GB/T 31513-2015 工业综合利用设备环境化设计导则

　　ICS 13. 020.20 Z 04

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 31513—2015

　　工业综合利用设备环境化设计导则

　　Guidelinesforenvironmentally consciousdesign ofindustrialcomprehensive

　　utilization 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 31513—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 :杨青 海 、黄 进 、何 世 虎 、林 翎 、王 志 强 、顾 新 建 、毛 汉 忠 、迟 国 华 、叶 钟 、刘 守 华 、洪岩 、陈亮 、高东峰 。

　　GB/T 31513—2015

　　引

　　言

　　环境保护已经成为当今中国制造业共同面临的严峻挑战 。工业综合利用设备在工业废弃物利用中起着重要作用 ,环境化设计是提高设备环境效能的源头 ,也是根本提升环境效能的重要保障 ,采取环境化设计优先策略 ,会起到事半功倍的作用 。

　　环境化设计技术的推广应用 ,需要研制具有可操作性的技术标准 , 以便面向产品生命周期 ,定位设计需求 ,规范设计过程 , 明确设计方法 ,评价设计结果 。

　　本标准的制定将引导工业综合利用设备制造企业建立合理的环境化设计体系 ,提高产品环境化设计水平 ,推荐和推广环境化设计方法 ,有助于减少工业资源浪费和支撑工业节能减排 。

　　工业综合利用设备环境化设计导则

　　1 范围

　　本标准规定了工业综合利用设备环境化设计的基本原则 、设计过程 、设计要点 、主要方法和评价指标体系 。

　　本标准适用于工业综合利用设备的环境化设计 。其他工业设备的环境化设计也可参照使用 。

　　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 。

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件 。

　　3. 1

　　工业综合利用设备 industrialcomprehensiveutilization equipment

　　用于工业生产中余热余汽(气) 、废水 、废液 、固体废弃物等资源循环利用的工业设备 。 3.2

　　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] 3.3

　　环境化设计 environmentally consciousdesign

　　在产品设计过程中系 统 纳 入 环 境 因 素 的 系 统 化 设 计 方 法 , 旨 在 改 善 产 品 在 生 命 周 期 中 对 环 境 的影响 。

　　注 : 也称生态设计 、环境意识设计 。

　　3.4

　　产品再生 productremanufacturing

　　一种通过适当的工艺方法对报废产品及其零部件进行处理 、加工以便重新利用的生产技术 。 3.5

　　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 。

　　3.6

　　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 。

　　3.7

　　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. 8

　　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] 3.9

　　模块划分 modularization

　　按功能分解和结构分解的方法 ,将复杂产品分解为多类型 、多关联独立模块的过程 。

　　注 : 模块所包含的功能元的多少和结构的大小决定了模块在产品作用中的大小以及生产制造的难易程度 。合理地划分模块范围有利于模块的生产制造 、提高模块的兼容性 、互换性和通用性 ,扩大模块的使用范围 ,增强实现产品多样化的能力 。

　　[GB/T 30438—2013,定义 3. 3]

　　3. 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. 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. 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 。

　　4 环境化设计的基本原则

　　4. 1 需求导向原则

　　环境化设计以需求为导向 ,应依据以下原则 :

　　— 从整体视角 ,一体化考虑设备及其所属系统的资源综合利用需求 ;

　　— 从过程视角 ,全面考虑设备生命周期各阶段的环境需求 ,尤其是使用 、报废处理中的环境需求 ;

　　— 从功能视角 ,采取定制设计 ,避免功能浪费 ,使设备功能恰当反映系统需求 。

　　4.2 技术可行原则

　　环境化设计以技术为基础 ,应依据以下原则 :

　　— 在设计中 ,优先选择先进的设计技术 ;

　　— 在不降低设备技术性能指标的前提下 ,追求设备环境指标的提高 ;

　　— 基于可行的制造技术 ;

　　— 采用相对成熟的环境化技术 ,减少集成技术复杂性 ,并与设计技术有机融合 。

　　4.3 环境友好原则

　　环境化设计以环境保护为目标 ,应依据以下原则 :

　　— 在设计中 ,优先考虑环境友好的先进设计技术 ;

　　— 保证设备在加工制造 、使用维护 、最终处置等过程中的安全性 ;

　　— 在实现设备功能的同时 ,追求减量化 、再利用和再生利用 ,改善设备生命周期的环境影响 ,尤其是使用 、报废处理中的环境影响 ;

　　— 除考虑设备本身的环境影响外 ,重视设备的资源综合利用性能的提高 ,减少二次污染 。

　　4.4 经济合理原则

　　环境化设计以经济为前提 ,应依据以下原则 :

　　— 综合考虑设备的环境利益 ,包括环境效益和环境成本 ;

　　— 兼顾企业 、客户 、社会的环境利益 ;

　　— 采用经济合理的环境化技术 。

　　5 设计过程与环境化设计要点

　　5. 1 环境化设计过程

　　工业综合利用设备(典型工业综合利用设备示例参见附录 A)的环境化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 ,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 。组织的环境方针见 GB/T 24001—2004。

　　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 新 设 计 方 案 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 。

　　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 。

　　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 。

　　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 。

　　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 。

　　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 。

　　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 。

　　5.2.3.5 便于非再生物料清晰拆分

　　在结构设计中 ,应使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化要求

　　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化要求 。

　　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 。

　　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 。

　　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 。

　　6 环境化设计的主要方法

　　6. 1 通则

　　本章阐述了生命周期设计方法 、模块化设计方法 、质量功能配置方法 ,这些方法可以单独使用 ,也可以组合使用 。环境化设计可以采用这些方法 ,但不限于这些方法 。

　　6.2 生命周期设计方法

　　6.2. 1 一般要求

　　生命周期设计应针对原材料获取 、加工制造 、使用维护 、使用改进 、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 ,进行系统化设计 。

　　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 ,可以采用并行设计 。

　　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

　　生命周期设计过程主要包括需求分解 、设计分析 、目标识别 、技术研发 、设计改进和生命周期评价 ,生命周期评价与基本过程的步骤相关联 。如图 2 所示 。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 ,对产品设计进行 环 境 化 改 进 , 对 产 品 进 行 生 命 周 期 评 价 以 支 持 基 本 过 程 步 骤 。 生 命 周期 评 价 原 则 见GB/T 24040—2008。

　　图 2 产品生命周期设计主要过程

　　6.2.3 主要作用

　　生命周期设计是工业综合利用设备环境化设计的共性技术方法 。其主要环境化作用是 :

　　a) 从生命周期视角考虑环境化问题 ,提高环境化设计的全局性 ;

　　b) 识别关键目标和主要环节 ,提高环境化设计的针对性 ;

　　c) 围绕主要问题进行技术研发 ,有利于突破环境化设计关键技术 ;

　　d) 提高整个生命周期及其各阶段的环境化设计水平 。

　　6.3 模块化设计方法

　　6.3. 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 。可采用信息化支持模块化设计 。

　　6.3.2 主要过程

　　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 ,生命周期评价 与 模 块 设 计 过 程 、定 制 设 计 过 程 的 步 骤 相 关 联 , 如 图 3 所 示 。 产 品 模 块 划 分 原 则 见GB/T 30438—2013。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 。对产品进行模块化评价以支持模块设计过程 、定制设计过程的步骤 。模块化评价主要对同类产品具有对比价值 。

　　图 3 模块化设计主要过程

　　6.3.3 主要作用

　　模块化设计是工业综合利用设备环境化设计的共性技术方法 。其主要环境化作用是 :

　　a) 支持快速定制设计 ,满足客户个性化需求 ,避免制造资源浪费 ;

　　b) 提高模块生产批量 ,实现规模效益 ,发挥制造资源效率 ;

　　c) 便于使用维护 ,减少设备停机损失 ,延长产品使用寿命 ;

　　d) 实现可拆卸 ,便于零部件的再生重用 ;

　　e) 支持通过模块改进 ,实现产品环境化改进 。

　　6.4 质量功能配置方法

　　6.4. 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 。

　　其基本原理是确定重要的客户需求 、产品技术特性及其重要程度 ,可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 。

　　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 。

　　6.4.2 主要过程

　　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 4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 。

　　图 4 质量功能配置主要过程

　　6.4.3 主要作用

　　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 。其主要环境化作用是 :

　　a) 提高环境化设计的系统性和科学性 ;

　　b) 可以用于整体的环境化设计 ,也可用于各阶段的环境化设计 ;

　　c) 使设计的产品同时满足产品质量功能要求和环境化设计要求 ;

　　d) 将客户的环境化设计需求恰当地转换为产品技术特性 ;

　　e) 识别对满足环境化需求的重要产品质量特征 。

　　7 环境化设计的评价

　　7. 1 评价指标设立原则

　　7. 1. 1 导向性原则

　　通过建立评价指标体系和评价指标 ,突出环境化设计的重点 ,推行安全 、可行的环境化技术 ,引导工业综合利用设备环境化设计的发展方向 。

　　7. 1.2 全局性原则

　　评价指标体系应面向整个设计过程 ,面向产品生命周期 ,面向产品族 。

　　7. 1.3 简明性原则

　　评价指标应简单 、明确 、易操作 。

　　7. 1.4 可比性原则

　　在同类设备中 ,评价指标应具有可比性 。

　　7.2 评价指标体系

　　7.2. 1 需求分析评价指标

　　在需求分析中 ,环境化设计包括以下评价指标 :

　　— 环境化技术安全性

　　应体现在技术列表之中 。

　　— 环境化技术可行性

　　应体现在技术列表之中 。

　　— 环境化需求合理性

　　应体现在需求列表之中 。

　　7.2.2 概念设计评价指标

　　在概念设计中 ,环境化设计包括以下评价指标 :

　　— 工作原理的环境友好性

　　应根据设备专业种类 ,确定具体等级指标 。

　　— 工作结构的轻量化程度

　　应根据设备专业种类 ,确定具体等级指标 。

　　7.2.3 结构设计评价指标

　　在结构设计中 ,环境化设计包括以下评价指标 :

　　— 设备节能与综合利用性能

　　应根据具体设备确定性能指标 。

　　— 设备所包含的零部件种类

　　— 设备可拆卸性

　　— 使用非再生材料的零件数量

　　— 非再生物料可分离性

　　7.2.4 详细设计评价指标

　　在详细设计中 ,环境化设计包括以下评价指标 :

　　— 提供关键工序的环境化要求

　　应体现在工艺过程规范 、工艺过程卡等工艺文件中 。

　　— 提供设备综合利用使用说明

　　应体现在《设备使用说明书》中 。

　　— 提供设备拆卸说明

　　应体现在《设备拆卸说明书》中 。

　　— 提供非再生物料拆分方法

　　应体现在《设备拆卸说明书》中 。

　　— 提供产品及零部件再生说明

　　应体现在《设备处置说明书》中 。

　　— 提供非再生物料处置说明

　　应体现在《设备处置说明书》中 。

　　环境化设计部分细分评价指标示例参见附录 B。

　　附 录 A

　　(资料性附录)

　　典型工业综合利用设备示例

　　A. 1 余热余汽(气)循环再利用设备

　　如工业汽轮机 、汽轮发电机 、工业锅炉 、涡轮式压缩机 、低热值煤气燃气轮机 、二氧化碳生物转化清洁能源技术装备 。

　　A.2 废水、废液循环再利用设备

　　如水力旋流器 、离心分离机 、废水过滤机 、废油再生基础油成套装备 。

　　A.3 固体废弃物循环再利用设备

　　如废弃物粉碎设备 、线路板回收设备 、煤矸石综合利用设备 、粉煤灰综合利用设备 、冶炼废渣综合利用设备 、工业副产品石膏综合利用设备 、工业复合材料回收处理设备 。

　　附 录 B

　　(资料性附录)

　　环境化设计部分细分评价指标示例

　　B. 1 设备可拆卸性评价指标

　　包括 :

　　— 拆卸操作的数量

　　— 不同拆卸操作的数量

　　— 拆卸方向的数量

　　— 连接件的数量

　　— 不同连接件的数量

　　— 低能量拆卸操作的数量

　　— 需要拆卸工具的数量

　　— 拆卸自动化可能性

　　— 拆卸工具支出

　　B.2 非再生物料可分离性评价指标

　　包括 :

　　— 可清晰拆分的非再生材料的零件数量

　　— 非再生物料识别可能性

　　— 需要的分离过程步骤数

　　— 需要的分离过程支出

　　— 需要的特殊处理量

　　— 需要的特殊处理支出

　　— 需要分离设备的数量

　　— 分离自动化可能性

　　— 分离设备支出

　　参 考 文 献

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

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

　　[3] GB/T 24256—2009 产品生态设计通则

　　[4] 周仲凡 . 产品的生命周期设计指南 . 北京 : 中国环境科学出版社 ,2006.

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