面向應(yīng)用場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廢棄物進(jìn)行回收及簡單處理的機(jī)械裝置［1］，其快捷開發(fā)是當(dāng)前垃圾回收的核心問題之一。目前存在的廢棄物回收裝置可分為小型廢棄物回收儲存裝置，用于儲存臨時廢棄物，如各式垃圾桶；中型廢棄物回收處理裝置，用于對廢棄物進(jìn)行簡單處理并儲存；大型廢棄物處理裝置，用于對廢棄物進(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)計重用的靈活性［2］，可以根據(jù)應(yīng)用場景自由調(diào)整和搭配模塊，通過模塊化設(shè)計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)的核心競爭力。

面向應(yīng)用場景的廢棄物回收裝置的模塊劃分，主要體現(xiàn)在產(chǎn)品模塊劃分的聚類分析上。在對零部件模塊進(jìn)行聚類分析過程中，首先要確定聚類分析的指標(biāo)［3］。大多數(shù)復(fù)雜的機(jī)械產(chǎn)品是由成千上萬個相互關(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，對零部件不同屬性的聚類分析會產(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時，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模塊；針對場景適應(yīng)性的聚類，主要考慮廢棄物回收裝置在不同應(yīng)用場景的模塊組合可行性。

1 廢棄物回收裝置需求分析

在垃圾分類越來越多地進(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?？苫厥諒U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，常見的可回收廢棄物包括廢紙、塑料、玻璃、金屬物等，常見的具有較大回收價值的可回收廢棄物如表1所示。

表1 常見可回收廢棄物分類

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、動力充足、控制靈敏、存儲條件好且易處理等。針對不同的可回收物，廢棄物回收裝置的基本需求也存在較大差異。以表1常見可回收廢棄物分類為基礎(chǔ)，對需求信息進(jìn)行分析整理，如表2所示。

表2 需求信息整理

可回收物種類較多，但是在不同的應(yīng)用場景中，可回收物所占比例存在較大的差異，如寫字樓群、工業(yè)園區(qū)、居民社區(qū)、大學(xué)校園等不同場景，所產(chǎn)生的不同分類的廢棄物所占比例相差巨大，因此對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)。部分常見廢棄物種類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)用場景進(jìn)行廢棄物回收裝置快速設(shè)計的復(fù)雜性。但是，不同類型廢棄物回收裝置的基本組成具有一定的相似性，且多為多類型回收裝置組合出現(xiàn)。因此，對廢棄物回收裝置進(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個每種廢棄物的回收都需用到的基本模塊，以及4個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、信號流、物料流3個角度流動情況對其進(jìn)行功能分析，如表5所示。

表5 功能分析

需求準(zhǔn)則重點考察那些可能在不同時間、地點、環(huán)境等條件下對某項子功能的實現(xiàn)產(chǎn)生著重要影響的需求。模塊的一個重要特性是功能獨立性，這是模塊劃分的重要準(zhǔn)則之一［10］。從另一個角度來說，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，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)成一個模塊，這樣有助于提高模塊的功能獨立性。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)用場景進(jìn)行劃分，形成不同場景下不同類別可回收物專用回收裝置類別?？紤]模塊功能的通用性，將通用化的模塊結(jié)構(gòu)對應(yīng)到不同的專用回收裝置類別，從而保證從應(yīng)用場景到功能模塊的快速對應(yīng)。在最底層，功能模塊與其包含的零部件直接對應(yīng)，使得廢棄物回收裝置模塊化設(shè)計過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

使用模塊化設(shè)計方法，充分考慮不同應(yīng)用場景下廢棄物回收裝置的實際需求，能夠有效解決廢棄物回收裝置多品種、小批次等實際設(shè)計需求。在面向應(yīng)用場景進(jìn)行模塊劃分的基礎(chǔ)上，設(shè)計人員可以根據(jù)應(yīng)用場景的實際需求，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，滿足更多的個性化需求。作為模塊化設(shè)計的基礎(chǔ)，模塊劃分的結(jié)果直接影響到模塊化設(shè)計的效果。本文從應(yīng)用場景出發(fā)，綜合考慮可回收物的類別和功能需求，對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)計奠定基礎(chǔ)。有利于廢棄物回收裝置的快速設(shè)計，提高相關(guān)企業(yè)的市場響應(yīng)能力，增強(qiáng)相關(guān)企業(yè)的市場競爭力。