Приложение А (справочное). Применение критериев вторичной переработки и примеры реализации основанной на них продукции

Приложение А
(справочное)

Применение критериев вторичной переработки и примеры реализации основанной на них продукции

А.1 Примеры реализации продукции

Нижеприведенные примеры предназначены для краткого описания разработки инновационной и сложной технической продукции, которая будет обладать повышенными характеристиками с возможностью ее последующей переработки.

А.1.1 Защита днища автомобилей

Для защиты днища автомобилей используют покрытия из ПВХ с минеральным наполнителем.

Поскольку подобный защитный слой на днище автомобиля невозможно отделять от стали на днище (при приемлемых затратах), то переработку композитного материала защитного слоя, который становится непригодным для его повторного использования, в этом случае не производят. Восстановлению подлежит только стальное днище автомобиля. В зависимости от типа транспортного средства, очистка днища старой машины приводит к образованию 7-11 кг минерально-пластиковой смеси, которая либо попадает на свалку, либо сжигается.

Для повышения эффективности переработки и уровня обращения по окончании жизненного цикла автомобилей предпринята попытка создания концепции защиты кузова, пригодной для вторичной переработки. Несмотря на то, что доля не подлежащих вторичной переработке материалов может быть несколько снижена за счет выбора более подходящей, частично видимой толщины слоя покрытия и его альтернативных материалов, основная проблема неразрывной связи между кузовом и защитой днища остается.

Только совершенно новый подход к решению этой проблемы способен обеспечить пригодность всей системы к ее последующей вторичной переработке.

Защитный слой, наносимый на днище из листового металла, заменен его облицовкой из армированного стекловолокном листового полипропилена (см. рисунок А.1), крепящегося к днищу с помощью винтов.

Рисунок А.1 - Обшивка днища автомобиля покрытием из армированного стекловолокном полипропилена

Преимущества данного решения заключаются в следующем:

- облицовку днища можно легко демонтировать (из-за разъемных соединений);

- чистота сортируемых демонтируемых компонентов;

- армированный стекловолокном полипропилен можно легко перерабатывать;

- циклы переработки полипропилена уже существуют, так что эти компоненты можно передавать в системы переработки ценных материалов;

- экономия может достигаться за счет снижения затрат на демонтаж и возможных поступлений от переработки материалов.

Кроме того, данная концепция обладает дополнительными экологическими и экономическими преимуществами:

- снижение массы автомобиля;

- экономия топлива за счет снижения веса автомобиля;

- снижение сопротивления воздуха;

- снижение уровня шума.

А.1.2 Приборные панели автомобилей

Примером инноваций, предназначенных для оптимизации продукции, ориентированной на ее последующую переработку, является приборная панель автомобиля среднего класса. Параллельно с ее постановкой на крупносерийное производство разработана экологически и экономически оптимизированная концепция переработки материалов.

Для реализации цикла переработки материалов требуется не просто переработка продукции, но и дальнейшие гарантированные области предполагаемого применения переработанных материалов, в частности, пластиков.

В процессе разработки новой приборной панели отобраны материалы, которые можно повторно использовать в виде измельченного сырья при производстве идентичных деталей или можно подавать в систему переработки отходов производства. Все воздуховоды к этой приборной панели также состоят из термопластика.

Остатки от вырубки отверстий в приборной панели и обрезки, образующиеся в процессе ее изготовления методом штамповки, с помощью специально разработанного метода сепарации разделяют по трем фракциям. При этом накапливающийся высокочистый измельченный материал-носитель используют напрямую, без смешивания с новым материалом для производства нового воздуховода для приборной панели. Измельченный поверхностный (декоративный) и вспененный материал-полиуретан, накапливающийся в сепараторе в виде другой фракции, прессуют в реализуемые на рынке плиты из композита. В данном процессе сухого изготовления продукции понесенные затраты покрываются исключительно доходами от массы фракции пластика, извлекаемой из несущего слоя приборной панели (приблизительно 65 %).

А.1.3 Блок управления насосом отопления

Базовым вариантом конструкции выбран блок управления насосом отопления, который обладает неудовлетворительными характеристиками в части его демонтажа и переработки, а именно:

- слишком широкий ассортимент материалов и комплектующих;

- сочетание материалов, несовместимых при переработке, в частности, корпуса блока управления;

- использование галогенированных огнезащитных средств (в основном в составе материала печатной платы);

- сложность демонтажа и обращения по окончании жизненного цикла из-за клепаного корпуса блока управления;

- наличие клеевых соединений пластиковых деталей с использованием пленок, несовместимых с процессом переработки;

- наличие металлических вставок в пластиковом корпусе.

Данный вариант конструкции блока управления насосом отопления подвергнут модернизации с учетом правил демонтажа и конструкции блока, ориентированной на его последующую переработку (см. рисунок А.2).

Благодаря введению крышки на верхнюю часть корпуса, а также кожуха вентилятора в нижнюю часть корпуса, номенклатура используемых материалов и деталей была сокращена.

Оптимальное расположение светодиодов на печатной плате позволило обойтись без оптических световодов, в результате чего были исключены сочетания материалов, несовместимых при их переработке. После замены основного материала печатной платы, содержащего галогены, конструкция блока управления перестала содержать вещества, загрязняющие окружающую среду. Демонтаж блока управления был упрощен за счет использования защелкивающихся соединений на его корпусе. Модифицированный радиатор охлаждения позволил фиксировать печатную плату и не использовать несколько винтовых соединений. Во избежание наклеивания пленочных этикеток вся необходимая информация нанесена на корпус методом лазерной гравировки. Металлические вставки могут быть не установлены в дополнительной крышке.

В результате изменения конструкции блока получены следующие преимущества:

- снижение затрат на демонтаж блока - на 80 %;

- снижение затрат на переработку блока - на 57 %;

- уменьшение общего веса блока - на 5 %;

- сокращение количества демонтируемых компонентов - на 76 %;

- снижение затрат на сборку блока - на 80 %.

Рисунок А.2 - Изменение конструкции блока управления тепловым насосом

А.1.4 Тостер

При разработке предыдущих моделей тостеров проблемы, связанные с его переработкой, учитывались лишь в самой незначительной степени, например только в отношении идентификации пластиковых деталей, минимизации номенклатуры материалов и т.п. При разработке нового поколения тостеров логично было бы реализовать такую его конструкцию, которая была бы пригодна для его последующей переработки, например:

- легко разбираться на компоненты;

- иметь минимальное количество деталей;

- содержать материалы с достаточной степенью чистоты;

- отслеживать ресурсы.

Анализ предыдущей конструкции тостера с использованием коммерческих средств оценки и практических испытаний на переработку показал "слабые места", связанные с переработкой традиционных/композитных материалов и с типами соединений компонентов.

Введенные в новую конструкцию существенные изменения (при сохранении характеристик назначения предыдущей модели тостера) позволили, помимо прочего:

- заменить все заклепочные соединения на защелкивающиеся;

- объединить несколько пластиковых деталей в одну деталь и изготавливать ее из основной фракции полипропилена;

- заменить самоклеящуюся этикетку из полиэтилена на изготовленную из основной фракции полипропилена.

На рисунке А.3 показана конфигурация выталкивателя тостов в предшествующей модели тостера, а на рисунке А.4 - оптимизированная конфигурация новой конструкции тостера.

Рисунок А.3 - Выталкиватель тостов в предыдущей модели тостера, состоящий из пяти склепываемых деталей из четырех различных материалов

Рисунок А.4 - Выталкиватель тостов в новой модели тостера, состоящий из двух соединяемых без склепывания деталей из двух различных материалов

В результате изменения конструкции тостера и его ориентирования на последующую переработку:

- общее количество деталей тостера было снижено приблизительно на 29 % (с 59 до 42);

- общее количество используемых материалов снижено приблизительно на 23 % (с 13 до 10);

- общий вес тостера снижен приблизительно на 10 % (от 1380 до 1245 г).

Общий результат изменения конструкции тостера состоит в том, что затраты на его переработку можно сохранить практически без изменений, однако положительным побочным эффектом будет то, что затраты на производство тостера снижены приблизительно на 30 %.

А.1.5 Блок клапанов

Потоки воды в стиральных машинах регулируют с помощью электромагнитных (соленоидных) клапанов, находящихся в блоке клапанов. Анализ сборочных узлов в различных бытовых устройствах для стирки белья показал, что существует возможность повторного использования этих узлов на рынке запасных частей.

Предварительным условием для экономической целесообразности восстановления (ремонта) этих блоков является разработка конструкции, оптимизированной для демонтажа блока клапанов.

Анализ слабых точек, связанных с демонтажом исходной конструкции блока клапанов, привел к следующим выводам:

- слишком широкий ассортимент используемых материалов;

- наличие недемонтируемых композитов из материалов, не пригодных для переработки;

- большое количество мелких деталей из разных материалов как результат чрезмерного разделения функций;

- конструкция, упорядоченная не лучшим образом и обладающая неясными возможностями в части демонтажа;

- наличие мелких деталей неправильной формы, которые могут легко цепляться друг за друга.

Для повышения эффективности демонтажа исходного варианта конструкции [см. рисунок А.5а)] определены требования к демонтажу и последующей переработке; разработаны требования к изготовителю блоков, процессу сборки, а также требования, связанные с конкретными затратами изготовителя; все требования и основные функции блока были представлены в виде технических требований. Разработка новой концепции блока клапанов началась с функционального анализа и применения технических требований, которые стали основой для разработки варианта конструкции, оптимизированного с точки зрения процесса демонтажа [см. рисунок А.5б)].

Оценка варианта конструкции блока клапанов, оптимальной с точки зрения демонтажа, по сравнению с первоначальным вариантом конструкции показала более высокие технико-экономические характеристики (помимо значительного улучшения демонтируемости и обращения по окончании жизненного цикла).

При разработке конструкции блока клапанов следующие конструктивные меры оказались особенно эффективными:

- снижение количества компонентов за счет интеграции части из них;

- сокращение номенклатуры материалов за счет введения части функций в компоненты, изготавливаемые из одного и того же материала;

- расположение клапанов в одну линию;

- выбор метода соединения компонентов, позволяющего легко разбирать блок при сохранении его достаточной прочности и долговечности при эксплуатации;

- стандартизация направлений демонтажа компонентов;

- повышение доступности компонентов и возможности их захвата.

Примечание - Оба варианта блока клапанов представлены в разобранном виде.

Рисунок А.5 - Иллюстрации конструкции блока клапанов

А.1.6 Концепция модульной сборки электронных компонентов

Для множества видов продукции, используемой в электронике, механотронике и приборостроении, вместо классической конструкции, содержащей основную плату, металлический каркас, навинчиваемые компоненты, привинчиваемый корпус с задней стенкой или крышкой, разработана и применена на практике другая концепция сборки электронных компонентов, в которой компоненты вставляют в многокомпонентные шасси, которые можно соединять или перемещать совместно, при этом шасси удерживаются на месте с помощью надвигаемого на них кожуха. Соединительных элементов в этой конструкции, например винтов, заклепок и т.п., не требуется. Тем не менее, после закрытия корпуса все компоненты остаются на своих местах.

Если сравнить характерные показатели конструкции, выполненной с использованием подобной концепции с прежней классической конструкцией, то можно отметить ряд важных преимуществ, например:

- снижение на 90 % числа винтовых соединений;

- снижение на 70 % числа деталей корпуса и каркаса;

- сокращение на 50 % времени разработки конструкции;

- сокращение на 50 % времени сборки;

- сокращение на 30 % числа транспортных упаковок благодаря защищенному от ударов хранению компонентов.

Подобная конструкция снижает затраты на изготовление радиоэлектронного устройства. То же самое относится и к его эксплуатации и переработке. Из-за того, что эту конструкцию легко демонтировать для последующей переработки:

- сокращается время ввода устройств в эксплуатацию или замены компонентов (на 20 % в случае проведения технического обслуживания);

- на 90 % сокращается время демонтажа устройств при переработке, с повторным использованием их компонентов или с переработкой наиболее ценных материалов.

А.2 Средства проектирования продукции

Для производителей продукции необходимы дополнительные рекомендации по разработке продукции, оптимизированной, с одной стороны, для ее последующей переработки, и эффективно используемой при эксплуатации, с другой стороны; нижеприведенные рекомендации дополняют требования настоящего стандарта касательно проектирования.

Отдельными производителями, отраслевыми ассоциациями и объединенными рабочими группами разработаны стандарты, руководства и инструкции для конкретных компаний, продукции или отрасли с целью облегчения разработки и проектирования конфигурации продукции, ориентированной на ее последующую переработку. Содержание этих документов основано на простых правилах конфигурирования, перечнях материалов, применения которых следует избегать, методах оценки характеристик переработки, а также на документации, относящейся к переработке продукции (материалов).

Стандарты и нормативные документы подобного типа должны содержать:

- рекомендации по проектированию, относящиеся к методам соединения/конфигурирования компонентов и выбору материалов;

- конкретные рекомендации, относящиеся к возможным усовершенствованиям конкретных компонентов;

- примеры конструкций, оптимизированных для их последующей переработки;

- критерии оценки и отбора;

- перечень содержащихся в компонентах материалов, которые потенциально способны создавать риски для окружающей среды и переработки материалов;

- инструкции по составлению документации на продукцию.

А.2.1 Паспорт на переработку продукции

Большие затраты на переработку сложной продукции на конечном этапе ее использования обусловлены качеством информации, предоставляемой о ней (в дополнение к соответствующей конструкторской документации).

Если организации, выполняющей переработку продукции/материалов, известны все используемые материалы, компоненты, загрязняющие или мешающие вещества (подлежащие повторному и/или дальнейшему использованию), а также их расположение в конструкции продукции, то она может предусмотреть оптимальную стратегию их переработки.

Подобная относящаяся к переработке продукции/материалов информация в форме паспорта на переработку может представляться организации, выполняющей переработку.

Паспорт на переработку продукции/материалов должен содержать следующую информацию:

- вид изделия (в изометрической проекции) с указанием соответствующих материалов, компонентов и их массы;

- материалы, которые необходимо удалять и обрабатывать отдельно (например, материалы, содержащие загрязняющие окружающую среду вещества), а также материалы и компоненты, вызывающие нарушение экологического равновесия;

- рекомендации по демонтажу, относящиеся к указанным материалам, а также к материалам и компонентам, пригодным для их вторичной переработки;

- табличный перечень всех групп материалов, содержащихся в продукции.

На рисунках А.6 и А.7 приведены выдержки из паспорта на переработку изделия медицинского назначения, с соответствующими рекомендациями и информацией.

Рисунок А.6 - Вид изделия в изометрической проекции

Рисунок А.7 - Рекомендации по извлечению трудноперерабатываемых материалов, обладающих высоким уровнем риска, а также материалов/компонентов, пригодных для вторичной переработки