Ключевые слова: ресурсоэффективность, энергозатратность, листовые материалы, лазерная резка, оптимальные условия, проектирование, каркасный светильник
На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Но с тех пор как начал развиваться технический прогресс, опасное вмешательство человека в природу резко усилилось, расширился объём этого вмешательства, оно стало настолько большим, что сейчас грозит стать глобальной опасностью для человечества. Главной целью человека было и является использование природных ресурсов.
Проблема в том, что ограничение запасов природных ресурсов значительно возрастает по признаку их исчерпаемости. Расход ресурсов повышается, все больше сырья употребляется в промышленности, а количество отходов возрастает. Решение этой проблемы является максимальное использование ресурсов с минимальными отходами и использование экологически чистых материалов, и следствие чего, возрастает всеобщая тенденция к внедрению ресурсоэффективности.
Ресурсоэффективность предполагает, что при производстве определённого объёма продукции расходуется меньшее количество ресурсов, тем самым снижается количество отходов.
Целью нашей работы является конструирование каркасных светильников, чтобы показать минимальное количество отходов, тем самым меньше затрат на природные ресурсы.
Проблемой ресурсоэффективности занимаются системно [1]. Сегодня вопрос о ресурсоэффективности является самым актуальным в мире, и со временем он будет только усиливаться. Уровень ресурсоэффективности промышленного предприятия определяется путем сопоставления двух величин: экономического эффекта или результата и размера производственных затрат или ресурсов, т. е. показатели экономической эффективности производства рассчитываются как отношение затрат и ресурсов к экономическому эффекту или результату. Показатели экономической результативности производства дают представление о том, ценой каких затрат достигается экономический эффект.
Ресурсоэффективность нацеливает на достижение оптимальных соотношений между затратами и результатами. Эффективное использование ресурсов — достижение экономически оправданной продуктивности использования ресурсов при существующем развитии техники и технологии.
В данной статье предлагается рассмотреть ресурсоэффективность на основе использования листовых материалов, таких как оргстекло, сталь, ДСП, фанера и пр. С помощью этих материалов можно наглядно показать наличие отходов при выполнении работы. Для листового материала главным параметром ресурсосбережения является раскройка продукции на заготовленном листе. Осуществить это можно с помощью специальных программ, таких как, SolidWorks, Autodesk Inventor, 3D max, Autocad, компас 3D.
Главной целью проекта было получение наименьшего количество отходов и наименьших затрат. Для достижения этой цели было решено сконструировать каркасный светильник в SolidWorks с использованием листового материала. Сравнили его уже с имеющимся светильником, который уже произвели.
Мы предлагаем сравнить настольные и потолочные светильники. Рассмотрим для начала конструкцию настольного светильника, который состоит из 10 квадратных рамочных модулей. Оптимальный вид резки [2] можно подобрать, сравнив плюсы и минусы каждого метода.
Таблица 1.1
Оценка по 10-бальной шкале
|
Вид резки |
Ширина |
Качество |
Производительность |
Экологичность/Безопасность |
Эксплуатац. расходы |
|
Газокислородная |
5 |
5 |
6 |
3 |
5 |
|
Плазменнная |
6 |
7 |
9 |
5 |
7 |
|
Лазерная |
10 |
9 |
7 |
7 |
4 |
|
Гидроабразивная |
8 |
10 |
5 |
8 |
2 |
Из таблицы 1.1 видно, что самый оптимальный вариант — это лазерная резка. При выборе резки стоит обратить внимание на простоту вырезания, производительность, на качество резания. Для резки был выбран 1 лист фанеры с размерами 25х25х0,5см т. к. этот материал не дорогой, простой в резке и хорошо обрабатываемый. Вырезается на станке 10 рамочных модулей, каждая из которых меньше предыдущего, и площадь рамки уменьшается на 8 см2. Все модули скрепляются 2-мя стержнями: нижним — 3мм и верхним — 2мм. Нижний стержень присоединяется к подставке 10х10х2см. Саму подставку предлагается сделать из металла, но также можно рассмотреть и другие материалы, такие как, пластик, дерево, стекло и т. д. Лампочка будет крепиться к нижнему стержню. Нижний стержень будет полый через который будет проходить провод. Размеры указаны на чертеже (рис. 1.1)
Рис 1.1
Окончательный вид лампы был спроектирован в программе SolidWorks (рис. 1.2)
Рис. 1.2
Следующим вариантом конструкции будет подвесной светильник, размеры и количество модулей подвесного и настольного светильника будут совпадать, но располагаться модули будут несколькими вариантами и все потолочные светильники будут крепиться на крюковой основе.
1-вариант потолочного светильника: Его звенья будут расположены также, как и в настольном светильнике, и он крепится на основном вертикальном креплении (рис.1.3)
Рис. 1.3
2-вариант потолочного светильника будет вырезаться из такого же листа фанеры (размеры которого можно изменить). Сначала вырезаются 10 квадратных рамочных модулей, каждая меньше предыдущего. Сами звенья будут располагаться друг под другом в разном порядке, связанные между собой цепями, при этом порядок звеньев можно менять. (рис. 1.4). Также квадратные рамочные модули могут располагаться друг под другом, но уже в определённом, не хаотичном порядке (рис. 1.5).
Рис. 1.4
Рис. 1.5
Также вне зависимости от того факта, какая лампа будет — настольная или потолочная, можно использовать разные материалы для рамочной конструкции: металл, пластик, cтекло, оргстекло, фанера и т. д.
Для того, чтобы показать, что конструкция имеет малый процент отхода по сравнению с другими, предлагаем для сравнения другие рамочноконструкционные светильники. Сравним спроектированный настольный светильник и подвесную лампу (рис. 2.1).
Рис. 2.1
Конструкция состоит из 15 деревянных квадратных рамок 10х10х1см с хромированными стержнями, внутренняя ширина и длинна 6х6см. Также имеется платформа, на которую прикреплены рамочные модули 60х10х3,5см. Объём исходной фанеры, из которого вырезаны модули, составляет объёмом1500см³. В результате сравнения двух светильников мы видим, что отходного материала светильника составляет 540см³ это означает 36 % от всего листового материала. Так же мы просчитали процентное соотношение отходного материала от всего фанерного листа из которого сделан потолочный светильник. (рис. 2.2).
Рис. 2.2
Конструкция светильника состоит из 36 модулей в виде половины квадратной рамки, размеры которого 20х3х28см. Площадь исходного листа фанеры толщиной 0,3см S=20160см². Итак, площадь отходного материала составляет 13464 см², а это 66 % отходов от всего материала. Т. к. детали совпадают по размерам и количеству рамочных модулей, рассчитывается отходный материал самого каркаса (Рис.2.3).
Рис. 2.3
Объём исходного деревянного листа 312,5 см³, отходного материала 12,5 см³, что составляет 4 % от всего материала. Это означает, что количество выбрасываемого материала сокращается примерно в 13 раз.
В заключение еще раз отметим как важно добиться ресурсоэффективности, влияющей на производство. Эффективность этого метода показали на примере светильников. Если подобрать правильную раскройку материалов, можно добиться самого наилучшего эффекта. Самое главное, чтобы с вырезаемого материала было наименьшее количество отходов. В нашем случае получилось 4 %, что намного меньше в сравнении с уже имеющимися вариантами светильников, у которых получилось примерно в 14 раз больше отходов. В настоящее время главной целью инженера и дизайнера является тщательное планирование и распределение отходов/затрат, т. е. необходимо так рассчитать конструирование деталей, чтобы затрачивалось меньше ресурсов и, соответственно, было меньше отходов от производства. Повышение ресурсоэффективности контролирует состояние окружающей среды. Этот метод слабо повлияет на экологическое, нерациональное потребление ресурсов, не замедлит рост экономики, но существенно повлияет на определённую компанию, которая делает упор на ресурсоэффективность. Здесь действует «эффект бумеранга» — сэкономленные за счет более высокой ресурсоэффективности средства потребители вкладывают в приобретение дополнительной техники для повышения бытового комфорта, увеличивая тем самым общее потребление ресурсов. Ресурсоэффективность не сможет полностью решить глобальные проблемы, но поможет сэкономить ресурсы и затраты на их приобретение.
Литература:
1. Ресурсоэффективность — основа устойчивого развития цивилизации / А. А. Дульзон, В. Я. Ушаков, П. С. Чубик // Известия Томского политехнического университета. — Вып. 6. — Т. 320. — 2012. — С. 39–40.
2. Сравнение технологий плазменной, лазерной и гидроабразивной резки [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.autowelding.ru/publ/1/tekhnologii_rezki_metallov/sravnenie_tekhnologij_plazmennoj_lazernoj_i_gidroabrazivnoj_rezki/34–1-0–534
