1.基本概念
再制造方案是对废旧产品再制造和保障资源总体安排的描述,是对退役产品再制造中的相关因素、约束、计划以及保障资源的简要说明 [6] 。其内容包括再制造策略、再制造级别、再制造时机、再制造原则、再制造资源保障和再制造活动约束条件等。不同的再制造方案,也直接决定并影响着产品的实际再制造性。
2.制订再制造方案的目的
1)在产品设计中,为确定产品的再制造实施提供基础,为产品的再制造性设计和再制造保障资源的设计提供依据。产品的再制造性和再制造保障资源要求实际上都是以某种再制造方案为约束的,其中的参数选择都要以再制造方案设想为前提。
2)为建立再制造保障系统提供基础。在再制造工程分析中,根据再制造方案,针对产品设计可以确定其再制造目标、再制造时机、保障人员数量与技能水平、保障设备、备件及技术设施等保障资源,以建立产品再制造保障系统。
3)为制订详细的产品再制造计划提供基础,并对确定资源供应方案、再制造训练方案、备件供需服务、废旧产品运输与搬运准则、技术资料需求等产生影响。
要想经济而有效地实现上述目的,在产品论证研制的早期确定使用要求时就应确定产品的再制造方案设想,并在产品研制、使用过程中不断加以修订、完善。尽早确定再制造方案,有助于设计和再制造保障之间的协调,并系统地将其综合为一体。例如,再制造保障设备所具有的功能应与产品再制造设计以及给定的再制造策略相匹配;配备的人员其技能应与设计所决定的产品的再制造难度相匹配;再制造方法应根据产品设计及其再制造任务来确定等。若未及时确立再制造方案、再制造级别不明确、再制造策略不确定,一方面产品系统的各个组成部分因缺乏统一的标准可能呈现出各种设计途径,难以决策;另一方面各种再制造保障要素将难以与主产品相匹配,造成资源的浪费和保障水平的低下。
在研制中制订的再制造保障方案及其随之产生的详细的再制造计划,与产品实际退役后的具体再制造方案是有区别的,但前者是后者的依据,后者是前者在实施阶段的落实和提升。在退役后的再制造实施方案、计划中,遵循研制中的再制造保障方案、计划及其形成的保障要素的规定,可以保证再制造保障系统良好地运行。同时,再制造方案在产品实施再制造的阶段也要在实践中受到检验,并应依据实际情况进行必要的修改和完善。
3.再制造方案的确定及评估
再制造方案的制订是产品寿命周期中最重要的工作之一,其形成过程是一个反复迭代的过程,常常需要进行各种保障资源及任务的综合权衡分析。为了优化设计和实现最低的全寿命费用,再制造方案与再制造性要求应同步进行研究。在再制造策略中,采用何种目标的再制造,将直接影响着再制造保障资源的配置及再制造产品的性能,也对废旧件的处理、新备件的保障、再制造人员的要求等因素产生直接影响。
总之,再制造方案的制订是产品全寿命周期中的重要工作,它对于产品的设计方案和废旧产品的再制造保障有着重大的影响。再制造方案形成后,将从再制造方案出发,逐步形成初始的再制造性设计要求和再制造保障准则。这些准则不仅影响产品系统设计的功能(如模块化、标准化及互换性等),而且对系统设计及再制造保障资源的配置提供了重要依据。为了保证再制造方案的完整性,作为一种最后的检查手段,可以提出如下问题加以确认:是否定义和确定了产品退役后的再制造策略?是否定义和确定了废旧产品各零部件的再制造级别?是否定义和确定了废旧产品的再制造保障资源及任务?
再制造方案的确定和优化,要由再制造方与承制方密切配合,共同完成。除已有的工作要求和预定的环境条件外,再制造方一般应首先向承制方提供如下信息:①相似系统的保障资源及有关数据;②系统预定的再制造方案构想。
1.基本概念
再制造策略是指产品退役后如何再制造,它规定了某种产品退役后的再制造方式及预定完成再制造后的产品性能,它不仅影响产品的设计,而且也影响再制造保障系统的规划和建立。在确定产品的再制造方案时,必须确定产品的再制造策略。按照再制造的目的和方法不同,产品退役后可采用的再制造策略一般可分为恢复性再制造、升级性再制造、改造性再制造及应急性再制造 [6] 。
1)恢复性再制造:指将在寿命末端的产品通过再制造恢复到与新品相同的性能。
2)升级性再制造:指将在役或功能退役的寿命末端产品通过再制造进行性能或功能升级,使再制造产品性能超过原产品,满足当前市场需求。
3)改造性再制造:指产品功能无法再适应市场需要时,将退出市场的寿命末端产品通过功能转换、结构改造等方法再制造成其他产品,赋予产品不同的功能,满足新领域用户对产品功能的需求,实现资源的高品质转换利用。
4)应急性再制造:指在特殊条件下(如战场、现场、战前等),通过适当的再制造方法,使产品满足当前紧急条件下所要求的部分功能,实现产品在特定条件下的应急使用。
2.再制造策略的选择
在选择再制造策略时应注意以下几点:
1)再制造产品性能的市场需求是再制造策略选择的首要因素。再制造策略的选择,在很大程度上取决于产品退役的原因及市场需求,需要对再制造产品的使用性能进行重新设计,以更好地适应市场需求。例如,如果产品是因达到了物理寿命而退役且当前产品功能仍在市场上大量流通,则可以采用恢复性再制造策略,以最小的代价恢复产品的性能;如果产品是因技术功能落后无法满足市场要求时,则只能选择升级性再制造策略,以便保证再制造后的产品拥有市场需求;对于已经退出市场的产品,其应用市场已经消失、已经饱和或者再制造成本超过预期时,可以选择改造性再制造,将其再制造转换为其他类型的产品,满足市场需求,并最大化地保持原产品的残余价值;战场、流水生产线等特殊条件下,为了快速恢复产品的主要性能,可以采用应急性再制造策略,以满足特殊条件下快速恢复主要功能的要求。
2)再制造保障资源是影响再制造策略选择的直接方面。不同的再制造策略对应着不同的再制造工作内容和职责范围,即使对同一废旧产品而言,在不同的再制造策略下所需要的再制造保障资源也不相同,因此废旧产品到达再制造企业后,其再制造策略的选择必须依据再制造保障资源的配置条件。再制造保障资源的条件包括设备的生产能力、备件的供应状况、人员的专业水平等众多因素,不同的保障资源条件也相应确定了不同再制造策略的选择。因此,在进行再制造策略选择时,应根据保障资源情况从不同方面按照优先顺序对其进行综合权衡。
3)减少资源消耗是再制造策略选择的重要因素。再制造的目标是最大化回收废旧产品中的附加值,减少原废旧产品蕴含价值资源的损耗,同时还要考虑再制造本身过程的资源消耗,减少再制造保障系统运行中的人力及资源消耗,降低对保障设备、设施配置以及器材储存要求与费用。再制造策略选择得恰当与否对于再制造产品的使用或寿命周期费用有着直接的根本性影响,从减少消耗的经济性和减少环境污染的角度选择再制造策略也应是再制造策略抉择的主要影响因素。
3.再制造策略的确定
预定的再制造策略直接影响着产品设计和再制造保障资源的需求。在产品设计中,要预先确定其再制造策略;在研制生产过程中,需要对原定的再制造策略进行局部调整,确定相对较固定的产品退役时的再制造策略;当产品退役进入再制造生产线后,此时再制造保障资源基本完全确定,具体废旧产品的再制造策略(例如是恢复性再制造还是升级性再制造),一般而言就相对固定了。因此在确立产品的再制造方案时,必须预先分析产品的使用要求及条件,预测产品退役时的状况及届时的产品性能需求,并根据这些要求确定能够保证这些要求实现的再制造策略。在该阶段,可能会设想出多个不同的再制造策略,但最终应把范围缩小到一个或两个合理的方案,并对其进行详细地分析。由于每一个待选再制造方案反映了系统设计和保障的特点,因此应按照相应的参数指标(如再制造度等)和寿命周期费用予以评价。在规定产品的使用方案和退役后的再制造方案时,所需数据常常是根据经验或从类似的产品取得的,经过对比分析,根据各个方案的相对优缺点选定再制造策略。若有两种策略被认为效果较好,再制造方案则分别考虑这两种策略,直到取得详细的数据资料能够完成更深入的对比分析为止。图2-2所示为评估和优化再制造策略的过程。在使用阶段,具体产品的再制造策略应根据实际情况做必要调整。
图2-2 再制造策略的评估与优化过程
1.基本概念
再制造级别是按废旧产品进行再制造时所处场所而划分的,一般可分为产品级再制造、部件级再制造和零件级再制造。不同的再制造级别,可以提供不同的再制造方案,为再制造性设计提供方案支持。
现代退役产品往往是一个复杂的机电系统,由许多部件集成获得,不同的部件或核心零件往往来自于不同的专业生产厂家。在产品级整体再制造时,往往不具备对部分部件或核心零件(如大型轴类零件)的专业再制造能力,则在产品级再制造时,对此类部件或零件可以送至相对应的专业部件或零件再制造生产线进行再制造加工,而产品级再制造企业可直接由专业零部件的再制造商提供相应零部件供产品再制造时作为配件使用。再制造级别的划分是产品再制造方案必须明确的问题。划分再制造级别的主要目的和作用是:①合理区分再制造任务,科学组织再制造生产;②合理配置再制造资源,提高经济效益;③合理布局再制造企业,提高其质量和效益。
再制造级别分析是指针对再制造的产品,按照一定的再制造准则,为其确定经济、科学的再制造级别以及在该级别的再制造方法的过程。由于产品级的人员技术和拥有的设备的限制,因此要求产品设计能够使零部件状况的检测判定既方便又正确。拆解下的零部件,若是不可再制造件则予以废弃;若是可再制造零部件,则需要根据各级别的再制造能力由本级或送部件级、零件级再制造单位进行专业再制造。对每一种再制造选择都可初步确定其保障资源需求。必要的再制造分析可以确定产品再制造时各零部件的加工地点、范围及方法,实现再制造的合理分工,保证再制造产品质量和效益。
2.再制造级别分析的准则
再制造级别分析可分为非经济性分析和经济性分析两类。
非经济性分析是在限定的约束条件下,对影响再制造决策主要的非经济性因素优先进行评估。非经济性因素是指那些无法用经济指标定量化或超出经济性因素的约束因素,主要考虑技术性、安全性、可行性、环境性、政策性等因素。如以再制造技术、时间或环境无污染为约束进行的再制造级别分析,就是一种非经济性再制造级别分析。
经济性分析是一种收集、计算、选择与再制造有关的费用,对不同再制造决策的费用进行比较,以总费用最低作为决策依据的方法。进行经济性分析时需广泛收集数据,根据需要选择或建议合适的再制造级别费用模型,对所有可靠的再制造决策进行费用估算,通过比较,选择出总费用最低的决策作为再制造级别决策。
进行再制造级别分析时,经济性和非经济性因素都要考虑,无论是否进行非经济性分析,都应进行以总再制造费用最低为目标的经济性分析。
3.再制造级别分析的步骤
实施再制造级别分析的流程如下:
1)划分产品零部件层次并确定待分析的零部件。
2)收集资料确定有关参数。
3)进行非经济性分析。
4)进行经济性分析。利用经济性分析模型和收集的资料,定量计算产品零部件在所有可行的再制造级别上的相关费用,以便选择确定最佳的再制造级别。
5)确定可行的再制造级别方案。根据分析结果,对所分析产品确定出可行的再制造级别方案。
6)确定最优的再制造级别方案。根据确定出的各可行方案,通过权衡比较,选择满足要求的最佳方案。
再制造思想是科学确定再制造方式的基本准则,它是指导再制造实践的理论基础,是人们对再制造生产客观规律的正确反映,是对再制造工作总体的认识 [9] 。对于废旧产品采用何种再制造思想,取决于生产水平、再制造对象、再制造人员素质、再制造手段和历史条件等客观基础。
1.以“退役后性能恢复再制造为主”的再制造思想
在传统的再制造模式中,通常以产品服役到寿命末端时,才针对退役后产品进行再制造,这也是当前最普遍的再制造思想,也是当前再制造产业的基本模式。退役后再制造,可以充分发挥原产品在第一次寿命周期中的最大使用价值,并通过再制造恢复其附加值,能够实现产品的多寿命周期使用,具有重大的经济、社会和环境效益。
2.“以在役产品性能升级为主”的再制造思想
与退役阶段的产品再制造思想相对,以在役装备的性能或功能升级为目的的再制造思想,主要是面向功能落后的产品的再制造,通过提升产品的功能,仍然可以满足原服役市场需要,解决功能落后产品性能提升的服役需求。例如,普通机床通过增加数控模块,可以进行数控化再制造升级,提升其使用性能。
3.“以用途改造为目的”的再制造思想
相对原产品升级或恢复性再制造来讲,通常还有该种类产品已经退出了市场,原功能无法满足市场需要,则可以对其功能进行再制造设计,通过再制造过程赋予其不同的功能,满足新的服役市场需要。例如,国外将火车发动机改造成船舶用发动机;国内将汽油发动机再制造改造为燃气发动机等。
4.“以提供服务为目的”的再制造思想
即再制造商对废旧产品再制造后,不提供产品本身的销售,而是直接销售产品的功能,为用户提供产品的功能服务。在此情况下,再制造商可以制订再制造产品的企业标准,根据提供服务的标准要求,适当优于或者不低于原产品的性能。例如,复印机再制造企业可以为有需求的企业提供复印功能服务,将再制造复印机放置在用户单位,出租其复印功能,并保证在设备故障后能够及时提供再制造复印机的更换。
5.“以预防为主”的再制造思想
以预防为主的再制造思想是以机件的磨损规律为基础,以故障率曲线(图2-1)中的偶然故障期的末段作为再制造的时间界限,其实质是根据量变到质变的发展规律,把产品性能劣化消灭在萌芽状态,防患于未然,是一种以定期全面再制造为主的再制造思想。同时,该时期的大部分部件没有经过最后的剧烈损耗期,因此其磨损量较小,能够显著减少再制造过程的工作量。通过对该时期的产品预防性再制造,可以使原产品在故障发生退役之前,以较少的投入来全面恢复设备的良好技术状态,达到最大的性能费用比。定期再制造将成为预防性再制造的基本方式,有望取消设备大修制度,例如现在的发动机再制造就正在逐步代替发动机大修的模式。
6.“以可靠性为中心”的再制造思想
它是建立在“以预防为主”的再制造实践基础上的一种再制造思想,以保证产品的使用可靠性为中心,适时地对产品进行再制造,这是以预防为主的再制造方式的扩大使用,达到以最低的费用实现机械设备的固有可靠性水平。借鉴较完善的资料、数据收集与处理系统,尤其是根据故障数据的收集与统计工作,进行可靠性的定量分析,并按故障后果等确定不同的再制造策略,来恢复或提高产品的固有可靠性,可有效控制影响设备可靠性下降的各种因素,避免频繁的维修或维修不当导致可靠性下降。
7.“以满足应急需求为目的”的再制造思想
指在特殊情况下,对于装备采用应急式再制造,实现装备的部分功能,不追求完全达到原来的质量要求,只限于满足特殊情况下的部分功能需求。例如战场上的规模化装备,在部分战损后,可以通过快速的拆拼进行应急再制造,快速恢复部分装备的战斗性能或者部分火力性能、运动功能等,满足对装备进一步使用或者后撤维修的紧急要求。