OCENA KONSTRUKCJI WYBRANEGO WYROBU POD WZGLĘDEM JEGO DEMONTAŻU I RECYKLINGU

Transkrypt

1 KOMISJA BUDOWY MASZYN PAN ODDZIAŁ W POZNANIU Vol. 27 nr 2 Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji 2007 JAN ŻUREK *, TADEUSZ DURAS ** OCENA KONSTRUKCJI WYBRANEGO WYROBU POD WZGLĘDEM JEGO DEMONTAŻU I RECYKLINGU Duża podaż wyrobów przemysłowych powoduje powstawanie odpadów po zakończeniu ich eksploatacji. Przetwórstwo tych odpadów (recykling) to oszczędności surowcowe i energetyczne oraz korzyści dla środowiska naturalnego i jego zasobów. Dostosowanie wyrobu do przyszłego recyklingu wymaga właściwego zaprojektowania całego jego życia. Recyklingowi można poddawać w całości tylko te wyroby, które są wykonane z jednorodnych materiałów lub o podobnych właściwościach, w innych przypadkach trzeba je demontować. Za pomocą programu ATROID 3.0, przeznaczonego do wspomagania projektowania i oceny gotowych wyrobów, dokonano analizy konstrukcji maszynki do mielenia pod względem jej podatności na demontaż i recykling. Wyznaczono sekwencje demontażu, zakresy i potencjały recyklingu, obliczono koszty końca jej życia dla dwóch wariantów jej demontażu. Słowa kluczowe: wyroby, demontaż, recykling, ATROID 1. DEMONTAŻ I JEGO ZNACZENIE W ASPEKCIE RECYKLINGU WYROBU Demontażem nazywa się usunięcie połączeń pomiędzy elementami wyrobu, w wyniku czego uzyskuje się części odrębne. Zespoły, które są wytworzone z jednego rodzaju materiału, nie muszą być demontowane do poziomu części, gdyż w takiej postaci można je poddać procesowi recyklingu. Demontaż wyrobu w celu recyklingu zmniejsza koszty recyklingu. Jeżeli w wyrobie znajdują się elementy o dużej wartości ekonomicznej lub ekologicznej, można je demontować, pozostałe natomiast, jako bezużyteczne, należy usunąć. Osiągnięcie maksymalnego zysku ekonomicznego nie powinno być celem nadrzędnym demontażu i recyklingu, musi być uwzględniony także aspekt ekologiczny. Procesy te mogą nawet przynosić straty, szczególnie gdy są wymuszone obowiązującymi przepisami prawnymi lub względami ekologicznymi. * Prof. dr hab. inż. Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania Politechniki Poznańskiej. ** Mgr inż. Instytut Politechniczny Państwowej Wyższej Szkoły Zawodowej im. Prezydenta Stanisława Wojciechowskiego w Kaliszu.

2 178 J. Żurek, T. Duras Demontaż ze szczególnym uwzględnieniem aspektów ekologicznych może mieć na celu wydzielenie elementów, które najbardziej negatywnie wpływają na środowisko naturalne, oraz elementów, które mogą być powtórnie użyte. Może więc dotyczyć całego wyrobu, podzespołów lub zespołów i być prowadzony do zdemontowania wszystkich części w nim się znajdujących bądź do momentu zdemontowania tych części, które mają największą wartość ekonomiczną lub ekologiczną. Mówimy tu o tzw. głębokości demontażu, czyli takiej formie podziału wyrobu na części lub zespoły (nie zawsze zespoły konstrukcyjne), która pozwala uzyskać korzystniejsze efekty: ekonomiczny i ekologiczny (technologiczność demontażu). Efekt ekonomiczny oznacza uzyskanie maksymalnych zysków bądź minimalnych strat z uwzględnieniem minimalizacji szkodliwego wpływu na środowisko. W praktyce określenie optymalnej głębokości demontażu jest kompromisem pomiędzy kryterium ekonomicznym i kryterium ekologicznym. Głębokość oraz kolejność demontażu wyrobu mają istotne znaczenie dla planowania tego procesu oraz stosowanych technologii. Bardzo głęboki demontaż wyrobu będzie się wiązać ze zwiększeniem czasu pracy, a tym samym kosztów operacji, które mogą przekroczyć przychody, jakie uzyskano by po recyklingu. Aby recykling był korzystny, trzeba tak zaplanować demontaż, by jego głębokość zapewniła odzyskanie najbardziej wartościowych elementów oraz tych, które zawierają materiały i substancje niebezpieczne dla środowiska. 2. CHARAKTERYSTYKA OPROGRAMOWANIA ATROID Program komputerowy ATROID 3.0 może być narzędziem wspomagającym pracę inżynierską na etapie projektowania i oceny gotowych wyrobów przeznaczonych do recyklingu z zastosowaniem demontażu. Może być użyty do wyrobów, których konstrukcja zawiera elementy mechaniczne i elektryczne. Program przebiega w kilku etapach. Etap pierwszy to modelowanie wyrobu, które obejmuje definiowanie części i zespołów składowych oraz określenie połączeń między nimi. Na drugim etapie program dokonuje oceny wyrobu, która obejmuje wyznaczenie sekwencji oraz obliczenie czasu demontażu, kosztów końca życia wyrobu, a także zakresu i potencjału recyklingu. Trzeci etap to analiza wyników. 3. OCENA WYBRANEGO WYROBU POD WZGLĘDEM DEMONTAŻU I RECYKLINGU Za pomocą programu komputerowego ATROID 3.0 oceniono demontaż i recykling maszynki do mięsa, przy czym rozpatrywano dwa warianty jej demontażu: wariant oznaczony 3, w którym dokonano podziału wyrobu na 3 zespoły, wariant oznaczony 10, w którym uwzględniono podział wyrobu na 10 części (rys. 1).

3 Ocena konstrukcji wybranego wyrobu 179 a) b) Rys. 1. Rysunek poglądowy maszynki do mielenia: a) podział według wariantu 3, b) podział według wariantu 10 ; marka: Philips, zastosowanie: rozdrabnianie mięsa, warzyw, owoców bezpestkowych; napęd: silnik elektryczny, przekładnia zębata; moc silnika: 500 W; zasilanie: prąd zmienny; napięcie zasilania: 230 V; masa własna: 2681 g; wydajność: max 2 kg na 15 min Fig. 1. Demonstrative drawing of the mincing machine, a) division according to variant 3, b) division according to variant 10 Do programu wprowadzono dane charakteryzujące poszczególne części i zespoły maszynki do mielenia (m.in.: nazwę, wymiary, masę, kształt, materiał, rodzaje połączeń, pierwszeństwo demontowania). Wykaz części i zespołów składowych zawiera tablica 1. Wykaz części i zespołów maszynki do mielenia List of the mincing machine parts and units Tablica 1 Wariant 3 Wariant 10 nr/nazwa zespołu nr części Nazwa części Materiał III /obudowa 1 obudowa PA II / napęd 2 przekładnia stal, brąz, stop aluminium 3 kabel zasilający miedź, PCV 4 włącznik miedź, PCV 5 silnik stal, miedź, brąz, PA, PP I / korpus 6 nakrętka stal 7 ślimak stal 8 nóż stal 9 siatka stal 10 obudowa korpusu stal

4 180 J. Żurek, T. Duras Po uruchomieniu kolejnych funkcji programu uzyskano kolejność i czas demontażu (rys. 2.): dla wariantu 3 zespoły w kolejności I III II, dla wariantu 10 części w kolejności: a) b) Rys. 2. Demontaż wyrobu: a) wykres czasu i sekwencji demontażu dla wariantu 3, b) wykres czasu i sekwencji demontażu dla wariantu 10 Fig. 2. Disassembly of a product, a) time and disassembly sequences chart for variant 3, b) time and disassembly sequences chart for variant 10 Czas demontażu jest niezbędny do obliczenia jego kosztów. Jest on potrzebny na usunięcie z wyrobu części bądź podzespołu i oblicza się go osobno dla każdego elementu. Całkowity czas jest sumą czasów niezbędnych na: 1) pobranie narzędzia i dostarczenie na miejsce demontażu, 2) usunięcie połączenia, 3) przemieszczenie narzędzia pomiędzy poszczególnymi połączeniami, 4) odłożenie narzędzi(a) i zdemontowanych elementów. Z wyników badań (rys. 2) wynika, że: dla przyjętej głębokości demontażu według wariantu 3 czas usunięcia napędu jest najdłuższy i przekracza średni czas demontażu wszystkich elementów, wynika to z małej liczby elementów wyrobu i jego usytuowania wewnątrz wyrobu, w przypadku demontażu według wariantu 10 najwięcej czasu zajęło zdemontowanie silnika (części 5), gdyż jest on połączony z 3 innymi elementami. Ocena kosztów końca życia wyrobu liczona jest przez program jako różnica między kosztami i przychodami uzyskiwanymi podczas jego demontażu i recyklingu. Składają się one z kosztów demontażu oraz usunięcia odpadów. Przychody mogą być uzyskiwane ze sprzedaży demontowanych elementów do powtórnego zastosowania oraz sprzedaży elementów z przeznaczeniem do recyklingu. Koszty mogą być obliczane zarówno dla całego wyrobu, jak i wskazanych (wybranych) elementów.

5 Ocena konstrukcji wybranego wyrobu 181 Oceny kosztów końca życia analizowanego wyrobu (tabl. 2) dokonano po wcześniejszym wprowadzeniu danych (na podstawie informacji z rynków surowcowych) dotyczących cen surowców wtórnych i materiałów przeznaczonych do recyklingu. Tablica 2 Koszty końca życia maszynki do mielenia demontowanej według wariantów 3 i 10 The end-of-life costs of the mincing machine disassembled according to variants 3 and 10 Głębokość demontażu Koszt demontażu [ ] Koszt usunięcia odpadu [ ] Zysk z recyklingu [ ] Koszty końca życia [ ] Według wariantu 3 0, ,3172 0,1276 0,19438 Według wariantu 10 0, ,105 3, ,13859 Z uzyskanych rezultatów wynika, że: przy głębokości demontażu według wariantu 3 uzyskano bardzo korzystny jego czas; nie oznacza to jednak oszczędności finansowych; koszty końca życia tak zdemontowanego wyrobu przynoszą straty, spowodowane głównie tym, że zdemontowanego napędu nie można poddać w całości recyklingowi (w jego skład wchodzą różnorodne materiały); lepszym rozwiązaniem byłoby usunięcie tego zespołu na złomowisko; oznacza to, że wyrób wymaga przeprojektowania; demontaż według wariantu 10 daje dodatni wynik ekonomiczny; decyduje o tym proces demontażu i zysk z recyklingu; zysk zapewnia silnik, który można przeznaczyć do ponownego użytku. Program dokonuje oceny zakresu recyklingu. Określa możliwości dalszego postępowania ze zdemontowanymi elementami, wskazując przy tym ich przeznaczenie do recyklingu, usunięcia lub powtórnego zagospodarowania. Udział zakwalifikowanych elementów w masie wyrobu wyliczany jest w procentach. Wyniki oceny zakresu recyklingu po demontażu według wariantów 3 i 10 przedstawiono w tablicy 3. Tablica 3 Zakres recyklingu maszynki do mielenia demontowanej według wariantów 3 i 10 The recycling range of the mincing machine disassembled according to variants 3 and 10 Głębokość demontażu Części do usunięcia [%] Części do recyklingu [%] Części do ponownego użytku [%] Według wariantu 3 78,36 21,64 Według wariantu 10 25,30 37,62 37,08

6 182 J. Żurek, T. Duras Demontaż według wariantu 10 pozwala 37,08% części przeznaczyć do ponownego użycia (eksploatacji), 37,62% części może być poddanych recyklingowi, a pozostałe 25,30% trzeba usunąć na złomowisko. Według wariantu 3 natomiast recyklingowi może być poddanych 21,64% części wyrobu. Przystosowanie wyrobu do demontażu i recyklingu określane jest (w programie ATROID) jako potencjał recyklingu. Ocena dokonywana jest według 29 kryteriów dotyczących struktury wyrobu oraz zastosowanych materiałów i technik połączeń. Każde kryterium jest oceniane w skali procentowej (procent jego spełnienia przez rozpatrywany wyrób), przy czym 100% oznacza rozwiązanie najlepsze. Dla każdej grupy kryteriów liczona jest wartość średnia, a ostatecznym wynikiem jest średnia wszystkich grup kryteriów. Wyniki oceny kryteriów potencjału recyklingu dla wariantu 3 oraz 10 przedstawiono w tablicy 4. Ocena kryteriów analizy potencjału recyklingu maszynki do mielenia The analysis of the mincing machine recycling potential criteria Tablica 4 Kryteria potencjału recyklingu Wariant 3 Wariant 10 Kryteria dot. połączeń Kryteria dot. struktury wyrobu Kryteria dot. materiałów

7 Ocena konstrukcji wybranego wyrobu 183 Przy demontażu według wariantu 3 w grupie kryteriów dotyczących zastosowanych w wyrobie materiałów średnia wartość oceny wynosi 46%. Na tak niską ocenę wpłynął głównie brak oznakowań zastosowanych w wyrobach tworzyw sztucznych oraz niski stopień ich wykorzystania z recyklingu. Grupa kryteriów dotycząca struktury wyrobu osiągnęła średnio 86%, a grupa połączeń 93%. W przypadku demontażu według wariantu 10 w grupie kryteriów dotyczących zastosowanych materiałów średnia wartość oceny wynosi 64%. Na tak niską ocenę wpłynęły te same czynniki co w wariancie 3. Grupa kryteriów dotyczących struktury wyrobu osiągnęła średnio 73%, a w grupie kryteriów dotyczących połączeń uzyskano średnią wartość oceny 99%, co oznacza, że zastosowane połączenia są podatne na demontaż. Całkowity potencjał recyklingu oceniono na 79,02%. Wyniki badań wykazały, że lepszy jest wariant demontażu wyrobu na dziesięć części niż na trzy zespoły, daje bowiem większe możliwości recyklingu oraz ponownego wykorzystania części. W przypadku demontażu według wariantu 10 jedynie około 25,3% wyrobu ulegnie usunięciu, pozostałe 74,7% można zagospodarować przez ponowne użycie lub poddanie recyklingowi. Demontaż wyrobu według wariantu 3 oznacza konieczność usunięcia aż 78,36% jego części składowych, przy czym, co ważne, w tym przypadku uzyskano korzystniejszy czas i koszt demontażu. 4. WNIOSKI Ocena wybranego wyrobu z zastosowaniem programu ATROID 3.0 pozwoliła na wykazanie następujących niedoskonałości tego wyrobu: brak oznakowana tworzyw sztucznych, niski stopień wykorzystania tworzyw sztucznych w recyklingu, dużą różnorodność materiałów zastosowanych do budowy przekładni. Ich poprawa zwiększyłaby znacząco korzyści wynikające z demontażu wyrobu i jego recyklingu. Wyniki badań pozwalają więc stwierdzić, że konstrukcja wyrobu powinna być dostosowana do szybkiego i łatwego demontażu, a rezultat recyklingu musi spełniać wymogi ochrony środowiska naturalnego i być najkorzystniejszy ekonomicznie. Niezbędne jest wprowadzenie już na etapie projektowania wyrobu oceny jego podatności na demontaż i recykling, co umożliwi wczesne wprowadzanie zmian dających korzystne efekty ekologiczne i ekonomiczne. Kierując się ważnym celem ochrony środowiska, należy dążyć, by projektowane wyroby w jak największym stopniu można było poddawać późniejszemu recyklingowi. Program ATROID 3.0 stanowi bardzo pomocne narzędzie dla inżynierów projektantów wyrobów technicznych. Wspomaga projektowanie i ocenę wyro-

8 184 J. Żurek, T. Duras bów pod względem demontażu i recyklingu, pozwala także wskazać te cechy konstrukcji, które mogą negatywnie wpływać na te procesy. LITERATURA [1] Atroid 3.0 User s Manual instrukcja zastosowania i obsługi programu ATROID 3.0. [2] Dyrektywa nr 75/442/EEC z dnia 15 lipca 1975 r. w sprawie odpadów. [3] Kasprzak E., Ocena konstrukcji wyrobu w aspekcie jego recyklingu, praca dyplomowa inżynierska, promotor Jan Żurek, PWSZ w Kaliszu [4] Ustawa z dnia 27 kwietnia 2001 r. o odpadach, Dz.U. nr 62, poz [5] Ustawa z dnia 29 lipca 2005 r. o zużytym sprzęcie elektrycznym i elektronicznym, Dz.U. nr 180, poz [6] Wrotkowski J., Demontaż i montaż maszyn, Warszawa, WNT Praca wpłynęła do Redakcji Recenzent: prof. dr hab. inż. Jerzy Łunarski PRODUCT CONSTRUCTION ASSESSMENT IN BEARINGS OF ITS DISASSEMBLY AND RECYCLING PROCESS BASED ON THE SELECTED EXAMPLE Summary The large supply of industrial products causes, after the end of their exploitation, formation of wastes. Processing of those wastes (recycling) leads to savings of raw material and energy together with the benefits for natural environment and its resources. Adjusting product to the future recycling process requires proper designing of the whole lifetime process. Only products made from the heterogeneous materials or those having similar properties can be completely recycled. Otherwise they must be disassembled. With the aid of ATROID 3.0, assigned for supporting projects and assignment of ready products, the analysis of the construction of the grinding machine has been made in bearings of adjusting it to its disassembly and recycling process. Disassembly sequences, ranges and potentials of the recycling process were assigned, at the same time calculating the end-of-life costs of the disassembly of the two variants of the assessed product. Key words: products, disassembly, recycling, ATROID