基于工業(yè)設(shè)計(jì)的干擾床分選機(jī)方案比選和評(píng)價(jià)*

張銀川

(中煤科工集團(tuán) 唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012)

0 引言

我國(guó)現(xiàn)有煤炭洗選設(shè)備在自主創(chuàng)新、利用效率、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、信息化程度等方面與世界先進(jìn)水平存在一定差距。在制造過(guò)程中，將工業(yè)設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)制造業(yè)相結(jié)合，加快信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合，實(shí)現(xiàn)煤炭產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)[1]，已成為急需解決的問(wèn)題。

近年，工業(yè)設(shè)計(jì)服務(wù)的對(duì)象呈現(xiàn)復(fù)雜化和大型化的趨勢(shì)，大型重工業(yè)機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)為工業(yè)設(shè)計(jì)研究和實(shí)踐帶來(lái)了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。因此，在工業(yè)設(shè)計(jì)理念和方法指導(dǎo)下，對(duì)洗選設(shè)備進(jìn)行探索，進(jìn)而對(duì)大型重工業(yè)機(jī)械設(shè)備產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行思考，對(duì)煤炭行業(yè)和制造業(yè)都極具現(xiàn)實(shí)意義[2]。

1 設(shè)計(jì)方案比選和評(píng)價(jià)模型

根據(jù)T-W-M相關(guān)性準(zhǔn)則建立評(píng)價(jià)模型，突出技術(shù)因素對(duì)產(chǎn)品功能滿足性的主要作用，從而使技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、人為因素三者在評(píng)價(jià)模型中的權(quán)重分別為40%、30%、30%。技術(shù)方面，重點(diǎn)突出技術(shù)功能性的重要程度，賦予其技術(shù)因素中25%的權(quán)重，剩余75%由加工工藝及材料12.5%、裝配結(jié)構(gòu)關(guān)系12.5%、維護(hù)和改造升級(jí)10%、安全性能12.5%、運(yùn)輸便利性7.5%、人機(jī)工程學(xué)10%和創(chuàng)新10%構(gòu)成。

經(jīng)濟(jì)方面，時(shí)間、成本與全壽命周期管理構(gòu)成經(jīng)濟(jì)因素評(píng)價(jià)的三個(gè)要素,各占1/3的權(quán)重。

人為方面，人類工程學(xué)、社會(huì)學(xué)和心理學(xué)、美學(xué)各占人為因素1/3的權(quán)重。其中，社會(huì)學(xué)與心理學(xué)中包含政策導(dǎo)向10%、市場(chǎng)導(dǎo)向10%、用戶情感13.3%；美學(xué)中包括產(chǎn)品概念特征、產(chǎn)品語(yǔ)義、審美原則、簡(jiǎn)化原則、多維與多媒，各占6.7%。根據(jù)上述權(quán)重關(guān)系，建立百分制評(píng)價(jià)模型。

2 干擾床分選機(jī)設(shè)計(jì)方案的試驗(yàn)參數(shù)

2.1 干擾床分選機(jī)設(shè)計(jì)方案

根據(jù)干擾床分選機(jī)初步設(shè)計(jì)和細(xì)化設(shè)計(jì)，可以得到三種設(shè)計(jì)方案，其設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 干擾床分選機(jī)三種設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì)參數(shù)

2.2 試驗(yàn)方法步驟

該研究考察不同設(shè)計(jì)方案對(duì)煤泥顆粒的分級(jí)分選性能，考察指標(biāo)為取樣煤泥的粒級(jí)產(chǎn)率和干燥基灰分。試驗(yàn)方法步驟如下：

(1) 原煤泥篩分試驗(yàn)。

(2) 根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)值運(yùn)行。

(3) 等運(yùn)行穩(wěn)定之后取樣，取樣內(nèi)容包括：分選機(jī)溢流、底流煤樣，取樣間隔20 min～30 min，連續(xù)取樣4 h。

(4) 對(duì)所取煤樣進(jìn)行篩分試驗(yàn)。

2.3 干擾床分選機(jī)試驗(yàn)參數(shù)

對(duì)原煤泥進(jìn)行篩分試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 原煤泥篩分試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)TBS分選機(jī)的溢流煤泥進(jìn)行篩分試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 分選機(jī)溢流篩分試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)TBS分選機(jī)的底流煤泥進(jìn)行篩分試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 分選機(jī)底流篩分試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表3和表4可知，分選機(jī)溢流產(chǎn)率和底流產(chǎn)率隨粒級(jí)的減小先增大后減小。粒級(jí)大于0.250 mm各粒度區(qū)間溢流煤泥產(chǎn)率大于底流煤泥產(chǎn)率，粒級(jí)小于0.250 mm各粒度區(qū)間溢流煤泥產(chǎn)率小于底流煤泥產(chǎn)率。這表明煤泥中顆粒大密度小的煤顆粒進(jìn)入分選機(jī)溢流成為精煤；顆粒小密度大的矸石顆粒進(jìn)入TBS分選機(jī)底流成為中煤，三個(gè)方案均實(shí)現(xiàn)了煤泥的按密度分選。方案一溢流煤泥灰分10.63%(精煤)，底流煤泥灰分29.38%(中煤)，根據(jù)灰分平衡法則計(jì)算得精煤產(chǎn)率為68%；方案二溢流煤泥灰分10.72%(精煤)，底流煤泥灰分30.14%(中煤)，根據(jù)灰分平衡法則計(jì)算得精煤產(chǎn)率為70%；方案三溢流煤泥灰分10.03%(精煤)，底流煤泥灰分29.36%(中煤)，根據(jù)灰分平衡法則計(jì)算得精煤產(chǎn)率為66%。

3 設(shè)計(jì)方案比選和評(píng)價(jià)結(jié)果及分析

3.1 設(shè)計(jì)方案比選和評(píng)價(jià)

根據(jù)評(píng)價(jià)模型中涉及的各細(xì)分影響因素，通過(guò)多因素綜合評(píng)分法進(jìn)行評(píng)分(0～5分)，方案一、二、三的評(píng)分結(jié)果如下：

技術(shù)功能(4，5，4)分，加工工藝及材料(4，4，5)分，裝配結(jié)構(gòu)關(guān)系(4，4，5)分，維護(hù)和改造升級(jí)(2，3，4)分，安全性能(5，5，5)分，運(yùn)輸便利性(4，5，4)分，人機(jī)工程學(xué)(2，4，3)分，創(chuàng)新(2，3，3)分，時(shí)間(4，3，3)分，成本(3，4，4)分，全壽命周期管理(2，4，3)分，人類工程學(xué)(3，4，3)分，政策導(dǎo)向(5，4，4)分，市場(chǎng)導(dǎo)向(4，5，5)分，用戶情感(4，3，3)分，產(chǎn)品概念特征(3，4，3)分，產(chǎn)品語(yǔ)義(3，4，3)分，審美原則(3，3，2)分，簡(jiǎn)化原則(4，5，4)分，多維與多媒(1，3，2)分；三個(gè)方案的綜合得分分別為66.4分、79.4分、74.8分。

3.2 設(shè)計(jì)方案比選和評(píng)價(jià)結(jié)果分析

根據(jù)干擾床分選機(jī)的設(shè)計(jì)方案比選和評(píng)價(jià)的指標(biāo)評(píng)分結(jié)果，可知：

(1) 三個(gè)方案的安全性能都滿足要求。然而，在創(chuàng)新上都有所欠缺，方案一尤為突出，表明在初步設(shè)計(jì)階段提出的想法不夠發(fā)散或可實(shí)行性較低；在審美原則上都是不足的，方案三尤為突出，表明產(chǎn)品形態(tài)上的多樣性與統(tǒng)一性、對(duì)稱性與均衡性、材質(zhì)-造型-色彩的調(diào)和性中的某一個(gè)或某幾個(gè)方面與設(shè)計(jì)要求相差較遠(yuǎn)；在多維與多媒上也都是評(píng)分比較低的，方案一尤為突出，表明三維視覺(jué)形態(tài)提供的感官感受(包括但不限于視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué))效果并不理想。

(2) 方案一的時(shí)間、政策導(dǎo)向、用戶情感上是評(píng)分比較高的，表明所耗用時(shí)間的經(jīng)濟(jì)效益較好；符合國(guó)家所倡導(dǎo)和鼓勵(lì)的研究方向，有利于獲得政策惠利；有合理可行的用戶關(guān)系維護(hù)和售后(定期進(jìn)行用戶訪問(wèn)、收集用戶反饋資料和設(shè)備運(yùn)行信息等)計(jì)劃，有利于增強(qiáng)用戶對(duì)品牌的信賴程度和用戶粘性。

(3) 方案二的技術(shù)功能、運(yùn)輸便利性、人機(jī)工程學(xué)、成本、全壽命周期管理、人類工程學(xué)、市場(chǎng)導(dǎo)向、產(chǎn)品概念特征、產(chǎn)品語(yǔ)義、簡(jiǎn)化原則上是評(píng)分比較高的，表明能夠達(dá)到較好的分選效果，且便于安裝、拆卸和運(yùn)輸；與此同時(shí)，在設(shè)計(jì)時(shí)還考慮了人的勞動(dòng)生理特征和人體測(cè)量參數(shù)，對(duì)需要進(jìn)行人工操作的地方進(jìn)行了人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)；在三個(gè)方案中成本最低，實(shí)現(xiàn)了用最低的成本達(dá)到要求的技術(shù)功能這一目的，并進(jìn)行了產(chǎn)品的全壽命周期管理，關(guān)注了產(chǎn)品“設(shè)計(jì)-生產(chǎn)-使用-報(bào)廢”的整個(gè)過(guò)程中產(chǎn)品的價(jià)值，符合經(jīng)濟(jì)效益的比選原則；考慮了在實(shí)際使用過(guò)程中，設(shè)備與人體、環(huán)境的關(guān)系，在對(duì)操作人員會(huì)產(chǎn)生不良影響的方面都進(jìn)行了優(yōu)化，如噪聲、粉塵、誤操作等；通過(guò)與同類產(chǎn)品同樣的功能和更低的價(jià)格比較，在市場(chǎng)上更受用戶的青睞，符合市場(chǎng)導(dǎo)向比選原則；在產(chǎn)品外觀造型上，通過(guò)沿用品牌特征和系列產(chǎn)品特征，營(yíng)造品牌優(yōu)勢(shì)和產(chǎn)品系統(tǒng)概念，凸顯專業(yè)性，其次，通過(guò)色彩、形態(tài)、肌理等方面的產(chǎn)品語(yǔ)義設(shè)計(jì)凸顯產(chǎn)品功能性(如警示使用紅色，觸摸的按鈕使用親膚且耐臟材質(zhì)等)和美觀性(如通過(guò)色彩搭配削弱厚重感等)等產(chǎn)品特征，并且通過(guò)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化不必要的造型，保持了產(chǎn)品整體的簡(jiǎn)潔和完整性，故而，方案二在美學(xué)的產(chǎn)品概念特征、產(chǎn)品語(yǔ)義和簡(jiǎn)化原則三個(gè)方面都是完成得較好的。

(4) 方案三的加工工藝及材料、裝配結(jié)構(gòu)關(guān)系、維護(hù)和升級(jí)改造、成本、人類工程學(xué)、市場(chǎng)導(dǎo)向指標(biāo)上是評(píng)分比較高的，表明在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了加工條件和材料的性質(zhì)，能夠通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化加工工藝，在裝配方面也進(jìn)行了充分的考慮，擁有較合理的裝配結(jié)構(gòu)，從而也為設(shè)備維護(hù)和升級(jí)改造提供了便捷，有完整的維護(hù)和升級(jí)改造計(jì)劃，為用戶的增值服務(wù)提供了可能；整體成本也是較低的，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)上具有優(yōu)勢(shì)；同時(shí)在設(shè)計(jì)過(guò)程中關(guān)注了用戶的使用環(huán)境和操作方式，并進(jìn)行了這方面的設(shè)計(jì)。

綜合以上對(duì)三個(gè)方案的分析與評(píng)價(jià)，選取方案二作為最終細(xì)化設(shè)計(jì)的方案。

4 總結(jié)

基于工業(yè)設(shè)計(jì)的理念和原則，對(duì)方案進(jìn)行比選和評(píng)價(jià)，不但實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)計(jì)方案的比選和評(píng)價(jià)，更對(duì)細(xì)化設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中納入工業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，從功能、結(jié)構(gòu)、造型、人機(jī)、裝配、成本等方面針對(duì)設(shè)計(jì)需求總結(jié)出合理的設(shè)計(jì)方法，采用技術(shù)和設(shè)計(jì)并行的設(shè)計(jì)流程，用基于功能和人機(jī)工程學(xué)的設(shè)計(jì)方法對(duì)煤炭洗選設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)指導(dǎo)，提高設(shè)計(jì)的總體質(zhì)量是尤為重要的。工業(yè)設(shè)計(jì)可以提升技術(shù)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，故應(yīng)關(guān)注工業(yè)設(shè)計(jì)的價(jià)值與作用，將工業(yè)設(shè)計(jì)納入技術(shù)產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中。大型機(jī)械設(shè)備的研發(fā)更應(yīng)該把技術(shù)與設(shè)計(jì)創(chuàng)新協(xié)同推進(jìn)、尋求前瞻性發(fā)展的方案，將產(chǎn)品向智能化、軟硬件一體化、功能極致化、輕量化、易用化的方向發(fā)展。