基于工業設計的干擾床分選機方案比選和評價*

張銀川

(中煤科工集團 唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012)

0 引言

我國現有煤炭洗選設備在自主創新、利用效率、產業結構、信息化程度等方面與世界先進水平存在一定差距。在制造過程中，將工業設計與傳統制造業相結合，加快信息技術與制造業深度融合，實現煤炭產業轉型升級[1]，已成為急需解決的問題。

近年，工業設計服務的對象呈現復雜化和大型化的趨勢，大型重工業機械設備的設計為工業設計研究和實踐帶來了新的機遇和挑戰。因此，在工業設計理念和方法指導下，對洗選設備進行探索，進而對大型重工業機械設備產品設計進行思考，對煤炭行業和制造業都極具現實意義[2]。

1 設計方案比選和評價模型

根據T-W-M相關性準則建立評價模型，突出技術因素對產品功能滿足性的主要作用，從而使技術、經濟、人為因素三者在評價模型中的權重分別為40%、30%、30%。技術方面，重點突出技術功能性的重要程度，賦予其技術因素中25%的權重，剩余75%由加工工藝及材料12.5%、裝配結構關系12.5%、維護和改造升級10%、安全性能12.5%、運輸便利性7.5%、人機工程學10%和創新10%構成。

經濟方面，時間、成本與全壽命周期管理構成經濟因素評價的三個要素,各占1/3的權重。

人為方面，人類工程學、社會學和心理學、美學各占人為因素1/3的權重。其中，社會學與心理學中包含政策導向10%、市場導向10%、用戶情感13.3%；美學中包括產品概念特征、產品語義、審美原則、簡化原則、多維與多媒，各占6.7%。根據上述權重關系，建立百分制評價模型。

2 干擾床分選機設計方案的試驗參數

2.1 干擾床分選機設計方案

根據干擾床分選機初步設計和細化設計，可以得到三種設計方案，其設計參數如表1所示。

表1 干擾床分選機三種設計方案的設計參數

2.2 試驗方法步驟

該研究考察不同設計方案對煤泥顆粒的分級分選性能，考察指標為取樣煤泥的粒級產率和干燥基灰分。試驗方法步驟如下：

(1) 原煤泥篩分試驗。

(2) 根據設計參數值運行。

(3) 等運行穩定之后取樣，取樣內容包括：分選機溢流、底流煤樣，取樣間隔20 min～30 min，連續取樣4 h。

(4) 對所取煤樣進行篩分試驗。

2.3 干擾床分選機試驗參數

對原煤泥進行篩分試驗，試驗結果如表2所示。

表2 原煤泥篩分試驗結果

對TBS分選機的溢流煤泥進行篩分試驗，試驗結果如表3所示。

表3 分選機溢流篩分試驗結果

對TBS分選機的底流煤泥進行篩分試驗，試驗結果如表4所示。

表4 分選機底流篩分試驗結果

根據表3和表4可知，分選機溢流產率和底流產率隨粒級的減小先增大后減小。粒級大于0.250 mm各粒度區間溢流煤泥產率大于底流煤泥產率，粒級小于0.250 mm各粒度區間溢流煤泥產率小于底流煤泥產率。這表明煤泥中顆粒大密度小的煤顆粒進入分選機溢流成為精煤；顆粒小密度大的矸石顆粒進入TBS分選機底流成為中煤，三個方案均實現了煤泥的按密度分選。方案一溢流煤泥灰分10.63%(精煤)，底流煤泥灰分29.38%(中煤)，根據灰分平衡法則計算得精煤產率為68%；方案二溢流煤泥灰分10.72%(精煤)，底流煤泥灰分30.14%(中煤)，根據灰分平衡法則計算得精煤產率為70%；方案三溢流煤泥灰分10.03%(精煤)，底流煤泥灰分29.36%(中煤)，根據灰分平衡法則計算得精煤產率為66%。

3 設計方案比選和評價結果及分析

3.1 設計方案比選和評價

根據評價模型中涉及的各細分影響因素，通過多因素綜合評分法進行評分(0～5分)，方案一、二、三的評分結果如下：

技術功能(4，5，4)分，加工工藝及材料(4，4，5)分，裝配結構關系(4，4，5)分，維護和改造升級(2，3，4)分，安全性能(5，5，5)分，運輸便利性(4，5，4)分，人機工程學(2，4，3)分，創新(2，3，3)分，時間(4，3，3)分，成本(3，4，4)分，全壽命周期管理(2，4，3)分，人類工程學(3，4，3)分，政策導向(5，4，4)分，市場導向(4，5，5)分，用戶情感(4，3，3)分，產品概念特征(3，4，3)分，產品語義(3，4，3)分，審美原則(3，3，2)分，簡化原則(4，5，4)分，多維與多媒(1，3，2)分；三個方案的綜合得分分別為66.4分、79.4分、74.8分。

3.2 設計方案比選和評價結果分析

根據干擾床分選機的設計方案比選和評價的指標評分結果，可知：

(1) 三個方案的安全性能都滿足要求。然而，在創新上都有所欠缺，方案一尤為突出，表明在初步設計階段提出的想法不夠發散或可實行性較低；在審美原則上都是不足的，方案三尤為突出，表明產品形態上的多樣性與統一性、對稱性與均衡性、材質-造型-色彩的調和性中的某一個或某幾個方面與設計要求相差較遠；在多維與多媒上也都是評分比較低的，方案一尤為突出，表明三維視覺形態提供的感官感受(包括但不限于視覺、聽覺、觸覺)效果并不理想。

(2) 方案一的時間、政策導向、用戶情感上是評分比較高的，表明所耗用時間的經濟效益較好；符合國家所倡導和鼓勵的研究方向，有利于獲得政策惠利；有合理可行的用戶關系維護和售后(定期進行用戶訪問、收集用戶反饋資料和設備運行信息等)計劃，有利于增強用戶對品牌的信賴程度和用戶粘性。

(3) 方案二的技術功能、運輸便利性、人機工程學、成本、全壽命周期管理、人類工程學、市場導向、產品概念特征、產品語義、簡化原則上是評分比較高的，表明能夠達到較好的分選效果，且便于安裝、拆卸和運輸；與此同時，在設計時還考慮了人的勞動生理特征和人體測量參數，對需要進行人工操作的地方進行了人機工程學設計；在三個方案中成本最低，實現了用最低的成本達到要求的技術功能這一目的，并進行了產品的全壽命周期管理，關注了產品“設計-生產-使用-報廢”的整個過程中產品的價值，符合經濟效益的比選原則；考慮了在實際使用過程中，設備與人體、環境的關系，在對操作人員會產生不良影響的方面都進行了優化，如噪聲、粉塵、誤操作等；通過與同類產品同樣的功能和更低的價格比較，在市場上更受用戶的青睞，符合市場導向比選原則；在產品外觀造型上，通過沿用品牌特征和系列產品特征，營造品牌優勢和產品系統概念，凸顯專業性，其次，通過色彩、形態、肌理等方面的產品語義設計凸顯產品功能性(如警示使用紅色，觸摸的按鈕使用親膚且耐臟材質等)和美觀性(如通過色彩搭配削弱厚重感等)等產品特征，并且通過設計簡化不必要的造型，保持了產品整體的簡潔和完整性，故而，方案二在美學的產品概念特征、產品語義和簡化原則三個方面都是完成得較好的。

(4) 方案三的加工工藝及材料、裝配結構關系、維護和升級改造、成本、人類工程學、市場導向指標上是評分比較高的，表明在設計時充分考慮了加工條件和材料的性質，能夠通過設計優化加工工藝，在裝配方面也進行了充分的考慮，擁有較合理的裝配結構，從而也為設備維護和升級改造提供了便捷，有完整的維護和升級改造計劃，為用戶的增值服務提供了可能；整體成本也是較低的，在市場競爭上具有優勢；同時在設計過程中關注了用戶的使用環境和操作方式，并進行了這方面的設計。

綜合以上對三個方案的分析與評價，選取方案二作為最終細化設計的方案。

4 總結

基于工業設計的理念和原則，對方案進行比選和評價，不但實現了對設計方案的比選和評價，更對細化設計具有指導意義。在傳統設計中納入工業設計環節，從功能、結構、造型、人機、裝配、成本等方面針對設計需求總結出合理的設計方法，采用技術和設計并行的設計流程，用基于功能和人機工程學的設計方法對煤炭洗選設備進行設計指導，提高設計的總體質量是尤為重要的。工業設計可以提升技術產品的競爭力，故應關注工業設計的價值與作用，將工業設計納入技術產品研發過程中。大型機械設備的研發更應該把技術與設計創新協同推進、尋求前瞻性發展的方案，將產品向智能化、軟硬件一體化、功能極致化、輕量化、易用化的方向發展。