机械产品全生命周期设计

机械产品全生命周期设计当前的机械产品竞争要求企业以最短的时间开发出质量最高、用户最满意的新产品，这就要求各机械企业在管理、信息等方面进行大规模的变革。本文针对隧道施工设备的设计和研来阐述发机械产品全生命周期设计。标签：隧道施工设备;机械产品;全生命周期;设计一、前言隧道施工中机械设备的安全直接关系到参建人员的生命安全，关系到施工企业的劳动生产率的提高，关系到企业的兴衰和存亡，因此，我们必须消除和控制施工过程中的危险因素，加强机械设备的的设计和研发，对隧道机械产品全生命周期设计进行深入的研究和探讨，以保证施工安全生产的顺利进行。二、全生命周期设计的基本概念产品的全生命周期与产品的寿命是不同的概念。产品的全生命周期包括产品的孕育期〈产品市场需求的形成、产品规划、设计〉生产期〈材料选择制备、产品制造、装配〉储运销售期（存储、包装、运输、销售、安装调试〉服役期（产品运行、检修、待工〉和转化再生期（产品报废、零部件再用、废件的再生制造、原材料回收再利用、废料降解处理等）的整个闭环周期。而产品的寿命往往指产品出厂或投人使用后至产品报废不再使用的一段区间，仅是全生命周期内服役期的一部分。由于传统的产品功能和性能主要在服役期实现，传统设计主要为产品的运行功能设计和产品的使用寿命以及近年来日益重视的产品自然寿命设计。基于产品的社会效应，全生命周期包括对产品的社会需求的形成，产品的设计、试验、定型，产品的制造、使用、维修以及达到其经济使用寿命之后的回收利用和再生产的整个闭环周期。如图1所示，机械的全生命周期涵盖全寿命期，全寿命期涵盖经济使用寿命和安全使用寿命。作为全生命周期的一个重要转折点，产品报废一般有3种判据：功能失效、安全失效、经济失效。三、全生命周期设计所谓全生命周期设计，就是面向产品全生命周期全过程的设计，要考虑从产品的社会需求分析、产品概念的形成、知识及技术资源的调研、成本价格分析、详细机械设计、制造、装配、使用寿命、安全保障与维修计划，直至产品报废与回收、再生利用的全过程，全面优化产品的功能/性能（F）、生产效率（T）品质/质量（Q）、经济C）、环保性（E）和能源乂资源利用率（R）等目标函数，求得其最佳平衡点。全生命周期设计的目的全生命周期设计的主要目的可以归结为3个：（1）在设计阶段尽可能预见产品全生命期的各个环节的问题，并在设计阶段加以解决或设计好解决的途径。现代产品日趋复杂、庞大和昂贵，其中的知识含量也与日俱增，一旦出现问题仅靠用户的经验和技能很难有效解决和保障设备的有效运行。（2）在设计阶段对产品全生命周期的所有费用〔包括维修费用、停机损失和报废处理费用〉、资源消耗和环境代价进行整体分析规划，最大程度地提高产品的整体经济性和市场竞争力。（3）在设计阶段对从选材、制造、维修、零部件更换、安全保障直到产品报废、回收、再利用或降解处理的全过程对自然资源和环境的影响进行分析预测和优化，以积极有效的利用和保护资源、保护环境、创造好的人一机环境，保持人类社会生产的持续稳定发展。四、隧道施工机械设备分类隧道施工所用的机械设备具有以下特点：1.机械轮廓尺寸符合隧道内施工场地和空间净空的要求。2.运输工具便于装卸和调头等操作，以提高运输效率。其动力装置不扩散有害气体，以免污染洞内空气。符合地下工程施工技术安全的要求。隧道施工机械设备按照功能分为以下几类：掘进机械：风钻、凿岩机装运机械：挖掘机、装载机、运输车混凝土设备：混凝土拌合站、混凝土运输车喷锚设备：喷浆机、注浆机衬砌设备：初支、防水板、二衬台车通风设备：通风机及管道空压设备：空压机及管道电力设备：发电机、变压机、配电箱及供电线路五、以机械产品全生命周期设计的目的特点来选择隧道主要的机械设备1.凿岩机械选择凿岩设备根据结构形式主要分为三种类型可供选择：开敞式硬岩掘进机，如德国Wirth生产的双排支撑靴结构和美国Robbins公司的单排支撑靴结构。其特点是适用于地址条件比较稳定的隧道，否则掘进时，需在护盾后及时进行喷锚支护;单护盾式硬岩掘进机，它有完整的圆形护盾，在掘进时依靠推进缸支撑在安装好的管片或整体衬砌上获得支反力;双护盾式硬岩掘进机，其特点就在于由于前后护盾和伸缩护盾和支撑靴作用，能保证其在不同地址条件下施工。风动凿岩机是电能转换为气压能再转化为机械能的装置，不仅需要装备功率较大的空气压缩机和辅设管路，而且转换和传送效率很低，压力也不是很高，一般为0.5〜0.7MPa。此外风动凿岩机工作时，由于活塞对钎子的冲击，机头和钎肩的碰撞，钎杆的振动等原因，产生机械噪声。隧道掘进采用光面爆破技术，理论上可在隧道周边形成一个光滑平整的边壁，使隧道断面既符合设计轮廓要求，又使隧道围岩不产生较大损伤，从而保持围岩的完整性和自身承載能力，减少欠挖处理的时间和超挖所需的填料，加快施工进度，保证工程质量，降低成本。因此，在隧道掘进中，利用好光面爆破技术并尽可能提高光面爆破的质量是极为重要的。2.装岩与运输机械选择隧道施工时，一般有三种运输方式，无轨运输，有轨运输和皮带运输。但皮带运输由于效率不高，适用较少。无轨运输主要以自卸车辆为主，适用于短隧道和大断面隧道。优点是机动灵活，废渣可以直接倾倒，缺点是隧道内尾气和噪声污染严重，对制氧通风等配套设备要求较高。相反，有轨运输则适用于长大隧道和小断面隧道，它能保证减小隧底损坏程度，但由于铺设轨道一次性投资较大。同时施工管理程度较为复杂，另外轨道终端往往还是需要借助汽车二次转运。根据隧道长短，断面大小确定运输方式之后，就可以选择相应的运输设备。(1)计算石渣量和机械生产率。石渣量用如下公式计算：其V=K(V+W)=K(S+AS)L,其中V为每一开挖循环松散石渣量，K为石渣爆破松散系数，V为设计断面开挖量，W为允许超挖量，AS为允许超挖断面积，L为开挖循环进尺。装载机生产率，P==3600VKK/T,V为装载机定斗容，K和K分别为装载满额系数及利用系数，两者值均小于1,T为装载循环时间。如果以无轨运输，用同样的方式可以计算汽车的自卸效率P。根据以上公式可以初步计算出每一个工作面应需要的自卸汽车台数，当然必须考虑到现场管理，運输意外，换班，汽车维修等特殊情况。六、机械的保养及时保养，“用、养、修”相结合，在保证机械设备操作人员与施工现场指挥人员正确使用机械设备的基础上，为了进一步地预防机械事故的发生，管理部门在“管好、用好、养好、修好”的同时，应推行机械设备的风险评价工作。切实做好机械设备的保养工作，在实际运行巾应严格要求机械操作人员按标准、规范要求做好设备每天开机前、作业中和停机后的“一日三查”的例行保养工作，发现问题和隐患及时予以排除，这样既确保了设备在完好状态下安全运行，又有效地控制了设备的维护成本。针对设备运转周期运用计算机辅助管理控制设备一、二级维护，落实专业机修人员到施工现场按工艺流程规范维护。严格执行机械设备退场之间进车间实施二保带修制度，强化二保带修的预检过程中检验和竣工终检工作，严格把好质量关。最终将合格的设备按施工生产需要进入现场使用或移交设备管理部门。有了以上几个方面作保证，机械设备的自身性能与工作效率就能得到很大的提高，就能有效避免设备故障的出现，减少因机械设备而出现的怠工。没有了工作任务的拖延积压，从而也就避免了机械设备的超负荷长时间运转与带病作业。七、结束语隧道施工是一个高危行业，隧道施工机械设备事故在隧道施工事故中占有较大比重，隧道施工企业应高度重视隧道施工机械设备管理工作，努力提高管理水平，促进施工生产，确保施工安全。参考文献：⑴徐学军、张炜全、查靓，基于生命周期视角的绿色产品开发过程研究[J].科技进步与对策，2011（13）7：17-