蘇旭武，左 帆

基于層次模塊化的小型家電拆卸序列生成及優(yōu)化

蘇旭武，左 帆

（湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，湖北武漢430068）

為了研究廢舊小型家電的拆卸序列生成過(guò)程并對(duì)生成的序列進(jìn)行優(yōu)化評(píng)估，以某種型號(hào)的廢舊微波爐為研究對(duì)象，分析其結(jié)構(gòu)及零部件組成，在對(duì)國(guó)內(nèi)外常用的建模方法分析其優(yōu)缺點(diǎn)后，提出利用層次模塊化結(jié)合干涉矩陣的方法進(jìn)行建模從而生成拆卸序列，最后給出幾種評(píng)價(jià)方法對(duì)生成的拆卸序列進(jìn)行評(píng)估，借此選出最優(yōu)的拆卸序列。

廢舊小型家電；干涉矩陣；拆卸序列；優(yōu)化評(píng)估

由于人民生活水平在不斷提高，家電產(chǎn)品的生命周期越來(lái)越短，被淘汰的廢舊家電不能自行降解，若隨意丟棄，不但會(huì)造成環(huán)境污染、威脅人民身體健康，而且會(huì)浪費(fèi)其中的可回收資源［1］。為了盡可能降低廢舊家電對(duì)環(huán)境的污染，增加資源回收利用率，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)工業(yè)的綠色化改造，必須對(duì)廢舊家電進(jìn)行更合理的拆解才能更好地達(dá)到保護(hù)環(huán)境和節(jié)約資源的目的。為此，需要合理分析待拆產(chǎn)品中零件的類別，按照一定的規(guī)則將零件拆卸的過(guò)程排列出先后順序，進(jìn)而生成拆卸序列，并通過(guò)一定的指標(biāo)從生成的眾多拆卸序列中選出最好的一條。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)如何生成拆卸序列進(jìn)行過(guò)相關(guān)研究，例如山東大學(xué)的李劍峰等人建立分類有向約束圖模型來(lái)生成機(jī)電產(chǎn)品拆卸序列；南京航空航天大學(xué)的王波等人將遺傳算法與Tabu搜索法相結(jié)合來(lái)優(yōu)化拆卸序列；Hong［2］將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法運(yùn)用到拆卸序列優(yōu)化中。但這些研究更多的是針對(duì)大型廢舊家電（比如電冰箱、空調(diào)、電視等）或裝配體（如汽車、輪船等）的拆卸序列進(jìn)行的［3］，對(duì)于小型廢舊家電（如電飯煲、微波爐等）的拆卸序列的研究卻很少涉及。雖然小型廢舊家電中包含的可回收（如緊固件等）及必須回收（如易造成污染的控制元件等）的零件并沒(méi)有電冰箱等大型家電那么多，但小家電總體數(shù)量龐大，覆蓋范圍廣泛，總體上包含的這些零部件眾多。本文以某型號(hào)廢舊微波爐為例，研究如何有效生成其拆卸序列，并從中找出最合適的拆卸序列。

1 分析某微波爐的結(jié)構(gòu)

圖2 微波爐控制部分主要元器件

微波爐的主體結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。根據(jù)圖1、圖2所顯示的部件，微波爐零部件主要包括以下幾個(gè)部分。

1）主體外殼

外殼主要包括上蓋、后蓋、底座部分，通常是由鍍鋅薄鋼板或鎳鎘板沖壓成形，具有回收意義。外殼上蓋前端有特殊的卡扣，與微波爐前端面板支架緊密結(jié)合，上蓋左右兩側(cè)底部分別分布孔洞，通過(guò)安裝螺釘使其與底座固定。外殼后蓋四周分別有一個(gè)緊固螺孔，便于上蓋及底座裝配。只有先拆卸后蓋，才能拆掉上蓋。

2）前蓋組件

前蓋又稱為爐門，由門面、門體（由金屬微孔網(wǎng)觀察窗及扼流槽組成的框架）、門封（由特殊塑料制成）、門鉤等組成，按照材料不同分類回收。前蓋通過(guò)搭扣安裝在底座上，并與控制面板相連。

3）爐腔

爐腔是一個(gè)長(zhǎng)方形的空腔，它是微波加熱食物的地方，一般由前板、U形板、頂板、后板組成。目前市場(chǎng)上的微波爐爐腔一般采用噴涂爐腔和不銹鋼爐腔，具有回收價(jià)值。

4）轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)

轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)由轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)環(huán)、轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)盤電動(dòng)機(jī)組成。轉(zhuǎn)盤安裝在爐腔底部，由一個(gè)微型電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)。轉(zhuǎn)盤中心下方是一個(gè)轉(zhuǎn)軸，其套在微型電動(dòng)機(jī)的軸上，利用微型電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)軸緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)盤一般是由耐高溫陶瓷或特殊玻璃制成，可回收處理。

5）波導(dǎo)盒

波導(dǎo)盒通過(guò)螺栓固定在爐腔外壁上，內(nèi)部放有磁控管，拆卸時(shí)進(jìn)行分類回收。

6）磁控管

磁控管由天線（微波能量輸出器）、散熱片、燈絲插座和環(huán)形磁鋼等組成。燈絲采用釷鎢絲或者純鎢絲繞成螺旋狀。陽(yáng)極由高導(dǎo)電率的無(wú)氧銅材料制成。環(huán)形磁鋼一般采用簡(jiǎn)裝式結(jié)構(gòu)，用永久磁鐵制成，具有回收價(jià)值。磁控管整體拆下，再按照材料進(jìn)行分類回收。

7）電源系統(tǒng)

電源系統(tǒng)主要由高壓變壓器、高壓電容器、高壓二極管、高壓保護(hù)二極管等組成。高壓變壓器和高壓電容器底部通過(guò)螺釘固定在微波爐底座上，回收時(shí)需先拆卸螺釘，將其整體拆下后，再細(xì)拆其中的電容絲、二極管等零部件。

8）電動(dòng)機(jī)

微波爐使用的電動(dòng)機(jī)有：冷卻風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)、一體化定時(shí)功率分配器電動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)盤電動(dòng)機(jī)。分別通過(guò)緊固件進(jìn)行固定，整體拆卸后分類回收即可。

9）爐燈

爐燈安裝在爐腔后部，拆開(kāi)微波爐后蓋，取下燈泡護(hù)罩，就能旋下燈泡。

另外，微波爐的內(nèi)部控制元件結(jié)構(gòu)也在拆卸掉外殼等外部部分后，整體拿出來(lái)由人工分類處理。按照其材料的不同，將拆卸回收種類分為如下三個(gè)部分。

1）箱體類 箱體一般由玻璃、塑料和金屬三種材料構(gòu)成。根據(jù)材料的不同，將其分開(kāi)以便于今后回收。

2）固定機(jī)構(gòu)類 微波爐中固定機(jī)構(gòu)的材料一般有兩類：一類為塑料，另一類為金屬材料。有的既有金屬也有塑料，也有的采用一些特殊材料。它們?cè)诜诸悤r(shí)按材料的不同分成三類：一類為塑料；一類為金屬材料；一類為特殊材料。

3）其他零部件類 微波爐的部件很多，每一種部件中都包含有特殊的材料，如變壓器、磁控管、風(fēng)扇電機(jī)、轉(zhuǎn)盤電機(jī)以及各種開(kāi)關(guān)等。這些元件由于組成材料多而特殊，所以在分類回收時(shí)要特別注意。

2 常用建模圖形利弊分析

對(duì)廢舊產(chǎn)品拆卸回收的研究，除了主要對(duì)其智能化的拆卸設(shè)備進(jìn)行研究，同樣重要的是對(duì)建立什么樣的拆卸模型，以及生成什么樣的拆卸序列的研究。目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)拆卸回收所使用的模型最常用的有：無(wú)向圖，有向圖，AND／OR圖，Petri網(wǎng)等。無(wú)向圖直觀來(lái)說(shuō)就是構(gòu)成圖的每一條邊都是沒(méi)有方向的，它雖然能夠很簡(jiǎn)便地展示出各個(gè)零件之間的連接信息，但是由于沒(méi)有表示方向，所以不能清楚地描述零件在拆卸過(guò)程中的先后順序。相對(duì)于無(wú)向圖，有向圖直觀表示是構(gòu)成圖的每一條邊都是有方向的，雖然能清楚地描述出各個(gè)零件之間的約束關(guān)系，從而顯示其拆卸的先后順序，但是這只適用于零件較少的情況，當(dāng)零件數(shù)較多時(shí)，生成的拆卸序列個(gè)數(shù)繁多，使其建模效果繁瑣、后續(xù)的選取最優(yōu)解的過(guò)程更為復(fù)雜。AND／OR圖是由“與”節(jié)點(diǎn)及“或”節(jié)點(diǎn)組成的結(jié)構(gòu)圖，這種模型的節(jié)點(diǎn)少，而且能夠表示出所有能夠形成的拆卸序列，但當(dāng)零件個(gè)數(shù)增多時(shí)，同樣容易因?yàn)橄鄬?duì)較大的割集（由于單個(gè)零件可能有多種拆卸順序，因此主要是并集）數(shù)量而造成組合爆炸的現(xiàn)象。Petri網(wǎng)能夠表達(dá)并發(fā)的事件，對(duì)于每一個(gè)拆卸目標(biāo)都能清楚表示，但它的模型容易變得很龐大，算法復(fù)雜［4］。

根據(jù)上文分析，可發(fā)現(xiàn)微波爐含有多個(gè)零件，單單憑借以上幾種常用圖形來(lái)給其建模是不合適的，這就需要利用新的辦法來(lái)解決建模的難題。

3 建立產(chǎn)品拆卸模型

3.1 干涉矩陣建模

所謂干涉，就是當(dāng)想要將某一個(gè)零件從＋X方向上與總整體分離時(shí)，在這個(gè)方向上受到另一個(gè)零件的阻擋。用數(shù)學(xué)公式定義為：在整體中，當(dāng)零件j固定不動(dòng)時(shí)，零件i沿著k（±X，±Y，±Z）方向不停移動(dòng)，在這一過(guò)程中，如果零件i受到了零件j的阻擋而無(wú)法繼續(xù)在該方向移動(dòng)，則將其定義為Fij（k）＝1；若沒(méi)有發(fā)生阻擋現(xiàn)象，則定義為Fij（k）＝0。

因此，如果一個(gè)待拆產(chǎn)品含有n個(gè)零件，那么，在k方向中的任意一個(gè)方向上，都可以生成一個(gè)n× n階的矩陣，這樣，在6個(gè)方向上進(jìn)行拆卸，就會(huì)產(chǎn)生6個(gè)這樣的n階矩陣，這種能夠表示零部件之間相互約束關(guān)系及幾何優(yōu)先關(guān)系的矩陣，被稱為干涉矩陣，即

式中：k表示＋X、－X、＋Y、－Y、＋Z、－Z這6個(gè)方向中的一個(gè)；i、j＝1，2，3，…，n；代表待拆產(chǎn)品中零件的編號(hào)。

3.2 模塊化干涉矩陣

研究式（1）不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)含有零件個(gè)數(shù)較多時(shí)，矩陣每行每列的因子就會(huì)變得繁多，使矩陣也隨之變得復(fù)雜而龐大，并且有可能出現(xiàn)因?yàn)閷?duì)其中某一個(gè)零件的分析錯(cuò)誤而導(dǎo)致整個(gè)矩陣都失效的情況。同時(shí)很容易使拆卸序列在生成中產(chǎn)生組合爆炸的問(wèn)題。因此，需要將產(chǎn)品中的零部件個(gè)數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)化。

在研究生成拆卸序列的過(guò)程時(shí)，為了減少拆卸序列中零部件的個(gè)數(shù)，可以把一部分零部件當(dāng)成一個(gè)整體進(jìn)行拆分研究，這一部分整體就是一個(gè)模塊，然后將這個(gè)模塊當(dāng)成產(chǎn)品中的一個(gè)零件來(lái)進(jìn)行分析即可。把該產(chǎn)品中的零件組合成模塊的過(guò)程，就是模塊化。通常可以按照零部件的作用、形狀結(jié)構(gòu)、材料屬性（比如塑料的部件組合在一起，金屬的部件組合在一起）來(lái)劃分模塊。模塊化實(shí)質(zhì)上是一種化零為整、化繁為簡(jiǎn)的研究方法。通過(guò)使用這種分析方法，可以大大提高生成拆卸序列的效率。

通過(guò)模塊化方法，雖然矩陣的形式還是如式（1）那樣，但是矩陣的階數(shù)卻減少了，研究效率提高了。由于是將零部件組合在一起形成一個(gè)模塊，故而要注意以下2點(diǎn)。

1）至少要有兩個(gè)零件來(lái)生成模塊，若模塊中只含有一個(gè)零件，那么這個(gè)模塊就是這個(gè)零件本身，這樣的模塊劃分沒(méi)有任何意義。同樣道理，也不能將整個(gè)待拆產(chǎn)品都劃分在一個(gè)模塊里。

2）不能把一個(gè)零件劃分在兩個(gè)不同的模塊里，否則生成拆卸序列時(shí)會(huì)造成混亂，影響正確性。

3.3 層次分析法

在利用模塊化方法分析拆卸序列時(shí)，會(huì)出現(xiàn)將一部分零件組合成一個(gè)模塊，再將這個(gè)模塊與其他零件組成一個(gè)大模塊的情況，這樣一層一層進(jìn)行劃分，最終會(huì)組成這個(gè)裝配體。圖3是將模塊化方法引入每一層的分析中所得出的結(jié)構(gòu)圖。

圖3 層次、模塊化結(jié)構(gòu)圖

首先在第一層分析某裝配體含有的所有零件，找出需要被拆卸的目標(biāo)零件（如聯(lián)接件，只有將其拆下，才能解除與其有約束關(guān)系的零部件），以及其他非目標(biāo)的附屬零件。然后在第二層以某一個(gè)目標(biāo)零件作為要拆卸的零件，將其他在該層拆卸中能組合成模塊的部分附屬零件和剩余的目標(biāo)零件進(jìn)行組合，不能形成模塊的K個(gè)附屬零件就單個(gè)留出；以此類推，每到下一層，其能組合成的模塊就越來(lái)越少，得到更接近于裝配體的單個(gè)模塊以及單個(gè)目標(biāo)零件，此時(shí)就大大的減少了零部件個(gè)數(shù)。這就是層次分析法，將這種方法與模塊化方法相結(jié)合，可以更好地提高拆卸效率。

4 拆卸序列優(yōu)化指標(biāo)

4.1 拆卸時(shí)間

拆卸時(shí)間就是指將待拆產(chǎn)品上的零部件按照某一個(gè)拆卸序列中的順序進(jìn)行拆卸，直到拆卸掉拆卸序列中的倒數(shù)第二個(gè)零部件為止（因?yàn)樾蛄兄械淖詈笠粋€(gè)順序是不需要被拆卸的，只需要拆掉倒數(shù)第二個(gè)順序就可以），并且將所拆卸掉的所有零部件都從整體中分離出去所消耗時(shí)間的總和。

拆卸時(shí)間是由基本拆卸時(shí)間和輔助拆卸時(shí)間組成的?；静鹦稌r(shí)間是指聯(lián)接件被從整體產(chǎn)品上松開(kāi)、分離的時(shí)間，以及將某個(gè)零部件從與其相關(guān)的零部件中分離的時(shí)間；輔助拆卸時(shí)間由裝夾時(shí)間、拆卸工具進(jìn)行定位完畢的時(shí)間、拆卸中更換工具的時(shí)間、拆卸完某個(gè)零部件后將其取下放置的時(shí)間等組成，指的是為了拆卸某個(gè)零部件所做的一些其他的輔助工作所消耗的時(shí)間。這些時(shí)間的總和，就是拆卸完一個(gè)產(chǎn)品總共需要耗費(fèi)的時(shí)間，它是評(píng)價(jià)最優(yōu)拆卸序列的重要參考指標(biāo)。

對(duì)于同一個(gè)待拆廢舊家電，比較不同的拆卸序列所需要的拆卸時(shí)間，拆卸時(shí)間越短，則說(shuō)明拆卸的效率越高，那么，相比其他幾條拆卸序列，這條拆卸序列就是最優(yōu)的。待拆家電的拆卸時(shí)間

式中：T為總的拆卸時(shí)間；ti為單個(gè)零部件被松開(kāi)所花費(fèi)的時(shí)間；t′i為將這個(gè)零部件從整體上分離出去的輔助時(shí)間；n為待拆產(chǎn)品上零部件的總數(shù)；tj為某一個(gè)聯(lián)接件被松開(kāi)所花費(fèi)的時(shí)間；t′j為將這個(gè)聯(lián)接件從整體上分離出去的輔助時(shí)間；N為這種類型聯(lián)接件的個(gè)數(shù)；m為待拆產(chǎn)品上聯(lián)接件的總數(shù)；tk表示拆卸工具移動(dòng)時(shí)間，即拆卸過(guò)程中，拆卸工具從拆卸序列的第i個(gè)零件移動(dòng)到第（i＋1）個(gè)零件所需的時(shí)間。拆卸序列中每相鄰兩個(gè)零件會(huì)產(chǎn)生一個(gè)tk，一共會(huì)有（n－1）個(gè)移動(dòng)時(shí)間，假定拆卸工具在拆卸過(guò)程中移動(dòng)的速度v是恒定不變的，拆卸序列中相鄰兩個(gè)零部件之間的距離為L(zhǎng)k，則tk＝Lk／v。

4.2 需拆卸零件數(shù)量

在廢舊小型家電的拆卸回收過(guò)程中，主要針對(duì)的是拆卸回收其中的緊固件以及控制系統(tǒng)中的元件，其他的零部件可以按照模塊化的方法進(jìn)行劃分，因此，若選擇的拆卸序列不同，那么有可能遇到不同的模塊化組合，導(dǎo)致拆卸順序中零部件的總數(shù)不一樣，這樣拆卸時(shí)間也會(huì)不同。

因此，需要拆卸零部件的數(shù)量也可以用來(lái)作為評(píng)價(jià)優(yōu)化拆卸序列的指標(biāo)。如果這些零部件越少，那么定位及換向的過(guò)程可能就越少，基本拆卸時(shí)間以及輔助拆卸時(shí)間也會(huì)越少，這樣的拆卸序列也就是最優(yōu)的。需要拆卸的零部件數(shù)量

式中：P表示需要拆卸的零部件的數(shù)量；n表示整個(gè)待拆廢舊家電中零部件的總數(shù)；Pi表示第i個(gè)零部件，當(dāng)按照某條拆卸序列的順序進(jìn)行拆卸時(shí)，如果零件i在這條拆卸序列中明確表示，那么就令Pi＝1；如果未出現(xiàn)，則Pi＝0。

4.3 所需換向次數(shù)

在拆卸過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)一種情況，就是雖然是按照這條拆卸序列的順序進(jìn)行的零件分離步驟，但是在拆卸過(guò)程中，總體產(chǎn)品需要變換方向進(jìn)行其他步驟的拆卸，這就是換向。只要在拆卸過(guò)程中有一次拆卸方向發(fā)生了改變，就有可能帶動(dòng)裝夾工具、拆卸工具的更換，或者對(duì)原待拆物進(jìn)行重新定位的操作。所需換向的次數(shù)就是按照這條拆卸序列進(jìn)行拆卸時(shí)，一共發(fā)生的所有換向次數(shù)的總和。

所需換向的次數(shù)

式中：零件k的重定向值為Ck，在某條拆卸序列中，若零件k需要重定向，則Ck＝1；若不需要，則Ck＝0。

4.4 拆卸費(fèi)用

拆卸費(fèi)用就是在拆卸全過(guò)程中發(fā)生的所有與拆卸有關(guān)的費(fèi)用，這個(gè)費(fèi)用包括人工拆卸的人力費(fèi)用（工人工資），以及投入的各種拆卸工具的費(fèi)用。由于待拆產(chǎn)品本來(lái)就是廢棄物，其上零件出現(xiàn)銹蝕等因素以至于難以拆下來(lái)的狀況是一定會(huì)遇到的。這種拆卸的難易程度會(huì)決定拆卸回收工具的選取等條件，因此拆卸費(fèi)用也會(huì)表現(xiàn)為不一致。拆卸費(fèi)用可以用來(lái)表示拆卸成本的高低情況，即：

式中：C1表示理想中的拆卸費(fèi)用；C2表示實(shí)際操作中所耗費(fèi)的拆卸費(fèi)用。當(dāng)λ＞1時(shí)，表示理想中的拆卸費(fèi)用比現(xiàn)實(shí)所花費(fèi)的費(fèi)用要多，相當(dāng)于實(shí)際上節(jié)省了費(fèi)用；當(dāng)λ＜1時(shí)，表示現(xiàn)實(shí)所花費(fèi)的費(fèi)用比理想中的預(yù)計(jì)的拆卸費(fèi)用要多，意味著費(fèi)用上開(kāi)銷大了，可能不合算。

4.5 權(quán)值分析法

綜合以上分析，拆卸序列的評(píng)價(jià)優(yōu)化指標(biāo)有多個(gè)，主要包括拆卸時(shí)間、需拆卸零件數(shù)量、所需換向次數(shù)、拆卸費(fèi)用這幾部分。這幾個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)都有自己判斷哪條拆卸序列更為優(yōu)劣的參考公式，如果分別依據(jù)這些公式來(lái)判斷拆卸序列優(yōu)劣與否，得到的結(jié)果或許不同，比如說(shuō)某條序列可能拆卸時(shí)間更短，但是采用拆卸費(fèi)用這個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)的話，或許費(fèi)用較高，因此，需要比較這條拆卸序列在這些條件下分析的綜合情況。在本文中利用權(quán)值的分析方法，將這幾種不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)計(jì)算后，比較每條拆卸序列最后的權(quán)值，以此來(lái)選取最優(yōu)拆卸序列。

在本文中，權(quán)值

式中：E表示這條拆卸序列的權(quán)值；ω1、ω2、ω3、ω4這些表示其后連接的每一個(gè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的權(quán)重，若評(píng)價(jià)指標(biāo)還有更多，則ω的數(shù)量也相應(yīng)增多，但是，無(wú)論有多少個(gè)權(quán)重ω，它們的和相加都為1。在這里，ω1＋ω2＋ω3＋ω4＝1。

通常情況下，權(quán)值的大小表示拆卸序列的復(fù)雜程度，綜合權(quán)值越小，說(shuō)明這條序列的T、P、C、λ中的某個(gè)或幾個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)較小，這條拆卸序列也就越好。

5 以微波爐為例進(jìn)行分析

5.1 生成拆卸序列

結(jié)合圖1、圖2，在俯視狀況下觀察微波爐的內(nèi)部零部件，將其簡(jiǎn)化為圖4。

圖4 微波爐去掉前門、上蓋、后蓋的簡(jiǎn)化圖

這些零部件上的細(xì)小電器元件，將其與其所連接的零部件看成一個(gè)部分，一起整體拆卸后再細(xì)細(xì)拆分，同時(shí)先考慮螺紋連接件螺頭所在的零部件與該螺紋連接件為一個(gè)整體。由圖4可知零部件分布形式主要分為左右兩個(gè)部分，且大部分零部件都與微波爐底座有連接關(guān)系，因此此處不考慮向左、向右、向下三個(gè)方向的拆卸。

本文中＋Y表示往爐門方向運(yùn)動(dòng)，－Y表示往后蓋方向運(yùn)動(dòng)。根據(jù)干涉矩陣的定義，可以生成以下幾個(gè)干涉矩陣：

將零部件沿著上蓋拆卸的方向規(guī)定為＋Z方向，得到以下沿著＋Z方向進(jìn)行的拆卸序列：

按照前文通過(guò)分析干涉矩陣來(lái)生成拆卸序列的方法，可以得到以下14條拆卸序列：

5.2 評(píng)選最優(yōu)拆卸序列

由于1與3均是安裝在后蓋上，因此，拆卸后蓋的時(shí)候，可以連帶拆卸1與3，如果按照3、2、1的順序，其中需要換向兩次，按照2、3、1的順序只需換向一次，因此序列①優(yōu)于序列②。4上的螺紋緊固件需要沿著右側(cè)拆卸，將2固定在爐底的螺紋連接件需要沿著＋Z方向拆卸，固定7的螺紋連接件需要沿著拆卸－Y方向拆卸，2與4距離近，拆卸工具移動(dòng)換向的距離短，拆卸時(shí)間少，因此4、2、7更適合一些，即序列③優(yōu)于序列④。1、3、5、6的拆卸步驟是按照移動(dòng)順序來(lái)的，不會(huì)使拆卸工具的移動(dòng)路線有往復(fù)的情況，比3、1、5、6或3、5、1、6的拆卸步驟更省時(shí)，故④優(yōu)于⑤和⑥。同理，4、2、6也比4、6、2的拆卸步驟要好，并且無(wú)論是1、3、5、7還是1、7、3、5，或者3、1、7、5還是7、3、1、5的拆卸步驟，都會(huì)使拆卸工具繞行更多的距離，因此，最后只需比較拆卸序列①與③即可。

根據(jù)前述方法比較下列幾項(xiàng)。

1）拆卸時(shí)間

兩條拆卸序列中所需要拆卸的零件總數(shù)、螺紋連接件總數(shù)相同，假定每個(gè)相同零部件、聯(lián)接件被松開(kāi)、移除所花費(fèi)的時(shí)間一樣，故而只用比較拆卸工具的移動(dòng)時(shí)間即可。

序列①7→6→5→4→2→3→1，與序列③1→3→5→6→4→2→7中，重復(fù)了步驟“6→5”、“4→2”、“3→1”，因此只用比較剩下的三個(gè)步驟。結(jié)合圖2并通過(guò)實(shí)際拆卸驗(yàn)證，在步驟“5→4”與“6→4”、“2→3”與“2→7”中，拆卸工具從一個(gè)零件運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)零件的距離是相差無(wú)幾的，所以可將得出的運(yùn)動(dòng)時(shí)間近似看作相同值。但是零部件5就在零部件3下方，顯而易見(jiàn)，拆卸工具在進(jìn)行步驟“7→6”時(shí)比進(jìn)行步驟“3→5”所移動(dòng)的距離要長(zhǎng)，因此，花費(fèi)時(shí)間tk會(huì)較大，總體拆卸時(shí)間T相對(duì)較久。因此，序列③更省時(shí)。

2）拆卸零件數(shù)量

根據(jù)拆卸序列所示，這兩種序列中所需要拆卸的模塊都是7個(gè)，每個(gè)模塊中所包含的螺紋連接件總數(shù)也是相同的，因此需要拆卸的零件數(shù)量一致。

3）所需換向次數(shù)

根據(jù)表1，拆卸序列①與③均需要拆卸工具換向4次來(lái)完成拆卸過(guò)程。拆卸序列①中：7→6需要換向，5→4需要換向，4→2需要換向，2→3需要換向。拆卸序列③中：6→5需要換向，4→2需要換向，2→3需要換向，3→1需要換向。

表1 單個(gè)零部件上螺紋連接件的拆卸方向

4）拆卸費(fèi)用

當(dāng)這些拆卸序列中所包含的零部件完全相同時(shí)，拆卸所需要的費(fèi)用通常是相同的。

5）比較權(quán)值

綜上，由于P、C、λ都一樣，所以只需比較T。由于①的拆卸時(shí)間更久，拆卸序列①的權(quán)值E則高于序列③，所以采用序列③作為拆卸序列。

6 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)某種型號(hào)的廢舊微波爐拆卸序列生成過(guò)程的研究，得出拆卸序列的一般生成過(guò)程：首先要了解待拆裝配體的信息，如幾何尺寸、物理性狀、體積和質(zhì)量、材質(zhì)、型號(hào)等；其次通過(guò)建模生成整個(gè)裝配體的所有可行拆卸序列，由于是裝配體，拆卸序列肯定存在，且至少有一個(gè)拆卸序列；然后通過(guò)準(zhǔn)則進(jìn)行篩選，確定最優(yōu)的拆卸序列即可。這種方法雖然是有針對(duì)性地提出來(lái)的，但是同樣適用于其他種類的小型家電拆卸序列的生成。按照生成的最優(yōu)拆卸序列進(jìn)行拆卸回收，能夠大大提高回收效率及資源回收率，同時(shí)，能夠更大程度上起到保護(hù)環(huán)境的作用。生成的拆卸序列可以通過(guò)計(jì)算機(jī)程序存入庫(kù)中，為后續(xù)研究其他模型的拆卸序列提供依據(jù)。

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Research on Disassembly Sequence Generation and Optimization of Waste Small－scale Household Appliances Based on Hierarchical Modularization

SU Xuwu，ZUO Fan
（School of Mechanical Engineering，Hubei Univ.of Tech.，Wuhan 430068，China）

In order to study the disassembly sequence generation process of waste small－scale household appliances and optimize the generated sequences，this paper uses a certain type of waste microwave oven as the research object，and firstly analyzes the structure and components.Secondly，after analyzing the advantages and disadvantages of the commonly used modeling methods both at home and abroad，this paper proposes the method of modeling the disassembly sequence by using the method of hierarchical modular and interference matrix.Finally，several evaluation methods are given to evaluate the disassembly sequence，and the optimal disassembly sequence is selected.

waste small－scale household appliances；interference matrix；disassembly sequence；optimization evaluation

TH16

A

［責(zé)任編校：張 眾］

1003－4684（2017）04－0006－06

2017－04－05

蘇旭武（1973－），男，湖北武漢人，湖北工業(yè)大學(xué)副教授，研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化

左 帆（1990－），女，湖北黃石人，湖北工業(yè)大學(xué)碩士研究生，研究方向?yàn)闄C(jī)械制造及其自動(dòng)化