張 斌，張志偉，孫 娟，張文英

（1.寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司，陜西寶雞721002；2.中油國家油氣鉆井裝備工程技術(shù)研究中心有限公司，陜西寶雞721002）

再制造是指對(duì)再制造毛坯進(jìn)行專業(yè)化修復(fù)或升級(jí)改造，使其質(zhì)量特性不低于原型新品水平的過程[1]。機(jī)電設(shè)備再制造，作為綠色制造的重要組成部分，以先進(jìn)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)為手段，修復(fù)和改進(jìn)廢舊機(jī)電設(shè)備及關(guān)鍵部件，使之恢復(fù)原有使用性能甚至獲得新的性能，以達(dá)到延長設(shè)備使用壽命為目的[2]。由于是以廢舊設(shè)備為基礎(chǔ)，因此在實(shí)施再制造之前，需要對(duì)其再制造可行性，即可再制造性進(jìn)行評(píng)估，對(duì)于值得修復(fù)和改進(jìn)的設(shè)備實(shí)施再制造。石油鉆機(jī)是機(jī)械、電氣、液壓、氣動(dòng)設(shè)備聚集的綜合性復(fù)雜裝備，石油機(jī)械再制造被列為我國2009年首批再制造試點(diǎn)行業(yè)之一，開展石油鉆采設(shè)備關(guān)鍵零部件的再制造對(duì)于相關(guān)設(shè)備的降本增效具有重要價(jià)值。其中，再制造性評(píng)估是能否實(shí)施再制造的前提條件。現(xiàn)有的再制造性評(píng)估方法有層次分析法[3]、熵權(quán)法[4]、模糊集評(píng)價(jià)法[5?6]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)方法[7?8]等。這些方法的提出和應(yīng)用對(duì)再制造行業(yè)的發(fā)展具有十分重要的指導(dǎo)作用，但也存在一些局限性，具體包括：（1）部分評(píng)價(jià)指標(biāo)為定性指標(biāo)，比如對(duì)于廢舊產(chǎn)品的廢舊程度，很難進(jìn)行量化，導(dǎo)致相應(yīng)輸入量為離散值，但評(píng)估結(jié)果通常為0～1 的連續(xù)值，勢(shì)必會(huì)造成一定的誤差。（2）權(quán)值的確定沒有明確標(biāo)準(zhǔn)。熵權(quán)法和層次分析法通常要對(duì)不同的評(píng)估輸入進(jìn)行歸一化和加權(quán)處理，不同成本維度也需要進(jìn)行權(quán)值分配，權(quán)值分配通常具有一定的主觀性，這會(huì)影響最終的量化指標(biāo)。（3）對(duì)于不同用途的設(shè)備及部件，其再制造性判決依據(jù)也存在差異，因此理論上不存在嚴(yán)格統(tǒng)一的再制造性評(píng)估模型。（4）所得到的再制造性評(píng)價(jià)指數(shù)通常不直接體現(xiàn)再制造過程產(chǎn)生的成本，也不具備相對(duì)準(zhǔn)確的換算關(guān)系。因此，在確定再制造性為可行的情況下，需要再去評(píng)估再制造的成本。

從再制造成本產(chǎn)生的不同維度出發(fā)，將有關(guān)再制造環(huán)節(jié)需要的投入直接評(píng)估為統(tǒng)一的經(jīng)濟(jì)成本，進(jìn)而提出一種再制造性成本量化評(píng)估方法。所提方法可避免離散量的輸入和經(jīng)驗(yàn)性權(quán)值設(shè)定，計(jì)算模型的輸入具有較好的可擴(kuò)展性。此外，再制造性指數(shù)計(jì)算方便快捷，且再制造性指數(shù)與再制造成本之間存在準(zhǔn)確的對(duì)應(yīng)關(guān)系。所提方法對(duì)傳統(tǒng)的再制造性評(píng)估方法是一種有益的補(bǔ)充。

1 石油鉆采設(shè)備關(guān)鍵零部件再制造流程

結(jié)合機(jī)械產(chǎn)品再制造通用技術(shù)要求（GB/T 28618—2012）及文獻(xiàn)[9]，石油鉆采設(shè)備關(guān)鍵零部件再制造流程如圖1 所示。

圖1 石油鉆采設(shè)備關(guān)鍵零部件再制造流程

相應(yīng)流程的說明具體為：

（1）廢舊設(shè)備。主要指功能失效的設(shè)備，其中功能失效包括磨損失效、疲勞失效、變形失效等[10]。

（2）再制造性評(píng)價(jià)。主要是對(duì)廢舊設(shè)備的關(guān)鍵部件功能失效進(jìn)行預(yù)估，按照再制造流程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)對(duì)其再制造性進(jìn)行量化評(píng)估，以確定再制造的必要性和經(jīng)濟(jì)性。

（3）設(shè)備回收。對(duì)于再制造性尚可的設(shè)備（再制造技術(shù)可行，且成本可接受），確定實(shí)施再制造，否則按照?qǐng)?bào)廢處理。

（4）易修復(fù)性。按照再制造的難度對(duì)回收設(shè)備進(jìn)行常規(guī)處置和專業(yè)處置。

（5）常規(guī)處置。主要是清理銹蝕、優(yōu)化潤滑、更換損壞部件等簡(jiǎn)單的修復(fù)。設(shè)備的功能恢復(fù)正常后，形成再制造設(shè)備成品。

（6）專業(yè)處置。對(duì)通過常規(guī)處置不能恢復(fù)功能的設(shè)備，需要進(jìn)一步拆解、清洗及檢測(cè)，進(jìn)而確定哪些是可直接利用件，哪些是可再制造件，哪些是棄用件。對(duì)于有損傷的部件，需要進(jìn)行歸類，分揀出正常或可以修復(fù)的部件，對(duì)于不能修復(fù)的部件進(jìn)行報(bào)廢。

（7）部件修復(fù)。對(duì)有缺陷和損傷的部件進(jìn)行專業(yè)修復(fù)和性能提升，如部件矯形及增加納米涂層以增強(qiáng)零部件的耐腐蝕性等[11]。

（8）部件組裝。在所有部件功能恢復(fù)后，組裝形成再制造產(chǎn)品。

從時(shí)序的角度看，再制造性評(píng)價(jià)處于再制造流程的前端，再制造性的判斷結(jié)果直接影響廢舊設(shè)備的選用，因此再制造性評(píng)價(jià)步驟十分重要。然而，再制造性評(píng)價(jià)模型中的技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性、資源性及環(huán)境性因素全部位于后續(xù)再制造的實(shí)施環(huán)節(jié)，因此不論何種再制造性評(píng)估方法，其評(píng)價(jià)結(jié)果均存在不確定性。同樣，提出的評(píng)估方法的準(zhǔn)確性也將受到這些因素影響。要提高評(píng)估結(jié)果準(zhǔn)確性，一方面要對(duì)再制造環(huán)節(jié)進(jìn)行細(xì)化，另一方面要對(duì)再制造產(chǎn)生的成本進(jìn)行客觀預(yù)估。

2 再制造環(huán)節(jié)成本評(píng)估與分解

2.1 技術(shù)性成本

主要指再制造過程涉及到的技術(shù)工序所產(chǎn)生的直接成本，包括檢測(cè)、拆解、運(yùn)輸、安裝、清洗、再制造、制造周期等。對(duì)于復(fù)雜的重要大型設(shè)備或故障原因不明的廢舊設(shè)備，要邀請(qǐng)?jiān)O(shè)備生產(chǎn)廠商的專業(yè)人員檢測(cè)判斷，或組織機(jī)械設(shè)備專家團(tuán)隊(duì)進(jìn)行檢測(cè)。拆解、清洗、安裝、運(yùn)輸?shù)冗^程需要專業(yè)技術(shù)人員借助專門的設(shè)備來實(shí)施。再制造過程是技術(shù)成本、人力成本、時(shí)間成本的集中體現(xiàn)環(huán)節(jié)。

2.2 能耗性成本

主要指再制造過程涉及到的能源使用和材料消耗產(chǎn)生的支出，包括用水、用電、燃料、材料四個(gè)方面：在清洗過程、測(cè)試過程的用水支出；在再制造及測(cè)試過程中的動(dòng)力用電費(fèi)用；運(yùn)輸及鍛造過程的燃料使用費(fèi)用；再制造過程中可能用到的專用耗材費(fèi)用。

2.3 環(huán)境性成本

主要指再制造過程中產(chǎn)生的環(huán)境污染控制成本，包括廢氣、廢液、廢固、粉塵、噪音等處理支出，包括防止油料燃燒、金屬焊接等對(duì)空氣污染的處理成本；處理設(shè)備、部件清洗、再制造中產(chǎn)生的污水的處理成本；處理設(shè)備、部件再制造中產(chǎn)生的固體垃圾處理成本；部件再制造中產(chǎn)生的粉塵污染處理成本；噪音抑制設(shè)備、部件再制造中產(chǎn)生的噪聲污染處理成本。

2.4 其他成本

由于石油鉆機(jī)平臺(tái)設(shè)備種類較多，除上述成本之外，有的設(shè)備部件再制造還可能存在特殊的成本性支出。由于這種成本通常是針對(duì)小眾和特定產(chǎn)品，因此將其列為其他成本，如超越原設(shè)備功能設(shè)計(jì)的功能擴(kuò)展、軟件升級(jí)等費(fèi)用。

3 評(píng)估方法實(shí)施流程

依據(jù)機(jī)械裝備再制造流程和其再制造過程中的成本分解，建立一種石油鉆采設(shè)備零部件再制造性成本量化評(píng)估方法。成本量化評(píng)估方法的主要時(shí)序步驟如圖2 所示。

圖2 成本量化評(píng)估方法的主要時(shí)序步驟

3.1 廢舊設(shè)備部件信息收集

廢舊設(shè)備信息主要包括歷史信息和當(dāng)前狀況信息。歷史信息包括設(shè)備名稱、功能及使用說明書、配件組成及配件價(jià)格、拆解及安裝說明、使用年限、購買（售賣）價(jià)格、維護(hù)（維修）日志等，歷史信息可為再制造的技術(shù)可行性初步判斷提供依據(jù)。當(dāng)前狀況信息包括設(shè)備功能折損情況、主要配件（部位）磨損和失效的情況等信息，這些信息作為設(shè)備的常規(guī)檢測(cè)信息，忽略成本支出。

3.2 新設(shè)備部件信息收集

新設(shè)備主要指與廢舊設(shè)備正常功能相同和類似的設(shè)備。主要收集相應(yīng)的購買（售賣）價(jià)格等。此外，收集信息包括使用說明書、使用年限等，這些信息可用于廢舊設(shè)備部件的價(jià)值評(píng)估和性能了解。

3.3 再制造成本分解與量化

設(shè)備部件再制造成本分解與量化指標(biāo)如表1所示。

表1 設(shè)備部件再制造成本分解與量化指標(biāo)

依據(jù)再制造環(huán)節(jié)的成本評(píng)估與分解，建立相應(yīng)的量化體系。各分解項(xiàng)進(jìn)行量化時(shí)，很難準(zhǔn)確評(píng)估相應(yīng)的成本，因此引入“調(diào)控因子”用于體現(xiàn)評(píng)估的確定性分級(jí)。該調(diào)控因子分為6 檔，可描述為十分確定、比較確定、基本確定、一般確定、大致確定、部分確定，對(duì)應(yīng)的數(shù)值為 1.00、1.02、1.05、1.10、1.20、1.40，取值依據(jù)在于隨著調(diào)控對(duì)象不確定性的增加而增加，評(píng)估的成本范圍也存在更大不確定性，為使評(píng)估結(jié)果更為保守可信，本方法對(duì)這種不確定性賦予更高的預(yù)估成本。不確定性程度的量化指標(biāo)最低檔為1.40，表示“部分確定”帶來的成本支出是“十分確定”情況下的1.4 倍，如果不確定性程度再升高，那么就無法繼續(xù)客觀地進(jìn)行再制造性評(píng)估。其他成本計(jì)算方法與技術(shù)性成本、能耗性成本、環(huán)境性成本計(jì)算方法相同。

各環(huán)節(jié)的預(yù)估成本和調(diào)節(jié)因子決定再制造性評(píng)估的合理性，因此在量化各環(huán)節(jié)指標(biāo)時(shí)，需要對(duì)設(shè)備功能、組成、維修及市場(chǎng)情況等信息有所了解的專業(yè)人員共同參與確定。

3.4 再制造性評(píng)估

依據(jù)量化的成本和調(diào)節(jié)因子，再制造性量化評(píng)估指標(biāo)IR的計(jì)算公式為：

式中，VX為再制造品對(duì)應(yīng)的新品的市場(chǎng)價(jià)格。

有參考價(jià)值的IR為0.50～1.00。再制造性成本越低，IR就越接近1.00；再制造性成本越高，IR就越遠(yuǎn)離1.00。當(dāng)再制造費(fèi)用超過新機(jī)價(jià)格的50%，即再制造性評(píng)價(jià)指數(shù)低于0.50 時(shí)，應(yīng)考慮對(duì)廢舊設(shè)備進(jìn)行報(bào)廢[12]。根據(jù)計(jì)算所得IR范圍，可以按照表2所示的分級(jí)表得出再制造性評(píng)價(jià)結(jié)論。此外，為更準(zhǔn)確地描述評(píng)價(jià)結(jié)果，引入“偏向性”概念，對(duì)再制造性結(jié)論進(jìn)行補(bǔ)充細(xì)化，將0.50～1.00 的再制造性指數(shù)分為16 個(gè)等級(jí)。

表2 再制造性結(jié)論分級(jí)表

依據(jù)得到的各項(xiàng)成本計(jì)算結(jié)果，可以估算出實(shí)施再制造大致需要的成本支出，并且可以分析關(guān)鍵的成本支出環(huán)節(jié)。如果能對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化或找到更經(jīng)濟(jì)的替代方案，那么就可能改變?cè)搹U舊設(shè)備的可制造性評(píng)估結(jié)論。

4 應(yīng)用案例

4.1 鉆桿再制造性評(píng)估

鉆桿是鉆柱的基本組成單元，位于鉆柱的中部、方鉆桿之下、加重鉆桿或鉆鋌之上，其主要功能是傳遞扭矩、輸送鉆井液。在鉆井施工過程中，鉆桿要承受巨大的壓力和扭矩，各組成單元處于不同的地質(zhì)環(huán)境。隨著作業(yè)時(shí)間變長，鉆桿會(huì)顯現(xiàn)出腐蝕、裂紋、孔洞、麻坑、拉槽、切痕等缺陷[13]。鉆井施工對(duì)鉆桿的質(zhì)量要求十分嚴(yán)格，凡是存在缺陷的鉆桿都要停止使用，因此導(dǎo)致大量的鉆桿閑置，造成資源浪費(fèi)。為避免這種浪費(fèi)，應(yīng)當(dāng)選擇缺陷可接受的鉆桿進(jìn)行再制造。

4.1.1 廢舊鉆桿信息收集 收集3 根廢舊鉆桿的信息，結(jié)果如表3 所示。

表3 廢舊鉆桿信息

4.1.2 新鉆桿成本收集 新鉆桿與表3 中鉆桿的型號(hào)相同，某廠商當(dāng)前銷售價(jià)格為8 000 元/根。經(jīng)專業(yè)判斷，3 根鉆桿在技術(shù)層面均具備再制造性。

4.1.3 再制造成本評(píng)估 廢舊鉆桿再制造性成本及調(diào)控因子如表4 所示。其中，VA6需要根據(jù)常規(guī)檢測(cè)和專業(yè)檢測(cè)的結(jié)果來確定。例如，鉆桿1 的再制造評(píng)估價(jià)格為2 000 元；鉆桿2 的再制造評(píng)估價(jià)格為500 元；鉆桿3 的再制造評(píng)估價(jià)格為900 元。由于檢測(cè)和再制造過程涉及意外損耗等情況，因此將調(diào)控因子設(shè)置為“一般確定”，相應(yīng)的調(diào)節(jié)因子為1.10。計(jì)算得 3 根鉆桿相應(yīng)的再制造成本為：VT1=2 590 元；VT2=940 元；VT3=1 380 元。

表4 廢舊鉆桿再制造性成本及調(diào)控因子

4.1.4 再制造性指標(biāo)及評(píng)價(jià) 依據(jù)式（1）可得3根鉆桿的再制造性指數(shù)為：鉆桿1 再制造性指數(shù)IR1=0.68，再制造性較差偏可行；鉆桿2 再制造性指數(shù)IR2=0.88，再制造性較好偏好；鉆桿3 再制造性指數(shù)IR2=0.83，再制造性較好偏可行。假設(shè)新鉆桿當(dāng)前市場(chǎng)購買（銷售）價(jià)格為P，其再制造成本C可以通過C=P(1-IR)進(jìn)行計(jì)算。

4.2 鉆機(jī)F?1600 鉆井泵曲軸再制造性研究

鉆井泵是一種往返泵，在鉆井作業(yè)中用來輸送泥漿或水等流質(zhì)。由于鉆井泵長期受大載荷扭矩、泥漿液高壓沖蝕腐蝕、硬質(zhì)顆粒磨損作用，因此鉆井泵的主要零部件如液缸、活塞缸套及曲軸等容易發(fā)生故障[14]。

曲軸是泥漿泵的關(guān)鍵零件，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度大，且其制造質(zhì)量直接影響大功率往復(fù)泵的整體使用壽命和工作性能[15]。作為泥漿泵關(guān)鍵部件，其價(jià)值成本約為泵設(shè)備的15%。曲軸失效原因多為磨損、漏失、腐蝕等。這些類型的功能失效，通過優(yōu)化表面處理工藝進(jìn)行再制造，可以有效延長泥漿泵的工作壽命，并且可以顯著減少因更換新曲軸而帶來的成本。

4.2.1 廢舊曲軸信息收集 某鉆井泵舊曲軸信息如表5 所示。從表5 可以初步判斷，該舊曲軸主要為磨損失效和表面刮損。

表5 某鉆井泵舊曲軸信息

4.2.2 新設(shè)備零部件成本收集 據(jù)市場(chǎng)調(diào)查，F(xiàn)?1600 鉆井泵某廠商售價(jià)為90 萬元，其中曲軸新件的售價(jià)為12 萬元左右。

4.2.3 再制造成本評(píng)估 依據(jù)設(shè)備部件再制造成本分解與量化指標(biāo)，評(píng)估曲軸再制造成本，結(jié)果如表6 所示。首先根據(jù)A1其專業(yè)檢測(cè)結(jié)果，判斷是否有部件的內(nèi)部損傷，如果有內(nèi)部損傷，且可以進(jìn)行再制造修復(fù)，就將該損傷的修復(fù)成本折合到再制造成本A6中。如果內(nèi)部損傷不可修復(fù)，則做報(bào)廢處理，無需再進(jìn)行再制造性評(píng)估。假設(shè)A1檢測(cè)步驟沒有發(fā)現(xiàn)內(nèi)部損傷，那么再制造性評(píng)價(jià)繼續(xù)。在再制造步驟A6中涉及到一些技術(shù)不確定性，因此其確定性定級(jí)為一般性確定，其成本調(diào)控因子設(shè)為1.10。用水量、用電量確定性調(diào)控因子分別為1.20、1.10。通過以上各項(xiàng)指標(biāo)的成本評(píng)估，該空心曲軸的再制造成本VT1=2.615萬元。

表6 曲軸再制造成本

4.2.4 再制造性指標(biāo)及評(píng)價(jià) 依據(jù)式（1）可得再制造性指數(shù)IR2=0.78，再制造性可行偏較好。

5 結(jié) 論

根據(jù)石油鉆采設(shè)備零部件的再制造流程分析和對(duì)各環(huán)節(jié)的成本評(píng)估，提出一種針對(duì)石油鉆采設(shè)備零部件再制造性量化評(píng)估方法。主要考慮了技術(shù)性成本、能耗性成本、環(huán)境性成本三大類因素對(duì)再制造性的影響。此外，為了考慮其他可能出現(xiàn)的、未涵蓋的成本支出，在模型中還設(shè)置了可擴(kuò)展成本類型，考慮影響因素更全面，從而使評(píng)估結(jié)果更客觀。以廢舊石油鉆桿的再制造性和鉆井泵曲軸的再制造性評(píng)估作為示范進(jìn)行應(yīng)用測(cè)試,評(píng)估測(cè)試結(jié)果表明，所提方法可較好地反映設(shè)備零部件的再制造性。該方法對(duì)現(xiàn)有的再制造性評(píng)價(jià)體系形成有益補(bǔ)充，對(duì)石油鉆采設(shè)備關(guān)鍵零部件的再制造性判定有一定的指導(dǎo)意義。同時(shí)，該方法也具有一定的通用性，依據(jù)設(shè)備零部件的不同應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)成本分解和調(diào)控因子進(jìn)行修改后，可用于其他工業(yè)設(shè)備零部件的再制造性評(píng)價(jià)。