（机械设计及理论专业论文）基于catia环境下电子产品可拆卸性研究.pdf

摘要 摘要 当前，日益严重的环境、资源问题已经对传统制造业提出了新的挑战，要求 制造业不仅要生产各类产品以满足人类生存和发展的需要，也要保证产品具有良 好的环境友好特性和符合严格的环保标准，因此对产品进行可拆卸性设计是面对 这种挑战的有力的手段之一。 可拆卸性设计已经成为产品全生命周期设计中重要的研究课题。然而，目前 由于缺乏统一的标准作为指导，拆卸过程仍然是一个低效率的劳动密集型产业， 随着人们的环保意识逐渐增强，如何改进报废产品回收后进行拆卸的高效率、及 自动化已经成为目前研究的热点。 本文首先简要概括目前国内外废弃电子产品的现状以及现有的拆卸分析研究 资料，提出了可拆卸性设计是将来创新设计的发展趋势；其次基于三维建模平台， 利用二次开发功能进行二次开发，研究了拆卸信息的提取、拆卸图模型和数学模 型的建立，以及在三维环境下拆卸运动的几个关键技术，并结合实例加以说明， 主要研究内容如下： 对各种拆卸模型进行了对比分析，分析了各种模型的优缺点，在此基础上， 提出了适用本文的拆卸模型一一混合图模型，介绍了拆卸模型的定义和构建方法。 在三维环境下，利用三维软件的三维建模和二次开发支持等功能，对产品与拆卸 相关的信息进行提取。 基于混合图模型，建立数学模型，在产品多零部件的情况下，该模型也不可 避免地会产生信息组合爆炸问题，于是在原来基础上提出利用模块化混合图模型 对原先建立的模型进行简化，把产品经过模块化后处理，其拆卸模型得到极大的 简化，简化数学模型，这样更加合理，生成的序列效率高，同时避免组合爆炸问 题，可以分析零部件更多的产品，达到实用性的目的，也易于在计算机编程中的 实现。 由于本文的研究是建立于三维环境下，因此针对三维环境下产品的拆卸运动 几个关键技术作了重点研究，并且通过借助于现有的功能模块对产品进行动态拆 卸，并将整个动态拆卸中的安全可达拆卸路径记录下来，生成动态拆卸过程的回 广东i ：业大学+ r 学硕士学位论文 放并保存起来，并通过对的二次开发提取最终的拆卸路径，通过实例对所研究的 拆卸相关理论进行了验证。 本文的最后内容是关于可拆卸性设计的评价，因为拆卸不是最终的目的，而 是一种手段，所以研究可拆卸性设计的目标有如下：反馈给设计人员进行产品改 进设计；便于产品使用过程中的维护和服务；便于产品报废后可以有效地回收和 利用。可拆卸性评价是为评价产品设计方案而建立起的一套指标，包括两个方面： 一是产品结构的拆卸难易程度；另一方面是与拆卸过程有关的指标，把可拆卸设 计的指标与产品的拆卸过程相紧密结合，有益于指导产品的重新设计。 关键词：拆卸；拆卸模型；拆卸规划；可拆卸性 i i a b s t r a c t a b s t r a c t a tp r e s e n t ，t h ei n c r e a s i n g l ys e r i o u se n v i r o n m e n ta n dr e s o u r c ei s s u e so nt h e t r a d i t i o n a lm a n u f a c t u r i n gi n d u s t r i e sh a v er a i s e dan e wc h a l l e n g et ot h em a n u f a c t u r i n g s e c t o r ，n o to n l yt op r o d u c ev a r i o u sk i n d so fp r o d u c t st om e e th u m a ns u r v i v a la n d d e v e l o p m e n tn e e d s ，w em u s te n s u r et h a tt h ep r o d u c th a sag o o de n v i r o n m e n t f r i e n d l y f e a t u r e sa n dm e e t st h e s t r i n g e n t e n v i r o n m e n t a ls t a n d a r d s ，t h e r e f o r e ，c a r r y i n g d i s a s s e m b i l i t yd e s i g no nt h ep r o d u c ti st h em o s tp o w e r f u lo n eo ft h em e a n st of a c e s t h i sk i n do fc h a l l e n g e d i s a s s e m b i l i t yd e s i g nh a sb e c o m ea ni m p o r t a n tr e s e a r c ht o p i co np r o d u c tl i f e c y c l ed e s i g n h o w e v e r ，d u e t ot h el a c ko fu n i f o r ms t a n d a r d sa sag u i d e ，t h e d i s a s s e m b l yp r o c e s si ss t i l lal o we f f i c i e n c yo fl a b o r i n t e n s i v ei n d u s t r i e s ，a sp e o p l e s e n v i r o n m e n t a lc o n s c i o u s n e s ss t r e n g t h e n sg r a d u a l l y , h o wt oe n s u r et h a tt h ep r o d u c t r e c o v e r e df r o ms c r a p p e da f t e rt h ed i s a s s e m b l yb eh i g h e f f i c i e n c y ，a n da u t o m a t i o n h a v eb e c o m eah o tr e s e a r c h t h i sp a p e rb r i e f l ys u m m a r i z e dt h ec u r r e n td o m e s t i ca n df o r e i g nr e s e a r c hw i t h s c r a p p e de l e c t r o n i cp r o d u c t s ，a sw e l la sh a n d l i n gs t a t u so f d e m o l i t i o no fe x i s t i n gd a t a ， p r o p o s e dt h ed e s i g nf o rd i s a s s e m b l yw o u l db et h ef u t u r et r e n df o ri n n o v a t i v ed e s i g n t h e ni tu s e dt h es e c o n d a r yd e v e l o p m e n tf u n c t i o n sb a s e do nt h et h r e e - d i m e n s i o n a l m o d e l i n gp l a t f o r mt oe x t r a c tt h ed i s a s s e m b l yi n f o r m a t i o na n db u i l tt h ed i s a s s e m b l y m o d e l sa n dm a t h e m a t i c a lm o d e l s ，a sw e l la sd i s c u s s e ds e v e r a lk e yt e c h n o l o g i e sw i t h t h ed e m o l i t i o nc a m p a i g nb a s e do nt h et h r e e - d i m e n s i o n a le n v i r o n m e n ta n dc o m b i n e d w i t he x a m p l e st oi l l u s t r a t et h ep r o c e s s t h em a i nc o n t e n t sw e r ea sf o l l o w s ： f i r s t ，i tc o m p a r e st h ev a r i o u sd i s a s s e m b l ym o d e l sa n da n a l y z e st h ea d v a n t a g e so f t h em o d e l s ，o nt h i sb a s i s ，b r i n g sf o r w a r dt h em i x e dm o d e lf o rt h i sp a p e ra n d i n t r o d u c e st h em e t h o do fd e f i n i t i o na n dc o n s t r u c t i o n i n3 一de n v i r o n m e n t u s e st h e m o d e l i n gf u n c t i o no ft h es o f t w a r ea n dt h ef u n c t i o no fs e c o n d a r yd e v e l o p m e n ta n d s u p p o r tt oe x t r a c tt h ei n f o r m a t i o no fd i s a s s e m b l y s e c o n d ，b a s e do nm i x e dm o d e l ，i te s t a b l i s h e st h em a t h e m a t i c a lm o d e l ，b u tt h e i i i 广寒f 鲎大学l ：学酸? t 学位论文 m o d e lw i l l a l s oi n e v i t a b l yh a v et h ei s s u eo fc o m b i n a t i o no fi n f o r m a t i o ne x p l o s i o n p r o b l e mi nc a s eo ft h ep r o d u c tw i t hm a n yp a r t s ，t h e r e f o r ei tp u t sf o r w a r ds i m p l i f y i n g t h em e n t i o n e dm o d e lb ym o d u l a r i z a t i o n a f t e rp r o c e s s i n g ，i tw i l lb eam o r er a t i o n a l a n dg e n e r a t em o r ee f f i c i e n t s e q u e n c e ，w h i l e a v o i d st h ei s s u eo fe x p l o s i v eof c o m b i n a t i o n ，a tt h es a m et i m e ，i tc a na n a l y z em o r ec o m p l i c a t ep r o d u c t st oi m p r o v e t h ep r a c t i c a l i t ya n da c h i e v ee a s i l yf o rt h ep r o g r a m m i n gw i t hc o m p u t e r s t h i r d ，b e c a u s eo ft h i ss t u d yi sb u i l to nt h r e e d i m e n s i o n a le n v i r o n m e n t s oi ts e t s s o m ek e yt e c h n o l o g i e sa st h ef o c u sa n dv i at h ee x i s t i n gf u n c t i o n a lm o d u l et of u l f i l l d y n a m i cd i s a s s e m b l yf o rp r o d u c t sa n dr e c o r d st h ep o s s i b l ep a t h s ，t h e ng e n e r a t e sa r e p l a yt os a v ea n dp r o v e st h er e s u l tw i t ha ne x a m p l e 。 t h ef i n a lc o n t e n to ft h i sp a p e ri sa b o u tt h ed i s a s s e m b i l i t yd e s i g ne v a l u a t i o n ， b e c a u s ed i s a s s e m b l yi sn o tt h eu l t i m a t eg o a lb u tam e a n s ，s oo b j e c t i v e so f d i s a s s e m b i l i t yd e s i g na r ea sf o l l o w s ：b ea d v a n t a g e o u sf o rt h em a i n t e n a n c ea n dt h e s e r v i c ei nt h ep r o d u c tu s ep r o c e s s ；a d v a n t a g e o u sf o rt h er e c o v e r ya n dr e u s ea f t e r s c r a p p e d d i s a s s e m b i l i t ye v a l u a t i o ni sas e to fi n d i c a t o r se s t a b l i s h e df o re v a l u a t i n g p r o d u c td e s i g n ，i t c o n t a i n st w oa s p e c t s ：o n ep a r ti st h ed i f f i c u l t y d e g r e eo ft h e d i s a s s e m b l yo fp r o d u c ts t r u c t u r e ；t h eo t h e rp a r ti st h ed i s a s s e m b l yp r o c e s s r e l a t e d i n d i c a t o r s ，w i t ht h ep r o c e s so fd i s a s s e m b l yt ob ep r o p i t i o u st ot h er e d e s i g nof p r o d u c t s k e y w o r d s ：d i s a s s e m b l y ；d i s a s s e m b l ym o d e l ；d i s a s s e m b l yp l a n n i n g ；d i s a s s e m b i l i t y i v 独创性卢明 独创性声明 秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以 标注和致谢的地方外，论文中不包含其它人已经发表或撰写过的研究成果，不包 含本人或其它用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明，并表示了谢意。 本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期闯在导师的指导下取得的，论 文成果归广东工业大学所有。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任，特 此声明。 论文作者签字： 指导教师签字： 红研 分年多月 日 第一章绪论 i l 。1 研究背景 1 1 1 环境问题 第一章绪论 当前，我国提出了要坚定不移麴树立和落实科学发展观，提出可持续发震的 目标。因此电子产品报废后的环境保护等以及其发展问题，需要找到一条促进该 产业可持续的发展之道，除了坚持推进以企业为主体的自主创新发展模式外，也 要高瞻远瞩邈看到了电子产韭迅速发展带来的电子产品垃圾污染的环境保护问 题，当前电子产品垃圾已经成为影响环境保护的重要因素。 据统计，美国目前每年产生电子产品垃圾高达7 0 亿8 0 亿吨。德囡每年产 生电子垃圾1 8 0 万吨，法国为1 5 0 万吨，整个欧洲约6 0 0 万吨。曩本每年疲弃家 电18 0 0 万台，重量在6 0 万吨。中国每年有1 5 0 0 万台左右的彩电、空调等大家电 报废，另有上千万部手机被淘汰。 电子垃圾处理不当危害极其严重，特别是常见的电视、电脑、手机、音响等 电子产品，含铅、镉、水银、六元铬、聚氯乙烯塑料、溴化阻燃剂等大量有毒有 害物质，。 这些废弃的电子产l 露l 壹接对环境产生污染之终，如果对其霉收处理不当还会 对环境产生二次污染，但是合理的处置则可以得到丰富的可回收物资，因此为使 电子垃圾回收处理走规模化、科学化和无害化的发展道路，许多国家和地区的政 府和专家已经开展研究毫子垃圾回收再利用的课题。 1 1 2 国内外回收处理现状 探讨电子凌料的隧收工艺，对其进行再赘源羹二，是解决资源耗竭和环境恶化 问题的重要措施，也是实现电子工业可持续发展的重要内容。目前各国政府、企 业和学术机构都投入了大量人力、物力和财力进行这方面的研究工作。 广东一i ：业大学一r 学硕： = 学位论文 1 1 2 1 发达国家处理方法 德国在电子垃圾处理方面走在了欧盟的前列，它利用各市区直属的市政企业 对电子垃圾进行回收，提供网络化服务，上门为消费者收集废旧电器。德国规定， 在任何一天都可以将电器垃圾扔到指定地点，然后由有关部门统一运走。政府计 划在全国设立1 0 0 个分检站，以便把回收的电子分别送回工厂，重新加工改造， 形成电子垃圾产业链。 日本高度重视电子垃圾的处理问题。2 0 0 1 年3 月3 0r ，日本电子工业振兴 协会颁布了2 0 0 5 年度关于生产厂家处理废旧电脑和废旧显示器应达到的平均再 利用目标。该目标规定，再利用的零件类和二次资源化的材料应达到回收重量的 6 0 。目前，日本的制造商已经开始研究回收方案，其中大部分将采用通过快递 公司回收的方式，而回收及再利用所需的费用则可能由用户负担。 美国是世界上最大的电子产品生产和消费国，同时也是电子垃圾的最大制造 国。美国对电子垃圾的早期处理方法是掩埋和焚烧。大量的废旧电脑等电子垃圾 被埋到填埋，成为环境的潜在威胁。近年来，由于公众反对的呼声日益增高，美 国开始禁止填埋废旧电脑等电子垃圾。美国联邦环保总署把废旧电脑定为“有广 泛毒害的废料”，要求各州在两年内对其进行管制。美国已建立了几个废旧电脑回 收中心，将废旧电脑回收利用。其处理过程首先是整机或部件的再利用，然后对 不可用部件进行分拆，塑料、金属、玻璃分类，最后进行熔炼n ，。 1 1 2 2 知名企业处理方法 i b m 公司2 0 0 3 年处理废旧电子产品5 8 8 万吨，填埋率只有1 6 2 ，这要归 功于i b m 公司对大量的再利用零件采取了再制造措施和部件回收及材料分类处 理措施，如图卜l ，。 2 第一章绪论 循环利用的材料- 1 1 1 有害 性材料环保工艺 纠奄 称酣催黝率甜她废乏孑嚣计， 图卜1i b m 公司的产品循环模式 f i g 1 lp r o d u c t sc y c l ep a t t e r ni ni b m 产品环境性设计是惠普产品环境性战略的基石。早在十多年前，惠普就启动 了“面向环境设计 ( d e s i g nf o re n v i r o n m e n t ) 计划，以降低对环境的影响为产品 设计原则，使用更少的材料、提高能源效率以及采用更便于回收的设计。早在欧 盟w e e e 和r o h s 法令出台之前，惠普就基本完成了对产品环境性设计，安全使 用和无害回收方面的革新，目前惠普的全部产品都已经符合r o l l s 标准，。 d e l l 的资产恢复服务( a s s e tr e c o v e r ys e r v i c e ) 旨在依照各项环保法规协助企 业及机械客户口对老旧的硬件设备进行卸除、翻新或回收。含有两项服务：1 价 值恢复服务：d e l l 为企业机构内无用的计算机设备进行包装、运输和测试。如 果设备的功能和外观符合相关要求，d e l l 将把它作为二手设备重新销售，并将 销售价值返还给客户。2 回收服务：d e l l 将收集没有转售价值的设备，并交给 回收合作伙伴进行妥善处理。这些将依照d e l l 的标准以对环保负责的方式进行 回收h ， e p s o n 早在2 0 0 1 年公司就在中国多个城市建立了耗材回收网点，专职负责 当地的打印耗材回收工作。把耗材回收这只是第一步，之后所有回收耗材都要集 中运送到指定的委托处理企业实施环保处理，经过一整套系统的再资源化流程， 对其进行整体拆卸。整个过程严格按照环保要求进行，避免二次污染，使资源获 得安全合理的再生”，。 产品淘汰废弃速度越来越快，而且产品更新换代也越来越快，一方面造成资 源和能源的过度消耗，另一方面又造成严重的环境污染。为了改善这种状况，实 现可持续发展，世界各国制定了各种法律法规来约束企业的生产和经营活动，实 现保护环境、节约资源和能源的目的。 广东t 业大学l ：学硕十学位论文 1 1 3 环境立法 1 1 3 1 发达国家的针对电子垃圾处理的法规 德国是在欧洲最早关注电子垃圾管理的国家，于19 9 1 年7 月颁布了“电子废 弃物法规”，1 9 9 2 年起草了关于防止电子电器产品废弃物产生和再利用法草案， 1 9 9 6 年德国公布更为系统的循环经济和废物管理法。 1 9 9 0 年以来，日本环境政策的焦点主要集中在对各种废弃物的回收和再生处 理方面，围绕这一主题，制定并颁布实施有7 部相关的法律，这些法规成为后来 建设循环型社会的基础。日本2 0 0 0 年颁布的家用电器再生利用法规定制造商 和进口商负责自己生产和进口产品的回收和处理。家用电器回收法强制规定家 电生产厂家必须承担家电回收的责任1 。 2 0 0 3 年2 月欧盟颁布了w e e e 指令即废弃电子电气设备指令和r o l l s 指 令即关于在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令。w e e e 指令规定：自 2 0 0 6 年1 月1 日起，欧盟市场上流通的电子电气设备的生产商( 包括其进口商和 经销商) ，必须在法律意义上按其产品所占市场份额的比例，承担支付自己报废产 品回收费用的责任，并对今后投放欧盟市场的电子电气产品加贴回收标识；r o l l s 指令则要求：2 0 0 6 年7 月1 日以后，投放欧盟市场的电子电气设备中的铅、汞、 镉、六价铬、聚溴联苯和聚溴联苯醚等6 种有害物质含量不得超过规定限值，该 指令涵盖的产品包括大、小型家电、i t 及通讯仪器、照明器具等1 0 大类近2 0 万 种。因该两项指令设置的目的在于保护环境和人类健康，以及促进资源的回收利 用，故又被称为“双绿”指令。这两项指令属于法律，无法通过w t o 争端解决 机制要求欧盟撤销或改变 ，。 1 1 3 2 中国针对电子垃圾处理的法规 我国政府已经意识到电子电器废物对环境的危害，为积极推动电子电器废物 的无害化、资源化处理，制定了一系列相关的法规。信息产业部电子信息产品 生产污染防治管理办法，对电子产品从生产到回收进行了规定，国家发展与改革 委员会制订了关于建立废旧家用电器回收利用体系工作方案，组织制定废旧 家用电器回收利用管理办法、家用电器安全使用年限和再利用通则，并于2 0 0 3 4 第章绪论 年1 2 月将浙江省、青岛市确定为国家废 蜀家电及电子产品回收处理体系建设试点 省市。 另外，为了从源头控制家用电器与电子产品的废弃量，控制其在回收利用过 程中的环境污染，国家环保总局、科技部、信息产业部、商务部联合发梅了废 弃家用电器与电子产品污染防治技术政策船，。 可以看出，随着电子产品工业的迅速发展，特别要求我囡制造业为了能在国 际上争取产品准入环境要求严格的圆家，需要在产晶的环保性以及生命周期中加 以特别地考虑。 1 。1 。4 电子垃圾的两面性 一方面，电子垃圾中含有铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯和多溴二苯醚等大 量的有害物质，回收利用或者处置不当，除了对水、空气、土壤和动植物造成污 染外，还会形成一条危煮人体健康以及生命安全的污染链。两另一方面，如果处 理得当，将是一笔不小的财富。电子电器中有许多有用且有经济价值的资源，如 铜、铝、铁以及各种稀贵金属、玻璃和可供回收利用的塑料等。 1 。i l 。4 。 有害麓一面 以电脑为例，一台电脑的制作材料中所含金属、有机物和玻璃超过几十种， 其中包括锈、镢、镉、汞、炭粉、阻燃裁等高度危害人身健康的物质，如果回收 处理过程不当，上述重金属及难以降解的高分子类物质将对河流、地下水、土壤、 空气产生恶劣的影响，对我们生存的大自然带来危害。 据有关资精显示“，电视机显像管含有易爆炸疲物；电视荧光屏含汞；阴极 射线管、印刷电路板上的焊锡和塑料外壳等都是有毒物质；电冰箱的制冷剂c f c 和发泡剂c f c 能破坏臭氯层；每一台电视机或电脑显示器中平均含有0 11 0 2 3 k g 铅，瑟错一显进入土壤会严重污染水源，最终将危害人类、动植物。通常制造一 台个人电脑需要耗用7 0 0 多种化学原料，而这些原料一半以上对人体有害。如一 台1 5 英寸的c r t 电脑显示器就含有镉、汞、六价铬、聚氯乙烯塑料和溴化阻燃 荆等有害物质；电视枫、电冰箱、手机等电子产品也都含有锻、铬、汞等璧金属， 如机壳塑料和电路板上含有溴化阻燃剂；显示器、显像管和印制电路板里含有以 5 广东1 ：渣大学：【学琰士学佼沦交 硅酸盐形式存在的铅元素；电路板上的焊料为铅锡合金、半导体、s m d 电阻、电 池和电路板中含有镉；_ 悉铁质机箱、磁盘驱动器中含有铬；开关、磁盘驱动器和 传感器中含有汞，电池中含有镍、锂、镉和熟它金属，电线和包装套含有聚氯乙 烯等等- 。 1 1 4 。2 变废为宝 而电子垃圾中含有大量可回收利用的聚酯、塑料、玻璃、稀有贵重金属等资 源，国外有关研究表明“，1 吨随意收集的电子扳卡中可以分离出1 2 9 8 4 k g 铜、 0 4 5 4 k g 黄金、1 9 9 8 k g 锡。用循环经济手段，可以消除污染，变废为宝，实现经 济利益和环境利益双赢。而运用科学技术手段将电子垃圾无害化处理，变废为宝， 就是电子环保。 1 吨随意收集的电子板卡中，可分离出2 8 6 磅铜、l 磅黄金、4 4 磅锡，仅l 磅黄金的价值就是6 0 0 0 美元。美圈、德国等因家的电子垃圾回收经验表明：电子 垃圾回收已经成为盈利型和技术密集型的“黄金产业”。彘予贵金属具有稀有、难 提炼和高价值的特性，若从电子垃圾中提取回收这些贵金属，不仅可节省有限的 自然矿产资源，还能获取可观的经济效益n 。 堡是誉前，由予缺乏科学指导，对电子墟圾的拆卸隧收一般是手工完成，特 别是广东浙江等沿海地区，把国外废弃的垃圾分捡，提取有价值的产品，把没有 经济效益的垃圾直接废弃，造成当地非常严重的环境污染，因而找寻一条能够科 学遗处理电子垃圾的方法是解决如此庞大垃圾问题的迫切方法。 1 1 5 对电子垃圾的一般处理方法 产品报废回收惑，冒翦常用的处理方法主要有热处理法、化学处理法、枫械 物理分离法等。 。1 5 。 热处理法 1 焚化法，焚化法处理流程是先将废弃电子产品经机械破碎至2 5 4 5 0 。8 m m 大小后，送入一次焚化炉中焚烧，将所含约4 0 的树脂分解破坏，使有机气体与 固体物分离，剩余残渣即为裸露的金属及玻璃纤维，经粉碎后即可送往金属冶炼 6 第一章绪论 厂进行金属回收，有机气体则送入二次焚化炉进一步燃烧处理。2 裂解法，利用 热解将废弃p c b 热裂解，回收可燃油气及金属物质。热裂解是在缺氧的环境下， 将有机物质置于密封容器中，在高温高压、高温低压或常压下，使有机物质加热 ( 通常是3 5 0 。c 9 0 0 。c ) 分解，转换成油气利用。裂解后废弃p c b 中胶结的有机 物分解、挥发，其它各组分成单离状态，易于用简单的粉碎、磁选、涡电流分选 等方法将其分选回收，。 1 1 5 2 化学处理法 1 酸洗法，酸洗法回收废弃p c b 中金属的过程，是将含贵金属的废弃p c b 以强酸或强氧化剂处理，得到贵金属的剥离沉淀物，再分别将其还原成金、钯等， 含有高浓度离子的废液则可回收硫或电解铜。2 溶蚀法，溶蚀法主要用于回收含 贵金属的接点、合金底材。将废弃p c b 置于氯化溶蚀液中，在适当的氧化还原电 位值控制下使底材溶蚀，但贵金属则不溶，因此可以将其回收，溶蚀后母液再用 氯气氧化，氯化溶蚀液循环使用，最后加以处理使尾液合乎排放标准。但多层板 需经破碎处理后再溶蚀，其内层面的溶蚀效率较低。3 电解法，电解提取是向金 属盐的水溶液中通过直流电而使其中的某些金属沉积在阴极的过程。即将废弃电 ( 线) 路板磨碎，采用酸溶过滤，在电解槽中提取各种金属。电解提取不能使用 大量试剂，对环境污染少，但需要消耗大量电能，。 1 1 5 3 机械物理分离法 废旧电子产品中的金属材料都具有较大的韧性，而非金属材料( 大约占 8 0 9 0 ) 都具有脆性。机械物理处理方法就是根据其所含材料的不同物理性能 进行分选，并已经广泛采用了原料加工行业中已比较成熟的破碎和分选技术。破 碎的目的使废旧电( 线) 路板中的金属与非金属解离以及得到满足后续作业要求 的物料粒度；分选是回收工艺中的关键，目的是实现金属与非金属的分离，进而 使其中的各种材料完全分开。 1 1 5 4 拆解法 传统的拆解操作一般由手工完成，在可能的情况下使用机械设备辅助。近年 广东一 业大学上学硕士学位论文 来，电子废弃物处理设备的机械化及自动拆解技术正成为拆解研究发展的热点， 如线路板的自动拆解方法。采用浴洗或热空气加热等方法熔化焊锡，再用真空央 或机器人拆除线路板表面元器件。采用化学或机械等非热技术拆除线路板表面元 器件的技术，。 日本n e c 公司开发了一套自动拆卸废电路板中电子元器件的装置。这种装置 主要利用红外加热和两级去除的方式( 分别利用垂直和水平方向的冲击力作用) 使穿孔元件和表面元件脱落，不会造成任何损伤，然后再结合加热，冲击力和表 面剥蚀技术，使电路板上9 6 的焊料脱焊，用作精炼铅和锡的原料。 德国的f a p s 研究出废电路板的自动拆卸方法，主要采用与电路板自动装配 方式相反的原理进行拆卸，先将废电路板放入加热的液体中融化焊料，再用一种 s c 2 c a r a 机械装置根据构件的形状分检出可用的构件。 i b m 公司早在1 9 9 4 年建成了一条废弃信息设备再利用及拆解生产线，3 年间 共处理了7 0 0 0 万磅废弃设备及部件。 可以说手工拆卸法是目前比较有效的回收处理方法，但是由于缺乏理论指导 和机器的辅助，使得拆卸效率低下，无法实现高回收性的自动拆卸，因此，研究 产品的可拆卸性设计是使得提高产品拆卸效率的有效方法。 1 2 国内外拆卸研究现状 随着环保法律法规的陆续出台，世界上许多知名的企业开始关注产品的环保 性问题。例如，惠普公司是业界第一个提出“全面客户体验 的厂商，将环保理 念贯穿在产品的整个生命周期中。一个产品的环保性能大部分取决于设计阶段。 惠普公司一直努力令所设计的产品安全且合乎环境要求。惠普公司的环境性设计 f d f e ) 产品专员与产品设计和研发团队积极配合，负责确定、挑选和推荐环保设 计创新与改进方法，使产品更易于拆卸和回收，。 戴尔对于环境保护的承诺贯穿于产品设计到产品退役的整个产品生命周期 内，从设计、生产到客户使用和最终的回收。戴尔公司已满足欧盟针对欧盟地区 所售产品的使用有害物质限令的要求，并计划将这一要求推广至戴尔的全球产品 线之中1 。 另外，在欧美等发达国家，许多高校的专家和学者在拆卸研究领域开展得比 8 第一章绪论 较早，在拆卸回收的理论研究方面取得了一定的进展。比如，在拆卸回收模型和 方法方面作研究的有： d e w h u r s tp “叫主要是研究了模型和面向拆卸设计( d f d ) 、面向维修设计( d f s ) 、 面向装配设计( d f a ) 之间的关系，指出了拆卸的便利性和装配效率之间可能发生 的冲突。 k u u v a 和a i r i l a t 提出了可行的回收策略，和一些利于改善拆卸性能的通用设 计准则。 s h y a m s u n d a r 引从几何学角度分析了零件的拆卸方向，并以拆卸方向为衡量准 则生成了最优拆卸序列。 z h a n g 和k u o 刚在图形理论基础上，提出了零部件一连接件图来分析产品的 装配关系，把拆卸序列的规划问题转换成为图形搜索问题，通过解决该图形搜索 问题，决定拆卸何时终止并生成拆卸序列。 s i d d i q u e 和r o s e n t ”，将交互方式与自动方式联合起来，使用虚拟原型技术生成 完整的拆卸过程。 a j d l a m b e r t 8 ，提出基于二元混合线性规划方法，可用于扩展a n d o r 图形 法，满足产品复杂性的逐渐增加，并且研究产品增加复杂度和约束数量。 l a n g e l l a ，i a nm “9 1 认为翻新( g o o da sn e wp r o d u c t ) 定义成为需求一驱动拆 ( d e m a n d d r i v e nd i s a s s e m b l y ) ，也就是对于产品通过拆卸获取需要的零部件。 r u u dh t e u n t e r 他州提出一种随机动态规划算法用于决定产品拆卸优化和回收 策略。该算法从两个方面规纳k r i k k e 的方法，一是拆卸过程必须多样化；第二， 可以进行选择性拆卸。 在拆卸回收评价方面作研究的有： s i m o nc 2 提出了一套评价指标，用来评价产品设计的可回收性能的，包括材料 的类型、零件分离的方便性和有效性、产品设计的复杂程度。v e r g o w 和b r a s t 2 2 一 提出了一个关于产品拆卸难度的评价方法。i s i l i i 川提出了关于拆卸回收分组的产 品设计概念。考虑的主要因素有：材料的相容性、机械连接方式和处理方式等。 s r i n i v a s a n 妇和s h y a m s u n d a r 提出了一个d f d 的框架，并以零部件的可达性、重 量为变量进行量化评价，以选择最佳的拆卸序列。 v i s w a n a t h a n ，s h i v a k u m a r m ，在产品结构对于产品报废后拆卸回收产生的影响 方面作研究。他认为在产品制造过程中要注重产品拆卸问题，特别是它内部的结 9 广东l ：业大学一r 学硕士学位论文 构安排，而目前的方法还没有达到这么严格，尽管困难重重，研究产品结构对 d f d ( d e s i g nf o rd i s a s s e m b l y ) 的影响对于发展e o l ( e n do fl i f e ) 拆卸有着重要作 用。 国内的研究由于起步较晚，并且受各方面条件的制约( 如研究条件、国民意 识、企业参与程度等) ，从总体上说，相关工作的水平还比较低，尤其不足的是所 涉及到的理论和分析结果的应用水平较差。 国内主要是一些高等院校和研究所对拆卸相关理论作了较深入的研究。合肥 工业大学刘光复、刘志峰、刘学平t 2 e - 2 7 1 针对在产拆卸序列生成过程中因零件数目过 多面造成的组合爆炸问题，提出了一种基于模块化思想的拆卸序列生成方法；建 立了模块化产品拆卸模型；自动生成了产品的层次网络图；并针对层次网络图进 行了优先约束分析；而且在1 9 9 3 年就开始对产品的可拆卸性设计，拆卸序列算法 及其优化，可拆卸性评价，回收等进行了研究。 清华大学李方义、段广洪、汪劲松、向东他”o | 等对产品拆卸序列规划研究中， 利用蚁群算法，即蚂蚁的一条遍历路径代表一个描述产品元件拆卸的方案；蚂蚁 已经遍历过的路径上代表可行操作的节点数决定了其的信息素。 重庆大学刘飞、陈晓慧、张华，采用模糊推理p e t r i 网建立了产品拆卸路径 决策模型，使得它在产品拆卸过程规划中具有很强的并行处理能力，可以根据产 品在拆卸过程中零部件的信息对每一步操作做出适时的智能化决策。 上海交通大学禁建国、倪俊芳 34 - 3 6 1 等对轿车的拆卸回收，针对汽车开展了可回 收绿色设计技术研究，为绿色设计技术中的可拆卸设计技术的实施提供了依据。 南京航空航天大学7 ，在拆卸序列优化方面，提出建立装配体的干涉一自由矩 阵，作为描述其结构的数学模型。其次，运用遗传原法原理，提出面向装配体拆 卸序列自动生成及优化的计算模型。依据初始输入的若干具有最少的换向次数为 优化目标。 福建工程学院的江吉彬n 圳在解决拆卸序列规划理论算法存在的求解空间过大 的问题，提出一种基于工程语义信息的规划算法。该算法借助装配约束条件、拆 卸干涉善等工程信息，实施产品拆卸顺序生成和路径推理，直接排除从工程角度 不可能的拆卸序列，达到缩减求解空间的目的。 总的来 兑，国内外的研究还处在摸索阶段，各种研究五花八门，没有形成较 为系统的理论方法，在实用性方面还较为欠缺。而且没有与设计软件良好地结合， 1 0 第章绪论 因为目前产品的设计一般是通过三维c a d 软件实现，包括制造阶段。这样不能 有效地把拆卸结合到产品全生命周期过程一一设计、制造、使用、回收、拆卸， 而不能实现闭环设计。 1 3 论文的主要研究内容 本文重点论述在拆卸建模和拆卸路径规划部分。考虑到在三维环境下进行研 究，可以使得研究更加直观，较强的操作性，实用性好，以及同时可以实现与设 计、制造、回收等研究的信息集成与反馈。 本文研究的目标是在三维环境下，利用三维软件强大的三维建模和二次开发 功能，对产品与拆卸相关的信息进行提取，提取到的相关零部件之间的配合约束 数目、类型、部件与部件以及部件与零件之间的层次关系等相关信息，对产品进 行拆卸序列规划和拆卸路径规划，并通过实例，对所研究的拆卸相关理论进行了 验证。 本文的主要研究内容包括以下几个方面： 1 模型的建立拆卸模型的生成与评价是面向拆卸研究的关键技术，根据产 品拆卸研究所需要的信息，可以从模型中提取零部件之间的配合约束数目、类型、 装配作用力的方向，部件与部件以及部件与零件之间的层次关系等相关信息，并 且建立数学模型。 2 基于混合图的选择性拆卸模型该模型描述了零件间的接触连接关系和非 接触优先关系。优化混合图模型，提出以模块化混合图模型，建立产品新的拆卸 模型和数学模型，以达到简化目的，可以有效解决信息组合爆炸问题，也可以求 解多零件产品拆卸问题。 3 拆卸规划根据三维拆卸的特点，所要拆卸的零部件可以在三维空间中移 动或转动。主要研究在拆卸运动过程中，需要的涉及到的几个关键技术，包括物 体在三维空间中的表达方法、拆卸方向以及拆卸运动中的干涉检查。 4 研究产品的可拆卸性评价包括产品结构的拆卸难易程度和与拆卸过程有 关的指标，这些指标都可以反馈评价信息给设计环境，建议修改影响产品拆卸性 能的相关设计，并可以指导产品的拆卸过程。 第二章产品拆卸模型 第二章产品拆卸模型 2 1 产品拆卸相关信息 1 a s s e m b l yb o m ( b i l lo fm a t e r i a l ) ，即产品物料清单。设计人员按照产品 功能等要求确定设计属性，包括设计寿命、材料种类、结构、尺寸、体积、重量 以及与产品有关的其它整体相关信息；以及包括零件的物理参数。 2 a s s e m b l yd a t a ，即产品装配关系清单，包括产品零部件间的装配方法， 以及将用到的拆卸方法和拆卸方向等。 3 m a t e r i a ld a t a ，即材料信息。一个产品是要用到多种材料，理清零部件的 材料信息，直接引导回收后拆卸方式和拆卸方法。它包括材料回收方式、材料相 容性等。 4 a s s e m b l yt o o ld a t a ，拆卸过程信息，拆卸中要用到的拆卸工具信息，因 为针对不同的产品，其装配或者联接的方式不同，就要利用到多样化的拆卸工具。 5 e n v i r o n m e n td a t a ，环境信息。它是指产品本身或者或者在拆卸过程中对 环境的影响以及特殊的拆卸问题等，由于现在制造对环保的严格要求，所以在做 拆卸规划中，必须要考虑到这一点信息n ”，。 有关产品信息、装配信息及其拆卸过程中所涉及到的信息是非常复杂的，但 是在本文中，就把所有信息分类成上述五种，这样的分类方法有利于下一步的拆 卸序列生成和拆卸规划。信息与拆卸规划表达关系如图2 一l ： 图2 1 拆卸相关信息 f i g 2 1c o r r e l a t i v ei n f o r m a t i o nf o rd i s a s s e m b l y 广东工业大学工学硕士学位论文 2 2 信息的提取 2 2 1 部件层信息 在c a t i a 目录树中，关于部件的名称，包括产品( 部件、子装配体) 和零 件的名称，在c a t i a 系统中部件名称含有两个，一个是部件实例名称，一个是 产