張銀川

(中煤科工集團 唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012)

0 引言

我國現(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水平存在一定差距。在制造過程中，將工業(yè)設(shè)計與傳統(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，實現(xiàn)煤炭產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級[1]，已成為急需解決的問題。

近年，工業(yè)設(shè)計服務(wù)的對象呈現(xiàn)復(fù)雜化和大型化的趨勢，大型重工業(yè)機械設(shè)備的設(shè)計為工業(yè)設(shè)計研究和實踐帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)。因此，在工業(yè)設(shè)計理念和方法指導(dǎo)下，對洗選設(shè)備進行探索，進而對大型重工業(yè)機械設(shè)備產(chǎn)品設(shè)計進行思考，對煤炭行業(yè)和制造業(yè)都極具現(xiàn)實意義[2]。

1 設(shè)計方案比選和評價模型

根據(jù)T-W-M相關(guān)性準(zhǔn)則建立評價模型，突出技術(shù)因素對產(chǎn)品功能滿足性的主要作用，從而使技術(shù)、經(jīng)濟、人為因素三者在評價模型中的權(quán)重分別為40%、30%、30%。技術(shù)方面，重點突出技術(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%、維護和改造升級10%、安全性能12.5%、運輸便利性7.5%、人機工程學(xué)10%和創(chuàng)新10%構(gòu)成。

經(jīng)濟方面，時間、成本與全壽命周期管理構(gòu)成經(jīng)濟因素評價的三個要素,各占1/3的權(quán)重。

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

2 干擾床分選機設(shè)計方案的試驗參數(shù)

2.1 干擾床分選機設(shè)計方案

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

表1 干擾床分選機三種設(shè)計方案的設(shè)計參數(shù)

2.2 試驗方法步驟

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

(1) 原煤泥篩分試驗。

(2) 根據(jù)設(shè)計參數(shù)值運行。

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

(4) 對所取煤樣進行篩分試驗。

2.3 干擾床分選機試驗參數(shù)

對原煤泥進行篩分試驗，試驗結(jié)果如表2所示。

表2 原煤泥篩分試驗結(jié)果

對TBS分選機的溢流煤泥進行篩分試驗，試驗結(jié)果如表3所示。

表3 分選機溢流篩分試驗結(jié)果

對TBS分選機的底流煤泥進行篩分試驗，試驗結(jié)果如表4所示。

表4 分選機底流篩分試驗結(jié)果

根據(jù)表3和表4可知，分選機溢流產(chǎn)率和底流產(chǎn)率隨粒級的減小先增大后減小。粒級大于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入分選機溢流成為精煤；顆粒小密度大的矸石顆粒進入TBS分選機底流成為中煤，三個方案均實現(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)灰分平衡法則計算得精煤產(chǎn)率為66%。

3 設(shè)計方案比選和評價結(jié)果及分析

3.1 設(shè)計方案比選和評價

根據(jù)評價模型中涉及的各細(xì)分影響因素，通過多因素綜合評分法進行評分(0～5分)，方案一、二、三的評分結(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，維護和改造升級(2，3，4)分，安全性能(5，5，5)分，運輸便利性(4，5，4)分，人機工程學(xué)(2，4，3)分，創(chuàng)新(2，3，3)分，時間(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)品語義(3，4，3)分，審美原則(3，3，2)分，簡化原則(4，5，4)分，多維與多媒(1，3，2)分；三個方案的綜合得分分別為66.4分、79.4分、74.8分。

3.2 設(shè)計方案比選和評價結(jié)果分析

根據(jù)干擾床分選機的設(shè)計方案比選和評價的指標(biāo)評分結(jié)果，可知：

(1) 三個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)計階段提出的想法不夠發(fā)散或可實行性較低；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、對稱性與均衡性、材質(zhì)-造型-色彩的調(diào)和性中的某一個或某幾個方面與設(shè)計要求相差較遠(yuǎn)；在多維與多媒上也都是評分比較低的，方案一尤為突出，表明三維視覺形態(tài)提供的感官感受(包括但不限于視覺、聽覺、觸覺)效果并不理想。

(2) 方案一的時間、政策導(dǎo)向、用戶情感上是評分比較高的，表明所耗用時間的經(jīng)濟效益較好；符合國家所倡導(dǎo)和鼓勵的研究方向，有利于獲得政策惠利；有合理可行的用戶關(guān)系維護和售后(定期進行用戶訪問、收集用戶反饋資料和設(shè)備運行信息等)計劃，有利于增強用戶對品牌的信賴程度和用戶粘性。

(3) 方案二的技術(shù)功能、運輸便利性、人機工程學(xué)、成本、全壽命周期管理、人類工程學(xué)、市場導(dǎo)向、產(chǎn)品概念特征、產(chǎn)品語義、簡化原則上是評分比較高的，表明能夠達到較好的分選效果，且便于安裝、拆卸和運輸；與此同時，在設(shè)計時還考慮了人的勞動生理特征和人體測量參數(shù)，對需要進行人工操作的地方進行了人機工程學(xué)設(shè)計；在三個方案中成本最低，實現(xiàn)了用最低的成本達到要求的技術(shù)功能這一目的，并進行了產(chǎn)品的全壽命周期管理，關(guān)注了產(chǎn)品“設(shè)計-生產(chǎn)-使用-報廢”的整個過程中產(chǎn)品的價值，符合經(jīng)濟效益的比選原則；考慮了在實際使用過程中，設(shè)備與人體、環(huán)境的關(guān)系，在對操作人員會產(chǎn)生不良影響的方面都進行了優(yōu)化，如噪聲、粉塵、誤操作等；通過與同類產(chǎn)品同樣的功能和更低的價格比較，在市場上更受用戶的青睞，符合市場導(dǎo)向比選原則；在產(chǎn)品外觀造型上，通過沿用品牌特征和系列產(chǎn)品特征，營造品牌優(yōu)勢和產(chǎn)品系統(tǒng)概念，凸顯專業(yè)性，其次，通過色彩、形態(tài)、肌理等方面的產(chǎn)品語義設(shè)計凸顯產(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(如通過色彩搭配削弱厚重感等)等產(chǎn)品特征，并且通過設(shè)計簡化不必要的造型，保持了產(chǎn)品整體的簡潔和完整性，故而，方案二在美學(xué)的產(chǎn)品概念特征、產(chǎn)品語義和簡化原則三個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、維護和升級改造、成本、人類工程學(xué)、市場導(dǎo)向指標(biāo)上是評分比較高的，表明在設(shè)計時充分考慮了加工條件和材料的性質(zhì)，能夠通過設(shè)計優(yōu)化加工工藝，在裝配方面也進行了充分的考慮，擁有較合理的裝配結(jié)構(gòu)，從而也為設(shè)備維護和升級改造提供了便捷，有完整的維護和升級改造計劃，為用戶的增值服務(wù)提供了可能；整體成本也是較低的，在市場競爭上具有優(yōu)勢；同時在設(shè)計過程中關(guān)注了用戶的使用環(huán)境和操作方式，并進行了這方面的設(shè)計。

綜合以上對三個方案的分析與評價，選取方案二作為最終細(xì)化設(shè)計的方案。

4 總結(jié)

基于工業(yè)設(shè)計的理念和原則，對方案進行比選和評價，不但實現(xiàn)了對設(shè)計方案的比選和評價，更對細(xì)化設(shè)計具有指導(dǎo)意義。在傳統(tǒng)設(shè)計中納入工業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)，從功能、結(jié)構(gòu)、造型、人機、裝配、成本等方面針對設(shè)計需求總結(jié)出合理的設(shè)計方法，采用技術(shù)和設(shè)計并行的設(shè)計流程，用基于功能和人機工程學(xué)的設(shè)計方法對煤炭洗選設(shè)備進行設(shè)計指導(dǎo)，提高設(shè)計的總體質(zhì)量是尤為重要的。工業(yè)設(shè)計可以提升技術(shù)產(chǎn)品的競爭力，故應(yīng)關(guān)注工業(yè)設(shè)計的價值與作用，將工業(yè)設(shè)計納入技術(shù)產(chǎn)品研發(fā)過程中。大型機械設(shè)備的研發(fā)更應(yīng)該把技術(shù)與設(shè)計創(chuàng)新協(xié)同推進、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。