面向應(yīng)用場(chǎng)景的廢棄物回收裝置模塊劃分方法

楊彥波

（陜西科技大學(xué)，西安 710021）

0 引言

廢棄物回收再利用有利于保護(hù)自然資源，促進(jìn)資源的回收再利用，減少污染。廢棄物回收裝置是一種針對(duì)廢棄物進(jìn)行回收及簡(jiǎn)單處理的機(jī)械裝置［1］，其快捷開(kāi)發(fā)是當(dāng)前垃圾回收的核心問(wèn)題之一。目前存在的廢棄物回收裝置可分為小型廢棄物回收儲(chǔ)存裝置，用于儲(chǔ)存臨時(shí)廢棄物，如各式垃圾桶；中型廢棄物回收處理裝置，用于對(duì)廢棄物進(jìn)行簡(jiǎn)單處理并儲(chǔ)存；大型廢棄物處理裝置，用于對(duì)廢棄物進(jìn)行精細(xì)處理并得到再生資源。廢棄物回收裝置進(jìn)行模塊化的意義在于提高設(shè)計(jì)重用的靈活性［2］，可以根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景自由調(diào)整和搭配模塊，通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)手段得到具有新效果和功能廢棄物回收裝置，以最少的模塊、零部件，更快速地滿足更多的個(gè)性化需求，從而提升訂單響應(yīng)速度，加強(qiáng)企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

面向應(yīng)用場(chǎng)景的廢棄物回收裝置的模塊劃分，主要體現(xiàn)在產(chǎn)品模塊劃分的聚類(lèi)分析上。在對(duì)零部件模塊進(jìn)行聚類(lèi)分析過(guò)程中，首先要確定聚類(lèi)分析的指標(biāo)［3］。大多數(shù)復(fù)雜的機(jī)械產(chǎn)品是由成千上萬(wàn)個(gè)相互關(guān)聯(lián)的零件組成的。在復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品的模塊劃分中，對(duì)零部件不同屬性的聚類(lèi)分析會(huì)產(chǎn)生不同的模塊劃分結(jié)果。本文在分析零部件之間的聚類(lèi)時(shí)，在結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)分析的基礎(chǔ)上，主要考慮零部件的功能和場(chǎng)景適應(yīng)性：面向功能的相關(guān)分析主要是將具有相同功能的組件聚合為一個(gè)模塊；針對(duì)場(chǎng)景適應(yīng)性的聚類(lèi)，主要考慮廢棄物回收裝置在不同應(yīng)用場(chǎng)景的模塊組合可行性。

1 廢棄物回收裝置需求分析

在垃圾分類(lèi)越來(lái)越多地進(jìn)入城市發(fā)展戰(zhàn)略的背景下，廢棄物回收裝置的應(yīng)用場(chǎng)景十分廣泛。從是否可回收角度劃分，可以將廢棄物劃分為可回收廢棄物和不可回收廢棄物。可回收廢棄物指適宜回收循環(huán)使用和資源利用的廢物［4］，一般能夠再次進(jìn)入工業(yè)制造領(lǐng)域，進(jìn)行再利用。根據(jù)回收處理方式的不同，常見(jiàn)的可回收廢棄物包括廢紙、塑料、玻璃、金屬物等，常見(jiàn)的具有較大回收價(jià)值的可回收廢棄物如表1所示。

表1 常見(jiàn)可回收廢棄物分類(lèi)

廢棄物回收裝置的一般需求有支撐牢固、廢棄物投放方便、傳送速度快、定位準(zhǔn)確、廢棄物體積盡量分離減小、動(dòng)力充足、控制靈敏、存儲(chǔ)條件好且易處理等。針對(duì)不同的可回收物，廢棄物回收裝置的基本需求也存在較大差異。以表1常見(jiàn)可回收廢棄物分類(lèi)為基礎(chǔ)，對(duì)需求信息進(jìn)行分析整理，如表2所示。

表2 需求信息整理

可回收物種類(lèi)較多，但是在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中，可回收物所占比例存在較大的差異，如寫(xiě)字樓群、工業(yè)園區(qū)、居民社區(qū)、大學(xué)校園等不同場(chǎng)景，所產(chǎn)生的不同分類(lèi)的廢棄物所占比例相差巨大，因此對(duì)廢棄物回收裝置的需求也不相同。由于可回收物的差異性，對(duì)廢棄物回收裝置的需求不同，導(dǎo)致不同的廢棄物回收裝置需要不同的結(jié)構(gòu)。部分常見(jiàn)廢棄物種類(lèi)及其回收裝置組成整理后如表3所示［5-9］。由表可知，不同類(lèi)型的可回收物需使用不同的廢棄物回收裝置，不同的廢棄物回收裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在較大的差異，這也導(dǎo)致了面向不同的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行廢棄物回收裝置快速設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。但是，不同類(lèi)型廢棄物回收裝置的基本組成具有一定的相似性，且多為多類(lèi)型回收裝置組合出現(xiàn)。因此，對(duì)廢棄物回收裝置進(jìn)行合理的模塊劃分，形成面向應(yīng)用場(chǎng)景的廢棄物回收裝置產(chǎn)品模塊序列，具有良好的功能結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和廣闊的應(yīng)用前景。

表3 部分可回收物裝置及其組成

2 功能模塊劃分

根據(jù)場(chǎng)景需求、裝置功能、零部件相關(guān)度以及廢棄物回收裝置基本結(jié)構(gòu)得出的結(jié)論，對(duì)廢棄物回收裝置進(jìn)行功能模塊劃分，初步劃分結(jié)果為3個(gè)每種廢棄物的回收都需用到的基本模塊，以及4個(gè)部分廢棄物回收裝置可用的可選模塊，如表4所示。

表4 功能模塊初步劃分

3 模塊劃分方案

以廢棄物回收裝置的7種模塊為基礎(chǔ)，從能量流、信號(hào)流、物料流3個(gè)角度流動(dòng)情況對(duì)其進(jìn)行功能分析，如表5所示。

表5 功能分析

需求準(zhǔn)則重點(diǎn)考察那些可能在不同時(shí)間、地點(diǎn)、環(huán)境等條件下對(duì)某項(xiàng)子功能的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生著重要影響的需求。模塊的一個(gè)重要特性是功能獨(dú)立性，這是模塊劃分的重要準(zhǔn)則之一［10］。從另一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，也就是要減少模塊之間的交互作用。因此在功能模塊劃分時(shí)，應(yīng)該盡可能地將相互之間交互作用最大的功能元素聚集在一起構(gòu)成一個(gè)模塊，這樣有助于提高模塊的功能獨(dú)立性。整合基于需求準(zhǔn)則與基于功能需求所得到的劃分方案，得到模塊劃分綜合方案，如表6所示。

表6 模塊劃分方案

其中，作業(yè)模塊屬于廢棄物回收裝置的核心模塊，其組成較為復(fù)雜，需要進(jìn)行詳細(xì)劃分，劃分結(jié)果如表7所示。

表7 作業(yè)模塊方案

在模塊劃分的基礎(chǔ)上，建立如圖1所示的廢棄物回收裝置產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，將廢棄物回收裝置按照應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行劃分，形成不同場(chǎng)景下不同類(lèi)別可回收物專(zhuān)用回收裝置類(lèi)別。考慮模塊功能的通用性，將通用化的模塊結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)到不同的專(zhuān)用回收裝置類(lèi)別，從而保證從應(yīng)用場(chǎng)景到功能模塊的快速對(duì)應(yīng)。在最底層，功能模塊與其包含的零部件直接對(duì)應(yīng)，使得廢棄物回收裝置模塊化設(shè)計(jì)過(guò)程中能在既有模塊的基礎(chǔ)上快速修改，進(jìn)一步提高廢棄物回收裝置模塊化設(shè)計(jì)的靈活性和可擴(kuò)展性。

圖1 廢棄物回收裝置產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

4 結(jié)束語(yǔ)

使用模塊化設(shè)計(jì)方法，充分考慮不同應(yīng)用場(chǎng)景下廢棄物回收裝置的實(shí)際需求，能夠有效解決廢棄物回收裝置多品種、小批次等實(shí)際設(shè)計(jì)需求。在面向應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行模塊劃分的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景的實(shí)際需求，自由調(diào)整和搭配廢棄物回收裝置的組成模塊，快速得到具有新效果和功能的產(chǎn)品，滿足更多的個(gè)性化需求。作為模塊化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，模塊劃分的結(jié)果直接影響到模塊化設(shè)計(jì)的效果。本文從應(yīng)用場(chǎng)景出發(fā)，綜合考慮可回收物的類(lèi)別和功能需求，對(duì)廢棄物回收裝置的模塊進(jìn)行劃分，為廢棄物回收裝置的模塊化設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。有利于廢棄物回收裝置的快速設(shè)計(jì)，提高相關(guān)企業(yè)的市場(chǎng)響應(yīng)能力，增強(qiáng)相關(guān)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。