现代家具的装配与拆卸设计_工程力学专业毕业论文范文
发布时间：2014-11-25
来源：人大经济论坛
现代家具的装配与拆卸设计_工程力学专业毕业论文范文
现代家具的装配与拆卸设计
DFA & DFD for Modern Furniture
-- 徐秋鹏 陈立未 张福昌
摘 要
通过对工业产品装配阶段和拆卸及回收利用阶段进行的简要分析，说明了在产品开发设计阶段采取装配设计和拆卸设计对于简化生产工艺、节约产品成本以及对产品维修和回收再利用的重要生态意义。同时简单介绍了拆装家具的起源与发展，分析了家具拆卸性能设计存在的主要问题以及人们对拆装家具存在的一些错误认识，并提出了通过拆装设计提高现代家具生态水平的，从而提高产品竞争力的建议。
Abstract
Through brief analysis of the processes of assembly, disassembly and recycle of industrial products, the significance for the techniques, cost, maintenance and recycle are introduced when DFA&D was utilized at the beginning of industrial design. In addition, the present situation of DFA&D furniture and some misunderstanding about it are also referred. At the end, improving the ability of competition though DFA&D design is offered for modern furniture.
关 键 词：家具；拆卸；装配；设计；回收
Key Words: Furniture; Disassembly; Assembly；Design; Reclaim
随着工业的快速发展和人们生活水平的提高，每年的废弃产品数量在不断增加，根据统计的结果，全世界制造业每年大约生产55亿吨无害废物和7亿吨有害废物[1]。图1是德国每年的汽车、家庭器具、消费电器、控制设备及信息系统的废弃物数量分布情况。工业产品废弃物的数量每年都在增加，而有效的回收利用率却不是很高，这些废弃物不仅造成资源和能源的巨大浪费，同时也对地球的环境造成了极大的压力和危害。要使废弃产品的零部件经过修配或其它处理以后可以再次利用，那么这些零部件就应该能够被方便地拆卸下来。可见产品的拆卸性能是产品能够再生的重要前提，直接影响着产品的可回收和再利用的程度。面向拆卸的设计就成为解决产品回收和再利用的有效设计方法。同时，这种设计方法也是生态设计的重要途径之一。
现代的工业制造中，装配工作量大约要占整个产品生产工作量的20%，装配费用占制造总费用的20~30%，在装配中若发现了问题，费用就会增加50%[1]。法国对355家公司的调查结果表明，通常产品设计是面向功能而不是面向装配的，结果导致产品的装配难度很大，生产周期长，产品成本高，装配质量难以保证，从而使产品的装配性成为制约生产的瓶颈。解决的办法通常是增加装配工人，增加装配机械和检测设备。而这些方法无疑都会导致产品成本的上升。
在目前的产品设计过程中，人们普遍对产品的可制造性关注较多，而对产品的可装配性和拆卸性则考虑的相对较少。因而经常出现设计出来的产品结构不完善或可拆装性能差，从而导致制造出来的零件无法进行安装或拆装难度大，需重新返工的情况。因此，在产品的设计过程中采用拆卸和装配设计，对提高拆装零部件的效率，降低拆装费用和提高产品的回收利用率具有十分重要的意义。
1、拆卸设计与装配设计概述
装配与拆卸设计（Design for Assembly and Disassembly, DFA&DFD）的基本含义是：在产品设计阶段就同时考虑到产品的可装配性能和可拆卸性能，从装配和拆卸的观点提供一套理论和方法，在产品的设计过程中利用各种技术手段如建模、分析、评价、规划、仿真等，充分考虑产品的装配与拆卸环节以及其相关的各种因素的影响，以便在保证产品功能要求的前提下，使产品装配与拆卸的成本最低。
1．1 DFA 与DFD之间的关系
拆卸与装配正好是相反的两个过程，所以装配设计（DFA）与拆卸设计（DFD）之间既有相同点又有不同点。它们的实质不同：装配的实质是建立零件之间的某种约束关系；拆卸则是解除这些关系。目的不同： DFA针对的是产品的装配阶段，通过简化产品的设计达到减少产品装配费用的目的；DFD则主要是针对产品的维修、报废处理阶段，使产品能够方便地拆卸、循环利用和安全地进行报废处理。而它们的相同点就在于：DFA与DFD可以共享相同的产品设计模型，运用相似的分析和评价方法。
单纯依照装配设计（DFA）设计原则设计出来的产品不一定便于拆卸，反之，依照拆卸设计（DFD）原则设计出来的产品也不一定便于装配，二者之间的不同点使得它们的结合（集成）很必要，而那些共同点使得它们之间的集成也具有可行性。可见，产品的拆卸过程与装配过程是密切相关的，在产品设计的初级阶段同时进行装配设计和拆卸设计，特别有助于产品设计的集成和产品综合质量的提高。
1．2 实施装配与拆卸设计的意义
在产品设计阶段实施装配与拆卸设计具有重要的意义，主要表现在以下几个方面：
（1）有助于提高整个产品开发过程与拆装环节自身的效率，降低生产成本
有关资料表明[1]，产品总成本的70%是在产品设计开发阶段决定的，而设计开发的费用在产品的总成本中只占5%，运用DFA＆DFD方法对产品的整个结构进行优化，可以使错误在早期得到改善，避免后续环节中可能产生的不便，从而提高了整个产品的开发效率和成本；
（2）同时研究DFA＆DFD，有利于产品设计集成和综合质量的提高，同时对产品进行DFA＆DFD的设计，可以有效的协调产品对可装配性能和可拆卸性能的要求，从而系统的提高产设计的综合质量；
（3）DFA＆DFD中对可拆卸性能的研究，能够方便产品的维修和回收处理，符合可持续发展要求产的品可拆卸性是产品维修和回收利用的前提条件。良好的可拆卸性将方便产品的维修，延长产品的使用周期，从而推迟新的废弃物产生的时间；另外，良好的可拆卸性能还方便废弃物的处理，既可节约资源又有益于环境保护。
家具制造业需要消耗大量的自然资源和能源。近年来家具产业迅速发展，根据意大利米兰CSIL工业研究中心调查，世界家具业目前的年产量是2000亿美元[10]，每年要消耗大量的能源和资源。家具产品随着建筑业的迅猛发展和人们住宅条件的不断改善，淘汰率大幅增长。目前西方国家的富裕阶层每年要扔掉数百万张写字台、椅子、餐桌、橱柜、床垫等家具。但是目前废旧家具的回收利用率很低，其中原因之一，就是设计产品时没有考虑其拆卸回收性能，零部件和材料缺乏必要的标识，结果使有用的和无用的材料及零部件难以拆卸分离，使很多可重复利用的零部件无法有效地再利用，即使有些产品能够拆卸回收，但花费的代价已使其失去了回收利用的价值。
在环境保护已经成为人类迫在眉睫的任务的时代，这些被扔掉的东西不能再被看成是个人的私有财产，而应该看成是人类共有的有限的自然资源。有关研究表明，产品设计中良好的装配设计，可以减少20-40%的制造费用，同时可以提高100-200%的生产率[1]。在这种情况下，通过拆装设计对于提高家具产品的拆装性能、降低成本、节约资源，减少污染、增强家具的循环利用就显得尤为重要了。
2． 拆装家具的发展与主要问题分析
人们一般将用各种连接件或插接结构将零部件组装而成的、可以反复拆卸和安装的家具称为拆装家具（Ready To Assembly，RTA ）。拆装家具在设计上应用工业设计的原理，把部件的标准化、通用化、系列化放在首位，进而简化了产品零部件的规格、数量，从而也相应地简化了设计工作；在生产上，由于简化了零部件的规格数，便于质量控制，提高了加工精度和生产率，相应地延长了设备的使用寿命，降低了产品的成本；在包装贮运上，可采用标准规格的包装，以便堆放，这样不仅有效地利用了空间，还减少了搬运工作的麻烦和可能对产品造成的损坏；在销售上，通过产品说明书使消费者参与到设计中来，真正地实现了以人为本的设计理念。
2．1 拆装家具的起源与发展概况
家具制造业早在1900年就出现了拆装设计的雏形，当时德国的一家家具公司利用几种基本的板块设计书架，并方便地组装成顾客所需的书架，开辟了家具模块化设计的先河[2]。二战以后，重建欧洲迫在眉睫，各个工业领域都在寻求快速和创新的方式来满足需求，同样，家具业为能在短时间内给重建家园的人们提供充足的家居设施，也十分需要生产效率高、标准化、系列化、便于装配且具有良好结合性能的家具结构，在这种情况下，32mm系统应运而生。20世纪70年代，欧洲又开发出了32mm系统的专用设备，从生产工艺方面保证了32mm系统的有效实施。32mm系统的逐步成熟与生产设备、五金件及原材料生产的模数化、系统化使拆卸设计在板式家具生产中获得了前所未有的发展。随着技术的发展，拆装设计已不仅仅限于在板式家具中应用，实木、金属等材料的家具也开始采用这种设计方法。如设计师大卫·奎克(Davod Kawecki)设计的“迷题“扶手椅，就是将椅子分成七个部件，通过在部件上设置精确的接口进行连接，这些不连续的部件可以用激光切割工具从一块平板上切割下来，再由消费者亲自组装。
2．2 拆装家具的优点
拆装家具不仅在设计、生产、储存、运输、销售、安装等方面有许多适应现代化大工业生产的优点，而且从生态设计的角度讲，它对环境保护也具有重要的意义，具有传统框式家具难以相比的优点：
（1）产品结构模块化、统一化，使产品有较大的可预测性；
（2）减少了可回收零部件和材料再次使用所需的工作量；
（3）拆卸分离简单快捷；
（4）拆下的零部件易于手工或自动化处理；
（5）回收材料及残余废弃物易于分类和处理。
拆装家具是家具工业进步的反映。它要求有高精度加工手段的支持，要求有成熟应用的新材料、新工艺和新方法的支持，还要有发达的零部件及接口所用配件工业的支持。拆装设计的目标就是用最简单的工具快速拆装符合质量要求的成品家具。意大利设计师马士莫·莫罗兹（Massimo Morozzi）设计的“干燥“椅，只用一个简单的翼形螺栓就将椅子的各个部分连成一体，可以自由的拆装而不需胶粘。
2．3 现代家具拆装设计存在的主要问题
设计一种易于装配又易于拆卸的产品是一个复杂的过程，需要解决材料选择、易分离性、模块化设计以及连接件等诸多问题。目前无论从制造商、设计者还是消费者的角度来讲，都更强调对时尚和精神需求的追求，追求DIY的自由随意，而对其中蕴涵的环保理念很少顾及，也因此对有关装配性因素的考虑多于对拆卸性因素的考虑。而从生态设计的角度来看，家具能够拆卸是其回收再生的前提，要想使废弃家具的零部件或材料经过维修或其它处理方法后被重新利用，就必须使其零部件能够被方便地拆卸；否则，不仅会造成大量可重复利用材料的浪费，而且因废弃物不好处置，还会严重污染环境。可见，家具的拆卸性会直接影响到产品的回收性，进而影响到产品生命周期评估的效果，所以，在拆装家具的设计中，拆卸设计具有更重要的社会意义，要想使拆装家具真正的具有环保性能，成为生态产品，就必须将家具的拆卸设计放到与装配设计同等重要的位置。
2．4 拆装家具认识上的误区
误区一：拆装家具都是生态家具
目前，人们对生态家具的认识还很模糊，有的企业甚至在广告中将拆装家具直呼为生态家具，但是拆装家具就一定是生态家具吗？认为拆装设计就是生态设计、拆装家具就是绿色家具的观点是狭隘的和片面的。生态设计是针对产品的整个生命周期的设计，它在产品的整个生命周期中都要将环境保护作为设计目标，所以必须从系统的高度对产品的原材料获取、生产制造、包装运输、销售管理、使用及回收处理等方面对环境的影响进行具体的分析，在有序的状态下，使产品达到整体的“生态化“。在产品的整个生命周期中，如果只有一个环节符合生态设计的要求，或者只有一个环节不属于生态设计的要求，这种产品都不是生态产品。所以说，拆装设计只是生态设计的一个环节，拆装家具也未必是生态产品，具体的评价要根据对产品整个生命周期的评估而定。
误区二：拆装家具一定能100%的回收
在强调拆装设计的同时，需要注意的是一种产品要做到100%的回收是不现实的，也是不经济的，生态设计也只是在设计中寻求技术与艺术、功能与形式、环境与经济、环境与社会等联系中的最佳平衡状态，回收利用的目的是最大可能的利用这种回收资源，尽量减少产品的剩余量和污染。所以部分回收可能是最好的办法。宝马公司生产的Z1型和BMW3251型汽车，许多零部件都是由可回收利用的塑料制成的，在拆卸时，公司首先将注意力放在适合重新使用的、最有价值的零部件的拆卸上，从而以较低的成本获得了较好的拆卸效果。
3． 加强拆装设计 增强产品竞争力
拆装家具因为设计精巧、款式多样、规格类别齐全、搬运方便、拆装简易等优点，广受消费者们的青睐，且有经久不衰的发展趋势。多年来一直行销世界的瑞典IKEA家具奉行的就是“模块化设计“的理念，经营的产品大部分是可拆装的，这种方法使顾客在DIY（自己动手做）的过程中获得了对生活的享受和心理的满足，并同时亲自创建了属于自己的个性化 空间。家具拆装式设计不仅有利于产品的回收和再利用，对环境保护具有重要的意义，同时也为追求个性的现代人提供了挖掘自我潜力的机会，因而已成为一种时尚。
另外，随着人们环保意识的提高，生态消费已经悄然兴起，消费者宁愿花多一些的钱来购买生态产品。有专家预言：生态产品将成为21世纪的主导产品，拆装家具因为具有较多的生态特征也将成为世界家具设计和制造的主流。拆装式家具目前在美国和欧洲的市场分额占到15%，而且每年以8%的比率增长，具有良好的发展势头[10]。目前家具行业在32mm系统设计、加工设备、等拆装设计配套技术方面日趋完善。家具五金的发展，包括隐形连接系统的问世无疑又为拆装家具的发展提供了良好的机会。所以有条件的家具企业要尽量利用这些条件，并按照生态设计的要求进行产品开发，将产品逐步过渡到拆装家具上，提高产品的生态性能，增强产品的竞争力，争取实现经济、社会与环境保护的同步发展。
参考文献
1 常向青，面向装配与拆卸的设计理论方法研究，北京理工大学，博士论文，2001
2 刘志峰，刘光复, 绿色设计，北京，机械工业出版社，1999
3 胡景初，戴向东,家具设计概论，北京，中国林业出版社，1998
4 许柏鸣, 家具设计，北京，中国轻工业出版社，2000
5 张帝树,现代家具工业几项深有影响技术的开拓与发展，林产工业，第26卷第1
期，P14~16，1999
6 胡景初，开发生态家具促进绿色消费，家具与室内装饰，第6期，P12~14，2000
7 胡景初，家具产业的发展与绿色思维，林产工业，第28卷第2期，P3~5，2001
8 文嘉，从KD到RTA，家具，第89卷第1期，P4~6 ，1996
9 韩维生，王宏斌，扬创创，板式家具的绿色特征，陕西林业科技，第1期，P66~68
10 AurelioVolpe,中国在全球竞争中的地位及在欧洲的市场机会，2003中国家具年报，P81-83，2002
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