再制造工程基础
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1.4 再制造工程发展趋势

再制造产业快速发展,促进了再制造关键技术研发取得重要突破。未来10年,在政策支持与市场发展的双重推动下,再制造工程将主要向“绿色、优质、高效、智能、服务”五大方向发展[11]

1.绿色

进入21世纪,保护地球环境、构建循环经济、保持社会经济可持续发展已成为世界各国共同关心的话题。目前大力提倡的循环经济模式是追求更大经济效益、更少资源消耗、更低环境污染和更多劳动就业的一种先进经济模式。制造业作为全球最大的资源消耗和污染排放产业,今后如何发展绿色制造和先进制造也是各国科学家面临的重要研究课题。

在制造流程中,再制造是以绿色制造的全寿命周期理论模式为指导,以产品使用报废的后半生资源、能源最优化循环利用为目标,以节约资源、节省能源、保护环境为特色,以综合利用信息技术、纳米技术、生物技术等高技术为核心,结合先进技术的资源再利用、再生产的活动。再制造可使废旧资源中蕴含的价值得到最大限度的开发和利用,缓解资源短缺与资源浪费的矛盾,减少大量的失效、报废产品对环境的危害,是废旧机电产品资源化的最佳形式和首选途径,是节约资源的重要手段。再制造工程高度契合了国家构建循环经济的战略需求,并为其提供了关键技术支撑,大力开展绿色再制造工程是实现循环经济、节能减排和可持续发展的主要途径之一。

由于再制造以废旧机电产品的零部件为生产毛坯,以先进的表面工程技术为修复手段,通过在损伤的零件表面制备一薄层耐磨、耐蚀、抗疲劳的表面涂层,因此无论是毛坯来源还是再制造过程,对能源和资源的需求、对废物废气的排放都是极少的,具有巨大的资源与环境效应。再制造符合国家绿色发展的发展理念。同时,再制造的绿色度还表现在再制造全过程的绿色化生产。与新品制造相比,再制造增加了旧件清洗工艺,生产过程产生的废弃物有废水、废液、废气、废渣、粉尘和噪声。因此再制造产业需按照国家有关规定执行最严格的节能、环保标准,确保再制造的绿色度。

综上所述,按照“减量化、再循环、再利用”原则,再制造作为先进制造的重要组成,同时也是一种保护环境的绿色制造,是节约资源、节省能源的关键途径之一,在支撑国家循环经济发展、实现节能减排和应对全球气候变化发挥着积极的作用,再制造技术也应向着“绿色”方向发展。

2.优质

随着再制造产业的快速发展,未来的再制造技术将更多地体现出优质的特点。包括先进的再制造工程设计技术、再制造毛坯寿命评估技术、复合表面工程技术和标准化再制造技术等优质技术群将得以大规模研发和应用,同时再制造产品和服务也将更加优质、可靠。

再制造产品的质量是由废旧件原始质量和再制造表面涂层质量两部分共同决定。其中,废旧件原始质量则是制造质量和服役工况共同作用的结果,尤其服役工况中含有很多不可控制的随机因素,一些危险缺陷常常在服役条件下生成并扩展,这将导致废旧件的制造质量急剧降低。再制造前,质量不合格的废旧件将被剔除,不会进入再制造工艺流程。如果废旧件基体中存在超标的质量和性能缺陷,那么无论采用的再制造技术多么先进,再制造后零件形状和尺寸恢复得多么精确,其服役寿命和服役可靠性也难以保证。只有原始制造质量好,并且在服役过程中没有产生关键缺陷的废旧零部件才能够进行再制造,依靠高新技术在失效表面形成的修复性强化涂层,使得废旧件尺寸恢复、性能提升、寿命延长,这是再制造产品质量能够达到新品的前提。

优质的再制造关键技术与工艺包括:拆卸、零件的分类、清洗、损伤检测与寿命评估、再制造成形与加工技术、质量检测与性能考核等步骤,具体包括再制造优质设计与评价技术、再制造零部件损伤检测与寿命评估技术、优质的再制造成形与加工技术、优质的再制造产品质量检测与试验验证技术、优质的再制造智能升级技术等。例如,对再制造后的产品按照新品的技术标准进行装配,再制造装配中要通过调整来保证零部件的传动精度,如间隙、行程、接触面积等工作关系,通过校正来保证零部件位置精度,如同轴度、垂直度、平行度、平面度、中心距等。再制造后的产品必须进行严格的性能检测与试验,提高再制造质量、避免早期故障、延长产品使用寿命。

3.高效

再制造的高效主要体现在再制造技术的高效化和再制造产业服务的高效率两方面。再制造技术的高效化体现在再制造工艺全流程环节。在再制造拆解技术方面,基于计算机辅助设计和柔性数控装备技术,快速、自动化的深度拆解装备将显著提高再制造拆解效率;在再制造清洗方面,基于超声、激光、紫外线、高速喷射等技术的清洗技术与装备的大面积应用,可显著提高清洗效率,降低清洗成本;在再制造损伤检测和寿命评估方面,研发并应用可快速、高效、高可靠度地实现再制造毛坯的剩余寿命预测的设备;在再制造成形过程方面,基于计算机控制和机器人操作的柔性再制造设备,能够迅速使再制造生产适应产品毛坯及生产目标的变化,实现快速高效的柔性化生产。

此外,随着信息技术、通信技术的快速发展,再制造产业服务也变得更加高效,逐渐形成大规模定制模式下的新型再制造供应链。在物联网、云计算、大数据的环境下,再制造可以为客户提供快速高效的定制化产品解决方案,降低客户的时间成本,大大提高产品的再制造率,实现产品效益最大化。例如在正向供应链的零售端,通过收集、分析消费者的行为和喜好等信息,能够准确了解消费者的消费动机,有针对性地提供消费者所需要的商品,从而满足个性化商业的需求,推动零售业由产品“推动”模式转向消费者需求数据“拉动”模式转变,对循环经济和可持续发展产生积极影响。

4.智能

《中国制造2025》提出坚持创新驱动、智能转型、绿色发展。其中智能制造是制造业的发展方向,也是战略性新兴产业的重要支柱,智能制造技术是研究制造活动中的各种数据与信息的感知和分析,经验与知识的学习和创建,以及基于数据、信息、知识的智能决策与执行的一门综合交叉技术,旨在赋予并不断提升制造活动的智能化水平。智能制造技术涵盖了产品全生命周期中的设计、生产、管理和服务等环节的活动。复杂、恶劣、危险、不确定的生产环境及熟练工人的短缺和劳动力成本的飙升也呼唤着智能制造技术与智能制造装备的发展和应用。21世纪将是智能制造技术获得大发展和广泛应用的时代。

智能再制造是以产品全寿命周期设计和管理为指导,将互联网、物联网、大数据、云计算等新一代信息技术与再制造回收、生产、管理、服务等各环节融合,通过人技结合、人机交互等集成方式,为开展分析、策划、控制、决策等先进再制造过程与模式的总称。它是以智能再制造技术为手段,以关键再制造环节智能化为核心,以网通互联为支撑,可有效缩短再制造产品生产周期,提高生产效率,提升产品质量,降低资源能源消耗,对推动再制造业转型升级具有重要意义。

5.服务

技术的发展正在促进现代制造服务业的发展,工业发达国家机械制造企业早已从生产型制造向服务型制造发展,从重视产品设计与制造技术的开发,到同时重视制造服务所需支撑技术的开发,通过提供高技术含量的制造服务,获得比销售实物产品更高的利润。长期以来,我国在生产型制造的引导下,将技术开发的重点完全放在为产品“前半生”服务的产品设计、零部件制造和装配等方面,而忽视了产品全生命周期中更具附加值的实物产品售后的服务环节,即为产品“后半生”服务的相关技术研发。

再制造是制造产业链的延伸,是服务型制造的具体体现,未来再制造的服务主要表现在打造再制造公共技术研发平台,构建再制造逆向物流和旧件回收服务体系,建立再制造公共检测平台与质量保证体系,拓展再制造外包加工体系,设立再制造创业孵化中心平台,发展再制造信息平台与电子商务等方面。我国的机械制造业正在由生产型制造向服务型制造转变,服务型制造将成为一种新的产业形态,服务型制造技术也将会成为机械工程技术的重要组成部分,为产品“后半生”服务的机械工程技术将会引起人们更大的关注,并投入更多的人力和资金,一批新的机械工程技术将应运而生,并促使机械工业新业态的出现。