物流裝備綠色設(shè)計方法

張麗杰，馮仁余，史海英

(1.軍事交通學(xué)院 軍事物流系，天津300161;2.軍事交通學(xué)院 科研部，天津300161 )

物流裝備是指用于儲存、裝卸搬運(yùn)、運(yùn)輸、包裝、流通加工、配送、信息采集與處理等物流活動的設(shè)備或裝備的總稱［1］。物流裝備按功能可劃分為儲存設(shè)備、裝卸搬運(yùn)設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備、包裝設(shè)備、流通加工設(shè)備、信息采集與處理設(shè)備、集裝單元裝備7 類。物流裝備是組織實(shí)施物流活動的重要手段，是物流活動的基礎(chǔ)［2-3］。隨著物流綠色化的發(fā)展，物流裝備的綠色化越來越引起關(guān)注，物流裝備的綠色設(shè)計已經(jīng)成為物流裝備綠色化的主旋律。

1 物流裝備綠色設(shè)計

綠色設(shè)計也稱為生態(tài)設(shè)計、環(huán)境設(shè)計、環(huán)境意識設(shè)計。在產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)，著重考慮產(chǎn)品環(huán)境屬性(可拆卸性、可回收性、可維護(hù)性、可重復(fù)利用性等)，并將其作為設(shè)計目標(biāo)，在滿足環(huán)境目標(biāo)要求的同時，保證產(chǎn)品的應(yīng)有功能、使用壽命、質(zhì)量等要求。綠色設(shè)計不僅是一種具體的方法和技術(shù)，更重要的是一種觀念上的變革［4］。綠色設(shè)計的主要內(nèi)容包括:綠色產(chǎn)品的描述與建模、綠色產(chǎn)品的材料選擇與管理、產(chǎn)品的可拆卸性設(shè)計、產(chǎn)品的可回收性設(shè)計、綠色產(chǎn)品的成本分析及綠色設(shè)計數(shù)據(jù)庫等。

物流裝備綠色設(shè)計不僅要滿足物流活動中物資儲存、裝卸、運(yùn)輸?shù)纫?，更重要的是在設(shè)計階段就將環(huán)境因素和預(yù)防污染等措施納入設(shè)計之中，將環(huán)境性能作為設(shè)計的目標(biāo)和出發(fā)點(diǎn)［5］，通過可再生資源、二次能源的利用及節(jié)能降耗措施緩解資源枯竭，實(shí)施持續(xù)利用。減少廢料和污染物的生成排放，提高在倉儲、裝卸搬運(yùn)、運(yùn)輸、包裝等過程中與環(huán)境的相容程度，降低整個物流活動給人類和環(huán)境帶來的風(fēng)險，最終實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益的最優(yōu)化。

1.1 物流裝備綠色材料設(shè)計方法

綠色材料又稱環(huán)境意識材料，是指能夠經(jīng)濟(jì)地滿足用戶需求，并在其生命周期過程中可有效節(jié)省能源和資源、保護(hù)環(huán)境、保護(hù)勞動者健康的材料或材料制品。先進(jìn)的選材思想應(yīng)該是根據(jù)綠色設(shè)計的特點(diǎn)，遵循產(chǎn)品功能屬性和綠色屬性的總原則，綜合考慮材料的固有屬性(力學(xué)性能和工藝性能)、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境屬性等三要素［6］。總的來說，面向綠色設(shè)計的材料選擇應(yīng)遵循以下4 個基本原則［7］:①考慮材料的力學(xué)性能必須充分滿足產(chǎn)品的設(shè)計功能;②材料的工藝性能應(yīng)能節(jié)約加工成本，減少制造過程中的污染排放;③材料的經(jīng)濟(jì)性;④材料必須具有良好的環(huán)境協(xié)調(diào)性。

1.2 物流裝備可拆卸設(shè)計方法

可拆卸性設(shè)計是綠色設(shè)計的主要內(nèi)容之一，它要求在設(shè)計的初級階段將可拆性作為結(jié)構(gòu)設(shè)計的一個目標(biāo)，使連接結(jié)構(gòu)易于拆卸。實(shí)現(xiàn)可拆卸設(shè)計的方法有2 種:一種是基于“典型圖譜”的可拆卸性設(shè)計，該設(shè)計方法是以成組技術(shù)為基礎(chǔ)的模塊化設(shè)計;另一種是計算機(jī)輔助可拆卸性設(shè)計。

1.3 物流裝備可回收設(shè)計方法

回收再利用是綠色產(chǎn)品在其整個生命周期中的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)設(shè)計方法很少考慮產(chǎn)品的回收，而在綠色設(shè)計中，產(chǎn)品回收是其最重要的一個階段，因?yàn)榻^大部分產(chǎn)品對環(huán)境的影響主要體現(xiàn)在報廢回收階段［8］?？苫厥赵O(shè)計是在保證沒有降低裝備功能的前提下，充分考慮其零部件回收及再生的可能性、結(jié)構(gòu)工藝性、回收處理方法、回收價值大小、回收處理成本等一系列問題，確保裝備具有閉環(huán)的生命周期，使裝備的絕大部分實(shí)現(xiàn)重用、再制造利用或材料的再生及能量回收，將環(huán)境污染降至最小的一種設(shè)計思想和方法。

1.4 物流裝備綠色工藝設(shè)計方法

綠色工藝設(shè)計應(yīng)該保證制訂的工藝路線最短，盡量減少整個加工過程中的能源和資源消耗，減少對自然環(huán)境的污染，降低制造成本，提高加工效率。所有物流裝備、設(shè)備都是由一些零件和部件裝配調(diào)試而成。裝配工藝性的好壞，對于機(jī)器的制造成本、機(jī)器的使用性能和將來的維修更新都有很大的影響。設(shè)計時盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件和通用件，節(jié)省設(shè)計成本，充分發(fā)揮零部件的利用率，有利于零部件的回收再利用。裝備的主要結(jié)構(gòu)應(yīng)能劃分為幾個獨(dú)立的裝配單元，在總裝配前可以單獨(dú)進(jìn)行部件裝配，隨后可以進(jìn)行部件試驗(yàn)和調(diào)試，提高零部件的質(zhì)量，改善裝備的性能。

1.5 物流裝備綠色包裝設(shè)計方法

綠色包裝又稱為“無公害”包裝和“環(huán)境之友”包裝，指對生態(tài)環(huán)境和人類健康無害，能重復(fù)使用和再生，符合可持續(xù)發(fā)展的包裝［9］。綠色包裝設(shè)計主要從2 個方面考慮:一是包裝材料的綠色化，包括大力發(fā)展紙制品包裝，運(yùn)用可再生和循環(huán)再利用的包裝材料，運(yùn)用可降解的包裝材料，包裝材料單一化和可拆卸化;二是物流包裝方式的綠色化，綠色包裝方式必須滿足包裝材料的綠色性、包裝產(chǎn)品制造環(huán)節(jié)的綠色性以及包裝材料消耗的最少量化。要減少物流包裝材料的消耗，除了考慮可重復(fù)使用的包裝容器結(jié)構(gòu)，還可以采用集合包裝方式。集合包裝是將一定數(shù)量的包裝件或產(chǎn)品裝入具有一定規(guī)格、強(qiáng)度和能長期周轉(zhuǎn)使用的更大包裝容器內(nèi)，形成合適的搬運(yùn)單元的包裝技術(shù)。它能節(jié)約包裝材料、降低包裝成本，還能促使物流包裝標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)格化。

1.6 物流裝備綠色人機(jī)工程設(shè)計方法

人機(jī)工程設(shè)計是以人機(jī)工程學(xué)理論為基礎(chǔ)的、面向人的產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)。它是依據(jù)人的心理和生理特征，利用科學(xué)技術(shù)成果和數(shù)據(jù)去設(shè)計的技術(shù)系統(tǒng)，符合人的使用要求，并優(yōu)化人機(jī)系統(tǒng)，使之達(dá)到最佳配合，以最小的勞動代價換取最大的經(jīng)濟(jì)效益。在對物流裝備進(jìn)行綠色設(shè)計時，利用人機(jī)工程學(xué)的原理優(yōu)化人—機(jī)—環(huán)境之間的關(guān)系，使之相互協(xié)調(diào)，確保使用者或操作者在物流裝備全生命周期各階段的安全和身心健康，以達(dá)到人機(jī)系統(tǒng)的最佳效率，提高勞動生產(chǎn)率及工作質(zhì)量。物流裝備綠色人機(jī)工程設(shè)計是基于人機(jī)工程學(xué)原理，通過研究物流裝備的特點(diǎn)，進(jìn)行人機(jī)設(shè)計領(lǐng)域內(nèi)與物流裝備設(shè)計相關(guān)的各類創(chuàng)造性活動［10］。比如，在對物流裝備進(jìn)行綠色設(shè)計時，不僅要求該裝備操作系統(tǒng)要可靠，而且要適合人的使用習(xí)慣，便于識別操作，不易出錯;改進(jìn)裝備上的照明設(shè)備使之亮度適當(dāng)，造型美觀，也可以提高工作效率。

2 物流裝備綠色設(shè)計案例

叉車是物流裝備中非常重要的運(yùn)輸裝備，是指對成件托盤貨物進(jìn)行裝卸、堆垛和短距離運(yùn)輸作業(yè)的各種輪式搬運(yùn)車輛。叉車的種類很多但是其結(jié)構(gòu)類似，主要由發(fā)動機(jī)、底盤(行走機(jī)構(gòu))、車體、起升機(jī)構(gòu)(門架和貨叉)、液壓系統(tǒng)及電氣設(shè)備等組成［11］。現(xiàn)以平衡重式叉車為例(如圖1 所示)對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，使其具有綠色叉車的優(yōu)勢。

圖1 平衡重式叉車

(1)貨叉是叉車中最常用的屬具，是叉車最重要的承載構(gòu)件。在物流領(lǐng)域，貨叉與托盤配合使用，這就要求貨叉制造材料必須有很高的耐磨性和強(qiáng)度，在保證零件安全系數(shù)的基礎(chǔ)上，可適度降低碳含量，有利于提高零件危險截面處的可焊性和貨叉的冷脆轉(zhuǎn)化溫度。這樣不僅可以提高貨叉的安全性，還可以降低制造成本［11］。目前國內(nèi)普遍采用40Cr 鋼制造貨叉，綜合考慮，可以采用含碳量0.32%左右的錳硼專用合金結(jié)構(gòu)鋼，體現(xiàn)設(shè)計經(jīng)濟(jì)性。

(2)為提高叉車的使用效率，按照人體工程學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置懸浮式座椅，使駕駛員有機(jī)會從座椅位置快速查看工作環(huán)境，具有良好的全景視野，便于及時發(fā)現(xiàn)并快速處理突發(fā)事件。

(3)在發(fā)動機(jī)排氣口處設(shè)置雙層內(nèi)置式消音裝置，阻隔噪聲源，做到無噪聲污染。

(4)門架是叉車工作裝置的骨架，支撐起升油缸，同時承受貨物的垂直作用力和縱向彎矩。為了使叉車的外形尺寸不至于過高，保持叉車良好的通過性，當(dāng)叉車最大起升高度較大時，多采用多級伸縮門架。目前國內(nèi)叉車門架一般采用二級門架或三級門架。但在軍用方面，四級門架系統(tǒng)比三級門架多一級起升高度，相對于三級門架來說，在不增加液壓缸的前提下仍然具有部分全自由行程，實(shí)現(xiàn)了在起升同樣高度的情況下，整車的落地高度較三級門架更低的功能，同樣，可以在整車的落地高度相同的前提下，提高起升高度。

(5)叉車的額定起重量遠(yuǎn)大于日常的作業(yè)重量，造成過高的消耗，因?yàn)椴孳嚨呐渲囟际枪潭ǖ模还懿孢\(yùn)的貨物質(zhì)量大小，都需配帶全副的配重鐵，既浪費(fèi)能源又帶來不必要的磨損，縮短了叉車各部件的壽命，這也和現(xiàn)代社會提倡節(jié)能、降耗、減排的精神相違背。針對這種情況，設(shè)計一種可以根據(jù)貨物的質(zhì)量而進(jìn)行調(diào)整的組合式叉車配重鐵。把叉車的配重鐵進(jìn)行改造，把現(xiàn)在獨(dú)體實(shí)心的配重鐵改成上部空心的配重倉，上面開蓋，然后加工一些方便搬動的像秤砣一樣的配重鐵塊放進(jìn)配重倉，標(biāo)明質(zhì)量及對應(yīng)叉車叉貨物的質(zhì)量。因?yàn)椴孳嚋p輕了質(zhì)量，就降低了能量消耗，減少了磨損，延長了使用壽命，增強(qiáng)了抗陷能力，拓寬了工作范圍，加快了速度。

(6)叉車產(chǎn)品結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，設(shè)計、生產(chǎn)周期比較長，如果逐一設(shè)計，將會耗費(fèi)大量的資源，對環(huán)境的影響極大。這就需要實(shí)施以面向模塊和功能分析為主要特征的模塊化設(shè)計來縮短開發(fā)周期、減少制造成本。將叉車按結(jié)構(gòu)分成若干模塊，如車體、駕駛室、門架、驅(qū)動系統(tǒng)、電池、控制系統(tǒng)等。每個模塊都有相對固定的外形和功能，但其規(guī)格可以近乎無極地微調(diào)，而且各模塊間相互兼容，維修時可以按塊進(jìn)行，針對性強(qiáng)，零部件易回收，便于再利用。

(7)叉車現(xiàn)有的動力源是柴油或汽油，污染大、噪音大、環(huán)保性能極差。在中小型搬運(yùn)情況下，可改為液化氣蓄電池混合動力源，作業(yè)效率能保持在較高的水平，叉車的啟動性能和環(huán)保性能提高，噪音減小，適合室內(nèi)外作業(yè)。

(8)叉車玻璃窗采用合理的切割方式，可節(jié)約材料(玻璃、鋼材)［12］。使用標(biāo)準(zhǔn)斷面規(guī)格的材料，內(nèi)外覆蓋材料規(guī)則，使用效率非常高。材料的使用效率高絕不單純意味著降低了多少直接成本，因?yàn)槿祟惖牟傻V、冶煉、成型、裁剪、包裝、運(yùn)輸、倉儲等所有生產(chǎn)過程都要消耗大量的能源，產(chǎn)生大量的溫室氣體，即便是材料回爐重新再次使用，第一次循環(huán)消耗的能源產(chǎn)生的溫室氣體已經(jīng)造成環(huán)境污染。叉車綠色設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計的對照見表1。

表1 叉車綠色設(shè)計前后對照

3 結(jié) 語

物流裝備綠色設(shè)計是社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的必要環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化的保證，是物流業(yè)不斷發(fā)展壯大的根本保障，是對原有設(shè)計方法的有益補(bǔ)充。綠色設(shè)計方法在物流裝備中的廣泛運(yùn)用是社會發(fā)展和行業(yè)發(fā)展的必要趨勢，綠色設(shè)計方法的合理運(yùn)用具有較高的社會價值和經(jīng)濟(jì)價值。

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