環(huán)保設(shè)備的設(shè)計(jì)優(yōu)化及新技術(shù)應(yīng)用

范勝利，林增維

（1.北京創(chuàng)臻環(huán)境技術(shù)有限公司，北京 100020；2.中城院（北京）環(huán)境科技股份有限公司，北京 100080）

1 引言

在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，環(huán)保設(shè)備的設(shè)計(jì)水平直接影響了環(huán)保措施的實(shí)施效果， 需要融入多種先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，積極采用新技術(shù)、新材料、新方法，促進(jìn)環(huán)保設(shè)備的節(jié)能化、自動(dòng)化、智能化發(fā)展，更好地實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)和污染治理的目的。

2 環(huán)保設(shè)備的設(shè)計(jì)優(yōu)化要點(diǎn)分析

2.1 基于質(zhì)量屋的產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

2.1.1 獲取優(yōu)化需求信息

質(zhì)量屋即質(zhì)量功能展開法， 是一種顧客驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品開發(fā)方法，從提升質(zhì)量的角度出發(fā)，通過獲取顧客需求，采取針對性優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品開發(fā)，所以，必須掌握設(shè)計(jì)優(yōu)化需求信息，并以此為依據(jù)展開下一步工作。 一般可以從內(nèi)部和外部兩個(gè)途徑獲取需求信息， 內(nèi)部途徑主要指的是工作人員在設(shè)備運(yùn)行時(shí)的操作和維修記錄，包括各種相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，而外部途徑則是通過業(yè)內(nèi)經(jīng)驗(yàn)、專家評審獲得質(zhì)量優(yōu)化需求信息。 獲得信息后， 進(jìn)行數(shù)據(jù)綜合分析， 可以將需求信息劃分為基本型、期望型、興奮型。 基本型需求是設(shè)備產(chǎn)品必須具備的功能，這種需求是最基本的設(shè)計(jì)優(yōu)化對象， 代表了產(chǎn)品的基礎(chǔ)滿意度；期望型需求則要求更高，需要設(shè)備產(chǎn)品達(dá)到優(yōu)秀級別，這種需求是體現(xiàn)產(chǎn)品競爭力的設(shè)計(jì)優(yōu)化； 興奮型需求的特點(diǎn)是出人意料，更多的是個(gè)性化需求，如果滿足這種需求，需要付出較大代價(jià)，但是也會提高部分客戶黏性。 環(huán)保設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì)需求信息可以采用親和圖進(jìn)行歸納整理， 將收集到的大量想法和建議，按親密程度歸類、匯總，確定需要解決的問題，建立問題解決思路。

2.1.2 確定設(shè)計(jì)優(yōu)化要點(diǎn)

根據(jù)層次分析法的應(yīng)用步驟， 分析優(yōu)化設(shè)計(jì)需求指標(biāo)體系，建立具有遞階層次結(jié)構(gòu)的模型，通過組建專家小組，對需求指標(biāo)進(jìn)行重要性評價(jià)， 獲得各項(xiàng)指標(biāo)的判斷矩陣和計(jì)算結(jié)果，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，保證權(quán)重計(jì)算的準(zhǔn)確性和可靠性。 然后，根據(jù)獲得的設(shè)計(jì)需求和技術(shù)需求，搭建質(zhì)量屋，明確設(shè)計(jì)需求與技術(shù)需求之間的相互關(guān)系，并通過評分的方式，將定性關(guān)系轉(zhuǎn)化為定量關(guān)系評價(jià)。 由質(zhì)量屋模型可以得到在設(shè)計(jì)階段需要優(yōu)化調(diào)整的重點(diǎn)指標(biāo)，著重控制主要影響因素，實(shí)現(xiàn)環(huán)保設(shè)備設(shè)計(jì)優(yōu)化的目的[1]。

2.2 基于價(jià)值工程的產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

2.2.1 產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)思路

價(jià)值工程在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段具有較強(qiáng)的適用性。 價(jià)值工程中的價(jià)值指的是產(chǎn)品比較價(jià)值， 即產(chǎn)品具有的功能與獲得功能的全部費(fèi)用比值， 目的是以最低的壽命周期成本提高產(chǎn)品價(jià)值，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)。 產(chǎn)品的壽命周期成本包括生產(chǎn)成本和使用維護(hù)成本。 在使用價(jià)值工程進(jìn)行環(huán)保設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，核心工作是分析產(chǎn)品功能，實(shí)現(xiàn)功能的定量化。 在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步細(xì)化，將功能、成本、價(jià)值作為整體考慮，以集體智慧開展有計(jì)劃、有組織的優(yōu)化設(shè)計(jì)活動(dòng)。 提高產(chǎn)品價(jià)值的途徑有多種，主要通過提高產(chǎn)品功能和降低產(chǎn)品成本來實(shí)現(xiàn)，既可以針對多方案進(jìn)行比選， 也可以尋求產(chǎn)品內(nèi)部功能模塊的改良， 這些都是價(jià)值工程在環(huán)保設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用中的主要思路。

2.2.2 產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)流程

價(jià)值工程的工作程序主要包括準(zhǔn)備階段、分析階段、創(chuàng)新階段、 方案實(shí)施與評價(jià)階段。 準(zhǔn)備階段需要做好優(yōu)化對象選擇、組建工作組、制訂工作計(jì)劃等工作，明確優(yōu)化設(shè)計(jì)的具體產(chǎn)品，并圍繞后續(xù)工作制訂計(jì)劃，做好準(zhǔn)備；分析階段是價(jià)值工程應(yīng)用的核心，主要圍繞功能、成本、價(jià)值三要素展開分析，完成資料收集整理、功能定義、功能評價(jià)等工作，功能定義需要根據(jù)功能分類確定，分析環(huán)保設(shè)備的功能有哪些，屬于基本功能還是輔助功能，是必要功能還是非必要功能；功能整理的主要任務(wù)是建立功能系統(tǒng)圖，明確不同層級功能之間的關(guān)系，然后通過各種量化方法對功能進(jìn)行計(jì)量； 功能評價(jià)是將實(shí)現(xiàn)功能的最低費(fèi)用作為功能的目標(biāo)成本，即功能評價(jià)值，以此為基準(zhǔn)， 與功能現(xiàn)實(shí)成本進(jìn)行比較， 二者的差異就是優(yōu)化期望值，應(yīng)選擇功能價(jià)值低、優(yōu)化期望值大的功能作為產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)的重點(diǎn)對象。 功能重要性系數(shù)法是獲得功能評價(jià)值的常用方法，對產(chǎn)品各種功能打分，獲得相應(yīng)權(quán)重，根據(jù)現(xiàn)有產(chǎn)品成本重新分配，得到功能目標(biāo)成本[2]。

2.3 基于產(chǎn)品族DNA理論的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

2.3.1 產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)理念

DNA 在生物學(xué)中表示遺傳因子， 承載著生物體的主要遺傳信息， 在同種生物之間存在著性狀上的穩(wěn)定性和變異性。 基于這種理念，產(chǎn)品族的概念得到了發(fā)展應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該如同生物體遺傳和變異一樣，能夠反復(fù)迭代、不斷發(fā)展，既與舊產(chǎn)品存在一定關(guān)聯(lián)，又能體現(xiàn)出新產(chǎn)品的差異性，所以，要構(gòu)建產(chǎn)品族DNA 架構(gòu)平臺，提取產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、功能、視覺等方面的DNA 因子，為新產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供依據(jù)。隨著環(huán)保設(shè)備市場的不斷擴(kuò)張，許多環(huán)保設(shè)備產(chǎn)品缺乏詳細(xì)規(guī)劃，通過模仿走中低端路子，產(chǎn)品波動(dòng)性較大，如何在同質(zhì)化競爭中脫穎而出，需要企業(yè)建立自己的產(chǎn)品族DNA 庫，在保證產(chǎn)品延續(xù)性的同時(shí)， 能夠?qū)σ延性O(shè)計(jì)元素進(jìn)行再整合、再創(chuàng)新。

2.3.2 產(chǎn)品族DNA 庫構(gòu)建

產(chǎn)品族DNA 是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品延續(xù)性和差異性的關(guān)鍵，可以分為通用型DNA、適應(yīng)型DNA、個(gè)性化DNA。在優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，通用型DNA 在整個(gè)產(chǎn)品組中要保持延續(xù)性； 適應(yīng)型DNA 則要在單一產(chǎn)品線中保持延續(xù)性，不同產(chǎn)品線間具有差異性；個(gè)性化DNA 則需要在所有產(chǎn)品中展現(xiàn)差異性。 相對于通用型DNA 相對固定的特點(diǎn)，后兩者在產(chǎn)品組發(fā)展過程中存在一定的變化，不適合統(tǒng)一化設(shè)計(jì)。 關(guān)于產(chǎn)品族DNA 庫的構(gòu)建，不僅可以通過對企業(yè)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行特征分析，提取相關(guān)元素，還可以擴(kuò)大到對市場范圍內(nèi)的產(chǎn)品進(jìn)行特征分析和元素提取，一般會采用兩種途徑相結(jié)合的方式。 立足自有產(chǎn)品，結(jié)合流行元素、競爭品牌、未來發(fā)展等方面，實(shí)施動(dòng)態(tài)調(diào)整，適應(yīng)不同市場環(huán)境、不同應(yīng)用場景的產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)，分析環(huán)保設(shè)備產(chǎn)品族特征，提取造型、色彩、材質(zhì)等視覺信息，并加強(qiáng)功能特征分析，有效提取產(chǎn)品族DNA。 另外，除了同族群產(chǎn)品的特征元素提取，還可以采用泛族群理論，將泛族群化產(chǎn)品形態(tài)抽取出來，進(jìn)行形態(tài)推演，然后應(yīng)用到環(huán)保設(shè)備產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)中[3]。

3 環(huán)保設(shè)備的新技術(shù)應(yīng)用研究

3.1 絕熱式膜催化氧化技術(shù)

在各種污染治理過程中，大氣污染最為嚴(yán)峻，其中，揮發(fā)性有機(jī)物具有一定的刺激性和毒性，能夠產(chǎn)生致癌、致畸形等副作用，對生命健康影響較大，所以，揮發(fā)性有機(jī)物的治理成為環(huán)保設(shè)備發(fā)展的重要方向。 在加強(qiáng)源頭治理、清潔生產(chǎn)的同時(shí)，還應(yīng)該采用更加高效節(jié)能的工藝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更好的末端治理效果。 絕熱式膜催化氧化技術(shù)是膜催化與絕熱氧化的耦合技術(shù)，具有熱量損失小、絕熱反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，而且該技術(shù)解決了絕熱反應(yīng)中的安全問題。 使用的催化膜通過原位生產(chǎn)技術(shù)制作，具有大面積、統(tǒng)一均勻的催化活性能，能夠處理多種揮發(fā)性有機(jī)物，處理效率接近100%，可替代傳統(tǒng)的貴金屬催化劑， 在技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性上都表現(xiàn)出較強(qiáng)的優(yōu)勢。同時(shí)，催化膜的使用壽命更長，起燃溫度更低，具有更好的節(jié)能降耗作用。 將該技術(shù)應(yīng)用在經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)后的環(huán)保設(shè)備，能夠在超高濃度廢氣排放中獲得更好的處理效果。 比如，在處理含氮類揮發(fā)性有機(jī)氣體時(shí)，可以同時(shí)產(chǎn)生催化氧化和脫硝作用，不需要采用噴淋或噴氨脫硝措施，在冷凝回收后可直接處理排放。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)

數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代應(yīng)該加強(qiáng)環(huán)保設(shè)備領(lǐng)域的數(shù)字化建設(shè)，構(gòu)建環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)，利用感知設(shè)備監(jiān)測環(huán)保設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程化、智能化控制管理的效果。我國的環(huán)保設(shè)備市場需求持續(xù)旺盛，環(huán)保設(shè)備行業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，許多環(huán)保設(shè)備依然處于機(jī)械化、半自動(dòng)化水平，尤其是在農(nóng)村污水集中處理工程中，采用人工巡檢的方式很難實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)維管理， 加強(qiáng)環(huán)保設(shè)備與信息化技術(shù)的深度融合具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 基于物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)保設(shè)備控制管理系統(tǒng)應(yīng)該涵蓋云端服務(wù)系統(tǒng)、 現(xiàn)場設(shè)備系統(tǒng)、 用戶界面交互系統(tǒng)， 各子系統(tǒng)之間及系統(tǒng)內(nèi)部采用MQTT、Modbus、Websocket 等通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信。 Web平臺是云端服務(wù)系統(tǒng)的核心，也是數(shù)據(jù)流通的樞紐，為用戶界面交互系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)訪問服務(wù)，對消息服務(wù)器數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)聽、存儲、處理；現(xiàn)場設(shè)備系統(tǒng)主要指的是環(huán)保設(shè)備的控制及通信系統(tǒng)，根據(jù)控制核心的不同，可以分為PLC 自動(dòng)控制和單片機(jī)控制； 用戶界面交互系統(tǒng)可以為用戶提供不同終端系統(tǒng)訪問服務(wù)，尤其是移動(dòng)終端的使用，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制管理，數(shù)據(jù)由設(shè)備系統(tǒng)傳到云端系統(tǒng)， 通過用戶交互系統(tǒng)查看、 獲取數(shù)據(jù)，并發(fā)出控制指令到云端系統(tǒng)，傳遞到現(xiàn)場設(shè)備端系統(tǒng)，轉(zhuǎn)發(fā)給環(huán)保設(shè)備控制器，實(shí)現(xiàn)完整的控制管理循環(huán)。通過環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)環(huán)保設(shè)備站點(diǎn)管理、變量管理、地址管理、項(xiàng)目管理、數(shù)據(jù)管理、報(bào)表管理、用戶管理、警報(bào)管理等功能[4]。

4 結(jié)語

綜上所述，環(huán)保設(shè)備的種類比較多，每種設(shè)備的功能和適用場景不同，但都是以改善環(huán)境質(zhì)量、控制環(huán)境污染為目標(biāo)，在優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，必須圍繞這個(gè)核心思想，明確基本原則，同時(shí)，采用先進(jìn)設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)方法， 全面評價(jià)環(huán)保設(shè)備各組成部分及功能模塊的不足之處，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的改革升級和更新?lián)Q代。在此基礎(chǔ)上，積極采用新技術(shù)、新工藝，提高環(huán)保設(shè)備的節(jié)能化、智能化水平，力求獲得更好的綜合效益。