GB/T 31511-2015 工业综合利用设备环境化设计实施指南

　　ICS 13. 020.20 Z 04

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 31511—2015

　　工业综合利用设备环境化设计实施指南

　　Guide fortheimplementation ofenvironmentally consciousdesign ofindustrial

　　comprehensiveutilization equipments

　　2015-05-15发布 2015-12-01实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　发

　　布

　　GB/T 31511—2015

　　GB/T 31511—2015

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1. 1—2009给出的规则起草 。

　　本标准由全国环境管理标准化技术委员会(SAC/TC207)提出并归 口 。

　　本标准起草单位 : 中国标准化研究院 、浙江大学 、中汽认证中心 、杭州汽轮机股份有限公司 、北京北重汽轮电机有限责任公司 。

　　本标准主 要 起 草 人 : 王 志 强 、黄 进 、董 德 刚 、林 翎 、杨 青 海 、顾 新 建 、刘 守 华 、洪 岩 、毛 汉 忠 、叶 钟 、迟国华 、陈亮 、高东峰 。

　　引 言

　　本标准借鉴国内外环境化设计的经验和做法 ,结合我国企业经营管理的实践 ,从环境化设计一般过程、环境化设计 主 要 方 法 等 方 面 给 出 了 工 业 综 合 利 用 设 备 环 境 化 设 计 导 则 的 实 施 指 南 , 是 组 织 实 施GB/T31513—2015《工业综合利用设备环境化设计导则》配套的技术文件 ,有助于对 GB/T 31513—2015的理解和应用 。

　　工业综合利用设备环境化设计实施指南

　　1 范围

　　本标准给出了工业综合利用设备环境化设计实施的过程和方法 。

　　本标准适用于开展工业综合利用设备环境化设计的实施 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的 。凡是注 日期的引用文件 ,仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 。

　　GB/T 31513—2015 工业综合利用设备环境化设计导则

　　GB/T 30438—2013 支持模块化设计的数据字典技术原则和方法

　　3 术语、定义和缩略语

　　3. 1 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件 。

　　3. 1. 1

　　工业综合利用设备 industrialcomprehensiveutilization equipment

　　用于工业生产中余热余汽(气) 、废液 、固体废弃物等资源循环利用的工业设备 。

　　[GB/T 31513—2015,定义 3. 1] 3. 1.2

　　环境化设计 environmentally consciousdesign

　　生态设计

　　环境意识设计

　　在产品设计过程中把环境因素系统地纳入系统设计方法 , 旨在改善产品在生命周期中的环境影响 。 [GB/T 31513—2015,定义 3. 2]

　　3. 1.3

　　环境影响 environmentimpact

　　全部或部分由于组织的活动 、产品或服务给环境造成的任何有害或有益的变化 。

　　[GB/T 24001—2004,定义 3. 7] 3. 1.4

　　原材料 raw material

　　用于生产某种产品的初级和次级材料 。

　　注 : 次级材料包括再生利用材料 。

　　[GB/T 24044—2008,定义 3. 15]

　　3. 1.5

　　产品 product

　　由物质和能量转换成的有形单元(物品) 。

　　[GB/T 24256—2009,定义 3. 1] 3. 1.6

　　产品生命周期 productlifecycle

　　产品系统中前后衔接的一系列阶段 ,从自然界或从自然资源中获取原材料 ,直至最终处置 。

　　[GB/T 24040—2008,定义 3. 1]

　　注 : 产品生命周期包括原材料获取 、加工制造 、使用维护 、最终处置 。最终处置包括零部件和原材料的重用 、再生和处理 。

　　3. 1.7

　　产品生命周期设计 productlifecycledesign

　　在产品设计过程中综合考虑产品生命周期各阶段需求的系统设计方法 。

　　[GB/T 31513—2015,定义 3. 8] 3. 1. 8

　　模块 module

　　组成系统的 、具有确定功能和标准接口的典型的通用独立单元 。

　　[GB/T 30438—2013,定义 3. 1] 3. 1.9

　　模块化 modularity

　　从系统的观点出发 ,应用相似性原理 ,研究产品(或系统)的构成 ,用标准化原理进行统一 、归并 、简化 ,采取分解与组合的方法 ,建立产品模块体系 ,并通过模块之间的标准接口组合成不同产品(或系统)的全过程 。

　　[GB/T 30438—2013,定义 3. 2]

　　3. 1. 10

　　模块化设计 modularitydesign

　　将产品的某些要素组合在一起 ,构成一些具有特定功能的模块 ,将这些模块作为通用性的模块与其他产品要素进行多种组合 ,构成新的系统 ,产生多种不同功能或相同功能 、不同性能的系列产品的设计方法 。

　　[GB/T 30438—2013,定义 3. 4]

　　3. 1. 11

　　质量功能配置 quality function deployment

　　一种将客户或市场需求转化为产品生命周期各阶段技术特性的系统设计方法 。

　　3. 1. 12

　　质量屋 houseofquality

　　一种确定客户或市场需求与产品技术特性之间联系的图解方法 。

　　3.2 缩略语

　　下列缩略语适用于本文件 。

　　MET 材料-能源使用-毒性物质释放分析(Materialinput,Energy use,Toxic emission)

　　LCA 生命周期评价(LifeCycle Assessment)

　　LCC 生命周期成本核算(LifeCycle Costing)

　　LCD 生命周期设计(LifeCycle Design)

　　QFD 质量功能配置 (Quality Function Deployment)

　　4 概述

　　4. 1 环境化设计实施主体

　　工业综合利用设备环境化设计实施主体包括 :

　　— 工业综合利用设备设计组织 ;

　　— 工业综合利用设备生产组织 ;

　　— 工业综合利用设备研究组织 。

　　4.2 环境化设计实施目标

　　环境化设计实施的主要目标包括 :

　　— 理解并指导 GB/T 31513—2015等环境化设计标准在相关企业中的应用 ;

　　— 指导企业在工业综合利用设备的生产中采用环境化的原则 、方法和理念 ;

　　— 提高企业环境化设计水平 。

　　5 设计过程和环境化设计要点

　　5. 1 环境化设计过程

　　工业综合利用设备的设计过程可分为需求分析 、概念设计 、结构设计和详细设计 ,不同设计过程阶段有各自的环境化设计要点 ,环境化设计过程如图 1所示 。

　　图 1 简要设计过程及环境化设计要点

　　5.2 环境化设计要点

　　5.2. 1 需求分析中环境化设计要点

　　5.2. 1. 1 考虑环境化的经济和政策影响

　　在市场和企业形势分析中 ,应考虑环境化的经济和政策影响 。

　　需要考虑的环境化的经济和政策影响包括但不限于 :

　　— 国家和国际法规的限制性要求和责任 ;

　　— 技术标准和自愿协议 ;

　　— 市场或者消费者的需求 、发展趋势和期望 ;

　　— 社会和投资者的期望 。

　　5.2. 1.2 考虑环境化的新技术和研究成果

　　在发现和选择产品创意中 ,应考虑环境化的新技术和研究成果 ,并依据其可行性和成熟性 。

　　需要考虑的环境化的技术包括但不限于 :

　　— 生命周期设计(见 6. 2) ;

　　— 模块化设计(见 6. 3) ;

　　— 质量功能配置(见 6. 4) ;

　　— 生命周期评价 ;

　　— 轻量化设计 ;

　　— 可装卸设计 ;

　　— 可回收设计 ;

　　— 环保包装设计 ;

　　— 工业综合利用设备的相关设计技术 ,如废水综合利用技术 、余热利用技术 。

　　5.2. 1.3 考虑产品的环境和再生问题

　　在需求分析时 ,应考虑产品的环境和再生问题 ,并将环境化需求加入到需求列表之中 。

　　确定环境化需求的方法包括但不限于 :

　　— 质量功能配置 ,见 6. 4. 2;

　　— 生命周期设计中有关设计要求分析 ,见 6. 2. 2;

　　—MET矩阵分析 。

　　MET矩阵就是对产品生命周期中的材料输入 、能量使用以及有毒物质排放进行分析和评价 ,并把分析结果用一个矩阵来表示 ,如表 1所示 。矩阵可以帮助项目组分析在生命周期的各个阶段产品的环境影响 。

　　表 1 MET矩阵的基本格式

　　5.2.2 概念设计中环境化设计要点

　　5.2.2. 1 选择环境友好的工作原理

　　在确定工作原理解决方案中 ,应基于工作原理列表和原理解的各种变型 ,在科学比较的基础上 ,选择环境友好的工作原理 。选择环境友好的工作原理的步骤包括 :

　　— 建立工作原理列表 ;

　　— 分析原理解的各种变形 ;

　　— 选择环境友好的工作原理 ;

　　— 确定工作原理解决方案 。

　　5.2.2.2 选择轻量化的工作结构

　　在确定工作结构解决方案中 ,应基于工作原理解决方案 ,在科学比较的基础上 ,选择轻量化的工作结构 ,尤其应注重运动零部件的轻量化 。

　　轻量化技术是指采用优化结构 、优选材料 、优选加工方法等使工业综合利用设备零部件和整机质量减轻 ,达到提高性能 、节能减排 、降低作业成本等综合效益的技术 。

　　通过优化结构实现轻量化的方法包括但不限于 :

　　— 取消冗余零部件或零部件中的冗余结构 ;

　　— 优化结构组合 ;

　　— 通过优化设计减小零部件外形尺寸 。

　　5.2.2.3 在评估准则中增加环境化准则

　　在概念设计评估准则中 ,除技术准则 、经济准则之外 ,应增加环境化准则 。

　　5.2.3 结构设计中环境化设计要点

　　5.2.3. 1 使用再生材料

　　在零部件原材料的选择上 ,应优先使用再生材料 。

　　使用再生材料的原则应包括但不限于 :

　　— 优先选用可再生材料 ;

　　— 尽量选用回收材料 ;

　　— 尽量选择环境兼容性好的材料 ;

　　— 尽量选用可降解材料 。

　　5.2.3.2 改进综合利用性能

　　在结构设计方案的优选 、精练和改进中 ,应将提高设备的综合利用性能作为主要优化目标之一 。

　　5.2.3.3 简化产品和零部件结构

　　在结构设计中 ,应从总体上简化产品和零部件结构 。

　　结构减量化设计应遵循以下原则 :

　　— 在不影响功能的情况下 ,通过产品的小型化尽量节约资源的使用量 ,如采用轻质材料 、去除冗余的功能及减小产品质量等 ;

　　— 简化产品结构 ,提倡 “简而美 ”的设计原则 ,如减少产品零部件数量 ,采用卡扣式连接方式以减少紧固件数量等 。

　　5.2.3.4 简化装配和拆卸过程

　　在结构设计中 ,应合理简化装配和拆卸过程 , 以便于设备维护和最终处置 。

　　简化装配和拆卸过程应遵循以下设计准则 :

　　— 减少零件数量 :如零件组合 、减少连接件数量等 ;

　　— 简化连接结构 ,如采用相同的紧固件等 ;

　　— 良好的拆卸可达性 :如易于接近拆卸部位 、有足够的操作空间 、便于观察拆卸过程等 ;

　　— 局部结构集成 :如将有害 、有毒材料或零件集成于同一部件或少数部件中 。

　　5.2.3.5 便于非再生物料清晰拆分

　　在结构设计中 ,应可清晰拆分非可再生物料 ,应遵循以下原则 :

　　— 非再生物料在结构上相对独立 ;

　　— 能够清晰拆分 , 以便于设备最终处置 。

　　5.2.3.6 在评估准则中增加环境化准则

　　在结构设计评估准则中 ,除技术准则 、经济准则之外 ,应增加环境化准则 。

　　5.2.4 详细设计中环境化设计要点

　　5.2.4. 1 给出关键工序的环境要求

　　在详细的生产工序设计中 ,应识别环境影响关键工序 ,并给出关键工序的环境要求 。

　　环境影响典型工序及其环境影响因素 ,见表 2。

　　表 2 环境影响典型工序及其环境影响因素

　　表 2 (续)

　　5.2.4.2 给出综合利用使用说明

　　在详细设计的使用说明中 ,除通常的使用说明外 ,应在相关文档中给出综合利用使用说明 。

　　5.2.4.3 阐明装配和拆卸顺序

　　在详细设计的说明中 ,除装配说明外 ,应增加拆卸说明 ,并在相关文档中阐明装配和拆卸顺序 。

　　根据工业综合利用设备的结构特点 ,合理的拆卸步骤和顺序 ,一般包括 :

　　— 由整体拆成总成 , 由总成拆成部件 , 由部件拆成零件 ;

　　— 或由附件到主机 , 由外部到内部 。

　　在拆卸比较复杂的部件时 ,应熟读装配图 ,并详细分析部件的结构以及零件在部件中所起的作用 ,特别应注意那些装配精度要求高的零部件 。

　　5.2.4.4 阐明非再生物料拆分方法

　　在详细设计的拆卸说明中 ,应突出非再生物料的拆卸 ,并在相关文档中阐明非再生物料拆分方法 。非再生物料拆卸说明包括但不限于 :

　　— 非再生物料的标识 ;

　　— 非再生物料的数量 ;

　　— 非再生物料的联接方式 ;

　　— 非再生物料的联接数量 ;

　　— 非再生物料的拆分方法和顺序 ;

　　— 非再生物料的处置 。

　　5.2.4.5 给出产品及零部件再生说明

　　详细设计应有最终处置说明 ,在最终处置说明中 ,应给出产品及零部件再生说明 。

　　产品及零部件再生说明包括但不限于 :

　　— 产品及零部件设计寿命 ;

　　— 产品及零部件已经使用年限 ;

　　— 产品的再制造性评价 ;

　　— 产品及零部件失效分析 ;

　　— 产品及零部件再生寿命预测 。

　　6 环境化设计实施的主要方法

　　6. 1 概述

　　环境化设计实施可以采用下列但不限于以下方法 :

　　— 生命周期设计 ;

　　— 面向环境需求的质量功能配置 ;

　　— 模块化设计 。

　　同时在实施应用这些环境化设计方法的过程中 ,应充分考虑产品生命周期管理(PLM) 、计算机辅助设计(CAD) ,产品数据字典技术等信息化技术的应用 。

　　6.2 生命周期设计方法

　　6.2. 1 一般要求

　　生命周期应包括原材料获取 、加工制造 、使用维护 、最终处置等生命周期各个阶段 , 以提高资源利用效率和改善环境影响为目标 , 以持续改进为手段 ,进行系统设计 。

　　生命周期设计应考虑需求分析 、概念设计 、结构设计 、详细设计等产品设计全过程 ,可以与模块化设计 、质量功能配置等设计方法相结合 。

　　使用阶段是工业综合利用设备生命周期的主要环节 ,应将提高资源利用效率 、减少运行故障次数 、缩短维护和维修的停机时间 ,作为生命周期设计的关键目标 。

　　6.2.2 主要过程

　　6.2.2. 1 概述

　　根据 GB/T 31513—2015的要求 ,将环境化需求分解到产品生命周期各个阶段 ,对当前产品环境化设计状况进行分析 ,识别关键的设计改进目标 ,探索可行的技术实现方案 ,改进产品设计并进行生命周期评价 。产品生命周期设计主要过程如图 2所示 。

　　图 2 产品生命周期设计主要过程

　　本条对 GB/T 31513—2015 中的要求进行了细化 。

　　6.2.2.2 需求分解

　　对产品设计范围和目的进行分析 ,除了进行产品基本性能要求分析之外 ,着重分析产品的环境要求和法规要求 。对于环境需求 ,一般以最小需求的形式给出 , 即确立环境需求的极限值不超过某一规定的界限 。

　　6.2.2.3 设计分析

　　6.2.2.3. 1 环境要求分析

　　环境需求分析要素应包括如何最大限度减少自然资源(特别是不可再生资源) 和能源消耗 ;最大限度减少废物的产生 、减少健康和安全风险 , 以及减少生态退化 ;所选择的标准宜优于现行法规的环境标准 , 以避免由于法规变更引起产品调整造成的高额成本 。

　　6.2.2.3.2 性能要求分析

　　性能要求分析要素包括产品系统功能要求 , 最优技术或最应避免技术 ,影响工艺的现有设施和设备 ,消费者的行为和社会倾向 ,革新技术所增加的产品性能以及对环境影响的降低相对于产品消费量的增加以及造成污染的增加之间的平衡 。

　　6.2.2.3.3 成本要求分析

　　为保证产品价格上的优势 ,可采用生命周期成本核算(LifeCycle Costing)方法 ,建立反映环境成本与效益的核算体系 。

　　6.2.2.3.4 法律要求分析

　　应全面考虑环境 、健康和安全方面的法律法规 ,负责环境 、健康和安全的专业人员 、法律顾问以及政府执法人员都可帮助设计人员辨识有关的法律要求 。

　　6.2.2.3.5 确定各项要求间的优先顺序

　　确定了上述各个方面的要求后 ,可根据各要求的重要性 ,确定各要求优先顺序 。

　　按各要求的重要性 ,把它们分为以下 3类 :

　　— 需要达到要求 , 即在设计中需要满足 ,否则 ,所做出的设计就不能接受 。

　　— 希望达到要求 , 即不太重要 ,但仍然是希望满足的特性 。这些要求能帮助设计人员寻找到最好的设计方案 。

　　— 辅助性功能 , 即重要性相对较低 ,只是某种愿望 。在不影响更重要的功能时 ,这些辅助性功能才可以在设计中表现出来 。顾客或当事人并不期望在设计中反映过多的辅助功能 。

　　6.2.2.3.6 解决各项要求之间的矛盾

　　上述各项要求之间经常会出现矛盾或冲突 。如果矛盾发生在那些应要达到的要求之间而又不能很好解决 ,那就不可能设计出合理的方案 。如果可供选择的空间太小 ,说明 “需要达到要求 ”定得太高 。如果各要求间没有出现冲突 ,说明要求被定义得太宽泛 。在出现上述情况时 ,设计人员应重新定义或分配各要求间的优先顺序 。如果经过仔细研究 ,仍不能找到一个供选择的空间 ,则应放弃这个项 目 。

　　6.2.2.4 目标识别

　　目标识别是识别关键目标和主要环节 ,提高环境化设计的针对性 。 目标识别通常采用清单分析法 。

　　清单分析是对一种产品 、工艺和活动在其整个生命周期内的能量与原材料需要量 、以及对环境的排放(包括废气 、废水 、固体废弃物及其他环境释放物)进行以数据为基础的客观量化过程 。该分析评估贯穿于产品的整个生命周期 , 即原材料的提取 、加工 、制造和销售 、使用和用后处理 。

　　6.2.2.5 技术研发

　　一般而言 ,方案设计耗费花精力最多 ,这是影响产品环境属性 、结构 、性能 、工艺 、成本的关键一步 ,是关系到产品水平及竞争能力的重要阶段 。在方案设计阶段 ,通过开阔思路 ,搜索探求 ,引入新原理 、新技术 ,选取各种对策来满足设计要求 。在整个生命周期设计中 ,可根据各要求的重要程度选择一系列设计对策 ,获得多个设计方案 , 以汽轮机为例 , 为降低磨削液的危害 , 可采用环保磨削液和改进工艺方法(如干磨削) ;为提高汽轮机零部件的回收率和再生率 ,可采用可拆卸性设计 、可回收性设计 、可重组技术和材料再利用技术 。

　　6.2.2.6 设计改进

　　对产品的环境影响有了定性和初步结论后 , 就可以对产品进行环境化诊断 , 其目的在于确定该产品最重要的潜在环境影响及其主要来源 ,进而确定寿命周期的哪一阶段和产品结构的哪一部分对环境的影响最大 。根据环境化诊断的结果 ,需要进一步替代模拟数据 , 改变产品中对环境影响最大的某个部件结构或选择新的材料 ,提出相应的替代方案 ,然后比较新方案与原方案之间对环境影响的差别 , 为进一步进行生态产品的定义和开发打下基础 。

　　6.2.3 生命周期设计方案的评价

　　采用的环境评价方法一般是简化或详尽的生命周期评价(LifeCycle Assessment, LCA) 。通过评价后 , 即可从一系列的设计方案中选出一组生态 、经济和社会效益最优的设计方案 。

　　6.3 质量功能配置

　　6.3. 1 一般要求

　　质量功能配置是一套结构化的认知转换方法 ,主要用于产品设计和全面质量管理 ,其主要工作图是产品质量屋 ,将客户需求系统地转换为产品技术特性 ,可有效支持产品环境化设计 。

　　其基本原理为 :确定重要的客户需求 、产品技术特性及其重要程度 ,用矩阵结构表达客户需求与产品技术特性之间的关系 。应面向环境化需求建立产品规划质量屋 , 以确定产品环境化设计的重点 。

　　质量功能配置是工业综合利用设备环境化设计的共性技术方法 。对于不同的工业综合利用设备 ,其环境化需求 、产品技术特性各不相同 ,应分别建立产品规划质量屋并进行质量功能配置 。

　　6.3.2 主要过程

　　6.3.2. 1 概述

　　根据 GB/T 31513—2015 的要求 ,质量功能配置过程主要包括 :确定环境化需求 、确定产品技术特性 、建立产品规划质量屋 、质量屋分析和产品设计改进 。如图 3 所示 。其中 ,建立产品规划质量屋是核心过程 ,需要建立环境化需求与产品技术特性之间的关系矩阵 ,建立产品技术特性的相关矩阵 ,并进行需求竞争性评估和技术竞争性评估 ,最终确定技术特性目标值 。

　　本条对 GB/T 31513—2015的各项要求进行了细化 。

　　图 3 质量功能配置主要过程

　　6.3.2.2 确定环境化需求

　　结合产品环境化设计的特点 ,需求可以分为产品的常规需求和产品环境需求 。首先对通过顾客调查和其他途径获得的产品需求进行整理 ,然后根据需求的性质将其分为顾客常规需求和顾客环境需求 。顾客常规需求是指那些不具有明显环境特征的产品需求 ,顾客环境需求指与环境密切相关的需求 。然后 ,在顾客常规需求中提取与环境有关的隐含的环境需求 。

　　环境化设计阶段应该考虑的产品环境需求要素主要有如下几个方面 :

　　a) 节约能源 。节约能源即减少能源消耗量 ,节约能源是贯穿于产品整个生命周期的环境属性 ,也是产品最重要的属性之一 。

　　b) 减少材料使用量 。材料的使用量主要跟产品的重量 、产品体积或容量等参数相关 。减少材料的使用量主要是着力增加结构强度 、尽量减少不必要构件 、减少不必要容量等措施 ,另外增加回收材料的使用 ,也是间接地减少了资源的使用 。

　　c) 采用环保材料 。材料的环保特性对产品的环保性能具有极为重要的影响 ,环境化设计无法控制材料的制备过程是否符合环保标准 ,但是通过环保材料的选择可以影响整个产品生产使用阶段的能耗 。

　　d) 产品使用过程中无有害物质的释放 。有害物质的释放主要跟两个方面相关 ,一是产品材料本身的毒性或是挥发物质的毒性 , 如含有甲醇的家具和含有害化学物质的油漆等;二是产品运行中释放的废气 ,如汽车尾气 , 电冰箱制冷剂工作后的排放气体等 。

　　e) 易于组装拆解 。易于组装一方面是利于生产或使用装配 ,另一方面也是利于包装运输 ,减少包装材料的使用 ;利于拆解一方面是利于使用过程中的维修维护 , 当产品在发生故障后 , 可方便地通过适当的维修恢复产品使用功能 ,从而延长产品的使用寿命 ,实现节能 、省料 、无废少废的环保目标 ,另一方面是利于产品废弃后进行回收 ,拆解具有再利用价值的部件或材料 ,减少或消除对环境的不利影响 。要使产品易于组装拆解 ,需要对产品进行模块化设 计 , 并 且 对 模 块间 、部件间的连接方式等问题进行研究和设计 。

　　f) 易于按材质分拣回收 。分拣回收主要与产品的模块数量及模块结构 、以及材料种类的数量有关 。减少材料的使用种类不仅可以减少材料采购的工作量 ,减低生产成本 ,对于产品来说也便于拆卸后的按类分拣及存放 ,减少回收处理的难度 。 在同一产品单元中应尽量选用较少的材料种类 ,并且为便于回收,材料上最好注明其型号 、种类 、等级等 , 以便于按类分拣 。

　　g) 易于处置 。要使产品的最终废弃材料便于处置 , 一方面要求这类材料的使用量尽可能的少 ,另一方面要尽量地使这些材料在焚烧或填埋时对大气和土壤不产生污染或是尽可能少地污染 , 即填埋时能够快速地 、彻底地降解 , 而不产生土壤和水体污染 , 焚烧时能产生新能源且不污染大气环境 。

　　上述环境需求要素虽不是工业综合利用设备的全部环境需求要素 ,但是环境化设计阶段所能进行控制的 、工业综合利用设备最主要的环境属性要求 ,所以在环境化设计阶段重点解决这些环境需求要素对实际的设计工作来说是现实的 、也是可操作的 。

　　6.3.2.3 确定产品技术特征

　　对环境化设计的环境需求要素进行选取分析之后 ,按照 QFD 的思路 ,第二步即需要进行需求要素的第一级展开 ,也就是分析和环境需求要素对应的产品技术特性或者称为工程度量(Engineering Met- rics,EM) 。

　　下面依次给出 6. 4. 2. 1各环境需求要素对应的产品技术特征 。

　　a) 节约能源 。节约能源对应的主要工程特性是使用能耗量 ,另外也与运输阶段的能源消耗相关 ,所以跟产品的重量 、体积参数具有一定的关系 。

　　b) 减少材料使用量 。减少材料使用量主要跟产品的重量 、体积及再利用材料使用比率相关 。

　　c) 采用环保材料 。环保材料主要指回收利用的材料 、可回收再利用材料 、无毒少污染材料 、非贵重及稀有材料 、良好的环境兼容性(主要指可降解) 材料 , 因此 , 与此环境需求要素相关的工程参数主要是 :再利用材料比率 、可再利用材料比率 、有毒有害材料比率 、贵重及稀有材料比率 、材料的可降解性 。

　　d) 产品使用过程中无有害物质释放(以下简称无有害物质释放) 。涉及的工程特性主要有:材料毒性和有害性 、使用生成物的危害性 。

　　e) 易于组装拆解 。涉及的主要工程特性有 :产品零部件数量 、零部件间连接方式 。

　　f) 易于按材质分拣回收(以下简称易于分拣回收) 。此环境需求要素涉及的工程特性有 :零部件数量 、零部件间连接方式 、材料种类数量 。

　　g) 便于处置 。 因为现有的最终废弃物处置方式主要采用焚烧和填埋 ,所以此环境需求要素涉及的工程特性主要是 :不可回收材料的比率 、最终废弃物焚烧的危害性及生物可降解性 。

　　注 : 一些产品技术特征是跟多个环境需求要素相关的 , 图 4示意了环境需求要素与工程特性之间的相关关系 。

　　图 4 环境需求与产品技术特征的关系

　　6.3.2.4 建立产品规划质量屋

　　将环境需求与产品技术特征之间的关系程度赋予数值即可以形成环境需求与工程特性之间的关系矩阵 ,也就是环境化设计质量屋模块 。对于同类产品,因为环境需求要素与工程特性之间的关系基本相同 ,所以环境化质量模块具有一定的普遍适用性 ,在进行同类产品的环境化设计时 ,设计人员可以在环境化质量屋模块中选取企业着力改善的目标环境需求要素及其相关工程特性矩阵 ,直接在传统质量屋的基础上拓展 。表 3 为环境化设计产品规划质量屋的关系矩阵示意 。

　　表 3 环境化设计质量屋的关系矩阵

　　对于同一类工业综合利用设备 ,虽然会有很多的型号 ,但是其产品结构和工作原理基本相同 ,所以实现环境需求要素的工程参数要求也基本相同 , 因此 ,对于表 3 环境化设计质量模块中相关系数 rij 由设计人员用一定的评分 方 法 赋 予 数 值 , 这 个 关 系 矩 阵 便 适 用 于 不 同 型 号 同 类 产 品 的 环 保 质 量 功 能 展开中 。

　　6.3.2.5 质量屋分析与设计改进

　　进行质量屋分析的目的是确定待改进的工程特性或工程措施 ,并分析这些工程特性或工程措施之间是否存在相冲突的地方 。进行第一级环境化质量功能展开的 目标即是结合企业实际 ,确定待改善的工程特性 ,然后依次进行工程措施和零部件改进措施的逐级质量功能展开 。

　　在确定关键的技术措施或产品技术特性时 ,可以环境需求的重要度作为加权系数 ,分别计算每项工程措施与全部需求的加权关系度之和并进行比较 , 加权得分大的那些工程措施就是所谓的关键措施 。因为环境化设计不同于一般产品的开发设计 ,往往都是在原产品的基础上着重在环境友好性方面进行改进设计 ,所以在确定关键技术措施或工程参数时 ,将结合改进目标权数进行加权分析 , 以此确定设计重点 。对质量屋的构建和分析 ,按照质量特性(一级工程参数) 、部件特性 、技术特性依次进行 。如图 5所示 。

　　图 5 环境化设计质量屋构建流程图

　　6.4 模块化设计

　　6.4. 1 一般要求

　　模块化设计应在全面分析客户需求的基础上 ,按照系统工程思想 ,将复杂产品分解成系列化和通用化 、具有独立功能 、易于重用和变型的模块 ,通过模块组合得到个性化的产品 。

　　模块化设计应面向整个产品族 ,充分利用模块的相似性与重用性 ,有效控制产品多样化 。产品多样化包括客户可以感受到的产品外部多样化和企业可以感受到的产品内部多样化 。

　　模块化设计可分为新产品模块化设计和已有产品模块化设计 。新产品模块化设计是产品结构和模块的创新 , 已有产品模块化设计是产品结构和模块的合理化 。可用以信息化支持模块化设计 。

　　6.4.2 主要过程

　　6.4.2. 1 概述

　　模块化设计过程主要包括模块划分 、模块标准化 、产品建模 、配置设计 、变型设计和模块化评价 。如图 6所示 。模块划分 、模块标准化 、产品建模构成产品模块设计过程 ,配置设计 、变型设计构成产品定制设计过程 。模块化评价主要对同类产品具有对比价值 。

　　本条对 GB/T 31513—2015 中的要求进行了细化 。

　　图 6 模块化设计过程

　　6.4.2.2 模块划分

　　模块划分是模块化设计的基础 。

　　模块划分主要包括以下原则 :

　　— 相似性原则 ;

　　— 模块聚类原则 ;

　　— 相对独立性原则 ;

　　— 模块互换性原则 ;

　　— 基础件模块化原则 。

　　6.4.2.3 模块标准化

　　模块划分之后 ,需要对形成的模块进行标准化的描述 ,可合理构建产品模块化体系 ,快速找到所需模块 ,形成模 块 化 产 品 设 计 制 造 能 力 。 数 据 字 典 是 模 块 化 描 述 的 基 本 方 法 。 模 块 化 数 据 字 典 可 按GB/T 30438—2013的第 6章确定的方法和原则进行 。

　　6.4.2.4 产品建模

　　模块化产品建模是在全面分析和研究客户(包括潜在客户)需求的基础上 ,根据模块划分结果 ,开发设计面向模块及基于模块的各种标准变型的主模型 、由这些模块组成的上层系统的主结构以及描上层系统构成情况的主文档 。

　　注 1: 产品主结构 。产品主结构描述了一个可配置的 、包括所有标准构件的模块化产品系统的组成情况 , 可以根据不同客户的需求 ,从产品主结构中派生出客户定制产品的结构 。

　　注 2: 零部件主模型 。零部件主模型(或称原始模型)利用一些关键的参数来描述零部件外型和尺寸之间的联系 ,只需要在主模型中输入一组数值 ,就可以 自动地派生出零部件的一个变型 。

　　注 3: 零部件主文档 。在变型设计中 ,所谓 的 主 文 档 是 各 种 模 板 的 总 称 。利 用 不 同 的 模 板 可 以 派 生 出 不 同 类 型 的文档 。

　　模块化产品建模的主要目的是 :利用产品的主结构以及各模块的主模型 、主文档 ,根据客户的需求迅速配置或变型设计出个性化的定制产品 。

　　模块化产品建模的主要任务是 :建立面向模块化设计产品模型 。包括 :建立产品模块化编码体系 ;零部件 ABC分析 ;零部件分类 ;零部件名称分析 ; 零件几何形状分析 ; 零件参数分析 ; 建立零部件主模型 ;建立零部件主文档 ;建立产品主结构 。

　　6.4.2.5 配置设计

　　产品配置设计是指企业进行生产过程中所有与可配置产品相关的活动集合 ,包括了设计可配置产品及可配置产品模型 , 以及按照用户的需求对产品进行配置并得到用户满意的产品个体的过程 。

　　注 : 可配置产品是指产品的组件和组件组成产品的策略 是 预 先 定 义 和 设 计 好 的 ,通 过 可 能 的 策 略 对 组 件 进 行 可 能的组合或配置 ,可以得到产品所有可能的产品个体 ,这 些 个 体 能 向 用 户 提 供 预 先 定 义 的 一 定 范 围 内 的 功 能 , 即产品的功能范围是预先定义的 ,并映射为产品的组件和组件组成产品的策略 ,如果通过不同的策略对组件进行组合 ,就可以得到不同功能的产品个体 。

　　6.4.2.6 变形设计

　　变型设计基于已有的工作原理 ,采用基本不变的结构方案 , 只按功能需求对具体结构进行局部调整 , 以产生适应性的变型产品 。这类设计工作原理不变 ,仅对局部结构或零件进行更新设计 。变型设计应贯彻标准化和通用化的原则 ,标准化指使用要求相同的零件 ,按照统一的标准进行设计 ,通用化是指在同一类型 、不同规格或不同类型的产品中 ,提高部分零件或部件彼此相互通用的程度 。

　　6.4.2.7 模块化评价

　　模块化评价主要包括以下原则 :

　　— 产品整体最优原则 ;

　　— 可扩展性原则 ;

　　— 可维护性原则 ;

　　— 可重用性原则 ;

　　— 可回收性原则 。

　　7 环境化设计的评价

　　7. 1 概述

　　环境化设计的评价指标体系应符合 GB/T 31513—2015 的要求 ,本标准从评价过程和评价方法给出了环境化设计评价的实施 。

　　7.2 评价过程

　　7.2. 1 评价阶段

　　环境化设计评价过程包括四个阶段 :

　　a) 评价准备 ;

　　b) 评价执行 ;

　　c) 结果分析 ;

　　d) 形成评价报告 。

　　7.2.2 评价指标

　　评价指标体系应符合 GB/T 31513—2015的要求 。

　　7.2.3 评价准备

　　在评价准备阶段中 ,评价机构和客户应各自认真履行相应职责 ,确保完成下述四个方面的内容 , 为评价执行奠定好基础 :

　　a) 形成管理信息 ;

　　b) 根据评价指标体系形成可执行评价项 ;

　　c) 确定评价方法 ;

　　d) 准备被测环境化评价及其相关文档 。

　　7.2.4 评价执行

　　评价执行对环境化设计可执行评价项并产生评价机构要求的信息过程 。在评价执行开始之前 ,应确定客户和评价机构使用的所有环境均达到了要求的程度 ,可以保证评价的顺利运行 。

　　7.2.5 结果分析

　　结果分析是在评价执行的基础上 ,对评价结果进行判断 ,并形成具有证据效果的文件 , 为形成评价报告提供基础资料 。

　　7.2.6 形成评价报告

　　评价工作完成后 ,评价机构应起草评价报告草案 ,并将其交客户审阅 。 当客户对报告内容有异议时 ,客户与评价机构应协商解决分歧 ,并按双方同意的计划 日程完成最终的报告文本 。

　　在客户同意最终报告之前 ,所有关于评价的信息都应对外保密 。 客户应以书面形式声明是否希望将评价报告公开 ,这一声明应在评价开始之前或在同意报告草案之时作出 ,但在最终报告完成之前的任何客户都可能改变主意 ,改变主意时亦需有文字凭证 。若客户决定将评价报告公开 ,外界可以从评价机构取得报告文本 。评价报告应在实验室存档 。若需得到证书 ,或客户宣传自己的产品符合标准 ,评价报告应公开 。

　　7.3 评价方法

　　环境化设计评价方法 , 以技术经济评价法进行评价 ,得出评价结果 。针对多个设计的比对 ,则首先通过熵权法 、主客观结合赋权法 、Delphi法等确定权重 , 随后采用有参照设计方案下的逼近理想解排序评价法和模糊综合评价法进行评价 ,得出多产品评价结果 。

　　参 考 文 献

　　[1] GB/T 24001—2004 环境管理体系 要求及使用指南

　　[2] GB/T 24040—2008 环境管理 生命周期评价 原则与框架

　　[3] GB/T 24044—2008 环境管理 生命周期评价 要求与指南

　　[4] GB/T 24062—2009 环境管理 将环境因素引入产品的设计和开发

　　[5] GB/T 24256—2009 产品生态设计通则

　　[6] G. Pahl and W. Beitz, J. Feldhusen and K.-H. Grote. Engineering Design, 3rd edition, Springer, London, 2007.

　　[7] G · 帕尔 ,W · 拜茨 . 1992. 工程设计学[M] . 张直明 ,等 ,译 . 北京 :机械工业出版社 .

　　[8] 祁国宁 ,顾新建 ,谭建荣 ,等 . 大批量定制技术及其应用[M] . 北京 :机械工业出版社 ,2003.

　　[9] 约翰 · 斯达克 . 2008. 产品生命周期管理[M] . 杨青海 ,等 ,译 . 北京 :机械工业出版社 .