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1、产品生态设计方案书产品名： 组装式生态花卉运输架 设计者： 李好文 日期： 2013年12月20日 1. 背景：国内外花卉市场前景第二次世界大战结束后的7080年代，经济复苏，不久花卉产业开始进入人们的生活，随后世界经济突飞猛进，随着城镇化和城市园林景观建设的迅速发展，生活水平大幅提高的人们已不仅仅满足于物质生活上的富足，花卉产业开始异军突起，盆栽花卉开始越来越多的用于城市景观建设和居室装饰；90年代末20世纪初,花卉产业以其独特的魅力,始终保持着旺盛的发展势头,产销以每年10%以上的速度增长,成为世界上最具活力的产业之一,花卉产品成为国际贸易的大宗商品。据统计,“花卉王国”荷兰的花卉出口额1
2、9701995年15年间增长达14倍之多,平均年增长率56.65%。我国土地辽阔,地形起伏,气候各异，有丰富的花卉种植资源,并有“园林之母”的美称。我国花卉生产历史悠久,栽培经验丰富,但产业化起步较晚,科技含量低,高速的城市化进程和人民日益增长的精神文化需求促使花卉迅速发展，目前已初具规模，统计表明，2005年我国花卉生产面积81万公顷，花卉销售总额达503亿元。如此大量的需求与销售，运输环节就显得格外关键，它就像产业链的链条，串联起生产加工、储存、装卸、配送和销售，承担着重要的信息交流功能。随着物流量需求的增加和生态环保概念的提出，运输过程中的生态设计成为热门，如何最有效的利用货车车厢空间，
3、尽可能增加一次性运输量，如何保证花卉运输过程中的稳定性，使用材料成本高低，是否环境友好，以及装卸方便等等问题都在考虑范围内。接下来将仅就运输中使用的花盆摆放运输架做生态设计。2. 目前使用的花卉运输架 如上左图所示，现行较多的花卉运输架，主要结构包括外金属构架和类塑料合成材料小箱，基本为23层一架，每箱整齐排放（俯视图如下页左上图），已经考虑了层叠和密集摆放，但对于是否最有效利用空间还需根据具体计算判断（之后的具体案例设计将计算比较），金属材料是否耐氧化或腐蚀以及回收利用价值、合成材料可回收降解程度和使用过程中是否有其他污染（如醛类等有害气体释放），这些都与具体设计和材料使用相关。运输车如上右
4、图，主体部分为金属网格围栏，箱体内分层，该运输方式可能直接摆放花盆，无需外加运输架，该法存在的问题包括：已设置层状车厢，靠里的花盆如何放进去和取出来（人无法进入车厢）、车厢内层隔结构是否防滑（运输过程中加速或刹车时可能到有花盆移动）、该车就只能专做花卉运输，且只能运输设定空间大小（高度、直径）的盆栽花卉，大大制约了其运输功能（空间结构决定）。3. 具体案例分析设计3.1相关参数车厢：长*宽*高=10m*2m*4m 花卉及花盆：直径D=30cm，高度h=50cm3.2设计步骤3.2.1项目组织包括项目启动（获得管理层支持和保证、组建项目组，确定小组成员和分工）和实施计划、经费成本预算。该步骤在大
5、型正式设计项目中是首要的，但此处没有足够条件，实践性不够，仅停留在纸面理论设计，不作详述。3.2.2选定设计产品花卉运输架，尺寸和运输车车厢尺寸参见3.1。3.2.3生态设计策略（1）目前产品环境形象分析：由于没有确定具体花卉运输架使用类型和型号，难以获得确切原材料物质循环、能源使用和有毒物质排放数据，无法进行MET矩阵分析法或者生命周期评价，可以大致用生态设计核查表做粗略评价，利用下表所列的5套问题完成需求分析。需求分析产品如何满足社会需求？产品主要功能和附带功能是什么？产品确实高效和有效地满足这些功能吗？产品目前满足用户什么需要？产品功能的扩展活该仅能满足用户需要吗？这将需要整个时段的改变
6、吗？生态设计策略：新概念开发低物质化产品共享功能集成产品或部件功能优化 针对该产品填写各生命周期阶段设计核查表：生命周期阶段1：材料和零部件生产和供应可能产生的问题？使用多少和什么种类的塑料？使用多少和什么种类的添加剂？使用多少和什么种类的金属？使用多少和什么种类的表面处理物质？这些材料和零部件运输耗能多少？生态设计策略：清洁材料（少或无污染、毒性）可再生材料可回收循环使用材料或已循环材料结构设计减少用量提高空间利用率以提高材料使用效率生命周期阶段2：工厂生产可能产生的问题？使用多少和什么种类生产工艺？需要多少和什么种类的辅料？能源消耗多少？产生多少废弃物？产品合格率多高？生态设计策略：生产技
7、术优化减少工艺环节数清洁、高效能源，减少能耗和废弃物排放减物质化，尽量减少物质消耗高科技水平等效工艺替换生命周期阶段3：分销该阶段主要涉及到产品运输包装过程，由于产品本身用于运输作用，出厂即可直接装车投入使用，其对整个生命周期产生的影响很小，基本可以忽略，不作详细分析。生命周期阶段4：使用使用和维修中可能产生的问题？技术寿命是多少？需要多少养护和维修？能否被外行拆卸？零部件可拆卸和更换程度？美学寿命是多少？生态设计策略：降低使用过程的影响：该产品使用方式产生的环境影响很小寿命优化：可靠性和耐用性易于养护和维修尽量方便的拆卸和更换设计生命周期阶段5：回收处置可能产生的问题？产品目前如何处理？零部
8、件和材料是否、哪些可被再用？零部件可快速、无损拆卸吗？材料是否、哪些可回收利用？焚烧等处理时会产生其他问题吗？生态设计策略：产品再用回收再制造/翻新物质循环利用固废安全处理（2） 内部、外部生态设计动因内部动因：管理者责任心和对产品高质量需求；改进产品以求高效益和改善公司形象、地位；减少生产运行成本；改善工作环境、提高员工生产积极性。外部动因：消费者和市场需求；社会责任感，改善人类生存环境；同类产业竞争压力；政府或相关部门要求，法律法规约束；生产技术进步推动。（3） 改进方案、产生构想及方案可行性分析（具体见详细设计3.2.4）3.2.4详细设计方案两大主要设计目的：提高空间使用率、减少环境影
9、响（环境友好）3.2.4.1主要改进（结构设计方面）将花卉运输架设计为2m*2m单元架，在车厢单层摆放方式如下：（一） 单层摆放方式现行一般摆放方式如下左图，现将其设计改成右下图摆放方式。 可以看到左图可摆放花卉数目为36盆，而右图为41盆。对右图进行可行性计算分析：假设以车厢两头充分利用，即图中上下端最大利用，则每一列花盆圆心之间距离为（2-0.15*2）/4=0.425m根据圆相切相关性质计算每行花盆圆心之间最小距离为2*(（2*0.15）2-（0.425/2）2)1/2=0.423m0.425m，说明横向能摆下这么多花盆，即设计可行，分到两边空隙还有（2-0.423*4-0.15*2）/
10、2=0.004m（二） 层间摆放方式该设计建立在花盆是圆台形的假设上，现假设花盆竖切面为上底30cm，下底20cm，高20cm梯形，花卉形状抽象为菱形（顶角80）的一部分（以大部分花卉形状抽象），其花盆以上高度为30cm，它与花盆抽象切面图如左图，将放花盆的托板设计成许多圆形镂空位置，将花盆嵌入，圆形直径D取25cm，这样将花盆嵌入时，可将花卉（含花盆）高度减小，具体计算如下：如右图易知两个阴影直角三角形相似，AB=（30-25）/2=2.5，CD=（25-20）/2=2.5AB=CD，则两个三角形全等，BE=CE=1/2*20=10cm，也就是说单层花盆高度减少了10cm，车厢高4m，不嵌入
11、时可放4/0.5=8层，嵌入时可放4/0.4=10层，增加了两层，大大增加了可运输花卉数量，具体嵌入排放如下，左右两种摆放交替层叠。 就单元架层叠来看，非嵌入式一摞可摆放41*8=328盆花卉，而嵌入式一摞可摆放（40+41）*（10/2）=405盆，大大增加了运输量。可行性计算分析：考虑两层三个花盆位置，如左图，取花盆圆心之间距离为0.42m（0.425/0.423m）,上面花盆嵌下来10cm，花盆底角与花盆轴线距离为42/2-20/2=11cm而根据菱形顶角计算花卉外沿与花盆轴线距离为10*tan（80/2）=8.39cm11cm，说明如此嵌入式层叠排放花盆底部不会与下一层花卉顶部发生空间
12、冲突，有可行性。3.2.4.2产品成形设计针对花盆形状分两种情况：圆柱状和圆台状，其中圆柱状花盆则不能采用上述层叠镶嵌摆放方式。（一） 圆台状1）主要构造托板规格：2m*2m正方形；俯视图如下（两种间隔层叠，原理如上摆放方式二）， 阴影部分为实心板材，圆部分镂空，直径D=25cm，横竖相邻各圆圆心之间距离l=42.5cm，四个角上黑色部分为使用时安装支柱所用，将其放大为左下图，计算其规格：最大可能地利用空余板材，由图中几何关系可知： AO2=（1+21/2）r=OO2-AO=21/2*15-25/2， 解得r=3.6cm，S=r2=40.9若设计成矩形，其最大面积计算：AO2=21/2*a=2
13、1/2*15-25/2，a=6.16cm，S=a2=3840.9考虑受力面积大小，设计成圆形更合理。支柱圆形部分为半镂空，在托板朝上、下面掏出一个空槽（如下左图，虚线部分为空槽），用于与支柱嵌合，并在空槽侧面打孔，两个孔在同一直线上（如下右图，虚线为直线位置），用于支柱固定栓穿过。 另外托板平行两条边的两端有伸出螺母（配螺帽），用于固定条组装（右图所示位置）支柱（含三段式固定栓）圆柱状实心支柱，规格：D=7.2cm，H可取不同高度，有30、40、50、80、100cm等，此处采用40cm，每个支柱两端一定位置穿一条过圆面圆心的细孔道，与固定栓粗细规格一致（恰好穿过），如图 固定栓为金属细杆，分
14、三截，连接处为可转动活栓，如下图固定条扁平条状板，固定条两端有螺孔，用于套合托板上的固定螺母，稳定花架结构，整个固定条两端厚度比中间大，中间较薄部分方便交叉重叠（俯视图和侧视图如下），固定条有不同长度，用于固定不同累叠层数和不同规格托板尺寸选择。针对该具体案例，对角线长：（22+42）1/2=4.47m4.5m，故选用4.5m长的固定条。2）材料以石膏、硅钙质材料、水泥等作为胶凝材料，辅之以纤维而形成的建筑轻质板材，多用于居室墙体设计，具有节能、环保、轻质、安全、多功能等多项特点，我国的建筑轻质板材产业起步于上个世纪的80年代，近几年来取得了突飞猛进的发展，年产量的增长率30%以上。目前应用最
15、广的是硅钙板。托板、支柱和固定条均可采用这种材料。应用于该产品主要有以下优点：防火防水、抗震耐磨、耐腐蚀，安全性能高，使用寿命长；易清洗和养护维修；质量小，有利于减轻运输负载，相同载重量车运输货物利用率更高；强度高，承重能力强，尤其对于托板部分，四个角上的支柱横截面受力面积不大，中间又没有其他支撑，这就对材料强度要求较高，硅钙板材正好能满足这一点；可加工性好，对造型设计和改造提供方便；原料来源广泛（硅、钙矿储量足、产量高），生产成本较低；生产过程节能环保，有些工艺环节添加粉煤灰、电石渣等废弃物，废物利用效果明显，生产使用过程污染小，无毒无害。可能存在问题：该板材制作过程是将硅质材料和钙质材料按
16、一定的比例混合作为主休胶凝材料，以有机合成纤维、无机矿物纤维或纤维素纤维等短纤维为增强材料，经制浆、成型、蒸压养护 、烘干、砂光以及后加工等工序制成，该工艺流程中制浆环节可能产生水质污染，而蒸压和烘干环节能耗较大，另外有机合成纤维过程有潜在化学污染威胁。三段式固定栓、螺母螺帽可选用现有成型产品，主要是材质选择，采用不锈钢合金材料，主要关注防锈和可更换、维修性能。3）使用方法（装卸和组装）托板和支柱组装：将支柱与托板下表面四角上的凹槽嵌合，并将螺孔与支柱孔道对齐，将固定栓拉成直线穿过，再将两端的两段折下作为固定作用；将单层托板与支柱组装好以后，将四个支柱嵌入下层托板上表面凹槽，以同样方法安装固定
17、栓，如下图所示： 固定条固定：将各层叠托板与支柱安装好后，在整个结构侧面按对角线交叉安置固定条，使托盘上伸出的螺母穿过固定条上螺孔，旋紧螺帽固定，两侧各安装两条交叉固定条即可，如图： 装车步骤：a.将组装好的一个托板与支柱置于车厢底部，并在圆形镂空槽内摆放花盆；b.在第一层的四角支柱凹槽内往上安装支柱并用固定栓固定，再往支柱上架好第二层托板，同样使支柱与下表面凹槽嵌合，固定栓固定，摆放花盆；c.按照同样方法往上层叠和摆放花盆10层；d.按照上述中方法装好固定条，螺帽固定；e.拆卸时按安装反顺序，先卸下固定条，再从上层开始将三段式固定栓抽出后，将整个托板连花盆一起取下，然后卸支柱，再卸下第二层托
18、板，以此类推。（二） 圆柱状1)主要构造托板规格同（一）情况，摆放方式采用可摆放41盆花的格局，俯视图如左下，各圆直径D=30cm，竖排相邻圆心之间距离l1=42.5cm，横排相邻圆心之间距离l2=42.3cm，由前面计算可知两边各有0.4cm空出，用于以下支架设计中滑动空间安装滑轮。其中圆形部分设计成浅凹槽作防滑效果，侧视图如右下。 支架（含交叉固定条）规格：2m*2m*2m立方体，主体由条形材料焊接而成，具体结构设计如下正视图和侧视图，侧面横条为滑动槽，层与层之间间隔高度为10cm，可根据不同花卉高度要求选择滑动槽间隔（10、20、30cm），此处使用50cm间隔，正面和背面为交叉固定条（
19、类似圆台设计固定条），背面固定，正面可拆卸，原理同圆台设计，用螺母和螺帽固定，整个支架底部四个角上均装有滑轮（带卡死装置），方便移动。 2)材料托板和支架均采用高强度轻质铝合金，通过往铝中添加其他金属或非金属元素，提高其强度、抗氧化腐蚀和可加工性能，主要合金化元素包括硅、镁、铜、锌和锰。此处采用铝合金材料优点：防火防水，比较耐氧化、耐腐蚀，使用寿命长；易清洗和养护维修；轻质材料密度小，总质量小，有利于减轻运输负载；强度高，由于滑动部分留出的空间很小（0.4cm），需要高强度材料，设计时最好再加厚；易成形，高温可加工性好；原料来源广泛（主要是铝和硅、镁等合金元素，这些元素在地壳中丰度都很大）；生
20、产使用过程污染小，无毒无味。可能存在问题：加入合金元素后可塑性会下降；生产过程中能耗较大，主要是高温条件要求高，另外虽使用时几乎无污染，但生产过程（如焊接等工艺）可能会产生一定大气和水质污染，需要做好排放处理工作。3)使用方法步骤a.将花盆按圆形凹槽分布摆放在托板上；b.将托板顺着支架滑动槽滑入，放满4层；C.同圆台设计固定条固定方法将支架开口面封口固定；d.将支架整体装车；e.卸货后只需将固定条卸下，再将托板依次抽出即可。3.2.5市场推广和后续回收工作市场推广包括厂内员工生产普及、市场调研、推销计划开发、试验生产以及产品评估和后续完善工作。针对该产品宣传的主要特色卖点：a. 空间利用率高，
21、一次性运输量大；b. 原材料用料较少，生产过程较为节能环保，使用寿命长，可回收利用和循环使用率高；c. 原料来源广，生产成本不高；d. 零部件以及各构造组装、拆卸以及更换均比较方便。回收工作各零部件拆卸、更换方便，部分废弃仍可更新组装使用，还可以翻新、再生产利用。对于两种材料硅钙板材和铝合金，前者目前已有有效固废处理和回收利用手段，铝合金、螺母、三段固定栓等合金材料的回收率也比较高，基本可以做到较高的物质循环利用率。4. 设计构想和分析的反思与不足设计过程中对于花架板材厚度和伸出螺母空间未予考虑，虽然所占空间小，但在限制死的空间内有可能会对设计造成妨碍，而且在本设计中有些尺寸数量级本身就很小（
22、如0.4cm），这就需要考虑这两种因素的影响了；圆台设计中抽象出的花盆与花卉图形代表性不够强，各种数据假设可靠性存疑，故圆台设计并不具很广泛的普遍适用性；在生命周期评价过程中并没有准确数据支持来表明产品对环境影响力大小，多为定性分析与比较评价，这也就无法与传统设计和用材做严格比较，来证明产品生态效益及其大小；本设计方案书中仅对空间利用可行性做简单计算和分析，而对于力学结构分析，包括结构设计是否满足承重要求、材料强度要求等，没有系统说明可行性；首次设计和书写产品生态设计方案书，对于严格的设计步骤，具体实施方式没有深刻的了解，因此方案书以背景和结构、材料使用设计为主体，对其他步骤简略带过；由于缺乏制图软件应用技能，只能采取手绘拍照的形式图示设计，尺寸和比例以及可观赏性、传达信息能力还存在许多不足。总之，上完该门课程后对生命周期评价和产品生态设计两大块主要内容有了初步了解，概念开始成形，这些在今后的工作、生活中必定大有用途，虽然课程结束了，但针对产业生态学所要求的基本知识技能还需继续了解和学习，本次设计方案书写中暴露出的工具运用能力不足等问题也应引起一定重视！
