面向应用场景的废弃物回收装置模块划分方法

杨彦波

（陕西科技大学，西安 710021）

0 引言

废弃物回收再利用有利于保护自然资源，促进资源的回收再利用，减少污染。废弃物回收装置是一种针对废弃物进行回收及简单处理的机械装置［1］，其快捷开发是当前垃圾回收的核心问题之一。目前存在的废弃物回收装置可分为小型废弃物回收储存装置，用于储存临时废弃物，如各式垃圾桶；中型废弃物回收处理装置，用于对废弃物进行简单处理并储存；大型废弃物处理装置，用于对废弃物进行精细处理并得到再生资源。废弃物回收装置进行模块化的意义在于提高设计重用的灵活性［2］，可以根据应用场景自由调整和搭配模块，通过模块化设计手段得到具有新效果和功能废弃物回收装置，以最少的模块、零部件，更快速地满足更多的个性化需求，从而提升订单响应速度，加强企业的核心竞争力。

面向应用场景的废弃物回收装置的模块划分，主要体现在产品模块划分的聚类分析上。在对零部件模块进行聚类分析过程中，首先要确定聚类分析的指标［3］。大多数复杂的机械产品是由成千上万个相互关联的零件组成的。在复杂机械产品的模块划分中，对零部件不同属性的聚类分析会产生不同的模块划分结果。本文在分析零部件之间的聚类时，在结构关联分析的基础上，主要考虑零部件的功能和场景适应性：面向功能的相关分析主要是将具有相同功能的组件聚合为一个模块；针对场景适应性的聚类，主要考虑废弃物回收装置在不同应用场景的模块组合可行性。

1 废弃物回收装置需求分析

在垃圾分类越来越多地进入城市发展战略的背景下，废弃物回收装置的应用场景十分广泛。从是否可回收角度划分，可以将废弃物划分为可回收废弃物和不可回收废弃物。可回收废弃物指适宜回收循环使用和资源利用的废物［4］，一般能够再次进入工业制造领域，进行再利用。根据回收处理方式的不同，常见的可回收废弃物包括废纸、塑料、玻璃、金属物等，常见的具有较大回收价值的可回收废弃物如表1所示。

表1 常见可回收废弃物分类

废弃物回收装置的一般需求有支撑牢固、废弃物投放方便、传送速度快、定位准确、废弃物体积尽量分离减小、动力充足、控制灵敏、存储条件好且易处理等。针对不同的可回收物，废弃物回收装置的基本需求也存在较大差异。以表1常见可回收废弃物分类为基础，对需求信息进行分析整理，如表2所示。

表2 需求信息整理

可回收物种类较多，但是在不同的应用场景中，可回收物所占比例存在较大的差异，如写字楼群、工业园区、居民社区、大学校园等不同场景，所产生的不同分类的废弃物所占比例相差巨大，因此对废弃物回收装置的需求也不相同。由于可回收物的差异性，对废弃物回收装置的需求不同，导致不同的废弃物回收装置需要不同的结构。部分常见废弃物种类及其回收装置组成整理后如表3所示［5-9］。由表可知，不同类型的可回收物需使用不同的废弃物回收装置，不同的废弃物回收装置内部结构存在较大的差异，这也导致了面向不同的应用场景进行废弃物回收装置快速设计的复杂性。但是，不同类型废弃物回收装置的基本组成具有一定的相似性，且多为多类型回收装置组合出现。因此，对废弃物回收装置进行合理的模块划分，形成面向应用场景的废弃物回收装置产品模块序列，具有良好的功能结构基础和广阔的应用前景。

表3 部分可回收物装置及其组成

2 功能模块划分

根据场景需求、装置功能、零部件相关度以及废弃物回收装置基本结构得出的结论，对废弃物回收装置进行功能模块划分，初步划分结果为3个每种废弃物的回收都需用到的基本模块，以及4个部分废弃物回收装置可用的可选模块，如表4所示。

表4 功能模块初步划分

3 模块划分方案

以废弃物回收装置的7种模块为基础，从能量流、信号流、物料流3个角度流动情况对其进行功能分析，如表5所示。

表5 功能分析

需求准则重点考察那些可能在不同时间、地点、环境等条件下对某项子功能的实现产生着重要影响的需求。模块的一个重要特性是功能独立性，这是模块划分的重要准则之一［10］。从另一个角度来说，也就是要减少模块之间的交互作用。因此在功能模块划分时，应该尽可能地将相互之间交互作用最大的功能元素聚集在一起构成一个模块，这样有助于提高模块的功能独立性。整合基于需求准则与基于功能需求所得到的划分方案，得到模块划分综合方案，如表6所示。

表6 模块划分方案

其中，作业模块属于废弃物回收装置的核心模块，其组成较为复杂，需要进行详细划分，划分结果如表7所示。

表7 作业模块方案

在模块划分的基础上，建立如图1所示的废弃物回收装置产品结构，将废弃物回收装置按照应用场景进行划分，形成不同场景下不同类别可回收物专用回收装置类别。考虑模块功能的通用性，将通用化的模块结构对应到不同的专用回收装置类别，从而保证从应用场景到功能模块的快速对应。在最底层，功能模块与其包含的零部件直接对应，使得废弃物回收装置模块化设计过程中能在既有模块的基础上快速修改，进一步提高废弃物回收装置模块化设计的灵活性和可扩展性。

图1 废弃物回收装置产品结构

4 结束语

使用模块化设计方法，充分考虑不同应用场景下废弃物回收装置的实际需求，能够有效解决废弃物回收装置多品种、小批次等实际设计需求。在面向应用场景进行模块划分的基础上，设计人员可以根据应用场景的实际需求，自由调整和搭配废弃物回收装置的组成模块，快速得到具有新效果和功能的产品，满足更多的个性化需求。作为模块化设计的基础，模块划分的结果直接影响到模块化设计的效果。本文从应用场景出发，综合考虑可回收物的类别和功能需求，对废弃物回收装置的模块进行划分，为废弃物回收装置的模块化设计奠定基础。有利于废弃物回收装置的快速设计，提高相关企业的市场响应能力，增强相关企业的市场竞争力。