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装备再制造与全寿命周期工程管理

  • 发布时间:2014/4/8 15:42:58
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 文    中国工程院院士   徐滨士

 

 1  建设循环经济与节约型社会呼唤装备再制造

 

 20世纪的100年,人类创造的物质财富超过了以往5000年的历史总和,但也极大地消耗了地球资源, 超出了大自然的恢复能力。据统计,美国、欧洲和日本每年各约有1100万、900万和600万辆汽车报废。美国国家安全委员会一份最新的报告指出,1998年美国共淘汰2000万台电脑,但只有11%的零件被重新组装。美国环境保护团体发布的报告指出,2004年将有超过3.15亿台电脑成为废物,到2005年,每一台新电脑投放市场就有一台旧电脑沦为垃圾,今后10年内将有15亿台电脑被淘汰,将达到数亿吨。

 

 为了保持可持续发展、降低资源消耗,进人新世纪后,我国结合国情提出构建循环经济、建设资源节 约型、环境友好型社会的国策,这是科学发展观的具体体现。建设节约型社会的核心是节约资源、能源。对以废旧军用装备为代表的废旧产品进行“4R”(Reduce减量化、Reuse再利用、Remanufacture再制造、Recycle再循环)处理是节约资源、能源的惟一手段。

 

 “4R”模式中,再制造是最活跃且充分体现自主创新和高技术含童的要素。再制造工程是指以装备全寿命周期理论为指导,以废旧装备实现跨越式提升为目标,以优质、高效、节能、节材、环保为准则,以先进技术和产业化生产为手段,进行修复、改造废旧装备的一系列技术措施或工程活动的总称。简言之,再制造工程是废旧装备高技术修复、改造的产业化。

 

 装备再制造的重要特征是再制造后的装备质量和性能达到或超过新品,成本只是新品的50%,节能60%,节材70%,对环境的不良影响显著降低。2006年,世界贸易组织(WTO)成员国已初步达成共识,今后将再制造产品视为新品。

 

 2  装备再制造的国内外现状及趋势

 

 2.1  国外情况

 

 至20世纪90年代,美国已基本建立起了针对废旧汽车的“3R”体系(Reuse再利用、Recycle再循环、Remanufacture再制造)。日本从环境保护的角度建立了废旧资源利用的“3R”体系(Reduce减量化、Reuse再利用、Recycle再循环)。

 

 1996年美国专业化再制造公司数量已超过7.3万个,年销售额超过530亿美元,直接雇员48万人。其中汽车再制造业是最大的,公司总数达5万个,年销售总额365亿美元,总雇员近34万人。再制造的汽车零部件包括内燃发动机、传动装置、离合器、转向器、油泵等。1996年,美国再制造业的销售额与当年度美国制药业、计算机制造业和钢铁业基本相当,但就业人数居第一,说明再制造业不仅能够创造巨大财富,而且能够显著解决就业问题。美国预计到2010年,100%再制造产品性能达到或超过原产品;到2020年,美国再制造业基本实现零浪费,并确保再制造产品的高质量和优质服务。

 

 2003年,美国对274个再制造公司调查发现,52%的再制造公司将再制造作为其公司的主要经营活动,56%的再制造公司年销售额达到100万美元,约10%的再制造公司销售额大于1000万美元,有两家公司达到1亿美元的销售水平。同年,美国协会组织OPI(OEM Product-Services Institute)的研究结果表明,美国每年再制造业的年产值占美国GDP的0.4%,或者新产品制造业产值的5%。

 

 美国罗切斯特理工学院多次主办了关于再制造的国际学术会议,并成立了专门从事再制造研究的国家 级“再制造和资源再生中心\田纳西大学无污染产品和技术研究中心正在进行汽车业的再制造技术研究。美国许多髙校在工业设计课程中讲授再制造技术,要求在工业产品设计时就考虑设备部件的可再制造性,并认为在设计产品时只考虑一次性使用是不合理的。

 

 美国国会参、众两院曾通过了一项不经总统签署即可获得执行的共同决议案,授权美国国防部将更多 的重点放在对已有军用装备的再制造上。因此美军成为再制造的最大受益者。美军B-52轰炸机于1961年定型生产,1980、1996年两次进行再制造技术改造。1997年时平均自然寿命还有13000飞行小时,预计可服役到2030年,服役期延长一倍以上。阿帕奇AH-64D型直升机是AH-64A型经再制造升级后的新型号。再制造后该直升机成为美国现役武装直升机中战斗力最强、性能最先进的一种。美军2000-2005年间完成了269架阿帕奇直升机的再制造,并计划在今后10年间继续完成750架阿帕奇直升机的再制造。再制造的阿帕奇直升机出口额已达36亿美元。

 

 2.2  国内情况

 

 我国的再制造从20世纪90年代后期开始起步,进人21世纪得到快速发展。目前,再制造已得到我国 政府、军队、学术界和企业界的广泛认同与支持。

 

 国家自然科学基金委员会对再制造基础研究给予了大力支持。2002年9月,我国第一个关于再制造研 究的基金重点项目《再制造基础理论与关键技术》被批准(2003.01-2005.12),由装甲兵工程学院牵头,上海交通大学和中科院兰化所参加。由于圆满完成了预期目标,该项目在2004年10月的中期验收会议及2006年1月的结题验收会上,受到基金委和验收专家的高度评价,两次被评为“A”(特优)。2000年以来,国家自然科学基金委已经支持了 6项有关再制造方面的项目研究。

 

 中国工程院对再制造研究与应用非常支持与关注。2000年12月,12位院士及12名专家完成了 “绿色再制造工程及其在我国应用的前景”咨询项目,且咨询报告由中国工程院呈报国务院;2003年8月,科技部和中国工程院在制定我国2020年中长期科学技术发展规划第三主题《制造业发展科技问题研究》时,将 “机械装备的自修复与再制造”列为十九项关键技术之一;2003年12月,中国工程院咨询项目“废旧机电 产品资源化”进一步对再制造的内涵、关键技术、以及未来发展前景等问题迸行了深刻的论述。2005年5 月,中国工程院启动节约型社会发展战略研究,“4R工程”被列人子课题研究内容;2006年3月,中国工程院《建设节约型社会战略咨询研究》总报告指出,到2010年,我国废旧机械产品的再制造率将达到到2020年,我国将建立发动机等再制造企业超过100家,废旧机械产品的再制造率达到80%,废旧电子产品的资源化率达到95%。

 

 国家发展与改革委员会和科技部对再制造的产业化发展非常支持。2004年9月,囯家发改委下发的《关于加快循环经济发展指导意见》中,明确指出要在全国建立发动机再制造的示范试点企业。2005年11月2日国务院公布了全国42个循环经济示范试点企业名单,再制造领域有两家企业上榜,其中发动机再制造的示范试点企业为济南复强动力公司。2005年6月27日,国务院文件国发[2005]21号《国务院关于做 好建设节约型社会近期重点工作的通知》,把“绿色再制造技术”列为“对节约资源和建设循环经济有重大意义,且将重点组织开发和示范”的技术之一。2005年7月5日,国务院文件国发[2005 ]22号文件 《国务院关于加快发展循环经济若干意见》中指出国家将大力“支持废旧机电产品再制造”,并把“绿色再制造技术”列为“国务院有关部门和地方各级人民政府要加大经费支持力度”的关键项目之一。2006年2月,《国家中长期科学和技术发展规划战略研究报告(简版)》正式公布。该报告的第三专题《制造业发展科技问题研究》中共有五处提到再制造,其中“共性关键制造技术与再制造技术,被列为制造业未来15年 国家优先支持的重点发展主题之一,标志着再制造已成为我国未来制造业的重要组成部分。2006年4月, 曾培炎副总理在国家发改委《关于汽车零件再制造产业发展及有关对策措施建议的报告》上批示:“同意以 汽车零部件为再制造产业试点,探索经验,研发技术。同时要考虑定时修订有关法律法规”。

 

 装甲兵工程学院在开展再制造研究与应用方面有自己的特色。2003年6月,我国首个再制造领域的国家级重点实验室一装备再制造技术国防科技重点实验室在装甲兵工程学院成立,顺利通过了总装备部和国防科工委的验收。

 

 2004年12月,经总装备部批准,装甲兵工程学院成立了“装备再制造工程系”这是我国高校中第一个再制造工程专业系。2005年3月,总装备部启动了坦克发动机的再制造试验研究工作,探索将再制造发动机寿命由500小时延长到1000小时,与坦克底盘同寿。2005年5月,总装备部决定对全军车辆维修制度进行改革试验,决定在原有坦克发动机大修厂的基础上建设军用汽车发动机再制造生产线,并以再制造汽车发动机为基础开展汽车维修。此外,我国还有许多高校、研究所和企业从事再制造的基础研究和产业化应用,如清华大学、上海交通大学、合肥工业大学、中科院兰州化学物理研究所、北京机械研究院,以及济南复强动力有限公司、沈阳大陆激光再制造公司等。世界经济500强之一的美国卡特彼勒公司于2006年在中国上海成立了卡特彼勒再制造工业有限公司。

 

 上述事实显示出国内外再制造研究与产业化欣欣向荣的发展态势。

 

 3  装备再制造对全寿命同期工程管理的促进作用

 

 3.1  装备全寿命周期工程管理的特点

 

 装备全寿命周期是指装备从设计、制造、装配、使用到报废所经历的全部时间。装备全寿命周期工程管理是指从装备系统的原料获取、论证设计、生产制造、储藏运输、使用维修到回收处理,以使用需求为牵引,进行全过程、全方位的统筹规划和科学管理。在原料获取阶段考虑原材料的采掘、生产及其对资源 环境的影响;在论证设计阶段,统筹考虑装备的服役性能、环境属性、可靠性、维修性、保痒性、回收利用以及费用、进度等诸多方面要求,进行科学决策;在生产制造阶段实施全面、严格的质量控制;在使用维修阶段,在正确使用装备的同时,充分发挥维修系统的作用,把握装备故瘅的规律特征,不断改进和提髙维修保障系统的效能,保障装备以最小的耗费获得最大的效能与寿命;在回收处理阶段,使退役报废装备经再制造后得到最大限度的重复利用,对环境负面影响最小。这种对装备全寿命周期各阶段的全方位控制管理,实现了传统装备管理的“前伸”与“后延”,保证了装备全寿命周期费用的合理性及对环境的友好性。

 

 3.2   装备再制造拓展了装备全寿命周期

 

 废旧装备的传统处理方法是结束其寿命周期,将其作为固体废料堆积、填埋、焚烧,或做低级的原料回收,这不仅造成资源的极大浪费,还造成环境的严重污染。而对废旧装备及其零部件进行再制造,将使其变废为宝,起死回生,賦予并开始其新的寿命周期,见图1。其表现形式为:

 

/

 

 废旧装备完全拆解、检查后,对合格零部件,经彻底清洗、防锈等维护后人库,作为配件,装配到现役修理装备、再制造装备或新装备(原型或他型)上,开始其新的寿命周期;对可修复的失效零件,经修复和(或)表面强化,或改造后,装配到上述装备上,开始其新的寿命周期;

 

 经恢复性再制造。生产出原型装备或部件,开始其新的寿命周期;

 

 经升级性再制造,生产出现代新装备或部件,开始其新的寿命周期;

 

 经易型再制造,生产出另外的装备,开始其新的寿命周期等。

 

 装备再制造是对装备寿命周期的延伸与革新。与传统的从摇篮到坟墓的装备寿命全过程相比,从时间上将其全寿命周期大大外延,再制造再造了废旧装备新的寿命周期,形成了装备多寿命周期循环,成倍延长了装备及其零部件的使用时间。从空问上将传统装备的空间范围大大拓展,它使人们从资源环境与可持续发展的高度来认识和对待废旧装备的回收利用问题,使制造商重视装备的可回收利用及可再制造性,并担负起废旧装备回收利用的社会责任,使制造商、再制造企业及回收、环保等部门联系在一起,形成多企业、多部门参与的物流运作模式,从更大的范围来协同解决废旧装备的综合利用问题。

 

 再制造装备属于绿色装备,其毛坯(废旧装备及其零部件)来源、再制造过程的极少材料需求和排放、避免废弃装备对环境的污染等决定了再制造装备具有很高的绿色度,由再制造形成的多寿命周期装备的绿色度也随之大大提髙,且寿命周期循环次数越多提高越明显。

 

 再制造装备具有很低的使用成本。由于再制造装备的成本平均只有原始装备的50%左右,以及其质量不低于原始制造装备(包括使用寿命),因而其单位时间的使用成本大约也降低到相应数值,由再制造形成 的多寿命周期装备的平均单位时间使用成本也随之大为降低,且寿命周期循环次数越多降低越明显。如果再加上因环境治理等而减少的社会成本,其综合效益应更为显著。

 

 装备多寿命周期的循环实际上并不是无限的。由于不是任何装备及其零部件都能够或者都适合再制造,有些可再使用、可再制造的零部件随着使用周期的增多将加入到更大的循环回路(见图1)之中,如有些原来可直接使用的零件需要做再制造修复、强化或改造,有些经过修理和强化的零件将做回炉冶炼,进行再生材料循环。废旧装备及其零部件的多寿命周期的循环次数和循环时间取决于其可再制造性、技术经济性、资源环境属性等综合评价的结果。

 

 4  结论

 

 (1)循环经济的核心是资源、能源的高效利用和循环利用,其原则是“4R”(减量化、再利用、再制造与再循环)。再制造是循环经济中最活跃且充分体现髙技术含童的要素之一,是节约资源的重要手段。

 

 (2)再制造是废旧装备髙技术修复、改造的产业化。其重要特征是再制造产品质量和性能达到或趄过新品,成本却只是新品的50%,节能60%,节材70%,对环境的不良影响显著降低。再制造产品不是二手产品而属于新品。

 

 (3)再制造在国内外均得到快速发展,在国内,再制造已成为国家意志。

 

 (4)再制造对装备全寿命周期具有重要促进作用,再制造的出现使装备全寿命周期扩展为装备多寿命周期。

 

参考文献

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[5]徐滨士.装备再制造工程的理论与技术[M].北京:国防工业出版社,2007.