機械產品全生命周期設計

機械產品全生命周期設計當前的機械產品競爭要求企業(yè)以最短的時間開發(fā)出質量最高、用戶最滿意的新產品，這就要求各機械企業(yè)在管理、信息等方面進行大規(guī)模的變革。本文針對隧道施工設備的設計和研來闡述發(fā)機械產品全生命周期設計。標簽：隧道施工設備;機械產品;全生命周期;設計一、前言隧道施工中機械設備的安全直接關系到參建人員的生命安全，關系到施工企業(yè)的勞動生產率的提高，關系到企業(yè)的興衰和存亡，因此，我們必須消除和控制施工過程中的危險因素，加強機械設備的的設計和研發(fā)，對隧道機械產品全生命周期設計進行深入的研究和探討，以保證施工安全生產的順利進行。二、全生命周期設計的基本概念產品的全生命周期與產品的壽命是不同的概念。產品的全生命周期包括產品的孕育期〈產品市場需求的形成、產品規(guī)劃、設計〉生產期〈材料選擇制備、產品制造、裝配〉儲運銷售期（存儲、包裝、運輸、銷售、安裝調試〉服役期（產品運行、檢修、待工〉和轉化再生期（產品報廢、零部件再用、廢件的再生制造、原材料回收再利用、廢料降解處理等）的整個閉環(huán)周期。而產品的壽命往往指產品出廠或投人使用后至產品報廢不再使用的一段區(qū)間，僅是全生命周期內服役期的一部分。由于傳統(tǒng)的產品功能和性能主要在服役期實現，傳統(tǒng)設計主要為產品的運行功能設計和產品的使用壽命以及近年來日益重視的產品自然壽命設計?；诋a品的社會效應，全生命周期包括對產品的社會需求的形成，產品的設計、試驗、定型，產品的制造、使用、維修以及達到其經濟使用壽命之后的回收利用和再生產的整個閉環(huán)周期。如圖1所示，機械的全生命周期涵蓋全壽命期，全壽命期涵蓋經濟使用壽命和安全使用壽命。作為全生命周期的一個重要轉折點，產品報廢一般有3種判據：功能失效、安全失效、經濟失效。三、全生命周期設計所謂全生命周期設計，就是面向產品全生命周期全過程的設計，要考慮從產品的社會需求分析、產品概念的形成、知識及技術資源的調研、成本價格分析、詳細機械設計、制造、裝配、使用壽命、安全保障與維修計劃，直至產品報廢與回收、再生利用的全過程，全面優(yōu)化產品的功能/性能（F）、生產效率（T）品質/質量（Q）、經濟C）、環(huán)保性（E）和能源乂資源利用率（R）等目標函數，求得其最佳平衡點。全生命周期設計的目的全生命周期設計的主要目的可以歸結為3個：（1）在設計階段盡可能預見產品全生命期的各個環(huán)節(jié)的問題，并在設計階段加以解決或設計好解決的途徑?，F代產品日趨復雜、龐大和昂貴，其中的知識含量也與日俱增，一旦出現問題僅靠用戶的經驗和技能很難有效解決和保障設備的有效運行。（2）在設計階段對產品全生命周期的所有費用〔包括維修費用、停機損失和報廢處理費用〉、資源消耗和環(huán)境代價進行整體分析規(guī)劃，最大程度地提高產品的整體經濟性和市場競爭力。（3）在設計階段對從選材、制造、維修、零部件更換、安全保障直到產品報廢、回收、再利用或降解處理的全過程對自然資源和環(huán)境的影響進行分析預測和優(yōu)化，以積極有效的利用和保護資源、保護環(huán)境、創(chuàng)造好的人一機環(huán)境，保持人類社會生產的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。四、隧道施工機械設備分類隧道施工所用的機械設備具有以下特點：1.機械輪廓尺寸符合隧道內施工場地和空間凈空的要求。2.運輸工具便于裝卸和調頭等操作，以提高運輸效率。其動力裝置不擴散有害氣體，以免污染洞內空氣。符合地下工程施工技術安全的要求。隧道施工機械設備按照功能分為以下幾類：掘進機械：風鉆、鑿巖機裝運機械：挖掘機、裝載機、運輸車混凝土設備：混凝土拌合站、混凝土運輸車噴錨設備：噴漿機、注漿機襯砌設備：初支、防水板、二襯臺車通風設備：通風機及管道空壓設備：空壓機及管道電力設備：發(fā)電機、變壓機、配電箱及供電線路五、以機械產品全生命周期設計的目的特點來選擇隧道主要的機械設備1.鑿巖機械選擇鑿巖設備根據結構形式主要分為三種類型可供選擇：開敞式硬巖掘進機，如德國Wirth生產的雙排支撐靴結構和美國Robbins公司的單排支撐靴結構。其特點是適用于地址條件比較穩(wěn)定的隧道，否則掘進時，需在護盾后及時進行噴錨支護;單護盾式硬巖掘進機，它有完整的圓形護盾，在掘進時依靠推進缸支撐在安裝好的管片或整體襯砌上獲得支反力;雙護盾式硬巖掘進機，其特點就在于由于前后護盾和伸縮護盾和支撐靴作用，能保證其在不同地址條件下施工。風動鑿巖機是電能轉換為氣壓能再轉化為機械能的裝置，不僅需要裝備功率較大的空氣壓縮機和輔設管路，而且轉換和傳送效率很低，壓力也不是很高，一般為0.5?0.7MPa。此外風動鑿巖機工作時，由于活塞對釬子的沖擊，機頭和釬肩的碰撞，釬桿的振動等原因，產生機械噪聲。隧道掘進采用光面爆破技術，理論上可在隧道周邊形成一個光滑平整的邊壁，使隧道斷面既符合設計輪廓要求，又使隧道圍巖不產生較大損傷，從而保持圍巖的完整性和自身承載能力，減少欠挖處理的時間和超挖所需的填料，加快施工進度，保證工程質量，降低成本。因此，在隧道掘進中，利用好光面爆破技術并盡可能提高光面爆破的質量是極為重要的。2.裝巖與運輸機械選擇隧道施工時，一般有三種運輸方式，無軌運輸，有軌運輸和皮帶運輸。但皮帶運輸由于效率不高，適用較少。無軌運輸主要以自卸車輛為主，適用于短隧道和大斷面隧道。優(yōu)點是機動靈活，廢渣可以直接傾倒，缺點是隧道內尾氣和噪聲污染嚴重，對制氧通風等配套設備要求較高。相反，有軌運輸則適用于長大隧道和小斷面隧道，它能保證減小隧底損壞程度，但由于鋪設軌道一次性投資較大。同時施工管理程度較為復雜，另外軌道終端往往還是需要借助汽車二次轉運。根據隧道長短，斷面大小確定運輸方式之后，就可以選擇相應的運輸設備。(1)計算石渣量和機械生產率。石渣量用如下公式計算：其V=K(V+W)=K(S+AS)L,其中V為每一開挖循環(huán)松散石渣量，K為石渣爆破松散系數，V為設計斷面開挖量，W為允許超挖量，AS為允許超挖斷面積，L為開挖循環(huán)進尺。裝載機生產率，P==3600VKK/T,V為裝載機定斗容，K和K分別為裝載滿額系數及利用系數，兩者值均小于1,T為裝載循環(huán)時間。如果以無軌運輸，用同樣的方式可以計算汽車的自卸效率P。根據以上公式可以初步計算出每一個工作面應需要的自卸汽車臺數，當然必須考慮到現場管理，運輸意外，換班，汽車維修等特殊情況。六、機械的保養(yǎng)及時保養(yǎng)，“用、養(yǎng)、修”相結合，在保證機械設備操作人員與施工現場指揮人員正確使用機械設備的基礎上，為了進一步地預防機械事故的發(fā)生，管理部門在“管好、用好、養(yǎng)好、修好”的同時，應推行機械設備的風險評價工作。切實做好機械設備的保養(yǎng)工作，在實際運行巾應嚴格要求機械操作人員按標準、規(guī)范要求做好設備每天開機前、作業(yè)中和停機后的“一日三查”的例行保養(yǎng)工作，發(fā)現問題和隱患及時予以排除，這樣既確保了設備在完好狀態(tài)下安全運行，又有效地控制了設備的維護成本。針對設備運轉周期運用計算機輔助管理控制設備一、二級維護，落實專業(yè)機修人員到施工現場按工藝流程規(guī)范維護。嚴格執(zhí)行機械設備退場之間進車間實施二保帶修制度，強化二保帶修的預檢過程中檢驗和竣工終檢工作，嚴格把好質量關。最終將合格的設備按施工生產需要進入現場使用或移交設備管理部門。有了以上幾個方面作保證，機械設備的自身性能與工作效率就能得到很大的提高，就能有效避免設備故障的出現，減少因機械設備而出現的怠工。沒有了工作任務的拖延積壓，從而也就避免了機械設備的超負荷長時間運轉與帶病作業(yè)。七、結束語隧道施工是一個高危行業(yè)，隧道施工機械設備事故在隧道施工事故中占有較大比重，隧道施工企業(yè)應高度重視隧道施工機械設備管理工作，努力提高管理水平，促進施工生產，確保施工安全。參考文獻：⑴徐學軍、張煒全、查靚，基于生命周期視角的綠色產品開發(fā)過程研究[J].科技進步與對策，2011（13）7：17-