作用的多维化信息环境。这个环境就是计算机虚拟现实系统(),在这个环境中从事设计的技术即称之为虚拟设计(Virtual Design)。,1、现代设计技术概述,三、现代设计技术的主要内容,2 竞争优势创建设计技术,(5)智能设计技术设计是对技术系统进行构思和计划,并将其转变为现实的活动,是一个求解和决策的过程,它力图以最少的投入来最好地满足所提出的设计要求。由于缺乏人类设计师所具有的推理和决策能力,传统系统已不能满足设计过程自动化的要求。于是智能()的理论研究和应用实践便随之而产生了。系统既具有传统系统的数值计算和图形处理能力,又具有知识处理能力,能够对设计全过程提供智能化的计算机支持。智能设计就是对智能理论和应用的研究。,1、现代设计技术概述,三、现代设计技术的主要内容,3 全寿命周期设计技术,3.1 并行设计技术 并行设计( )是一种对产品及其相关过程(包括制造过程和支持过程)进行并行和集成设计的系统化工作模式。设计过程中各活动之间的基本联系和相互作用方式可归纳为串性依赖、并行独立和交互耦合3种关系。并行设计过程主要以第3种作用方式为主,其思想是在产品开发的初始阶段,即规划和设计阶段,就以并行的方式综合考虑其生命周期中所有后续阶段,包括工艺规划、制造、装配、试验、检验、营销、运输、使用、维修、保养、直至回用处置等各环节,以降低成本,提高质量。其基本特征是集成性,反映了产品全寿命周期各环节间的耦合作用。,1、现代设计技术概述,三、现代设计技术的主要内容,3 全寿命周期设计技术,3.2 面向制造的设计技术面向制造的设计(,)是产品设计与后继加工制造过程并行设计的方法。在设计阶段尽早考虑与制造有关的约束,全面评价和及时改进产品设计,可以得到综合目标较优的设计方案,并可争取产品设计和制造一次成功,以达到降低成本,提高质量和缩短产品开发周期的目的。,3.3 产品数据管理技术这是设计技术的关键。如何有效地管理在产品生命链各环节中伴随产生的或者所需要的大量数据和信息,包括工程规范、文档、图纸、/文件、产品结构模型、产品设计结果、产品定单、供应商状况以及产品工作流程等,做到将正确的数据或信息在适当时间传递到正确的位置或给相应的人,上述工作是产品全寿命周期数据管理技术所研究的根本内容。,1、现代设计技术概述,绿色制造概论,绿色制造的形成背景,环境问题 资源问题 人体健康问题,水污染,1998年全国废水排放总量为394.4亿吨，其中生活污水排放量194.0亿吨，工业废水排放量200.4亿吨；废水中COD排放总量1503万吨，其中生活COD排放量695万吨，工业COD排放量808万吨；,固体废物,1998年，我国工业固体废物产生量8.0亿吨，排放量0.7 亿吨；,废气,1998年，对我国约130万个工业企业的排污状况的调查表明：在废气中二氧化硫排放总量2087万吨，烟尘排放总量1335万吨，工业粉尘排放量1344量万吨；,噪声,全国90%的城市道路交通噪声处于轻度至中度污染水平，年际间全国平均声级变化不大。全国一半以上城市区域环境噪声居于中等污染水平，少数小城市污染严重，重点城市稳中略有好转。,温室效应,臭氧层破坏,图为2000秋季南极上空的臭氧洞，其中紫色、红色、深酒红、灰色代表臭氧洞，南极上空70%的臭氧遭到破坏。,全球酸化的敏感程度,富营养作用,全球氮富营养临界负荷的分布,水资源,1998年度我国十大流域（水系）中，63%的监测断面水质超过类标准；辽河、海河污染严重，以类或劣类水质为主；松花江以类水质为主；淮河干流水质有所好转，但总体水质依然较差；黄河干流局部河段污染严重；长江干流和珠江水系水质良好。 近岸海水水质三类及劣于三类占一半以上。南海在四个海区中水质最好，黄海次之，东海污染最重。,沙漠化,据估计，全球约有29的陆地呈现荒漠化，35的土地处于荒漠化威胁之下，严重荒摸化的土地占6%。同时，水土大量流失，全球每年水土流失约240亿吨，我国每年因土壤流失而损失的土地营养成分高达13.39亿吨，相当于46.7亿吨化肥。,资源,矿产资源 据统计，按照当前的资源消耗率和开采量，在现有探明的矿产资源中，估计石油可供使用30年，铁可供使用93年，天然气可供使用58年、煤可供使用226年。 生物资源 环境污染已严重威胁到生物的多样性。自1600年以来，已有724个物种灭绝，目前还有3956个物种濒临灭绝，3647个物种为濒危物种，7240个物种为稀有物种。,人体健康,环境污染对人体健康不仅会产生直接影响，还会产生间接影响。 直接影响：例如，随着各种新材料、新工艺的采用，我国出现了一些过去未发生或者很少发生的职业病，如正已烷中毒、三氯甲烷中毒、三氯乙烯中毒等； 间接影响：以温室效应为例，全球变暖会通过改变大气中污染物的化学反应速度或通过影响调节污染物如何积累和分散的风或降水等因素，来影响空气污染状况和来自接触被污染空气的健康影响。例如旧金山湾地区的环境温度提高4便可能提高臭氧水平20%，并使不符合国家空气质量标准的地区面积扩大1倍。又如受全球变暖影响的疟疾蔓延的概略模型表明，到2100年，伴随全球平均气温上升3，每年疟疾病将增加5000万8000万例。,环境污染造成的经济损失,治理费用 1998年全国工业污染治理投资244亿元，城市环境基础设施建设投资估计560亿元，总投资预计超过GDP的1%；全国工业废水处理率为87.4%，达标率65.3%；工业烟尘达标率79.5% 总的经济损失估计 世行专家估计，按照1995年经济增长速度为10，我国仅大气污染和水污染每年造成的损失即高达540亿美元，这个数字接近1995年中国国内生产总值的8。,警钟！,科学家在世界自然资源保护大纲中痛心地写到：“地球不是我们从父辈那儿继承来的，而是从我们后辈那儿借来的”，这句话发人深思。我们这一代人不能因为自己的私欲而肆意滥用资源、污染环境、破坏生态，把一个破损、污秽不堪的地球留给我们的子孙，让他们谴责我们的无知、贪婪和短视。应该意识到“我们只有一个地球”！ 可持续发展成为了社会发展的必然。,可持续发展思想的形成（一）,可持续发展（Sustainable Development）思想起源于环境保护，但却是对人类传统发展模式，尤其是对工业革命以来的所有物质和精神文明成果的反思，它的形成经历了一个漫长的过程。 1972年6月5 日，联合国在瑞典斯德哥尔摩召开了有114个国家代表参加的 “人类环境会议”，并通过了著名的人类环境宣言。宣言中明确指出：“为了这一代和将来世世代代，保护和改善人类环境已经成为人类一个紧迫的目标，这个目标将同争取和平、全世界的经济与社会发展这两个既定的基本目标共同协调地发展”，“保护和改善人类环境是关系到世界各国人民的幸福和经济发展的重要问题，也是世界各国人民的迫切希望和各国政府的责任。”该会议标志着人类环境时代的开始和可持续发展思想的萌芽。,可持续发展思想的形成（二）,1980年，国际自然资源保护联合会、联合国环境规划署和世界基金会共同发表了世界自然保护大纲。大纲中对可持续发展思想进行了较为系统的阐述，指出:人类利用对生物圈的管理，使生物圈既能满足当代人的最大持续利益，又能保持其满足后代人需求与欲望的能力。 1987年，挪威前首相布伦特兰夫人领导的联合国环境与发展委员会发表了一份题为我们共同的未来的报告 ，该报告第一次对可持续发展的概念进行了科学的论述，指出：可持续发展是在满足当代人需求的同时，不损害人类子孙后代的满足其自身需求的能力。它标志着可持续发展思想逐步走向成熟和完善。,可持续发展的内容（一）,从经济学的角度出发，对可持续发展的一般理解为：在环境得以持续发展的制约条件下，使环境资源的利用效益达到最大化。 从社会学的角度出发，可持续发展被定义为“改进人类的生活质量，同时不要超过支持发展的生态系统的承受力。” 从生态学的角度出发，可持续发展被定义为“寻找一种最佳的生态系统和土地利用的空间构形，以支持生态的完整性和人类愿望的实现，使环境的持续性达到最大。”,可持续发展的内容（二）,从地理学角度出发，所强调的是区域可持续发展，并认为可持续发展的核心是“人与地球”的关系。 从工业技术的角度出发，可持续发展就是指借助各种技术手段，在产品寿命循环全过程的各个环节中采取措施，使产品在其生产、使用以及回收处理中节省能源和资源，减少或消除环境污染，并保护劳动者的健康和安全。,可持续发展的内容划分,从宏观层上讲，可持续发展就是要保持人与自然的共同协调发展，达到人与自然的共同繁荣。 从中观层上讲，可持续发展是指处于一定区域的人口、环境、经济和社会的协调发展。强调在资源（包括能源）和环境得到合理持续利用与保护的条件下，取得最大的经济效益、社会效益以及生态效益。 从微观层上讲，可持续发展就是借助各种技术手段，使人类社会的各种生产活动节省能源和资源，减少或消除环境污染，保护劳动者的健康和安全。,制造业的环境、资源问题,环境污染主要源于工业的非“绿色”行为。尤其是制造企业。据统计，造成全球环境污染的70以上的排放物来自制造业，它们每年约产生55亿吨无害废物和7亿吨有害废物。 面对严峻的环境现状和社会各界的压力，各国政府都采取了积极地态度，提出了相应的环保措施和对策。例如增大环保投资、建设污染控制和处理设施、制定污染物排放标准、实行环境立法等，以控制和改善环境污染问题。,ISO14000系列标准,ISO14000系列标准内容,按照ISO14000系列标准的功能，可以分为两类， 第一类：评价组织 环境管理体系； 环境行为评价； 环境审核 第二类：评价产品 生命周期评估； 环境标志； 产品标准中的环境指标。,末端治理及问题,但是十多年的实践表明：这种仅着眼于末端治理(End-of-Pipe)，即通过治理污染物达标排放的办法，虽能在一定时期内或在局部地区起到一定的作用，但并不能从根本上解决工业污染问题。其原因在于： 末端治理技术总是滞后于污染的形成 ； 末端治理办法，不仅需要投资，而且使一些可以回收的资源(包含未反应的原材料)得不到有效的回收利用而流失 末端治理在许多情况下并不是治理污染，而是污染转移。,绿色制造的提出,面对末端治理的问题、严重的环境和资源问题，全球迅速掀起了一场“绿色浪潮”。各种新概念、新思想不断涌现： * 绿色制造 * 绿色设计 * 清洁生产 * 生命周期分析 * 绿色消费 * 绿色营销 * 绿色产品 * 再制造工程 * 工业生态学,绿色制造的研究现状,从九十年代开始，绿色制造的研究和应用更是受到各国政府、企业和学术界的关注。1996年，美国制造工程师学会专门发布了绿色制造的蓝皮书，对绿色制造的内涵进行了系统介绍；从1998年起，该学会还在其网站上设立了“绿色制造” 栏目；国际生产工程学会和电气和电子工程师协会每年都要举办有关绿色制造方面的专门会议，探讨产品设计和制造中的环境问题。世界上的著名大学（如美国MIT、伯克利、斯坦福、密歇根、卡内基梅隆；荷兰的德尔福特大学，德国的柏林工大，日本的东京大学，澳大利亚的墨尔本工业大学以及我国的清华、上海交大、重大、合肥工大等）和企业（如IBM、Benz、GM、Ford、Philips等）均投入了大量人力、物力和财力开展这方面的研究。特别是近年来，国际标准化组织制定的ISO14000环境管理系列标准，更是大大推动了绿色制造地发展。 有关绿色制造的研究主要集中在以下两个方面：,绿色制造体系结构研究,要在制造企业中实施绿色制造，首先要确定绿色制造的体系结构，以便指导具体的实施过程。但由于绿色制造的概念和内涵还处于探索阶段，还未形成完整的体系结构，目前在这方面的研究工作主要有： 绿色制造的体系结构（重大刘） BENZ的清洁生产体系 清洁生产体系结构(重大张),绿色制造的体系结构（重大刘）,BENZ的清洁生产体系,清洁生产体系结构(重大张),图1-2.3 清洁化生产系统体系结构,绿色制造理论、方法研究,产品生命周期分析 面向环境的设计 再制造工程 工业生态学,产品生命周期分析,生命周期分析(Life Cycle Analysis，简称LCA)是在二十世纪六十年代末和七十年代初提出的，其主要分析评价的对象是产品的包装物。随着人们环境意识地进一步增强，产品生命周期分析逐渐受到社会各界的关注，应用范围也逐步拓宽到冰箱、汽车等复杂产品。世界各国的许多研究机构(如SETAC、丹麦技术大学的生命周期研究中心LCC等)都建立了工作组从事有关LCA的方法研究，并已取得了一定的进展。,LCA工具总汇,Simapro LCA工具,LCA的标准化,1993年以来，国际标准化组织 (ISO)便开始进行LCA的国际标准化研究。LCA的普通标准已于1997年完成，并编制在ISO14040中，现在有关LCA不同阶段的更详细的标准正在制定中，它们包括：目标确定、范围确定、清单分析、影响分析、方法解释； 1995年5月，欧洲标准化组织CEN发表了一个被称为CEN的报告，与ISO标准比较，它只是一个针对包装阶段的详细的指南而已。,面向环境的设计,绿色设计中的材料选择与绿色材料 面向资源优化利用的设计 节能设计 面向拆卸回收的设计,绿色设计中的材料选择,材料选择是实现绿色产品的关键和前提 ，如何改变现有设计中只注重材料技术和经济性的材料选择思路，将环境问题纳入设计开发之中，已经成为绿色设计的重要内容。目前主要的研究工作表现在： 研究绿色设计中的选材准则，如优先选用可再生材料、回收材料、可降解材料等； 建立材料的环境负担数据库和专家系统；收集整理其生命周期的各种环境数据和知识； 研究材料生命周期评价的方法； 开发各种材料生命周期评价系统计算机软件,绿色材料的研制,所谓绿色材料，也称为生态材料，是指在满足一般功能要求的前提下，具有良好的环境兼容性的材料。目前绿色材料发展的诸多方向：如材料的轻量化设计，长寿命设计，生物降解材料的开发等。目前，绿色材料的开发工作已经取得了一定的进展，如英国ICI综合化学公司利用名为Alcaligences eutrophus的微生物将葡萄糖和丙酸发酵合成为共聚聚酯；美国瓦那兰巴特制药公司推出了药用淀粉胶囊以及热塑性生物降解塑料；意大利孟特爱迪生集团的诺瓦孟特公司用淀粉和变性聚乙烯醇的混合物开发了名为“Mater-Bi”的生物降解塑料；日本工业技术院四国工业技术研究所开发出了纤维素、脱乙酰多糖天然高分子的复合生物降解塑料等。,节省资源设计和节能设计,节省资源和能源是产品设计的一个重要内容，目前在这方面的研究很多：如：建立资源消耗模型、资源消耗评估体系、二维优化下料理论及技术、各种节能技术等，在这儿就不多谈了。,产品的可拆卸性设计,产品易拆卸性是衡量产品易回收和易维修的重要指标，因此对产品的可拆卸性设计已成为设计领域的研究热点。尽管人们结合生产实践提出了一些可拆卸性设计准则，但如何在设计中客观的贯彻这些经验、准则还有待探索。目前可拆卸性设计研究主要集中在： 收集整理DfD的有关知识，提出DfD的设计准则，如减少所用材料的种类，尽量减小零部件拆卸方向和移动的复杂性等。 拆卸的可行性评估，例如借助产品的几何信息进行评估；利用零部件之间的结合面来判断产品的可拆卸性，另外还有基于成本的方法、虚拟拆卸等方法 创建新的DfD方法和工具。从事这方面研究的人还较少，并且成果多是与CAD集成的专家系统。,产品的可回收性设计,产品报废后的回收利用能有效地节省原材料，减少废弃物对环境的危害。欧美、日本等发达国家制定的回收法规已引起了学术界和工业界的高度重视，Alting提出了面向回收的设计的概念，即在产品设计时，就考虑到产品未来的回收及再利用问题，从而大大提高产品、零件的回收利用率，节省资源和能源，并对环境影响最小。可回收性设计主要包括：可回收材料及标志、回收工艺及方法、回收经济性及可回收产品及零部件的结构设计等等。美、德、日等西方发达国在汽车、家电等行业应用面向回收的产品设计思想，取得了良好的社会、经济效益。柯达公司采用可回收性设计思想开发的“相迷救星”相机销量最大，赢利最高。另外，欧委会还成立了有政府和工业界代表组成的工作组，着手提高废旧汽车的回收利用率。,面向拆卸回收的设计的主要准则(一),明确拆卸对象 对有毒或者轻微毒性的零件或再生过程中会产生严重环境问题的零件应该拆卸，以便于单独处理，如焚化或填埋； 对于由贵重材料制成的零部件应能够拆卸，实现零部件重用或贵重材料的再生； 对于制造成本高、寿命长的零部件，应尽可能易于拆卸，以便直接重用或再制造后重用。,面向拆卸回收的设计的主要准则(二),尽量减少拆卸工作量 尽量使用标准件和通用件，减少拆卸工具数量和种类，增加自动化拆卸的比例； 尽量减少零部件数量。把由多个零件完成的功能集中到一个零件或部件上，从而缩短拆卸时间。尤其对于工程塑料类材料，因为它具有易于制成复杂零件的特点，所以特别适于零件功能集成，见图。 尽量减少材料种类；Whirlpool公司一家德国协作公司将包装材料的种类由20种减少到4种，使废物处理成本下降了50% 尽量使用兼容性好的材料组合；如线路板是由环氧树脂、玻璃纤维以及多种金属构成的，由于金属和塑料之间的相容性较差，目前线路板的回收问题还一直困扰着企业界。常用热塑性材料相容性见表。,面向拆卸回收的设计的主要准则(三),在结构上尽量简化设计，减小拆卸难度 尽量减少联接件的数量；一般来说，联接件越少则意味着拆卸工作也越少。 尽量减少联接件的类型；减少联接件类型，有助于减少拆卸工具的数量，减少拆卸工艺的设计。 尽量使用易于拆卸或者易于破坏的联接方式。 设计时应确保产品具有良好的可达性，给拆卸、分离等操作留有合适的操作空间，例如在零件表面应该给拆卸操作留有可抓持的空间特征，以便零部件处于自由状态时，可以轻松的抓取。,面向拆卸回收的设计的主要准则(四),易于拆卸 设计合理的拆卸基准； 设置合理的排放口位置，有些产品在废弃淘汰后，往往含有部分废液，如汽车中的汽油或柴油、润滑油，机床中的润滑油等； 刚性零件准则，产品设计时，尽量采用刚性零件，因为非刚性零件的拆卸过程比较麻烦 封装有毒、有害材料，最好将有毒、有害材料制成的零部件用一个密封的单元体封装起来，便于单独处理。 尽量使用简单的拆卸路线；简单的拆卸运动，有助于实现拆卸过程的自动化。,面向拆卸回收的设计的主要准则(五),易于分离 一次表面准则，即组成产品的零件，其表面最好是一次加工而成，尽量避免在其表面上再进行诸如电镀、涂覆、油漆等二次加工。因为二次加工后的附加材料往往很难分离，它们残留在零件表面则形成材料回收时的杂质，影响材料的回收质量 设置合理的分类识别标志，以便分类回收 模压标志 条形识别标志 颜色识别标志 尽量减少镶嵌物，通常，当零部件中镶嵌了其它种类的材料会大大增加产品回收难度。,面向拆卸回收的设计的主要准则(六),产品结构的可预估性准则，产品在使用过程中，由于存在污染、腐蚀、磨损等，且在一定的时间内需要进行维护，这些因素均会使产品的结构产生不确定性，即产品的最终状态与原始状态之间发生了较大的改变。为了在产品废弃淘汰时，其结构的不确定性减少，设计时应该遵循以下准则： 避免将易老化或易腐蚀的材料与需要拆卸、回收的零件组合 要拆卸的零部件应防止外来污染或腐蚀,面向拆卸回收的设计的评价体系,面向拆卸回收的设计的评价过程就是对设计方案进行评价修改再评价再修改，直到满足设计要求的动态过程。评价的主要问题包括用什么指标评价来描述产品的拆卸回收性能，怎样进行评价，用什么标准来衡量评价结果。因此，提出一套完整的拆卸回收性评价指标体系是评价系统的基础。拆卸回收的评价体系主要由以下几部分组成：产品的拆卸/装配、产品的重用/回收/处理、材料选择、产品的可维修性能，基本框架如图所示,面向拆卸回收的设计的常用指标(一),标准拆卸时间 ，是指一个一般熟练的工人(手工拆卸)或者一台拆卸机器人的平均拆卸时间。对标准动作进行分析、汇总，对待评价动作进行分解，使之变成一系列标准动作。 拆卸能量，产品拆卸必然要消耗能量，联接方式不同，消耗的能量也不同。因此，可以用拆卸能量来反映拆卸的难易程度。其值大小可以根据不同的力学公式计算。,面向拆卸回收的设计的常用指标(二),拆卸的几何约束，拆卸的几何约束主要包括视觉可达、实体可达、空间可达等方面。 视觉可达是指在拆卸操作时，操作者应能看到产品的内部结构，并有足够的空间允许拆卸人员进行不同角度的观察。 实体可达是指在拆卸过程中，操作人员身体的某一部分或工具能够接触到被拆卸对象或拆卸部位。 空间可达，是指对拆卸的部位进行拆卸操作时，其周围要有足够的拆卸操作空间，以方便拆卸。,面向拆卸回收的设计的常用指标(三),拆卸深度，拆卸深度既关系到产品报废后的资源再生率，又关系到拆卸的经济性。一般来讲，拆卸深度越深，零部件和资源的回收再利用率就越高，回收的资源价值也越大。同时，随着拆卸程度的加深，相应拆卸成本也上升，因此存在一个最优（最佳）拆卸深度。,拆卸的工艺设计,再制造工程,面对处理大量失效、报废产品(1996年全球有2400万辆汽车，2000年全球有2000万台计算机被淘汰)这一严峻问题，再制造工程应运而生。美国罗切斯特理工学院建立了全国再制造和资源恢复中心，田纳西大学绿色产品和技术研究中心将进行汽车行业的再制造技术研究。凯南弗拉格勒商学院开展了逆向后勤学的教学。目前美国军队是世界上最大的再制造者，也是最大的受益者。根据美国波士顿大学教授罗伯特.伦德收集的1996年统计资料表明，美国再制造行业产值530亿美元，雇佣48万人。1999年4月27日今日美国报报道，福特公司正在建立旧部件交流中心，充分回收再制造的部件，预计将实现10亿美元/年的营业额；德国商报1999年1月在文章未来10年的科技中认为，20062007年全球汽车的材料和部件的90%均可以重新使用。,再制造工程的定义,再制造工程是一个统筹考虑产品部件全生命周期管理的系统工程，是利用原有零件并采用再制造成型技术(包括高新表面工程技术及其它加工技术)，使零部件恢复尺寸、形状和性能，形成再制造的产品。主要包括在新产品上重新使用经过再制造的旧部件，以及在产品的长期使用过程中对部件的性能、可靠性和寿命等通过再制造加以恢复和提高，从而使产品或设备在对环境污染最小，资源利用率最高，投入费用最小的情况下重新达到最佳的性能要求。,再制造的过程,再制造技术,工业生态学的定义,工业生态学描述的是一种工业仿生系统，它通过模仿生态系统物与物之间的关系来实现工业系统的可持续发展，在该系统中一种工业活动的废物(产出)是另一种工业活动的原材料(投入)。,工业生态学的意义,工业生态学认为：一个工业生态系统，完全可以像一个生物生态系统那样循环运行：植物吸取养分，合成枝叶，供草食动物享用，草食动物又为肉食动物所捕食，而它们的排泄物和尸体又成为其他生物的食物。由于工业生态系统可大幅度削减污染和原材料需求，