馮建偉

【摘要】近些年來(lái)，在國(guó)家的扶持和推動(dòng)之下，加快了資源節(jié)約型社會(huì)建設(shè)工作的速度，通過(guò)加大對(duì)再制造的發(fā)展力度，能夠獲得更多的經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)，形成良好的社會(huì)效益與影響。不過(guò)，受到廣大民眾在再制造產(chǎn)品方面的認(rèn)知偏差影響，覺(jué)得再制造產(chǎn)品的質(zhì)量不過(guò)關(guān)，性能不可靠，屬于二手產(chǎn)品，嚴(yán)重妨礙到國(guó)內(nèi)再制造的可持續(xù)發(fā)展。一般來(lái)說(shuō)，再制造產(chǎn)品的質(zhì)量則與零部件再制造加工處理之后的質(zhì)量、再制造裝配的精度等因素緊密相關(guān)。論文主要參考了工程機(jī)械再制造的特征，深入分析了針對(duì)建筑工程機(jī)械再制造的一類(lèi)優(yōu)化選擇裝配方式，并且將再制造裝配尺寸鏈當(dāng)作約束，將再制造產(chǎn)品的質(zhì)量損失控制到最低，不僅提升了再制造資源的利用效率，而且使封閉環(huán)偏差波動(dòng)也變小，最終從重用件、修復(fù)件以及新件當(dāng)作，科學(xué)選取一個(gè)最適合零件組合的方式，有助于使裝配精度得以提升，讓再制造產(chǎn)品質(zhì)量滿足有關(guān)規(guī)定。

【關(guān)鍵詞】工程機(jī)械;再制造;裝配質(zhì)量;優(yōu)化方法

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

20.

緒論

自從再制造工程出現(xiàn)之后，攻克了能源緊缺的難題，相較于傳統(tǒng)制造來(lái)說(shuō)，再制造與其不同的地方集中在毛坯成型技術(shù)，借助新型的再制造修復(fù)技術(shù)，使從前的尺寸、外形得以恢復(fù)，讓再制造產(chǎn)品的質(zhì)量獲得保障。對(duì)比傳統(tǒng)制造來(lái)說(shuō)，再制造毛坯來(lái)源發(fā)生了變化，能降低對(duì)礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)量，所耗費(fèi)的能源隨之下降。并且，提升了對(duì)廢舊產(chǎn)品的利用率，減小了帶給生態(tài)環(huán)境的破壞影響。對(duì)于建筑工程機(jī)械領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，應(yīng)該緊密聯(lián)系工程機(jī)械再制造的特征，做好工程機(jī)械再制造優(yōu)化工作，有助于提升裝配的精準(zhǔn)性，確保機(jī)械工程再制造產(chǎn)品的質(zhì)量達(dá)到相關(guān)規(guī)定。

一、工程機(jī)械再制造裝配過(guò)程的說(shuō)明

1.工程機(jī)械再制造概述

工程機(jī)械再制造是以工程機(jī)械全壽命周期的規(guī)劃和管理為指導(dǎo)，以提高廢舊機(jī)械性能為目的，以高質(zhì)量、高效率的原則為指導(dǎo)的一系列技術(shù)措施或工程活動(dòng)的總稱，節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保，采用先進(jìn)技術(shù)和工業(yè)化生產(chǎn)方式，對(duì)即將被報(bào)廢的建筑機(jī)械進(jìn)行維修和改造。傳統(tǒng)的機(jī)械制造鏈以機(jī)械的報(bào)廢而結(jié)束，而工程機(jī)械再制造則是從機(jī)械的報(bào)廢為起點(diǎn)開(kāi)始的，這進(jìn)一步擴(kuò)大了這一產(chǎn)業(yè)鏈的延伸?？偟膩?lái)說(shuō)，工程機(jī)械再制造特點(diǎn)是比較明顯的：首先是，再制造的產(chǎn)品無(wú)論是質(zhì)量還是性能都不低于新產(chǎn)品，但是和新產(chǎn)品相比較，成本只有一半，節(jié)省能源和材料60%、70%，在再制造過(guò)程中產(chǎn)生的大氣污染排放降低80%以上。

在工程機(jī)械的再制造過(guò)程中，必須將整臺(tái)機(jī)器拆成一個(gè)個(gè)單獨(dú)的零件，并設(shè)法清除零件上的污垢，這些工序非常容易造成環(huán)境污染，同時(shí)損壞的零件需要進(jìn)行評(píng)估和維修才能恢復(fù)使用，所以，只有做到無(wú)損拆卸、綠色清潔、高質(zhì)量維修和高精度檢測(cè)，才是工程機(jī)械維修成功的關(guān)鍵。

再制造業(yè)具有經(jīng)濟(jì)效益好、生產(chǎn)成本低、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，使得再制造工程得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。有時(shí)其產(chǎn)品的性能甚至?xí)^(guò)新品的質(zhì)量。再者，再制造的節(jié)能節(jié)材符合我國(guó)當(dāng)前對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，也符合我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，是當(dāng)前我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的重要路徑。

2.針對(duì)工程機(jī)械再制造過(guò)程中不確定因素的探究

對(duì)于工程機(jī)械再制造的毛坯來(lái)說(shuō)，屬于一種廢舊的工程機(jī)械，在供應(yīng)源方面由消費(fèi)者流向相關(guān)再制造企業(yè)，對(duì)比新品的制造，再制造生產(chǎn)系統(tǒng)輸入存在逆向性、品種多樣、質(zhì)量良莠不齊等特征，形成諸多不確定影響因素，具體來(lái)說(shuō)：第一，回收相關(guān)機(jī)械產(chǎn)品的來(lái)源十分多且較為分散，廢舊零件在數(shù)量、生產(chǎn)的時(shí)間等方面均無(wú)法明確。第二，對(duì)于各種損壞情況的零部件來(lái)說(shuō)，采用的再制造修復(fù)技術(shù)也不一樣，造成經(jīng)過(guò)修復(fù)后零件的表面質(zhì)量、準(zhǔn)確性有所不同。第三，對(duì)于大部分再制造需要安裝的零件而言，均為修復(fù)件、重用件，二者的尺寸公差離散很大，偏移了中心，表現(xiàn)出非正太分布的質(zhì)量特征[1]。

3.工程機(jī)械再制造裝配質(zhì)量的相關(guān)影響因素分析

（1）等待裝配零部件的質(zhì)量因素

對(duì)于工程機(jī)械再制造產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，再制造裝配的質(zhì)量可以從相應(yīng)裝配體的精確度方面看出，裝配尺寸鏈的精確度則與其封閉的環(huán)尺寸緊密相關(guān)，在裝配尺寸鏈當(dāng)中，不同構(gòu)成環(huán)零件質(zhì)量的偏差體現(xiàn)在裝配尺寸鏈中的傳遞、積累等方面，和封閉環(huán)尺寸與目標(biāo)尺寸的偏離情況密切關(guān)聯(lián)，所以，機(jī)械工程再制造裝配質(zhì)量受到零部件加工精準(zhǔn)度方面的影響。

再制造裝配方式方面的因素

影響機(jī)械工程再制造裝配精準(zhǔn)度的因素與裝配的精度緊密相關(guān)。對(duì)于各種加工精度的再制造零件而言，需要確保所選取再制造裝配方式與技術(shù)的合理性，即便部分零部件的加工精度較低，依然可以確保整機(jī)裝配的精度達(dá)到相關(guān)規(guī)定。

（3）其他方面的影響因素

通常情況下，機(jī)械工程再制造生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)技術(shù)、所處的環(huán)境情況、再制造操控工作人員的專(zhuān)業(yè)能力均會(huì)帶給機(jī)械工程再制造產(chǎn)品的裝配質(zhì)量很大的影響[2]。

二、工程機(jī)械再制造優(yōu)化方法具體案例分析

1.曲柄連桿機(jī)構(gòu)介紹

在發(fā)動(dòng)機(jī)中，曲柄連桿屬于主要的零件構(gòu)成部分，最重要的零件之一，也屬于發(fā)動(dòng)機(jī)把相應(yīng)燃料燃燒形成的熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，然后輸出相應(yīng)動(dòng)力的重要結(jié)構(gòu)。具體運(yùn)行時(shí)，依靠曲柄連桿對(duì)燃料燃燒形成的高溫、高壓加以承受，并借助燃燒氣體的壓力作用，開(kāi)展活塞往返運(yùn)動(dòng)，通過(guò)連桿、活塞銷(xiāo)把活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)變成曲軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，形成一定的扭矩，并且對(duì)外輸出相應(yīng)動(dòng)力，達(dá)到驅(qū)動(dòng)其他機(jī)構(gòu)的效果。所以，曲柄連桿機(jī)構(gòu)裝配質(zhì)量與發(fā)動(dòng)機(jī)的性能、使用年限密切相關(guān)。

對(duì)于曲柄連桿運(yùn)行環(huán)境來(lái)說(shuō)，帶給發(fā)動(dòng)機(jī)很大的影響，與裝配的精度、質(zhì)量均緊密關(guān)聯(lián)。以確保再制造發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的可靠性，降低功耗量。進(jìn)行再制造曲柄連桿裝配的時(shí)候，應(yīng)該掌握不同構(gòu)成零件之間的配合關(guān)聯(lián)[3]。

2.曲柄連桿選配當(dāng)中再制造優(yōu)化選配結(jié)果的分析

一般來(lái)說(shuō)，機(jī)械工程制造裝配在曲柄連桿方面的裝配精度要求是很高的，因?yàn)楸辉僦圃旒夹g(shù)、成本等方面的因素所影響，經(jīng)過(guò)修復(fù)處理之后，會(huì)使再制造件的精度下降，對(duì)比加工處理之后的新件，再制造件的零件尺寸偏離中心是大于新件的。假如應(yīng)用互換法進(jìn)行裝配，有關(guān)零件的尺寸偏差則沿著裝配尺寸鏈進(jìn)行傳遞、累積。以達(dá)到再制造裝配精度方面規(guī)定為目的，要求再制造企業(yè)運(yùn)用分組裝配的方式，在對(duì)應(yīng)組中選用零件，完成裝配曲柄連桿機(jī)構(gòu)的任務(wù)。筆者依據(jù)所調(diào)查采集的相關(guān)數(shù)據(jù)，根據(jù)企業(yè)的分組方式，最多僅明確5套裝配策略，見(jiàn)下表2.1。

結(jié)合此次研究中涉及到的兩個(gè)選擇裝配評(píng)價(jià)指標(biāo)，科學(xué)評(píng)價(jià)最后的裝配結(jié)果，以便使得應(yīng)用此方式的裝配成功率是51%，再制造資源的利用率是33.2%。究其原因，主要在于上連桿瓦、下連桿瓦均為典型的易損件，同時(shí)再制造的價(jià)值很小，為此，進(jìn)行再制造裝配的時(shí)候，運(yùn)用到的均為新件，所以，此處涉及到的再制造資源利用率只對(duì)曲軸、連桿的利用率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和整理，同時(shí)，在具體的選配策略當(dāng)中，無(wú)論是重用件，還是修復(fù)件，均采用個(gè)數(shù)進(jìn)行代表。根據(jù)實(shí)際的評(píng)價(jià)結(jié)果，從中不難獲悉，根據(jù)再制造企業(yè)當(dāng)前采用的裝配方式進(jìn)行裝配，一方面，將造成很多不匹配零件出現(xiàn)剩余的情況，使得制品被嚴(yán)重?cái)D壓;另一方面，在修復(fù)件、重用件的利用率方面同樣是非常低的，提高了再制造企業(yè)經(jīng)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)成本。

在此過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)用科學(xué)的再制造優(yōu)化選配方式，通過(guò)運(yùn)用相關(guān)matlab2012軟件，將相關(guān)數(shù)據(jù)信息作為主要的對(duì)象，對(duì)其實(shí)施編程仿真處理，經(jīng)過(guò)迭代300次之后，一共得到10套可以達(dá)到再制造裝配間隙規(guī)定的曲軸、連桿裝配組合策略，matlab輸出的裝配組合可以發(fā)揮出良好的作用。而曲柄連桿機(jī)構(gòu)最佳的優(yōu)化裝配組合策略情況則見(jiàn)下圖1。

通過(guò)結(jié)合相關(guān)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的最后優(yōu)化組合結(jié)果情況，可以運(yùn)用零部件處于矩陣當(dāng)中的位置代表bestTour，對(duì)于第一列來(lái)說(shuō)，各個(gè)數(shù)值均存在4個(gè)，依然表示的為曲軸的4個(gè)連桿頸，主要涵蓋了曲軸、連桿、上連桿瓦以及下連桿瓦，各行則組成了一個(gè)裝配尺寸鏈。并且將優(yōu)化組合策略當(dāng)中的位置編號(hào)準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換成零件編號(hào)之后，具體的組合情況見(jiàn)下表2.2。

運(yùn)用兩個(gè)選擇裝配評(píng)價(jià)指標(biāo)能夠科學(xué)評(píng)價(jià)上表2.2當(dāng)中的具體裝配結(jié)果，然后合理運(yùn)用制造優(yōu)化選配方式得到最后的裝配方案，相應(yīng)的匹配成功率是100%，而再制造裝配的綜合目標(biāo)值QL=0.688，相應(yīng)的再制造資源利用率則為79%。很多企業(yè)當(dāng)前的分組裝配方式與再制造優(yōu)化選配方式的評(píng)價(jià)結(jié)果比較情況見(jiàn)下圖2。

結(jié)合上圖2，從中不難看出，和再制造企業(yè)當(dāng)前運(yùn)用的分組裝配方式進(jìn)行對(duì)比，依靠再制造優(yōu)化選配方式能夠明顯提升重用件、修復(fù)件、新件相應(yīng)的匹配成功幾率，并且，運(yùn)用此種方式，可以達(dá)到再制造裝配精度的相關(guān)要求，將重用件、修復(fù)件作為首選，使得再制造零件相應(yīng)的利用率得以一定的提升，達(dá)到使再制造企業(yè)實(shí)際的再制造經(jīng)濟(jì)成本得以下降。當(dāng)然，應(yīng)用此種方式的過(guò)程當(dāng)中，需要緊密結(jié)合客戶、企業(yè)相關(guān)裝配規(guī)定，以便明確再制造零件的具體裝配組合策略，確保再制造裝配的質(zhì)量獲得保障，提升相應(yīng)的效率與生產(chǎn)柔性，獲得更多的經(jīng)濟(jì)收益[4]。

三、對(duì)我國(guó)工程機(jī)械再制造發(fā)展的建議

1.健全技術(shù)體系、完善法律法規(guī)

要構(gòu)建行業(yè)技術(shù)體系，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。工程機(jī)械種類(lèi)繁多，各種設(shè)備的結(jié)構(gòu)各有特點(diǎn)。此外，設(shè)備的工作條件不同，零件的損壞形式也不同，要積極借鑒國(guó)外的成功經(jīng)驗(yàn)，建立完善的再制造技術(shù)體系。要認(rèn)識(shí)到行業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)國(guó)家政策扶持和法律保護(hù)，要從立法層面確保行業(yè)的健康發(fā)展。要給予政策支持和傾斜，鼓勵(lì)學(xué)校、科研院所以及相關(guān)企業(yè)積極研發(fā)新技術(shù)，逐步建立行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量保證體系，在技術(shù)開(kāi)發(fā)中全面考慮機(jī)械產(chǎn)品的可再制造型，使工程機(jī)械制造業(yè)與再制造業(yè)緊密聯(lián)系起來(lái)，促進(jìn)整個(gè)機(jī)械行業(yè)的強(qiáng)勁發(fā)展。

2.提高社會(huì)認(rèn)識(shí)、注重人才培養(yǎng)

當(dāng)前，中國(guó)制造業(yè)正從生產(chǎn)型制造向服務(wù)型制造轉(zhuǎn)變，消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品后續(xù)服務(wù)的關(guān)注度將越來(lái)越高。因此，要加強(qiáng)工程機(jī)械再制造技術(shù)的推廣，讓消費(fèi)者了解再制造技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，要宣傳再制造產(chǎn)品的質(zhì)量，消除消費(fèi)者對(duì)加工產(chǎn)品質(zhì)量的疑慮，為工程機(jī)械加工產(chǎn)品創(chuàng)造更廣闊的市場(chǎng)。工程機(jī)械的再制造過(guò)程包括拆解、安裝、焊接、修理、檢測(cè)、材料等多個(gè)學(xué)科。但是，目前這一行業(yè)的職業(yè)教育尚不能滿足行業(yè)對(duì)人才的需求，未來(lái)專(zhuān)業(yè)人才的缺口巨大。今后要注重復(fù)合型人才的培養(yǎng)，為工程機(jī)械改造行業(yè)培養(yǎng)更多的專(zhuān)業(yè)人才。

3.依靠網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、改進(jìn)產(chǎn)品供應(yīng)

結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”理念，將分散的再制造單元整合成一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)的再制造系統(tǒng)，充分利用信息技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，使得系統(tǒng)能對(duì)市場(chǎng)做出快速反應(yīng)。為了提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)和安裝的速度，降低生產(chǎn)成本，企業(yè)越來(lái)越重視工程機(jī)械零部件的互換性和標(biāo)準(zhǔn)化，在開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品后，還為客戶提供零部件，這些零件大多放在公司倉(cāng)庫(kù)，造成資源浪費(fèi)，有些零件在使用前就已經(jīng)過(guò)期，比如類(lèi)似密封圈等配件。可以依托網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，建立再制造零件信息共享平臺(tái)，不同品牌的企業(yè)可以在平臺(tái)上共享庫(kù)存信息，再制造企業(yè)能夠簡(jiǎn)單快速了解配件庫(kù)存信息，及時(shí)聯(lián)系，降低成本。

結(jié)論：

作為機(jī)械工程再制造生產(chǎn)當(dāng)中的最終環(huán)節(jié)，再制造裝配十分關(guān)鍵，有關(guān)再制造產(chǎn)品質(zhì)量受到裝配精度方面的很大影響。此次研究結(jié)合工程機(jī)械再制造產(chǎn)品裝配情況，采用了科學(xué)裝配方式，將裝配尺寸鏈當(dāng)作約束，參考了多元質(zhì)量損失函數(shù)、封閉環(huán)偏差波動(dòng)函數(shù)等，同時(shí)運(yùn)用了蟻群優(yōu)化算法，使重用件、修復(fù)件等獲得改進(jìn)和優(yōu)化。然后根據(jù)實(shí)際案例，應(yīng)用此方法，可以減小再制造過(guò)程相關(guān)不確定因素的傳遞、累計(jì)帶給裝配產(chǎn)品質(zhì)量的不良影響，有助于確保機(jī)械工程再制造產(chǎn)品的裝配精度、安全性，使相應(yīng)重用件、修復(fù)件的利用率也獲得了提升。

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