可拆卸产品设计方法初探
穆存远;张璋
【摘 要】在综合国内外相关研究的基础上,着重对产品的拆卸分析及相关理论进行了深入、系统、全面的研究.主要讨论了拆卸设计的定义和意义,设计准则及拆卸设计的可拆卸性结构设计方法等.为实现拆卸设计的合理化和标准化,提出以成组技术为基础的模块化设计和计算机辅助可拆卸设计,进行产品零部件拆卸规划分析.以模块化灯具的设计实例说明可拆卸设计的应用情况,验证所提方法的可行性.
【期刊名称】《机电产品开发与创新》
【年(卷),期】2012(025)001
【总页数】3页(P13-15)
【关键词】可拆卸;设计;方法;模块化
【作 者】穆存远;张璋
模块化设计的产品举例【作者单位】沈阳建筑大学,辽宁沈阳110168;沈阳建筑大学,辽宁沈阳110168
【正文语种】中 文
【中图分类】TB472
0 引言
人类社会的不断进步，工业和制造业在推动人类发展的过程中发挥了至关重要的作用，人们创造了巨大物质财富的同时，也造成了生态破坏、资源短缺、环境污染等重大问题。现在这些问题已对人类发展造成阻碍，人类开始重视资源、环境、社会的协调发展。绿设计成为可持续发展的根本途径，可拆卸设计是绿设计的一项重要内容。经过对传统产品设计的分析，提出了基于可拆卸设计思想的产品开发模式。将产品的设计、制造、使用和最终处理作为一个整体来加以重视。从产品设计的最初始阶段就开始防止污染，预先考虑产品在制造、使用和最终处理中可能给环境带来的负面影响，然后在设计过程中就加以解决。国外在相关领域的研究开展的较早，已逐渐形成了一系列的理论方法，也开发了相应的软件工具。在我国，与拆卸相关理论的研究起步较晚，理论和相应的技术还不成熟。随着近些年来我国对拆卸相关理论研究的人员逐渐增多，并取得了一定的成绩。
1 关于可拆卸设计
1.1 可拆卸设计概述
可拆卸设计（Design for Disassembly）是指在产品设计的初步，在满足产品性能与功能的前提下改进产品的装配结构，充分考虑产品的可拆卸性，并以此为产品结构设计和材料选择的一个重要准则，使得产品易于拆卸，尽可能降低产品的拆卸成本和总成本。最终达到减少废弃物的排放、节约资源和保护环境的目的[1]。
1.2 可拆卸设计的意义
可拆卸设计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，使产品制造、使用与维护更加方便，对降低成本、提高效益具有重要意义[2]。
1.3 可拆卸设计的基本准则
在产品设计中，更多的是关注零部件的装配性而很少考虑到产品的拆卸问题。产品的循环使用，首先遇到的问题就是如何快速而又经济地把各个零部件拆卸下来，不同产品结构是有区别的。因此在产品设计中引入可拆卸设计准则是改善产品拆卸性的有效方法。在产品可拆卸设计过程中必须考虑以下基本准则[3]，如图1所示。
2 可拆卸设计方法
实现可拆卸设计的方法有两种，一种是基于“可拆卸模块化图谱”设计，另一种则是计算机辅助可拆卸模块化设计。
2.1 基于“可拆卸模块化图谱”设计
可拆卸设计理论的研究内容主要是通过可拆卸的基本准则、方法的研究，来确定正确的拆卸策略和合适的拆卸方法。对可拆卸设计理论的研究发现，产品的拆卸一定离不开模块化结构。所以，“可拆卸性设计”实际上就是“可拆卸性模块化设计”。就是将可拆卸设计思想与模块设计原理有机地结合起来，使可拆卸模块化设计产品不仅可拆卸回收，而且可以循环使用增加产品的生命周期。
基于“可拆卸模块化图谱”的设计方法是以成组技术为基础的模块化设计，按照产品零件的形状、尺寸、制造工艺性等特征进行分类再将其零件归类成组，利用成组进行分类编码，对模块进行准确详细的描述，以便利于计算机的识别和处理。以形成典型的可拆卸结构图谱，供新产品设计时查阅参考。针对国内产品设计的研究发现，某些产品由于缺乏与现有产品设计过程的融合，一旦更换一些零部件之间连接方式，就会导致整个信息模式遭到破坏，需要重新建立相应的拆卸结构模型，因此设计过程中要构建或更换不同的拆卸结构模型是十分困难。为了克服上述困难，在产品设计的初期应该先对产品的结构类型进行研究，提取出其中的结构模式，形成可拆卸结构模块。构建可拆卸结构化模块模型以描述他们之间的装配约束和拆卸优先关系，并对可拆卸结构模块模型进行编码约简，形成可拆卸模块化图谱。为不断充实更新图谱，利用继承、组合和派生三种图谱演化方法。可拆卸结构模块图谱的构建为可拆卸性设计中模块方案变更的快速映射提供了保障。
2.2 计算机辅助可拆卸模块化设计
利用可拆卸模块化设计方法使产品系统化，不仅给消费者提供了完整的产品，而且建立了一个强大的模块体系，使消费者可以有更大的选择空间，任意发挥组合出更具个性的产品。计
算机辅助设计在可拆卸模块化产品的设计过程中愈来愈重要，建立更为强大的计算机模型库，也是可拆卸模块化产品设计发展的必然趋势。
计算机辅助可拆卸模块化设计就是将基于“可拆卸模块化图谱”的设计过程由计算机辅助完成，并对设计决策给出相应的评价及修改建议。图2所示即为计算机辅助可拆卸设计流程图。进行产品设计时，可以先把产品设计资料输入系统的总控制模式，对产品的组成结构进行研究分析，可以依据可拆卸典型结构图库，对产品结构进行合理的设计。同时要初步建立可拆卸产品结构模型，出几大最有价值的模块，依据可拆卸设计评价准则判断设计结构是否满足易于拆卸的要求，则进行修改或重新设计。对产品从装配到拆卸的整个过程进行分析评价，输入可拆卸综合评价库，对拆卸过程的设计结果进行模拟分析，并显示拆卸过程的详细资料，可拆卸综合评价数据库对模拟结果进行综合评价，对不满意的结构给出修改建议，直至符合综合评价要求。最后对所设计的可拆卸良好的产品进行工艺设计，生成工艺参数并形成工艺文件。通过现有的典型可拆卸结构模块的基础上进行继承、组合、派生等演化操作，可以不断更新和丰富可拆卸连接结构图谱的内容。
3 可拆卸模块化设计实例应用
模块化是将产品各个部件设计成一个个相对独立的模块，各模块间能方便地进行连接，每个模块也能方便地独立出来。整个产品是通过各个模块有序的组合而成。理想的情况下，对不同的模块采用不同的组合方法就能够方便地得到不同的产品。模块化设计为产品设计带来了新的思路和方法。能够加快产品的开发速度，实现产品多样性，小批量的要求。同样，模块化设计思想为产品可拆卸性设计提供了一条新的思路。按模块化设计的产品便于装配，易于拆卸、维修、和回收重用。
基于模块化的可拆卸设计方法，设计了可拆卸模块化灯具，如图3所示是灯具的平面设计图和产品实例图，1、2是平面图分别标明了灯具的长：60cm，宽：16cm，折成扇形外弧弧度：50°，3、4分别对应1、2是产品实例图更形象地显示这款灯既能压缩也能伸展。在设计过程中，就是想利用灯具本身既能压缩又能伸展的特点来调节灯的光亮度。拆卸模块化灯具本身采用模块化设计，灯具本身就是独立功能模块，8放在桌上成为台灯或放在地上成为地灯，它具有多变造型灯具，还能组合成更大的模块系统，5、6、7由多个弯曲的独立灯具组成吊灯或壁灯，10、11、12就是通过排列、分离、重组、反向来塑造多种可能性，造型风格相对自由。
这款灯和其它的灯具不同，可以随意摆弄形状，表现出完全自由的形状、体积并且可以用在任何位置还有很多中颜选择，灯光就可以直接或者间接的射出形成不同的光影效果。
在材料和制造工艺上达到可持续发展的要求。利用积木的思维方式：组合、拆卸、再利用，组合成方便结实的产品。灯具的多功能组合，体现了模块的拓展性，延续性。它可以组成圆圈型的吊灯，也可以组成长条的曲线地灯还有独立台灯，壁灯等等。单个模块造型简洁，多个模块组合可以形成一定的韵律美感，不失为一种富有个性的灯具。如图3所示是事先设计制作出多种安装方案提供给消费者参考。这样，消费者在使用这些灯具时就不只是被动接受，而是有了一个选择和自我发挥的机会，也参与到灯具的“设计”中来。消费者还可以先规划造型方案，再来选择买多少，进行组合。这种自主组合的探索工作，会对灯具设计的艺术性提供更多的可能性。
灯具的安装形式具有趣味性和灵活性，灯具安装过程中的人与物的交流不仅是对人自我价值的肯定，而且也蕴含着新的使用方式，满足了消费者追求新颖的需求，反映出新的生活方式。给人们带来新鲜感和愉悦感。这实际上就形成了人跟产品情感上的互动和交流，满足了人的情感需求。
可拆卸模块化灯具与普通灯具进行分析比较见表1，模块化灯具能独立分解的单元，每个模块都有独立的功能，便于组合和拆卸。而普通灯具零件结构不尽合理，很难实现产品的拆卸回收和再利用。

版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。