張麗杰，馮仁余，史海英

(1.軍事交通學院 軍事物流系，天津300161;2.軍事交通學院 科研部，天津300161 )

物流裝備是指用于儲存、裝卸搬運、運輸、包裝、流通加工、配送、信息采集與處理等物流活動的設備或裝備的總稱［1］。物流裝備按功能可劃分為儲存設備、裝卸搬運設備、運輸設備、包裝設備、流通加工設備、信息采集與處理設備、集裝單元裝備7 類。物流裝備是組織實施物流活動的重要手段，是物流活動的基礎［2-3］。隨著物流綠色化的發(fā)展，物流裝備的綠色化越來越引起關注，物流裝備的綠色設計已經(jīng)成為物流裝備綠色化的主旋律。

1 物流裝備綠色設計

綠色設計也稱為生態(tài)設計、環(huán)境設計、環(huán)境意識設計。在產(chǎn)品整個生命周期內，著重考慮產(chǎn)品環(huán)境屬性(可拆卸性、可回收性、可維護性、可重復利用性等)，并將其作為設計目標，在滿足環(huán)境目標要求的同時，保證產(chǎn)品的應有功能、使用壽命、質量等要求。綠色設計不僅是一種具體的方法和技術，更重要的是一種觀念上的變革［4］。綠色設計的主要內容包括:綠色產(chǎn)品的描述與建模、綠色產(chǎn)品的材料選擇與管理、產(chǎn)品的可拆卸性設計、產(chǎn)品的可回收性設計、綠色產(chǎn)品的成本分析及綠色設計數(shù)據(jù)庫等。

物流裝備綠色設計不僅要滿足物流活動中物資儲存、裝卸、運輸?shù)纫螅匾氖窃谠O計階段就將環(huán)境因素和預防污染等措施納入設計之中，將環(huán)境性能作為設計的目標和出發(fā)點［5］，通過可再生資源、二次能源的利用及節(jié)能降耗措施緩解資源枯竭，實施持續(xù)利用。減少廢料和污染物的生成排放，提高在倉儲、裝卸搬運、運輸、包裝等過程中與環(huán)境的相容程度，降低整個物流活動給人類和環(huán)境帶來的風險，最終實現(xiàn)經(jīng)濟和環(huán)境效益的最優(yōu)化。

1.1 物流裝備綠色材料設計方法

綠色材料又稱環(huán)境意識材料，是指能夠經(jīng)濟地滿足用戶需求，并在其生命周期過程中可有效節(jié)省能源和資源、保護環(huán)境、保護勞動者健康的材料或材料制品。先進的選材思想應該是根據(jù)綠色設計的特點，遵循產(chǎn)品功能屬性和綠色屬性的總原則，綜合考慮材料的固有屬性(力學性能和工藝性能)、經(jīng)濟性和環(huán)境屬性等三要素［6］?？偟膩碚f，面向綠色設計的材料選擇應遵循以下4 個基本原則［7］:①考慮材料的力學性能必須充分滿足產(chǎn)品的設計功能;②材料的工藝性能應能節(jié)約加工成本，減少制造過程中的污染排放;③材料的經(jīng)濟性;④材料必須具有良好的環(huán)境協(xié)調性。

1.2 物流裝備可拆卸設計方法

可拆卸性設計是綠色設計的主要內容之一，它要求在設計的初級階段將可拆性作為結構設計的一個目標，使連接結構易于拆卸。實現(xiàn)可拆卸設計的方法有2 種:一種是基于“典型圖譜”的可拆卸性設計，該設計方法是以成組技術為基礎的模塊化設計;另一種是計算機輔助可拆卸性設計。

1.3 物流裝備可回收設計方法

回收再利用是綠色產(chǎn)品在其整個生命周期中的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)設計方法很少考慮產(chǎn)品的回收，而在綠色設計中，產(chǎn)品回收是其最重要的一個階段，因為絕大部分產(chǎn)品對環(huán)境的影響主要體現(xiàn)在報廢回收階段［8］?？苫厥赵O計是在保證沒有降低裝備功能的前提下，充分考慮其零部件回收及再生的可能性、結構工藝性、回收處理方法、回收價值大小、回收處理成本等一系列問題，確保裝備具有閉環(huán)的生命周期，使裝備的絕大部分實現(xiàn)重用、再制造利用或材料的再生及能量回收，將環(huán)境污染降至最小的一種設計思想和方法。

1.4 物流裝備綠色工藝設計方法

綠色工藝設計應該保證制訂的工藝路線最短，盡量減少整個加工過程中的能源和資源消耗，減少對自然環(huán)境的污染，降低制造成本，提高加工效率。所有物流裝備、設備都是由一些零件和部件裝配調試而成。裝配工藝性的好壞，對于機器的制造成本、機器的使用性能和將來的維修更新都有很大的影響。設計時盡量采用標準件和通用件，節(jié)省設計成本，充分發(fā)揮零部件的利用率，有利于零部件的回收再利用。裝備的主要結構應能劃分為幾個獨立的裝配單元，在總裝配前可以單獨進行部件裝配，隨后可以進行部件試驗和調試，提高零部件的質量，改善裝備的性能。

1.5 物流裝備綠色包裝設計方法

綠色包裝又稱為“無公害”包裝和“環(huán)境之友”包裝，指對生態(tài)環(huán)境和人類健康無害，能重復使用和再生，符合可持續(xù)發(fā)展的包裝［9］。綠色包裝設計主要從2 個方面考慮:一是包裝材料的綠色化，包括大力發(fā)展紙制品包裝，運用可再生和循環(huán)再利用的包裝材料，運用可降解的包裝材料，包裝材料單一化和可拆卸化;二是物流包裝方式的綠色化，綠色包裝方式必須滿足包裝材料的綠色性、包裝產(chǎn)品制造環(huán)節(jié)的綠色性以及包裝材料消耗的最少量化。要減少物流包裝材料的消耗，除了考慮可重復使用的包裝容器結構，還可以采用集合包裝方式。集合包裝是將一定數(shù)量的包裝件或產(chǎn)品裝入具有一定規(guī)格、強度和能長期周轉使用的更大包裝容器內，形成合適的搬運單元的包裝技術。它能節(jié)約包裝材料、降低包裝成本，還能促使物流包裝標準化和規(guī)格化。

1.6 物流裝備綠色人機工程設計方法

人機工程設計是以人機工程學理論為基礎的、面向人的產(chǎn)品設計技術。它是依據(jù)人的心理和生理特征，利用科學技術成果和數(shù)據(jù)去設計的技術系統(tǒng)，符合人的使用要求，并優(yōu)化人機系統(tǒng)，使之達到最佳配合，以最小的勞動代價換取最大的經(jīng)濟效益。在對物流裝備進行綠色設計時，利用人機工程學的原理優(yōu)化人—機—環(huán)境之間的關系，使之相互協(xié)調，確保使用者或操作者在物流裝備全生命周期各階段的安全和身心健康，以達到人機系統(tǒng)的最佳效率，提高勞動生產(chǎn)率及工作質量。物流裝備綠色人機工程設計是基于人機工程學原理，通過研究物流裝備的特點，進行人機設計領域內與物流裝備設計相關的各類創(chuàng)造性活動［10］。比如，在對物流裝備進行綠色設計時，不僅要求該裝備操作系統(tǒng)要可靠，而且要適合人的使用習慣，便于識別操作，不易出錯;改進裝備上的照明設備使之亮度適當，造型美觀，也可以提高工作效率。

2 物流裝備綠色設計案例

叉車是物流裝備中非常重要的運輸裝備，是指對成件托盤貨物進行裝卸、堆垛和短距離運輸作業(yè)的各種輪式搬運車輛。叉車的種類很多但是其結構類似，主要由發(fā)動機、底盤(行走機構)、車體、起升機構(門架和貨叉)、液壓系統(tǒng)及電氣設備等組成［11］?，F(xiàn)以平衡重式叉車為例(如圖1 所示)對其進行優(yōu)化設計，使其具有綠色叉車的優(yōu)勢。

圖1 平衡重式叉車

(1)貨叉是叉車中最常用的屬具，是叉車最重要的承載構件。在物流領域，貨叉與托盤配合使用，這就要求貨叉制造材料必須有很高的耐磨性和強度，在保證零件安全系數(shù)的基礎上，可適度降低碳含量，有利于提高零件危險截面處的可焊性和貨叉的冷脆轉化溫度。這樣不僅可以提高貨叉的安全性，還可以降低制造成本［11］。目前國內普遍采用40Cr 鋼制造貨叉，綜合考慮，可以采用含碳量0.32%左右的錳硼專用合金結構鋼，體現(xiàn)設計經(jīng)濟性。

(2)為提高叉車的使用效率，按照人體工程學的標準，設置懸浮式座椅，使駕駛員有機會從座椅位置快速查看工作環(huán)境，具有良好的全景視野，便于及時發(fā)現(xiàn)并快速處理突發(fā)事件。

(3)在發(fā)動機排氣口處設置雙層內置式消音裝置，阻隔噪聲源，做到無噪聲污染。

(4)門架是叉車工作裝置的骨架，支撐起升油缸，同時承受貨物的垂直作用力和縱向彎矩。為了使叉車的外形尺寸不至于過高，保持叉車良好的通過性，當叉車最大起升高度較大時，多采用多級伸縮門架。目前國內叉車門架一般采用二級門架或三級門架。但在軍用方面，四級門架系統(tǒng)比三級門架多一級起升高度，相對于三級門架來說，在不增加液壓缸的前提下仍然具有部分全自由行程，實現(xiàn)了在起升同樣高度的情況下，整車的落地高度較三級門架更低的功能，同樣，可以在整車的落地高度相同的前提下，提高起升高度。

(5)叉車的額定起重量遠大于日常的作業(yè)重量，造成過高的消耗，因為叉車的配重都是固定的，不管叉運的貨物質量大小，都需配帶全副的配重鐵，既浪費能源又帶來不必要的磨損，縮短了叉車各部件的壽命，這也和現(xiàn)代社會提倡節(jié)能、降耗、減排的精神相違背。針對這種情況，設計一種可以根據(jù)貨物的質量而進行調整的組合式叉車配重鐵。把叉車的配重鐵進行改造，把現(xiàn)在獨體實心的配重鐵改成上部空心的配重倉，上面開蓋，然后加工一些方便搬動的像秤砣一樣的配重鐵塊放進配重倉，標明質量及對應叉車叉貨物的質量。因為叉車減輕了質量，就降低了能量消耗，減少了磨損，延長了使用壽命，增強了抗陷能力，拓寬了工作范圍，加快了速度。

(6)叉車產(chǎn)品結構比較復雜，設計、生產(chǎn)周期比較長，如果逐一設計，將會耗費大量的資源，對環(huán)境的影響極大。這就需要實施以面向模塊和功能分析為主要特征的模塊化設計來縮短開發(fā)周期、減少制造成本。將叉車按結構分成若干模塊，如車體、駕駛室、門架、驅動系統(tǒng)、電池、控制系統(tǒng)等。每個模塊都有相對固定的外形和功能，但其規(guī)格可以近乎無極地微調，而且各模塊間相互兼容，維修時可以按塊進行，針對性強，零部件易回收，便于再利用。

(7)叉車現(xiàn)有的動力源是柴油或汽油，污染大、噪音大、環(huán)保性能極差。在中小型搬運情況下，可改為液化氣蓄電池混合動力源，作業(yè)效率能保持在較高的水平，叉車的啟動性能和環(huán)保性能提高，噪音減小，適合室內外作業(yè)。

(8)叉車玻璃窗采用合理的切割方式，可節(jié)約材料(玻璃、鋼材)［12］。使用標準斷面規(guī)格的材料，內外覆蓋材料規(guī)則，使用效率非常高。材料的使用效率高絕不單純意味著降低了多少直接成本，因為人類的采礦、冶煉、成型、裁剪、包裝、運輸、倉儲等所有生產(chǎn)過程都要消耗大量的能源，產(chǎn)生大量的溫室氣體，即便是材料回爐重新再次使用，第一次循環(huán)消耗的能源產(chǎn)生的溫室氣體已經(jīng)造成環(huán)境污染。叉車綠色設計與傳統(tǒng)設計的對照見表1。

表1 叉車綠色設計前后對照

3 結 語

物流裝備綠色設計是社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的必要環(huán)節(jié)，是實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化的保證，是物流業(yè)不斷發(fā)展壯大的根本保障，是對原有設計方法的有益補充。綠色設計方法在物流裝備中的廣泛運用是社會發(fā)展和行業(yè)發(fā)展的必要趨勢，綠色設計方法的合理運用具有較高的社會價值和經(jīng)濟價值。

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