低碳制造的典型

低碳制造的典型——再制造工程

发布时间:2011-8-27 15:39:26 访问次数:408

现代人类的生存环境面临严重的环境危机，其中最引人注目的危机一方面是海量的废旧机电产品造成了严重的“汽车垃圾”、“电子垃圾”等社会公害，另一方面是制造这些机电产品的资源能源日益短缺。我们只有一个地球，向外星球移民或从地球外获取资源目前还是可望而不可即的科幻，现代人实实在在可以做的事情是节能减排，提倡绿色制造、发展低碳循环经济，保持环境生态平衡。再制造工程就是近年来为保护地球环境、构建循环经济、保持社会可持续发展的低碳制造典型。

(一)再制造工程的背景与内涵 KA3361BD

再制造(remanufacture)其实不是一个新概念，面是在早就存在废旧产品的修复、改造和翻新基础上发展起来的。在过去，“修旧利废”和“翻新”作为一种过“穷日子”的生产活动，面临被社会化大生产摒弃的地步。当然，过去的修旧利废大部分是落后的手工操作，技术水平难以保证修复的产品质量也是传统的“修旧利废”和“翻新”衰落的原因之一。但是，如同过去人们认为是“穷人食品”的黑豆白薯等杂粮现在成了时尚的“健康食品”一样，当我们转换观念，从绿色环保角度考虑，“修旧利废”和“翻新”就成了解决废旧机电产品环境污染、发展循环经济的“法宝”。

需要强调的是再制造工程不是简单的“修旧利废”和“翻新”，而是以装备和产品全寿命周期理论为指导，以实现废旧装备性能提升为目

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、改造废旧装备和产品的一系列技术措施或工程活动的总称，是一种符合资源节约、环境友好现代理念的先进制造模式。

这种有先进指导理论，有现代高科技支撑手段，有技术目标和准则的制造技术，已经成为国际化的现代制造新概念，“Remanufacture”已逐渐成为一个国际标准的再制造学术名词，并且在一部分先行的行业中有了专门行业协会，如图8.5.1所示是国外一个汽车零件再制造协会的标识。再制造在欧美等发达国家已有几十年的发展历史，在废品回收责任制、再制造产品质量保证、再制造产品销售和售后服务等方面都已形成了较完善的制度。近年多次举办的国际性学术会议，如“可持续制造国际研讨会”(International Workshop on SustainableManufacturing)，“世界维修大会”(the World Congress on Maintenance)等，再制造工程都是会议的重要专题。

简单地说，再制造是指将旧机电产品运用高新技术和传统加工手段进行专业化修复或升级改造，使其质量性能达到原有新产品水平的产业化制造过程。通俗地说，再制造是将废旧产品制造成“如新品一样好”的产品的制造技术。

再制造不等同于维修和翻新。适应循环经济发展需要，再制造产业将成为推动经济与社会全面、协调、可持续发展的一种重要途径。

(二)再制造对低碳的贡献 KA3525A

产品从论证、设计、制造、使用、维修，直至报废的全过程所花费的费用称为全寿命周期费用。传统观念往往注重对占全寿命周期费用20%～30%的产品前半生（论证、设计、制造）的研究，而却忽视了对占全寿命周期费用70%～80%的产品后半生（使用、维修、报废）的研究。再制造以产品后半生为研究对象，提升、改造废旧产品的性能，使废旧产品重获生命力。再制造是对产品全寿命周期的延伸，再次赋予了废旧产品新的寿命周期，大大延长了产品的使用时间。再制造既具有节能节材的“节约型”特色，又具有保护环境的“发好型”特色。

据大量再制造工程实践统计，采用现代再制造技术制造的产品： ①成本只是新品的50%; ②节能60%； ③节材70%。

在这资源、能源紧缺的世界，这是多么令人振奋的可观数据！

(三)再制造的指导理论

与新产品相比，再制造产品可以达到相同甚至更高的产品质量，这是一个得到科学理论证实而且也是最重要的事实。我们可以先观察一下产品的失效率和产品寿命特征曲线（见图8.5.2）.

不同的是“再制造开始的典型时间点”出现在产品寿命的第二个阶段相当靠前的位置，这是因为有相当一部分产品在实际使用中，由于各种原因没有达到产品使用寿命就被淘汰或废弃。一个非常益于再制造的事实是：许多准备进行再制造的废旧产品中有许多零

件仍然只是处于其寿命的第二个阶段，失效率非常低，可靠性期望值高。如果将准备再制造的废旧产品中的失效零部件替换后，例如替换产品早期寿命阶段中失效的电子零件，或者由于磨损而失效的小零件如碳刷或老开关等类零件，产品的大部分其他零部件将完全 可以经受下一轮使用周期的考验。由于大部分零部件已经经过早期失效阶段的考验，从这一方面看，只要保证了“再制造”零部件质量，这

种“再制造”的产品可靠性完全可以与“新产品”相比，甚至还要高。 上述分析揭示了再制造产品质量可靠的主要原因，为再制造提供了理论依据。在再制造前，我们必须要知道零件目前在失效率与寿命关系图（即“浴盆曲线”图）中的明确位置，这样我们才能正确地预测它在下一个产品使用寿命周期中的可靠性。

(四)再制造关键技术 KA393ADTF 1．产品再制造的寿命预测技术 再制造的寿命预测包含两方面内容：

(1)废旧零件的剩余寿命评估。通过它回答废旧零件能否再制造、能再制造几次（剩余疲劳寿命是否足够）的问题。

(2)再制造零件（即再制造之后的零件）的服役寿命预测。通过它判定再制造零件是否具有足以维持下一个服役周期的使用寿命。 借助无损检测技术（如涡流检测、超声检测等），结合力学和材料学等多学科理论和技术，探索再制造无损寿命评估理论与方法，进行零部件的损伤检测和寿命评估。例如零件表面缺陷检测（机器视觉、涡流、磁记忆、表面波超声等），零件内部缺陷检测（X-ray、超声等），零件残余应力测定分析（X-ray、金属磁记忆、超声等）方法等。

2．高效无损拆解与分类回收技术

拆解作为再制造的头道工序，直接影响再制造的加工效率和旧件

再利用率。应用高效无损拆解技术和分类回收技术，可有效提高废旧零部件的回收利用率，提高再制造企业的规模化和自动化水平。 3．环保高效绿色清洗技术

废旧零件的清洗工作是再制造过程的重要环节。国外先进再制造企业已能做到清洗物理化（完全取消化学清洗），拆洗水平已完全达到零排放。应用无污染、高效率、适用范围广、对零件无损害的自动化超声清洗技术、热膨胀不变形高温除垢技术、无损喷丸清洗技术与设备，可以显著提高再制造生产过程的绿色化水平。 4．先进表面工程技术

产品再制造技术的关键是让废旧零部件“返老还童”，对于大部分废旧零部件而言，主要是表面磨损、腐蚀等机械损伤。对于这类损伤，运用现代表面工程技术，可纵获得满意效果，不仅可以做到“修旧如新”，甚至可以做到“修旧胜于新”。

现代表面工程技术是一门多学科综合性工程技术，包括电镀、化学镀、表面涂敷、表面改性、气相沉积、复合表面处理和高分子表面金属化、表面微细加工等多种复杂高新技术，这些技术在再制造都大有可为，以下几种是近年在再制造工程中应用较多的技术。 1)纳米颗粒复合电刷镀技术

刷镀与“槽镀”一样，是电镀的一种，由于甩掉电镀槽，使用更方便灵活。通过在特制的电刷镀液中添加纳米颗粒，可以获得硬度高、结合强度好的复合镀层，该镀层具有良好的耐磨性、抗接触疲劳性能以

及较高的服役温度。例如采用纳米颗粒复合电刷镀，可以使零件抗接触疲劳性能提高1个数量级。 2)纳米减摩自修复添加剂技术

纳米减摩自修复添加剂技术是一种通过摩擦化学作用来实现磨损表面自修复的技术。将含有纳米颗粒的复合添加剂加入到润滑油中，纳米颗粒随润滑油分散于各个摩擦副接触面，在一定温度、压力、摩擦力作用下，摩擦副表面产生剧烈摩擦和塑性变形，发生

摩擦化学作用，添加剂中的纳米颗粒就会在摩擦表面沉积，并与表面作用，填补表面微观沟谷，从而形成一层具有抗磨减摩作用的液态或固态自修复膜。

3)热喷涂、纳米热喷涂按术及其自动化加工技术

热喷涂技术是利用热源将喷涂材料加热至熔化或半熔化状态，并以一定的速度喷射沉积到经过预处理的基体表面形成涂层的方法。按热源的不同，有火焰喷涂、超声速火焰喷涂、气体爆燃式喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂、真空等离子喷涂、激光热喷涂等技术门类。通过热喷涂在普通材料的表面上，制造一个特殊的工作表面，使其达到防腐、耐磨、减摩、抗高温、抗氧化、隔热、绝缘、导电、防微波辐射等一系多种功能，使其达到节约材料、节约能源的目的。热喷涂技术是表面过程技术的重要组成部分之一，也是再制造工程的关键技术之一。

纳米热喷涂技术是在热喷涂材料中加入纳米颗粒或含纳米颗粒的丝材，从而得到具有纳米结构涂层的新技术。这种涂层可制备各种高

熔点的纳米陶瓷或金属陶瓷涂层，具有结合强度高、致密性和其他综合性能好的优点。

由于再制造过程是产业化、批量化的生产加工过程，热喷涂技术从手工操作发展到半自动和自动化操作是水到渠成的选择。特别是现代自动化、智能化技术可以保证再制造技术的高效率和高质量。 4)熔覆及其自动化加工技术

熔覆本质上是一种熔焊技术在表面工程技术中的应用，可以看作焊接技术的一种特例：它不是把材料连接起来，而是在材料表面上“堆焊”一层我们需要的工作层。按照焊接热源的不同，有钨极氩弧熔覆、激光表面熔覆、等离子熔覆等方法。熔覆技术可以根据

需要，在材料表面附加一层组织细密、力学及其他性能好的另一种材料层，形成高性能低成本复合材料。显然这种技术适合再制造技术，可以实现废旧零部件的高质量修复。

毋庸置疑，为了保证再制造效率和质量，选择专业的半自动或全自动熔覆设备和工艺是必要的。目前业界已经研制出高频逆变微束等离子熔覆、自动化激光熔覆等再制造工程专业设备，为再制造产业化提供了基础装备。

5．逆向杨流及供应链技术

逆向物流及供应链是再制造工程最重要的运行和管理问题，需要主要研究逆向物流渠道及回收网络设计技术、逆向物流运作效率及库存控制技术、基于逆向物流的生产作业计划与资源配置技术、废旧产品的储运与污染控制技术、逆向物流及供应链建模及仿真技

术等。

在逆向物流模式中，采取社会或国家投资建设的废旧电子产品回收处理系统，还是通过行业联合建设专门回收处理系统，或者由生产商自行建立回收处理系统，取决于废旧产品的可利用和可再制造部分的比率，比率越大，越能激发回收处理的积极性，获得较高的回收努力系数。因此在产品设计中充分考虑可再利用和可再制造，是绿色制造重要课题之一。 6．再制造的行业标准

科学的、先进的高质量标准对于一种技术的推广和发挥效益，对于一个行业的健康可持续发展是至关重要的。再制造作为一种绿色环保技术前景广阔，作为一个新型制造行业正在起步阶段，尽早建立系统、完善的再制造工艺技术标准、质量检测标准等体现再制造走向规范化的标准体系是大势所趋。从基本的“再制造概念、术语”、“再制造率的概念及评估方法”，到“再制造技术工艺标准”、“再制造质量检测标准”、“再制造产品认证标准”等多类标准，各行各业的弄制造分标准都需要逐步制定出台，在实践中不断完善，这样才能保证这一绿色环保技术健康发展。

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