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2.1 再制造性工程

2.1.1 基本概念

1.再制造性

废旧产品的再制造性(remanufacturability)是决定其能否进行再制造的前提,是再制造基础理论研究中的首要问题。再制造性是产品设计赋予的,表征其再制造的简便、经济和迅速程度的一个重要的产品特性 [1-4] 。再制造性定义为:废旧产品在规定的条件下和规定的费用内,按规定的程序和方法进行再制造时,恢复或升级到规定性能的能力。再制造性是通过设计过程赋予产品的一种固有的属性 [5]

定义中“规定的条件”是指进行废旧产品再制造生产的条件,它主要包括再制造的机构与场所(如工厂或再制造生产线、专门的再制造车间、运输等)和再制造的保障资源(如所需的人员、工具、设备、设施、备件、技术资料等)。不同的再制造生产条件有不同的再制造效果。因此产品自身再制造性的优劣,只能在规定的条件下加以度量。

定义中“规定的费用”是指废旧产品再制造生产所需要消耗的费用及相关环保消耗费用。给定的再制造费用越高,则再制造产品能够完成的概率就越大。再制造最主要的表现在经济方面,再制造费用也是影响再制造生产的最主要因素,所以可以用再制造费用来表征废旧产品再制造能力的大小。同时,可以将环境相关负荷参量转化为经济指标来进行分析。

定义中“规定的程序和方法”是指按技术文件规定采用的再制造工作类型、步骤、方法。再制造的程序和方法不同,再制造所需的时间和再制造效果也不相同。例如一般情况下,换件再制造要比原件再制造加工费用高,但时间短。

定义中“再制造”是指对废旧产品的恢复性再制造、升级性再制造、改造性再制造和应急再制造。

定义中“规定的性能”是指完成的再制造产品效果要恢复或升级达到规定的性能,即能够完成规定的功能和执行规定任务的技术状况,通常来说要不低于新品的性能。这是产品再制造的目标和再制造质量的标准,也是区别于产品维修的主要标志。

综合以上内容可知,再制造性是产品本身所具有的一种本质属性,无论在原始制造设计时是否考虑进去,都客观存在,且会随着产品的发展而变化;再制造性的量度是随机变量,只具统计上的意义,因此用概率来表示,并由概率的性质可知:0< R (a) <1;再制造性具有不确定性,在不同的环境条件、使用条件、再制造条件、工作方式、使用时间等情况下,同一产品的再制造性是不同的,离开具体条件谈论再制造性是无意义的;随着时间的推移,某些产品的再制造可能发生变化,以前不可能再制造的产品会随着关键技术的突破而增大其再制造性,而某些能够再制造的产品会随着环保指标的提高而变成不可再制造;评价产品的再制造性包括从废旧产品的回收至再制造产品的销售整个阶段,其具有地域性、时间性、环境性 [5]

2.再制造度

由于再制造性主要反映在产品价值的回收上,而产品的价值回收又是依据外界条件而变化的随机变量,因而可以用再制造度(remanufacturing rate)作为再制造性的定量描述。再制造度可以定义为:在规定的条件及时间内使用的产品退役后,综合考虑技术、环境等因素,通过再制造所能获得纯利润与生成的再制造产品的价值的比率,可表示为 R (c) 。再制造度是再制造性的定量定义,可表示为

式中 V p ——再制造产品本身价值;

V e ——再制造的环境效益价值;

C R ——再制造过程的总投入费用。

若再制造度是负值,则表示再制造投入费用( C R )要大于再制造所获得的全部价值( V p + V e ),显然不能进行再制造。但如果 C R V p ,同时再制造的环境效益价值 V e 较大时,也可以通过政府的资助而进行再制造,这时主要是获得再制造的环保价值。政府是投资的主体,企业通过政府获得再制造补助而获利。

3.再制造性工程

再制造性工程是指为了达到产品的再制造性要求所进行的一系列设计、研制、生产、试验、维护等工作以及再制造实施前的再制造性评价工作 [6] 。再制造性工程是再制造学科体系中的重要分支,其目的是通过参与产品设计,生产出易于再制造的产品,并对再制造前废旧产品的再制造性进行评价,确定产品的最佳再制造方案。

2.1.2 再制造性工程内容要点

再制造性工程是再制造工程的一个分支专业,它包含了为达到系统的再制造性要求所完成的一系列设计、研制、生产、维护和评估工作。按照系统工程的观点,这些工作形成了一个关于再制造性的专业系统工程,即再制造性工程。就研究内容来说,再制造性工程将系统分析、设计评价、技术预估、资源利用、环境保护、寿命周期费用等知识相结合,使产品在设计、使用、再制造中将再制造性各方面考虑得更为成熟,实现产品末端的最佳化再制造方案,是一门专门从事再制造性论证、设计、维护、评价、应用的工程技术专业内容。

再制造性工程定义中的要点是 [7]

(1)研究的范围 包括与产品再制造相关的属性(如再制造性、维修性、测试性、可拆解性等)以及影响这些产品属性的相关因素(如人员要素、模块化要素、标准化要素等)。

(2)研究的目的 以可以接受的经济或环境代价,使产品退役后获得最大经济、环境和技术效益的再制造的属性。

(3)研究的对象 使产品获得便于再制造的属性的技术方法与管理活动。

(4)研究的内容 包含在产品的全寿命过程,主要包含在以下三个阶段。

1)再制造性设计阶段(design of remanufacturability),即在产品设计中考虑产品在寿命末端时易于再制造的能力,其主要内容是研究如何把再制造性设计到产品中去,并以合适的制造工艺和完善的质量管理及检验来保证产品的再制造性,以周密设计的再制造性试验来证实和评定再制造性,以保证产品具有较高的固有再制造性。

2)再制造性维护阶段,即在产品使用中通过正确操作来维持产品的再制造性,主要考虑在正常使用中如何才能保持产品在退役时的最大再制造性,并通过相关数据的采集来促进产品的再制造性设计和评价。

3)再制造性评估阶段,即在产品报废后对废旧产品的再制造性进行评估,其主要职责是对末端产品再制造的经济性、工艺性、环境性和服役性等进行综合评价,寻求产品的最优化的再制造技术方案。

三个阶段通过信息的交互互相补充。再制造性设计为再制造性维护提供方案,同时为再制造性评估提供参考依据;再制造性维护可以为再制造性设计提供依据并为再制造性评估提供保证;再制造性评估可以为再制造性设计提供有效技术手段和信息支持,并对再制造性维护提供具体技术要求。

再制造性工程是以研究产品的再制造属性为核心,但又与传统的再制造研究不同,它关心的问题不但是产品退役后中所表现出来的再制造问题,而且更重要的是关心全寿命过程中与再制造相关的问题,强调从全系统的角度来认识与再制造相关的各种属性,从而全面、系统、协调地解决再制造的问题。因此与再制造工程一样,全系统、全寿命的观点也是再制造性工程的基本观点。

2.1.3 再制造性工程任务及目标

1.再制造性工程的任务

再制造性工程作为综合多学科知识的一项系统工程,其基本任务是:以多寿命、资源化和绿色化等观点为指导,对产品再制造性的设计、维护和评价进行全程科学管理。再制造性工程的功能在于实现设计特性、再制造方案和再制造保障资源等因素的合理组合,以便以最少的寿命周期费用达到使用要求中规定的再制造性水平 [7] 。再制造性工程的主要任务是:

1)通过再制造性设计,赋予产品最大的再制造性,使末端产品易于再制造,减少再制造时间和费用。

2)通过再制造性评价,确定出最优化(经济收益最大、再制造产品性能最优和环境污染最小)的再制造工艺方案,指导废旧产品的再制造加工,满足社会需求。

3)收集与分析产品再制造性信息,为产品设计、改进及完善再制造性体系提供依据。

4)通过再制造性评估,确定进行再制造所需要的保障资源,据以确定再制造费用和制订再制造计划。

5)为开发新的可再制造产品种类提供经费预估和技术决策。

2.再制造性工程的目标

再制造性工程的总目标是:通过影响产品设计和制造,使所得到的产品具有良好的再制造性;在使用过程中正确维护产品再制造性;在再制造前,正确评估末端产品及其零部件的再制造性,形成最佳再制造方案。产品再制造性工程的根本目的是提高废旧产品的再制造能力,减少产品全寿命周期费用,实现资源的最大化循环利用,降低产品全寿命周期的环境污染,为社会的持续发展战略提供技术支撑。

3.再制造性工程的内容

在产品设计、生产、使用和再制造中,再制造性工作内容一般包括再制造性的监督与控制、再制造性的设计与试验、再制造性的维护与评价三个方面。

(1)再制造性的监督与控制 该部分属于再制造性的管理性工作,主要指:制订再制造性工作计划;对研制方、使用方的监督与控制;再制造性工作的评审;建立信息数据采集、分析与改进措施系统等内容。

(2)再制造性的设计与验证 该部分的工作是把再制造性设计到产品中并检验再制造性是否达标,是实现产品具备较高再制造性要求的核心和关键,它包括:再制造性定性要求;建立再制造性模型;再制造性指标确定;再制造性分配;再制造性信息收集;故障模式和再制造方案分析;再制造性预测;再制造性分析;再制造性试验与评定;再制造性设计准则;再制造性的环境评价等内容。

(3)再制造性的维护与评价 该部分的研究工作是指在产品使用时如何保持产品设计时所赋予的固有再制造性,并对末端产品再制造前进行再制造性评估,主要包括:产品使用过程中的再制造性维护和增长;末端产品再制造性能力评估;再制造性信息反馈等内容。 EO9LI87OP99sSH+GSKB34RaAhnE3wiCXH5silR2ecH6kyhujpNgISb2Ul+/YYJDH

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