摘要：各大再制造企業(yè)在實踐中認(rèn)識到，如果早在新產(chǎn)品的設(shè)計階段就考慮產(chǎn)品使用期滿后的回收和再制造的要求，就可以顯著地提高再制造的效益和效率。對面向再制造的產(chǎn)品綠色模塊化設(shè)計及其實施進(jìn)行了研究，探討了面向再制造的綠色模塊化設(shè)計的優(yōu)點，提出了面向再制造的產(chǎn)品綠色模塊化設(shè)計的具體實現(xiàn)步驟。

關(guān)鍵詞：再制造 產(chǎn)品的再制造性 綠色模塊化設(shè)計

中圖分類號：F27 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ文章編號：１６７３－２９１Ｘ（２０11）26－０270－03

一、面向再制造的產(chǎn)品設(shè)計

20世紀(jì)80年代以來，一種更加順應(yīng)可持續(xù)發(fā)展要求的廢舊產(chǎn)品處理方式——綠色再制造（Green Remanufacturing）引起了全社會的廣泛重視。綠色再制造是以產(chǎn)品全壽命周期理論為指導(dǎo)，以廢舊產(chǎn)品性能提升為目標(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)化生產(chǎn)為手段，來修復(fù)、改造廢舊產(chǎn)品的一系列技術(shù)措施或工程活動的總稱。再制造產(chǎn)品的優(yōu)勢十分明顯，其性能可達(dá)到或超過原型機新品，而成本僅為新品的50%左右，節(jié)能60%，節(jié)材70%以上，經(jīng)濟效益和社會效益突出。

各大率先進(jìn)行廢舊產(chǎn)品回收和再制造加工的企業(yè)在實踐中認(rèn)識到，如果早在新產(chǎn)品的設(shè)計階段就考慮產(chǎn)品使用壽命到期后的回收和再制造階段的相關(guān)要求，融入新產(chǎn)品的可再制造性的設(shè)計理念，就可以顯著地提高再制造的效益，更好地實現(xiàn)資源的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

面向再制造的產(chǎn)品設(shè)計（Design for Remanufacturing），是指按照再制造的目的設(shè)計產(chǎn)品，在產(chǎn)品設(shè)計階段對產(chǎn)品的再制造性進(jìn)行充分考慮，并提出再制造性指標(biāo)和要求，使得產(chǎn)品到達(dá)壽命末端時具有良好的再制造能力。

（一）LCA在面向再制造的產(chǎn)品設(shè)計中的使用

LCA，Life Cycle Assessment，簡稱生命周期評價。國際標(biāo)準(zhǔn)組織（ISO）給出的LCA是：匯總和評價一個產(chǎn)品或服務(wù)體系在整個壽命周期所有投入與產(chǎn)出對環(huán)境造成的和潛在的影響的方法?？梢?，生命周期評價主要用于評估產(chǎn)品在它的生產(chǎn)、使用到回收整個過程中，對環(huán)境造成的影響。包括所耗費的原材料、能源以及所產(chǎn)生的排放。

面向再制造的產(chǎn)品設(shè)計應(yīng)該在新產(chǎn)品設(shè)計階段就考慮產(chǎn)品服役周期結(jié)束后需要進(jìn)行拆解和回收利用，運用LCA的方法對產(chǎn)品從原材料的選擇、設(shè)計加工、銷售運輸、回收清潔、拆解檢測、再制造加工、再制造成品組裝等各個環(huán)節(jié)充分考慮對資源的消耗和對環(huán)境的影響，盡量提高產(chǎn)品的再制造性。

面向再制造的產(chǎn)品設(shè)計完成了由傳統(tǒng)的“被動解決問題”向“主動預(yù)防問題產(chǎn)生”的方向的轉(zhuǎn)變，是產(chǎn)品設(shè)計思想的一次創(chuàng)新和變革，大大節(jié)約了資源和能源，并將帶來巨大的經(jīng)濟和社會效益。

（二）設(shè)計重點是提高產(chǎn)品的再制造性

面向再制造的產(chǎn)品設(shè)計的重點是提高產(chǎn)品的再制造性。再制造性（Remanufacturability）也稱為可再制造性，是產(chǎn)品本身的一種屬性，是決定廢舊產(chǎn)品進(jìn)行再制造的前提，是面向再制造的產(chǎn)品設(shè)計中的重要內(nèi)容。其定義可描述為：再制造性是產(chǎn)品設(shè)計過程賦予產(chǎn)品的一種固有屬性，是指由于各種原因產(chǎn)品退役后，綜合考慮各種因素，該產(chǎn)品經(jīng)過再制造加工后達(dá)到規(guī)定性能時，獲取原產(chǎn)品價值的能力。

再制造性評價具有明顯的階段性，主要包括新產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)階段和廢舊產(chǎn)品再制造前的決策階段。其中，新產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)階段十分關(guān)鍵，產(chǎn)品在新產(chǎn)品設(shè)計階段就已經(jīng)將材料性能、各零部件的連接方式、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等因素確定了下來。廢舊產(chǎn)品的再制造性的影響因素，既包括該產(chǎn)品在新品設(shè)計階段就確定下來的那些因素，又包括產(chǎn)品服役期滿后的產(chǎn)品狀況、當(dāng)時的再制造技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r、環(huán)境和經(jīng)濟狀況等因素。所以，產(chǎn)品的再制造性具有動態(tài)性、個體性、地域性和時間性等特點，即使同一產(chǎn)品在不同情況下的再制造性也是不同的?？梢姡谛庐a(chǎn)品設(shè)計階段就考慮其后期回收和再制造的需要，盡量提高產(chǎn)品的再制造性是十分必要的。

二、實施綠色模塊化設(shè)計是提高產(chǎn)品再制造性的有效途徑

面向再制造的產(chǎn)品設(shè)計需要同時解決這樣一些難題：使產(chǎn)品在設(shè)計之初就全面考慮該產(chǎn)品在其多生命周期內(nèi)的環(huán)境屬性及零部件的重復(fù)使用性，無論是所選用材料還是產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，連接方法設(shè)計都能方便其日后的維修、升級，以及產(chǎn)品廢棄后的拆解、回收和處理，同時保證與環(huán)境得有更好的協(xié)調(diào)性。顯然，原有的傳統(tǒng)設(shè)計方法不能滿足這些要求。面向再制造的綠色模塊化設(shè)計方法正是在這種情況下提出來的，綠色模塊化設(shè)計是提高產(chǎn)品再制造性的有效途徑。

（一）面向再制造的綠色模塊化設(shè)計的含義

綠色設(shè)計（Green Design）是指在產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)優(yōu)先考慮產(chǎn)品環(huán)境屬性，如可拆卸性、可回收性、可維護(hù)性和可充分利用性等，并將其作為設(shè)計目標(biāo)，在滿足環(huán)境目標(biāo)要求的同時，保證產(chǎn)品應(yīng)有的基本性能、使用壽命和質(zhì)量等。在產(chǎn)品的設(shè)計階段就考慮其回收、拆解等需要，才能最終實現(xiàn)產(chǎn)品的回收和再制造效率。

模塊是產(chǎn)品的子結(jié)構(gòu)，它與產(chǎn)品的功能元素子集有一一對應(yīng)的關(guān)系。產(chǎn)品的模塊化設(shè)計，就是在產(chǎn)品設(shè)計時，根據(jù)原材料屬性、產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，以及日后的使用功能、升級、維修，廢棄后的回收、拆卸等因素，將產(chǎn)品劃分為不同的模塊單位，把離散的零件聚合成模塊。產(chǎn)品的模塊化設(shè)計，既可以在產(chǎn)品生產(chǎn)時大批量生產(chǎn)模塊化的半成品，降低生產(chǎn)成本，獲得規(guī)模效應(yīng)；又可以根據(jù)顧客的個性化需要，將不同功能的模塊進(jìn)行組合，提高了產(chǎn)品對市場差異化需求的響應(yīng)能力。

綠色設(shè)計和模塊化設(shè)計密切相關(guān)。綠色設(shè)計要求產(chǎn)品易維修與升級，不易輕易淘汰；綠色設(shè)計要求產(chǎn)品具有可拆解性和易回收性，經(jīng)簡單再制造加工后就能恢復(fù)或超過原品性能并能被再次利用。這些正需要模塊化設(shè)計思想來實現(xiàn)。模塊化設(shè)計方便失效模塊的簡易替換和產(chǎn)品的快速升級，延長產(chǎn)品的使用壽命，減少產(chǎn)品的丟棄和環(huán)境的破壞，與綠色設(shè)計的某些理念不謀而合。通過綠色模塊的構(gòu)建，產(chǎn)品比傳統(tǒng)產(chǎn)品具有更好的多方面效益，產(chǎn)品的功能屬性和環(huán)境屬性能同時滿足，效果十分顯著。

面向再制造的綠色模塊化設(shè)計方法是將綠色設(shè)計和模塊化設(shè)計進(jìn)行有機結(jié)合后，運用于產(chǎn)品的再制造性設(shè)計階段中，使產(chǎn)品同時滿足易于拆解和裝配、易于修復(fù)和升級、環(huán)境友好性等再制造性的指標(biāo)和要求。在模塊化的設(shè)計時，考慮產(chǎn)品的再制造性，讓產(chǎn)品在壽命末端回收之后，能容易地拆卸為不同的模塊，且盡可能減小各模塊內(nèi)的可再制造性的差異，則可提高產(chǎn)廢舊產(chǎn)品回收利用率。這種設(shè)計方法是一種順應(yīng)時代發(fā)展的嶄新的設(shè)計方法，有助于實現(xiàn)制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

（二）面向再制造的綠色模塊化設(shè)計的優(yōu)點

1．能有效提高產(chǎn)品的易拆解和裝配性

再制造加工過程包括前期對回收產(chǎn)品的拆解環(huán)節(jié)，和后期將再制造后的零部件裝配為再制造成品的環(huán)節(jié)。所以，面向再制造的產(chǎn)品設(shè)計一定要考慮零部件的易拆解和裝配性，這既影響再制造過程的效率，又影響再制造產(chǎn)品的質(zhì)量。

再制造的拆解不同于再循環(huán)，需要確保拆解過程中盡可能少地?fù)p壞零部件。因此，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計，連接件的數(shù)量和類型，以及拆解深度的選擇成為面向再制造的產(chǎn)品設(shè)計的重點內(nèi)容。不同的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)將導(dǎo)致不同的拆解方法和拆解難度。常見的拆解方法有兩種：有損拆解和無損拆解。常見的有損拆解是機械裂解或粉碎。機械產(chǎn)品中常見的連接方式有四種：可拆解連接、活動連接、半永久性連接和永久性連接。前三種連接一般都可以拆解，第四種則只能采用有損拆解的方法。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)改變傳統(tǒng)的連接方式，零部件之間盡量不采用焊接或粘接的連接方式，代之以易于拆解的連接方式?？蹓汉吐葆?shù)姆绞奖阌诓鸾?，前者較后者又更容易拆解、更省時。連接件方面，卡式接頭和插入式接頭更容易拆解和裝配，已經(jīng)有越來越多的企業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計時就采取了這些類型的連接方式。尤其是一些易損零件，由于更換次數(shù)較多，在設(shè)計其安裝結(jié)構(gòu)時就考慮其易拆性，較多采用插入式結(jié)構(gòu)設(shè)計、標(biāo)準(zhǔn)化插口設(shè)計等。如計算機主板上的插槽與上面插裝線路板的連接方式。

采用綠色模塊化設(shè)計既能明顯簡化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，又能大量減少連接件的數(shù)量和類型，大大提高產(chǎn)品的易拆解和裝配性，并減少產(chǎn)品的破損率，提高產(chǎn)品的拆卸和裝配效率。

2．有助于提升產(chǎn)品的易分類性

同一部機器上往往有鋼、鐵、鋁、銅、塑料、木材等不同的材料，它們的表面常常有油漆覆蓋，不易區(qū)分，應(yīng)加強標(biāo)識，便于拆卸和分類存放。同一材質(zhì)、不同形狀和尺寸的零部件，由于加工方式或使用機床的不同，也要進(jìn)行標(biāo)識和分類，提高總的再制造效率。

采用綠色模塊化設(shè)計有助于大量減少零部件的數(shù)量和種類，使拆解后的零部件更易于分類和識別，將使再制造生產(chǎn)加工時間大為縮短。

3．能顯著提升產(chǎn)品的易修復(fù)性和升級性

再制造工程包括再制造加工和過時產(chǎn)品的性能升級。前者主要針對報廢的產(chǎn)品，把有剩余壽命的廢舊零部件作為再制造毛坯，采用表面工程等先進(jìn)技術(shù)使其性能恢復(fù)，甚至超過新品。后者對過時的產(chǎn)品通過技術(shù)改造改善產(chǎn)品的技術(shù)性能，使原產(chǎn)品能跟上時代的要求。所以，對原制造品進(jìn)行修復(fù)和技術(shù)升級是再制造過程中的一個重要部分。

實施綠色模塊化設(shè)計，可以采用易于替換的標(biāo)準(zhǔn)化零部件和可以改造的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)并預(yù)留模塊接口，以備升級之需，在必要時即可通過模塊替換或增加模塊實現(xiàn)產(chǎn)品修復(fù)或升級，減少拆解中的破損，增強再制造加工和產(chǎn)品升級改造的效率。

三、面向再制造的綠色模塊化設(shè)計的具體實現(xiàn)步驟

在進(jìn)行產(chǎn)品的再制造性設(shè)計時要兼顧產(chǎn)品材料的合理性、易運輸裝卸性、易拆解和裝配性、易于分類性、易清洗性、易修復(fù)和升級性。面向再制造的綠色模塊化設(shè)計方法將綠色設(shè)計和模塊化設(shè)計進(jìn)行了有機結(jié)合，其具體實現(xiàn)步驟歸納如下：

1．進(jìn)行用戶需求分析

面向再制造的綠色模塊化設(shè)計活動首先從分析用戶對產(chǎn)品的需求開始。在調(diào)查、了解用戶對產(chǎn)品的功能、使用壽命、價格、需求量、升級性能等具體要求后，考慮該產(chǎn)品采用綠色模塊化設(shè)計的可行性。如果經(jīng)過分析，在滿足環(huán)境屬性的前提下用戶對該產(chǎn)品的要求均可滿足，則該產(chǎn)品的綠色模塊化設(shè)計的可行性獲得通過，面向再制造的綠色模塊化設(shè)計活動可以進(jìn)入下一環(huán)節(jié)。

2．選取合理的產(chǎn)品參數(shù)定義范圍

面向再制造的綠色模塊化設(shè)計活動的第二步，是選取合理的產(chǎn)品參數(shù)定義范圍。通常，產(chǎn)品參數(shù)分為三類，即動力參數(shù)、運動參數(shù)和尺寸參數(shù)。合理地選取產(chǎn)品的參數(shù)定義范圍十分重要。如果參數(shù)定義范圍過高，將造成能源和資源等的浪費，有悖于綠色模塊化設(shè)計的思想；如果參數(shù)定義范圍過低，又滿足不了客戶的要求。通常的做法是先定義主參數(shù)，然后在參數(shù)滿足用戶需求的基礎(chǔ)上實現(xiàn)盡可能高的綠色化和模塊化。

3．確定合理的產(chǎn)品系列型譜

面向再制造的綠色模塊化設(shè)計活動的第三步，是系列型譜的制定，即合理確定綠色模塊化設(shè)計的產(chǎn)品種類和規(guī)格型號。型譜過大過小都不好。如果型譜過大，則產(chǎn)品規(guī)格眾多，市場適應(yīng)能力強，環(huán)境屬性好，模塊通用程度高，但工作量也相應(yīng)增大，人力資源能耗大，成本上升，總體來說效果并不好；反之，則又會走向另一個極端，效果也不好。因此，產(chǎn)品系列型譜的制定至關(guān)重要。

4．產(chǎn)品的模塊劃分與選擇

面向再制造的綠色模塊化設(shè)計活動的第四步，是產(chǎn)品模塊的劃分與選擇，這是模塊化方法最重要的內(nèi)容。通常根據(jù)產(chǎn)品的功能，將其分為基本功能、次要功能、特殊功能和適應(yīng)功能等，然后劃分相應(yīng)的模塊。模塊的劃分使得產(chǎn)品的設(shè)計過程思路清晰，并有利于產(chǎn)品報廢退役后的零部件回收、重新利用或升級換代。

5．綠色模塊的組合

面向再制造的綠色模塊化設(shè)計活動的第五步，是模塊的組合。劃分完模塊后，將這些模塊按照直接組合、集裝式組合或改裝后組合等方法組合成系統(tǒng)。組合時要考慮今后的易拆解性、不易損壞性及產(chǎn)品的節(jié)能省時等環(huán)境友好性特征。

6．對設(shè)計好的產(chǎn)品進(jìn)行分析校驗

面向再制造的綠色模塊化設(shè)計活動的第六步，是用機械零件設(shè)計軟件包、優(yōu)化設(shè)計軟件包、有限元軟件包等現(xiàn)代設(shè)計工具對設(shè)計好的產(chǎn)品進(jìn)行分析、計算和校驗。如果分析校驗不合要求，就要回到模塊選擇上進(jìn)行修改、完善，重新整合模塊，直至產(chǎn)品符合要求。

7．產(chǎn)品設(shè)計的綠色度與模塊度指標(biāo)評價

面向再制造的綠色模塊化設(shè)計活動的最后步驟，是采用層次分析法（AHP）及模糊綜合評價法等數(shù)學(xué)工具對產(chǎn)品再制造設(shè)計的綠色度和模塊度指標(biāo)進(jìn)行計算及評價，再根據(jù)計算結(jié)果對產(chǎn)品的有關(guān)參數(shù)加以調(diào)整或進(jìn)行重新設(shè)計。

收稿日期：2011-07-22

作者簡介：吳小艷（1972-），女，湖北云夢人，副教授，碩士，從事企業(yè)管理與市場營銷研究。

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Research on the remanufacturing products green modularization design

WU Xiao-yan

(Management college，Wuhan science and technology university，Wuhan 430070，China)

Abstract: Each remake to build the business enterprise greatly to know in the fulfillment， if the design stage of the as early as new product consider after product uses the period expires of recovery and remake the request for build， can show the performance and the efficiency that an exaltation of remakes to build.The opposite turns the design toward the product the green mold piece that remake to build and in fact carried on the research， the green mold piece advantage that turns the design that inquiry in to face to remake to build， put forward to face to remake to build of product the green mold piece turn to design concrete to carry out the step.

Key words:remanufacturing;product remanufacturing ;green modularization design

[責(zé)任編輯李 可]