劉清濤，蔡宗琰，昝 杰，蔣世應(yīng)

LIU Qing-tao1, CAI Zong-yan1, ZAN Jie1, JIANG Shi-ying2

（1. 長(zhǎng)安大學(xué) 工程機(jī)械學(xué)院；西安 710064，2. 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院；宜賓 644003）

面向信息集成的廢舊機(jī)電產(chǎn)品再制造系統(tǒng)研究

Waste electromechanical products remanufacturing system oriented to manufacturing enterprise solution

劉清濤1，蔡宗琰1，昝 杰1，蔣世應(yīng)2

LIU Qing-tao1, CAI Zong-yan1, ZAN Jie1, JIANG Shi-ying2

（1. 長(zhǎng)安大學(xué) 工程機(jī)械學(xué)院；西安 710064，2. 宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院；宜賓 644003）

根據(jù)再制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，就如何構(gòu)建面向信息集成的廢舊機(jī)電產(chǎn)品再制造系統(tǒng)進(jìn)行了研究。提出了廢舊機(jī)電產(chǎn)品再制造系統(tǒng)的功能模型，并對(duì)其生產(chǎn)管理控制流程進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上，建立了包含6個(gè)分系統(tǒng)的廢舊機(jī)電產(chǎn)品再制造系統(tǒng)信息集成框架模型。

再制造；功能模型；生產(chǎn)管理控制；信息系統(tǒng)

0 引言

再制造是以機(jī)電產(chǎn)品全壽命周期設(shè)計(jì)和管理為指導(dǎo)，以廢舊機(jī)電產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)性能跨越式提升為目標(biāo)，以優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保為準(zhǔn)則，以先進(jìn)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化為手段，對(duì)廢舊機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)行修復(fù)和改造的一系列技術(shù)措施或工程活動(dòng)的總稱[1]。再制造在我國(guó)具有廣闊的應(yīng)用前景，是實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。

再制造產(chǎn)業(yè)在我國(guó)的發(fā)展方興未艾，而國(guó)內(nèi)相關(guān)的再制造理論研究仍處于起步階段。目前的再制造理論研究主要集中在逆向網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、拆卸工藝規(guī)劃、庫(kù)存控制、再制造生產(chǎn)計(jì)劃等方面[2]。再制造不同于傳統(tǒng)小作坊式的維修，是大批量的規(guī)?；偕a(chǎn)，需要先進(jìn)信息技術(shù)和制造理念做支撐，但這方面的研究較為有限。本文提出了廢舊機(jī)電產(chǎn)品再制造系統(tǒng)的功能模型，并就其生產(chǎn)控制流程以及再制造系統(tǒng)的信息集成框架模型進(jìn)行了研究，以期從宏觀層面對(duì)再制造系統(tǒng)的運(yùn)作模式進(jìn)行一些有意的探索。

1 廢舊機(jī)電產(chǎn)品再制造系統(tǒng)功能模型

再制造系統(tǒng)的功能模型是對(duì)再制造系統(tǒng)的生產(chǎn)管理控制活動(dòng)的建模，建立面向信息集成的再制造企業(yè)功能模型就是建立支持再制造企業(yè)全面信息集成和優(yōu)化運(yùn)行的再制造系統(tǒng)活動(dòng)模型，基于這種思路，本文根據(jù)IDEF0的基本原則，建立了再制造系統(tǒng)的功能模型，如圖1所示。該模型包括計(jì)劃企業(yè)資源、廢舊品處理、執(zhí)行制造任務(wù)、控制設(shè)備和進(jìn)程、庫(kù)存管理、管理回收和銷售等6個(gè)模塊。

不同于傳統(tǒng)的制造系統(tǒng)，再制造系統(tǒng)的功能模型增加了廢舊品處理，并強(qiáng)調(diào)庫(kù)存管理，這是因?yàn)樵僦圃斓膶?duì)象是廢舊品，回收的廢舊品首先要經(jīng)過(guò)拆解、清洗、檢測(cè)、分類等處理工序，同時(shí)將制定再制造件的工藝規(guī)劃劃歸該模塊，主要是考慮到再制造件的損壞形式不同，即便同一種類型的零件，其再制造工藝也可能存在差異，再制造的工藝規(guī)劃與廢舊品的損壞形式檢測(cè)是分不開(kāi)的，因此，將制定工藝規(guī)劃納入廢舊品處理模塊是合理的；庫(kù)存管理在制造系統(tǒng)中占有重要地位，再制造系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是不確定性，良好的庫(kù)存管理能有效地減少不確定性對(duì)再制造系統(tǒng)的影響。

圖1 基于IDEF0圖的再制造系統(tǒng)功能模型

2 廢舊機(jī)電產(chǎn)品再制造系統(tǒng)的生產(chǎn)管理控制流程

廢舊機(jī)電產(chǎn)品再制造系統(tǒng)是典型的離散型制造系統(tǒng)，而且其生產(chǎn)對(duì)象是廢舊的機(jī)電產(chǎn)品，呈現(xiàn)出多重不確定性[3]：廢舊產(chǎn)品再制造的原因以及數(shù)量等難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)；再制造產(chǎn)品的性能、質(zhì)量及再制造需求不確定；廢舊零部件的再制造工藝路線、再制造周期及再制造成本不確定；廢舊產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多樣，拆卸順序、時(shí)間不確定；再制造后產(chǎn)品的市場(chǎng)需求、價(jià)格等難以準(zhǔn)確預(yù)計(jì)。這些不確定性使得再制造系統(tǒng)的生產(chǎn)管理控制變得非常復(fù)雜。分析現(xiàn)有再制造企業(yè)生產(chǎn)管理控制的特點(diǎn)及國(guó)內(nèi)外的研究狀況[4]，總結(jié)出面向信息集成的廢舊機(jī)電產(chǎn)品再制造系統(tǒng)生產(chǎn)管理控制流程，如圖2所示。其工作過(guò)程如下：

1） 根據(jù)企業(yè)資源計(jì)劃(ERP)下達(dá)的回收任務(wù)，確定回收計(jì)劃。

2）對(duì)回收回來(lái)的廢舊品，進(jìn)行拆解、清洗、檢測(cè)、分類處理，確定出直接利用件、廢棄件、可再制造件。及時(shí)將分類信息反饋給物料準(zhǔn)備部門(mén)，物料準(zhǔn)備部門(mén)根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)制定拆解計(jì)劃和新件采購(gòu)計(jì)劃。

3）車間調(diào)度員接到廠部下達(dá)的生產(chǎn)任務(wù)，編制車間月計(jì)劃，求解周計(jì)劃、制定日計(jì)劃，核實(shí)物料是否齊全，若不齊全，則督促物料準(zhǔn)備部分限期準(zhǔn)備所缺物料；如齊全，則填寫(xiě)派工單，準(zhǔn)備再制造修復(fù)加工。

4）再制造修復(fù)加工車間按照日計(jì)劃，根據(jù)制定好的工藝路線進(jìn)行再制造生產(chǎn)。

5）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)根據(jù)車間底層控制系統(tǒng)反饋回來(lái)的數(shù)據(jù)，及時(shí)將設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、員工信息、物料信息、生產(chǎn)成本等現(xiàn)場(chǎng)信息反饋給制造執(zhí)行系統(tǒng)，及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃，保證生產(chǎn)正常運(yùn)行。

6）對(duì)再制造后的零部件進(jìn)行檢測(cè)和可靠性分析，若合格，則進(jìn)行清洗后進(jìn)入裝配車間；若不合格，則轉(zhuǎn)5）。

7）進(jìn)行再制造機(jī)電產(chǎn)品組裝，調(diào)試、檢測(cè)，若合格則入庫(kù)待售，若不合格，則轉(zhuǎn)5）。

從再制造系統(tǒng)生產(chǎn)管理控制流程圖可以看出，其生產(chǎn)管理控制相當(dāng)復(fù)雜，其核心是車間調(diào)度，但再制造件的工藝規(guī)劃具有很大的隨機(jī)性，傳統(tǒng)的制造調(diào)度規(guī)劃理論很難直接拿來(lái)調(diào)用，這是再制造系統(tǒng)的研究難點(diǎn)。

圖2 廢舊機(jī)電產(chǎn)品再制造系統(tǒng)控制流程

3 廢舊機(jī)電產(chǎn)品再制造系統(tǒng)信息集成框架模型

隨著再制造產(chǎn)業(yè)在我國(guó)的發(fā)展壯大，再制造同傳統(tǒng)制造一樣將面臨著激烈的競(jìng)爭(zhēng)和可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題，傳統(tǒng)落后小作坊式的維修生產(chǎn)不能滿足再制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求。對(duì)此，本文提出面向信息集成的再制造系統(tǒng)信息集成框架模型。如圖3所示。該模型主要包括6個(gè)系統(tǒng)：工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)、制造執(zhí)行系統(tǒng)、車間底層控制系統(tǒng)、再制造評(píng)價(jià)系統(tǒng)和信息集成支撐系統(tǒng)。

工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)再制造產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃設(shè)計(jì)、裝配工藝設(shè)計(jì)等。有種觀點(diǎn)認(rèn)為再制造是廢舊產(chǎn)品的大規(guī)模維修與裝配，不需要進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，這是錯(cuò)誤的。再制造不是簡(jiǎn)單地維修，在充分利用廢舊品剩余價(jià)值的基礎(chǔ)上，再制造還肩負(fù)著對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改造的任務(wù)，通過(guò)工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)再制造產(chǎn)品重新進(jìn)行開(kāi)發(fā)以滿足不同的客戶需要。已有再制造企業(yè)通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)，生產(chǎn)出滿足不同客戶需求的定制產(chǎn)品，取得了良好效果[5]。工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)可通過(guò)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）系統(tǒng)來(lái)集成計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）/計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）、計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)（CAPP）和計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）等系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

管理信息系統(tǒng)是從宏觀上對(duì)企業(yè)進(jìn)行管理，是企業(yè)的上層管理系統(tǒng)。主要有企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)（ERP）、客戶關(guān)系管理系統(tǒng)（CRM）、供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)（SCM）等。企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)可由生產(chǎn)管理控制、銷售管理、經(jīng)營(yíng)預(yù)測(cè)、廢舊品回收管理、廢舊品處理管理、人力資源管理、庫(kù)存控制管理、再制造品質(zhì)量管理、再制造成本管理、設(shè)備管理、會(huì)計(jì)核算、固定資產(chǎn)管理、財(cái)務(wù)管理和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等基本功能組成。部分ERP系統(tǒng)還向SCM和CRM擴(kuò)展，包括了二者的全部功能。

圖3 廢舊機(jī)電產(chǎn)品再制造系統(tǒng)信息集成框架模型

車間底層控制系統(tǒng)是混合的硬件/軟件系統(tǒng)，它的主要任務(wù)是監(jiān)控生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的人員信息、設(shè)備信息、工裝信息以及設(shè)備狀態(tài)和加工參數(shù)等。通常包括可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller, PLC）、分布式控制系統(tǒng)（Distributed Control System, DCS）、計(jì)算機(jī)數(shù)控（Computerized Numerical Control,CNC）、無(wú)線射頻識(shí)別系統(tǒng)（Radio frequency identification，RFID）、分布式數(shù)控（Distributed Numerical Control, DNC）、監(jiān)控控制與數(shù)據(jù)采集（Supervisory Control and Data Acquisition System,SCADA）系統(tǒng)、機(jī)器人技術(shù)系統(tǒng)、材料傳送系統(tǒng)和其它旨在完成再制造任務(wù)的計(jì)算機(jī)化的過(guò)程控制。車間底層控制系統(tǒng)是監(jiān)控再制造系統(tǒng)不確定性的前沿系統(tǒng)，對(duì)保障再制造系統(tǒng)的順利運(yùn)行具有重要作用。

制造執(zhí)行系統(tǒng)是介于上層管理信息系統(tǒng)和底層車間控制系統(tǒng)之間的一種面向車間級(jí)的生產(chǎn)管理系統(tǒng)，是連接二者的橋梁。通過(guò)制造執(zhí)行系統(tǒng)將再制造系統(tǒng)的各個(gè)分系統(tǒng)連接起來(lái)，有效實(shí)現(xiàn)再制造系統(tǒng)的信息集成和優(yōu)化運(yùn)行。由于廢舊品的拆卸是再制造系統(tǒng)的重要工序，因此，此處的制造執(zhí)行系統(tǒng)是面向拆卸車間、修復(fù)加工車間和重新裝配車間的信息系統(tǒng)。

再制造評(píng)價(jià)系統(tǒng)用來(lái)保證再制造產(chǎn)品的質(zhì)量和再制造生產(chǎn)的綠色特性，主要包括3個(gè)方面：可再制造性評(píng)價(jià)系統(tǒng)、清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)和再制造后的質(zhì)量保障系統(tǒng)。可再制造性評(píng)價(jià)系統(tǒng)是指從技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)可行性、環(huán)境可行性和產(chǎn)品服役性等方面來(lái)評(píng)價(jià)廢舊產(chǎn)品的可再制造性；清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)通過(guò)對(duì)再制造生產(chǎn)進(jìn)行環(huán)境評(píng)價(jià)，力求再制造過(guò)程對(duì)環(huán)境的影響盡可能小。再制造后的質(zhì)量保障系統(tǒng)包括再制造后的零部件質(zhì)量評(píng)價(jià)和組裝后的成品的質(zhì)量評(píng)價(jià)，其主要通過(guò)可靠性指標(biāo)來(lái)衡量。

信息集成支撐系統(tǒng)是面向信息集成的再制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)，支持各系統(tǒng)間的無(wú)縫集成。包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、Web Services技術(shù)、信息安全保障系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)。

4 結(jié)論

再制造產(chǎn)業(yè)正在飛速發(fā)展，建立面向信息集成的再制造系統(tǒng)勢(shì)在必行。本文對(duì)廢舊機(jī)電產(chǎn)品再制造系統(tǒng)的功能模型、生產(chǎn)管理控制流程及其信息集成框架模型進(jìn)行了研究。研究成果為實(shí)現(xiàn)再制造系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行，提高再制造系統(tǒng)的管理水平提供了相關(guān)決策參考。

[1] 徐濱士,劉世參,史佩京,等.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)再制造效益分析及對(duì)循環(huán)經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)研究[J].中國(guó)表面工程,2005,1(70):1-7.

[2] 徐濱士. 再制造工程的現(xiàn)狀與前沿[J].材料熱處理學(xué)報(bào),2 10.31(1):10-14.

[3] V Daniel,R Guide Jr.Production planning and control for remanufacturing: industry practice and research needs [J].Journal of Operations Management,2000,18 (4):467-483.

[4] 蔡宗琰,李小寧.制造執(zhí)行系統(tǒng)的生產(chǎn)管理控制研究[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2006,7:184-187.

[5] 曹華軍,劉飛,馬家齊.再制造系統(tǒng)大規(guī)模定制特性及其三維優(yōu)化策略[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2009,45(10):132-136.

TH165

A

1009-0134(2010)10(上)-0119-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.10(上).38

2010-03-06

中國(guó)博士后科學(xué)基金（2005038243）；長(zhǎng)安大學(xué)科技發(fā)展基金（05Z01）資助

劉清濤（1981 -），男，河南南陽(yáng)人，博士研究生，研究方向?yàn)橹圃煜到y(tǒng)集成與自動(dòng)化。