機(jī)械產(chǎn)品全生命周期設(shè)計(jì)

機(jī)械產(chǎn)品全生命周期設(shè)計(jì)當(dāng)前的機(jī)械產(chǎn)品競爭要求企業(yè)以最短的時間開發(fā)出質(zhì)量最高、用戶最滿意的新產(chǎn)品，這就要求各機(jī)械企業(yè)在管理、信息等方面進(jìn)行大規(guī)模的變革。本文針對隧道施工設(shè)備的設(shè)計(jì)和研來闡述發(fā)機(jī)械產(chǎn)品全生命周期設(shè)計(jì)。標(biāo)簽：隧道施工設(shè)備;機(jī)械產(chǎn)品;全生命周期;設(shè)計(jì)一、前言隧道施工中機(jī)械設(shè)備的安全直接關(guān)系到參建人員的生命安全，關(guān)系到施工企業(yè)的勞動生產(chǎn)率的提高，關(guān)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(qiáng)機(jī)械設(shè)備的的設(shè)計(jì)和研發(fā)，對隧道機(jī)械產(chǎn)品全生命周期設(shè)計(jì)進(jìn)行深入的研究和探討，以保證施工安全生產(chǎn)的順利進(jìn)行。二、全生命周期設(shè)計(jì)的基本概念產(chǎn)品的全生命周期與產(chǎn)品的壽命是不同的概念。產(chǎn)品的全生命周期包括產(chǎn)品的孕育期〈產(chǎn)品市場需求的形成、產(chǎn)品規(guī)劃、設(shè)計(jì)〉生產(chǎn)期〈材料選擇制備、產(chǎn)品制造、裝配〉儲運(yùn)銷售期（存儲、包裝、運(yùn)輸、銷售、安裝調(diào)試〉服役期（產(chǎn)品運(yùn)行、檢修、待工〉和轉(zhuǎn)化再生期（產(chǎn)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(chǎn)品的壽命往往指產(chǎn)品出廠或投人使用后至產(chǎn)品報廢不再使用的一段區(qū)間，僅是全生命周期內(nèi)服役期的一部分。由于傳統(tǒng)的產(chǎn)品功能和性能主要在服役期實(shí)現(xiàn)，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)主要為產(chǎn)品的運(yùn)行功能設(shè)計(jì)和產(chǎn)品的使用壽命以及近年來日益重視的產(chǎn)品自然壽命設(shè)計(jì)?；诋a(chǎn)品的社會效應(yīng)，全生命周期包括對產(chǎn)品的社會需求的形成，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、定型，產(chǎn)品的制造、使用、維修以及達(dá)到其經(jīng)濟(jì)使用壽命之后的回收利用和再生產(chǎn)的整個閉環(huán)周期。如圖1所示，機(jī)械的全生命周期涵蓋全壽命期，全壽命期涵蓋經(jīng)濟(jì)使用壽命和安全使用壽命。作為全生命周期的一個重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)，產(chǎn)品報廢一般有3種判據(jù)：功能失效、安全失效、經(jīng)濟(jì)失效。三、全生命周期設(shè)計(jì)所謂全生命周期設(shè)計(jì)，就是面向產(chǎn)品全生命周期全過程的設(shè)計(jì)，要考慮從產(chǎn)品的社會需求分析、產(chǎn)品概念的形成、知識及技術(shù)資源的調(diào)研、成本價格分析、詳細(xì)機(jī)械設(shè)計(jì)、制造、裝配、使用壽命、安全保障與維修計(jì)劃，直至產(chǎn)品報廢與回收、再生利用的全過程，全面優(yōu)化產(chǎn)品的功能/性能（F）、生產(chǎn)效率（T）品質(zhì)/質(zhì)量（Q）、經(jīng)濟(jì)C）、環(huán)保性（E）和能源乂資源利用率（R）等目標(biāo)函數(shù)，求得其最佳平衡點(diǎn)。全生命周期設(shè)計(jì)的目的全生命周期設(shè)計(jì)的主要目的可以歸結(jié)為3個：（1）在設(shè)計(jì)階段盡可能預(yù)見產(chǎn)品全生命期的各個環(huán)節(jié)的問題，并在設(shè)計(jì)階段加以解決或設(shè)計(jì)好解決的途徑?，F(xiàn)代產(chǎn)品日趨復(fù)雜、龐大和昂貴，其中的知識含量也與日俱增，一旦出現(xiàn)問題僅靠用戶的經(jīng)驗(yàn)和技能很難有效解決和保障設(shè)備的有效運(yùn)行。（2）在設(shè)計(jì)階段對產(chǎn)品全生命周期的所有費(fèi)用〔包括維修費(fèi)用、停機(jī)損失和報廢處理費(fèi)用〉、資源消耗和環(huán)境代價進(jìn)行整體分析規(guī)劃，最大程度地提高產(chǎn)品的整體經(jīng)濟(jì)性和市場競爭力。（3）在設(shè)計(jì)階段對從選材、制造、維修、零部件更換、安全保障直到產(chǎn)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(jìn)行分析預(yù)測和優(yōu)化，以積極有效的利用和保護(hù)資源、保護(hù)環(huán)境、創(chuàng)造好的人一機(jī)環(huán)境，保持人類社會生產(chǎn)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。四、隧道施工機(jī)械設(shè)備分類隧道施工所用的機(jī)械設(shè)備具有以下特點(diǎn)：1.機(jī)械輪廓尺寸符合隧道內(nèi)施工場地和空間凈空的要求。2.運(yùn)輸工具便于裝卸和調(diào)頭等操作，以提高運(yùn)輸效率。其動力裝置不擴(kuò)散有害氣體，以免污染洞內(nèi)空氣。符合地下工程施工技術(shù)安全的要求。隧道施工機(jī)械設(shè)備按照功能分為以下幾類：掘進(jìn)機(jī)械：風(fēng)鉆、鑿巖機(jī)裝運(yùn)機(jī)械：挖掘機(jī)、裝載機(jī)、運(yùn)輸車混凝土設(shè)備：混凝土拌合站、混凝土運(yùn)輸車噴錨設(shè)備：噴漿機(jī)、注漿機(jī)襯砌設(shè)備：初支、防水板、二襯臺車通風(fēng)設(shè)備：通風(fēng)機(jī)及管道空壓設(shè)備：空壓機(jī)及管道電力設(shè)備：發(fā)電機(jī)、變壓機(jī)、配電箱及供電線路五、以機(jī)械產(chǎn)品全生命周期設(shè)計(jì)的目的特點(diǎn)來選擇隧道主要的機(jī)械設(shè)備1.鑿巖機(jī)械選擇鑿巖設(shè)備根據(jù)結(jié)構(gòu)形式主要分為三種類型可供選擇：開敞式硬巖掘進(jìn)機(jī)，如德國Wirth生產(chǎn)的雙排支撐靴結(jié)構(gòu)和美國Robbins公司的單排支撐靴結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)是適用于地址條件比較穩(wěn)定的隧道，否則掘進(jìn)時，需在護(hù)盾后及時進(jìn)行噴錨支護(hù);單護(hù)盾式硬巖掘進(jìn)機(jī)，它有完整的圓形護(hù)盾，在掘進(jìn)時依靠推進(jìn)缸支撐在安裝好的管片或整體襯砌上獲得支反力;雙護(hù)盾式硬巖掘進(jìn)機(jī)，其特點(diǎn)就在于由于前后護(hù)盾和伸縮護(hù)盾和支撐靴作用，能保證其在不同地址條件下施工。風(fēng)動鑿巖機(jī)是電能轉(zhuǎn)換為氣壓能再轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置，不僅需要裝備功率較大的空氣壓縮機(jī)和輔設(shè)管路，而且轉(zhuǎn)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(fēng)動鑿巖機(jī)工作時，由于活塞對釬子的沖擊，機(jī)頭和釬肩的碰撞，釬桿的振動等原因，產(chǎn)生機(jī)械噪聲。隧道掘進(jìn)采用光面爆破技術(shù)，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(shè)計(jì)輪廓要求，又使隧道圍巖不產(chǎn)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(jìn)度，保證工程質(zhì)量，降低成本。因此，在隧道掘進(jìn)中，利用好光面爆破技術(shù)并盡可能提高光面爆破的質(zhì)量是極為重要的。2.裝巖與運(yùn)輸機(jī)械選擇隧道施工時，一般有三種運(yùn)輸方式，無軌運(yùn)輸，有軌運(yùn)輸和皮帶運(yùn)輸。但皮帶運(yùn)輸由于效率不高，適用較少。無軌運(yùn)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(diǎn)是機(jī)動靈活，廢渣可以直接傾倒，缺點(diǎn)是隧道內(nèi)尾氣和噪聲污染嚴(yán)重，對制氧通風(fēng)等配套設(shè)備要求較高。相反，有軌運(yùn)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(shè)軌道一次性投資較大。同時施工管理程度較為復(fù)雜，另外軌道終端往往還是需要借助汽車二次轉(zhuǎn)運(yùn)。根據(jù)隧道長短，斷面大小確定運(yùn)輸方式之后，就可以選擇相應(yīng)的運(yùn)輸設(shè)備。(1)計(jì)算石渣量和機(jī)械生產(chǎn)率。石渣量用如下公式計(jì)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(shù)，V為設(shè)計(jì)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(jìn)尺。裝載機(jī)生產(chǎn)率，P==3600VKK/T,V為裝載機(jī)定斗容，K和K分別為裝載滿額系數(shù)及利用系數(shù)，兩者值均小于1,T為裝載循環(huán)時間。如果以無軌運(yùn)輸，用同樣的方式可以計(jì)算汽車的自卸效率P。根據(jù)以上公式可以初步計(jì)算出每一個工作面應(yīng)需要的自卸汽車臺數(shù)，當(dāng)然必須考慮到現(xiàn)場管理，運(yùn)輸意外，換班，汽車維修等特殊情況。六、機(jī)械的保養(yǎng)及時保養(yǎng)，“用、養(yǎng)、修”相結(jié)合，在保證機(jī)械設(shè)備操作人員與施工現(xiàn)場指揮人員正確使用機(jī)械設(shè)備的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步地預(yù)防機(jī)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(yīng)推行機(jī)械設(shè)備的風(fēng)險評價工作。切實(shí)做好機(jī)械設(shè)備的保養(yǎng)工作，在實(shí)際運(yùn)行巾應(yīng)嚴(yán)格要求機(jī)械操作人員按標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范要求做好設(shè)備每天開機(jī)前、作業(yè)中和停機(jī)后的“一日三查”的例行保養(yǎng)工作，發(fā)現(xiàn)問題和隱患及時予以排除，這樣既確保了設(shè)備在完好狀態(tài)下安全運(yùn)行，又有效地控制了設(shè)備的維護(hù)成本。針對設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)周期運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助管理控制設(shè)備一、二級維護(hù)，落實(shí)專業(yè)機(jī)修人員到施工現(xiàn)場按工藝流程規(guī)范維護(hù)。嚴(yán)格執(zhí)行機(jī)械設(shè)備退場之間進(jìn)車間實(shí)施二保帶修制度，強(qiáng)化二保帶修的預(yù)檢過程中檢驗(yàn)和竣工終檢工作，嚴(yán)格把好質(zhì)量關(guān)。最終將合格的設(shè)備按施工生產(chǎn)需要進(jìn)入現(xiàn)場使用或移交設(shè)備管理部門。有了以上幾個方面作保證，機(jī)械設(shè)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(shè)備故障的出現(xiàn)，減少因機(jī)械設(shè)備而出現(xiàn)的怠工。沒有了工作任務(wù)的拖延積壓，從而也就避免了機(jī)械設(shè)備的超負(fù)荷長時間運(yùn)轉(zhuǎn)與帶病作業(yè)。七、結(jié)束語隧道施工是一個高危行業(yè)，隧道施工機(jī)械設(shè)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(yīng)高度重視隧道施工機(jī)械設(shè)備管理工作，努力提高管理水平，促進(jìn)施工生產(chǎn)，確保施工安全。參考文獻(xiàn)：⑴徐學(xué)軍、張煒全、查靚，基于生命周期視角的綠色產(chǎn)品開發(fā)過程研究[J].科技進(jìn)步與對策，2011（13）7：17-