淺談機械再制造的選配方法

紀力 李桂林

【摘 要】在建設資源節約型、環境友好型社會的背景下，大力發展再制造將帶來大的經濟和社會效益。然而，由于公眾對再制造產品的誤解，認為再制造產品是質量低劣、性能不穩定的二手產品，從而制約了再制造的發展。現階段，對提高再制造產品質量的研究集中在提高再制造零件的加工質量上，而對提高再制造產品裝配精度的研究較少。但是，一味地提高零件的加工質量將導致再制造成本的大幅增加。因此，本文結合工程機械再制造裝配的特點，提出一種工程機械再制造產品的優化選擇裝配方法，在不增加再制造成本的前提下，提高再制造產品的質

量，同時提高裝配成功率和再制造資源利用率。

【關鍵詞】機械；再制造；選配方法

工業革命以來，全球經濟飛速發展，人類在創造巨大的物質財富的同時，也極端消耗了全球的資源儲備，傳統的高投入、高消耗的生產模式給自然資源和自然環境帶來了許多負面效應，造成全球范圍內的生態失衡、資源短缺、環境污染等問題。制造業作為所有產業中最大的資源消耗者，同時也是最大的污染源之一.再制造工程的誕生為解決日益緊張的資源和能源問題提供了新的解決方案，再制造的毛坯是尚有使用價值的廢舊零部件，通過采用先進的再制造修復技術，恢復原來的尺寸和形狀等，并使再制造產品的質量和性能達到或超過原產品。

一、工程機械再制造裝配過程分析

（一）工程機械再制造裝配

再制造裝配是按照一定的技術要求，把再制造修復合格的退役舊件、可直接重用的零件和報廢后更換的新件按照特定的再制造裝配工藝流程安裝組合成部件和再制造整機，并達到再制造產品規定的質量和技術標準的過程，它是再制造生產過程的最后一個環節，主要包括零部件的選擇、部件和整機裝配、調試等。再制造裝配作業質量的好壞，不僅直接決定著再制造工程機械產品的質量，而且對再制造裝配生產周期和再制造成本等都起著重要的影響。在再制造生產系統中，再制造裝配的工作量在整個再制造生產過程中占有較大的比重，尤其是對采用單件小批量的再制造生產來說，再制造裝配工時往往超過再制造生產工時的50%，在大批量生產中也約占再制造生產工時的30%～50%。因再制造產業在我國仍屬于一個新興產業，相關法律法規還不完善，尚未建立健全完善的退役工程機械回收體系，導致再制造毛坯獲取受到相關法規和來源的限制，現階段我國再制造生產企業普遍存在著生產規模小、生產技術差和裝配效率低等問題。

（二）工程機械再制造裝配過程

工程機械再制造是把大量報廢的、性能嚴重下降的、出現嚴重故障的工程機械回收到再制造工廠中，在不損壞關鍵零部件的基礎上進行拆解與清洗，通過性能測試、幾何參數測定、壽命評估等手段，對退役零件進行分類，對具有再制造價值的零件采用先進的表面工程技術及其他加工技術進行修復，使得單一零件的幾何參數、使用性能得到恢復或重用。組成整機的各零件根據實際情況采用不同手段處理后，在滿足預定的整機性能要求時即可進入裝配與調試階段。一個完整的工程機械再制造過程可以劃分為五個階段。

1.回收階段

該階段是再制造企業從用戶手中獲取再制造毛坯的過程。由于多數再制造企業尚未建立完善的回收體系，該階段主要是用戶通過有償或無償的方式，把所擁有的退役產品返回到指定的回收網點。回收網點的回收人員通過對退役產品的品牌、使用年限、使用環境、當前工作狀態以及維修歷史等信息進行評估分析，初步判斷退役產品的剩余價值，并把評估信息反饋給再制造企業，雙方在回收價格方面達成一致后簽訂產品的回收協議。回收網點根據再制造企業的庫存和生產計劃，在合適的時間把退役產品通過逆向物流返回再制造企業，為再制造過程提供生產的原材料，該階段是開展再制造工程的基礎[1]。

2.拆卸清洗階段

該階段對回收入廠的退役工程機械進行鑒定并確定再制造方式，然后根據再制造方式把各組成單元拆散為單一的零部件，并根據零件的材料、損壞情況等選用對應的方法進行清洗。拆解是再制造加工的第一步，拆解應根據零部件的損毀程度選擇合適的拆解方式，并以此為基礎確定拆解深度，對于可再制造的總成或零部件，一般采用非破壞性或準破壞方式進行完全拆解。清洗的任務是洗去附著在零件上的灰塵、油污、銹漬以及表面的油漆涂層等，拆解和清洗是再制造加工過程的基礎環節，為后續的再制造做準備。

3.零件鑒定再制造修復階段

長期服役的零部件，其原有尺寸、表面質量等都會發生變化，無法滿足再制造裝配的要求[2]。因此零部件清洗后，需要對其進行鑒定，從中挑選出損傷、變形、有裂紋的零件，對這些零件的幾何形狀參數、表面質量、機械物理性能、零件的重量差和潛在缺陷等進行評估，確定其損壞程度和范圍，判斷其是否符合再制造的標準。根據評定結果把零件分為三類：①重用件，即不經過修復就可以直接使用的零件；②可再制造件，即經過再制造加工以后可以使用的零件；③報廢件，即無法再制造加工或不符合再制造標準的零件，直接報廢處理。再制造修復是對上述挑選出的可再制造類零件，根據其損壞的形式、范圍、程度等采用多種方法對其進行恢復加工或升級改造，國內運用較多的修復技術包括表面工程法、電刷鍍修復法、激光修復法、塑性變形法和機加工修理法等。零件修復后對其進行相關測試，保證再制造后零件的尺寸、形狀和表面質量等滿足使用的要求。

二、工程機械再制造裝配優化

（一）再制造優化選配算法的求解流程

蟻群算法是一個不斷迭代尋優的進化算法，基于工程機械再制造裝配的特點，對基本蟻群算法進行了改進[3]。改進后的算法更能反映出選配問題的需要，能夠更快、更高效的獲得較短路徑的裝配組合。

（二）再制造優化選配程序的偽代碼

通過對基本蟻群算法理論的研究和再制造優化選配問題的描述，用基本蟻群算法求解再制造優化選配問題的程序偽代碼可描述為：

1： 系統輸入。分別讀取待裝配零件的重用件、修復件和新件的數據信息，并構建尺寸的元胞矩陣，輸入算法的參數。

2： For i=1 to 3

3： For j=1 to n

4： 計算各零件的偏差和質量損失值；

5： 把三種類型零件尺寸讀到一個矩陣中，初始化信息素；

6： End

7： End

8： While（Nc≤Nc_max）

9： 把m 只螞蟻放在虛擬起點；

10： For i=1 to n

11： For j=1 to m

12： 按照公式（4.2）計算i組成環零件的轉移概率，并按照式（4.3）為 第m只螞蟻選擇要訪問的零件；

13： 記錄螞蟻訪問的零件的位置編號；

14： End

15： End

16： For j=1 to m

17： 計算本次迭代第m只螞蟻的封閉環偏差；

18： 去除不滿足約束的路線，并記錄滿足約束的所有路線；

19： End

20： 判斷第i 組成環的零件是否被重復訪問，若是，則按最大化目標為原則選擇一個；

21： 記錄可行路線，并計算裝配成功率、再制造資源利用率和綜合目標值；

22： 計算可行解的路徑長度；

23： 按照公式（4.9）和 （4.10）進行信息素更新；

24： 清空禁忌表，Nc=Nc+1；

25： End while

26： 求最大綜合目標值，輸出最優裝配方案。

三、結語

再制造工程通過先進的生產技術將廢舊的機電產品進行徹底的拆解和修復，生產出等同于原新品質量和性能的再制造產品，不僅達到了資源的二次利用，降低了生產成本，而且還降低了因制造新零件而對原材料的需求，為發展綠色循環經濟提供了解決方案。可以說再制造既是一種降低成本、節約資源的先進制造，又是一種節能環保的綠色制造。

【參考文獻】

[1]宿彪，黃向明，任瑩暉，王伏林，肖和，鄭波.基于蟻群算法的工程機械再制造優化選配方法研究[J].機械工程學報，2017，53（05）：60-68.

[2]黃向明，宿彪，王伏林，張傳杰.基于B/S模式的工程機械再制造過程信息追溯系統設計與實現[J].計算機應用與軟件，2016，33（10）：82-86+121.