馬爾科夫鏈在汽車發動機再制造項目中的應用

摘要：分析了發展再制造產業的原因，并結合我國汽車發動機整機再制造產業的現狀，從前期準備、工程技術開發、試驗認證、生產計劃、選配模型等方面討論了發動機整機再制造的開發流程；通過借鑒復合選配法的思想，建立基于馬爾可夫鏈的待裝零部件分級選配模型，合理選擇各裝配工位待裝零部件的尺寸等級；在此基礎上，基于零部件實時庫存提出再制造裝配零部件集優化模型，尋求再制造發動機裝配零部件集最優匹配方案，使成本較低的零部件得以最大化利用，以此降低企業生產成本和提高經濟效益。

關鍵詞：汽車發動機；再制造；開發流程；馬爾可夫鏈

0 前言

汽車發動機再制造是以汽車發動機產品全壽命周期理論為指導，以廢舊發動機性能提升為目標，以優質、高效、節能、節材、環保為準則，以先進技術和產業化生產為手段，進行修復、改造廢舊發動機的一系列技術措施或工程活動的總稱。汽車發動機再制造通過轉變生產模式，循環利用有限資源，實現企業的延伸發展和低碳轉型，并由此帶來良好的環境效益和資源效益，是推行循環經濟的核心技術之一。汽車發動機再制造與制造、維修、回收利用的對比分析見表1。

1 汽車發動機再制造項目

1. 1 項目前期準備

1. 1. 1 項目啟動時間

在啟動汽車發動機再制造項目之前，一般應提前24 個月發布該型發動機的停產公告，并制定和發布停產自制零件清單及售后裝配物料清單。汽車發動機再制造項目啟動流程如圖1 所示。

1. 2 開發和試驗認證

1. 2. 1 工程技術開發

收集相關技術數據，包括但不僅限于如下文件：完整的零件提交保證書，經批準的外觀報告、設計記錄、工程更改文件和材料數據表，以及所有零件尺寸的測量計劃（包含總成、零件）、與零件測量計劃對應的尺寸報告、檢查輔具、檢驗設備文件、過程流程圖、過程失效模式和效果分析。

1. 2. 2 試驗認證

提供工程試驗清單、材料測試結果報告（包括所有分零件）、功能/性能測試結果報告、耐久性測試結果報告，以及經批準的材料數據表、零件工程認可報告和實驗室認可文件。

1. 3 生產控制計劃

1. 3. 1 舊機回收基準

制定舊機回收基本標準，根據回收舊機樣品價值分析，結合需求量分析財務成本，確定合理的舊機回收價格，以消除無償回收時4S 店積極性不高、回收量不足等狀況，提高顧客返回舊機和購買再制造產品的熱情。

1. 3. 2 舊機回收途徑及回收備庫

歐美再制造產業舊機回收的主要途徑有：報廢車輛拆解、維修市場更換件、整車廠索賠件、新品生產瑕疵件和舊件總成進口。目前，由于國內對應法規不完善，回收舊機的質量參差不齊，事故廢件充斥其中，影響回收舊機的效率和成本。因此本文主要針對有舊機回收基準指導的整車廠索賠件進行再制造研究。舊機回收包括：① 整車廠從4S 店回收，再轉移到授權再制造供應商；② 授權再制造供應商直接從4S 店回收。兩者的主要不同為回收成本的轉移和再制造價格的確定，屬于商務范疇。

舊機回收后，可由整車廠備庫按再制造需求及計劃供給授權再制造供應商，或由授權再制造供應商自行備庫，按整車廠生產和供給再制造產品。

1. 4 再制造裝配中心規劃

1. 4. 1 項目背景

（1） 根據國家法規要求，生產線停產后10 年內，需要保證配件的供應服務。

（2） 原發動機停產后，售后發動機供貨模式為原有的各工廠線下裝配。

（3） 對于停產后發動機的集中規劃和制造，規劃為多品種、小批量生產（裝配）。

1. 4. 2 廠房布置

再制造裝配中心廠房布置如圖2 所示，各區域內容及設備清單見表2。

2 基于馬爾可夫鏈的待裝零部件分級選配模型

2. 1 待裝零部件配合尺寸分級

零部件再制造裝配過程中，同一品種的再制造產品由不同類型零部件組成，零部件的尺寸公差范圍偏差較大。因此，在保障再制造裝配質量的前提下，最大化地利用待裝零部件是企業亟待解決的問題。本文提出基于馬爾可夫鏈的裝配零部件分級選配模型，做出如下假設：

（1） 每個再制造裝配工位僅裝配1 個質量合格的零部件。

（2） 各裝配零部件之間，僅考慮單尺寸鏈配合關系。

（3） 下一個裝配零部件的選配尺寸等級僅與當前零部件尺寸等級有關。

建立馬爾可夫鏈模型的關鍵是確定模型的參數集和狀態空間。再制造零部件的配合尺寸公差范圍廣的特點，將待裝零部件配合尺寸等級的集合作為馬爾可夫鏈的狀態空間，將零部件裝配工位號作為模型的參數集，定義待裝零部件分級選配馬爾可夫鏈模型［1］。

2. 2 待裝零部件分級選配模型

分級選配方法被應用于尺寸超差零部件和再制造裝配，可在較大程度上提升尺寸超差再制造/再利用零部件的利用率，降低再制造企業生產成本，具體流程如圖3 所示［2］。

3 待裝零部件分級選配模型驗證

以F 型號的再制造汽車發動機裝配零部件為例，標準配合尺寸如下：曲軸箱主軸承座寬度為（20.0±0.05） mm；止推片厚度為（2.4±0.01） mm；曲軸第一主軸頸寬度為（25.0±0.05） mm。

為了在保障產品裝配質量的前提下，最大化地利用再制造零部件，需寬放處理各裝配零部件配合尺寸：曲軸箱主軸承座的寬度為（20.0±0.1） mm；曲軸第一主軸頸寬度為（25.0±0.1） mm；止推片采用新品件，其厚度與標準配合尺寸相同。以上述零部件裝配過程為例，建立裝配過程馬爾可夫鏈模型［3］，如圖4 所示。將各零部件按照配合尺寸平均分為4 個等級，見表3。

構建裝配方案選擇模型時，首先應獲得再制造零部件裝配過程，其次獲取馬爾可夫鏈的初始分布向量，最后通過裝配方案選擇模型，確定裝配工位的尺寸等級。

設某產品裝配的初始分布向量由其選擇的初始零部件配合尺寸等級決定，選定尺寸等級的初始分布定義為1，其他尺寸等級的初始分布定義為0。

通過實例驗證了上述再制造發動機裝配零部件集優化模型的可行性和有效性，與未使用選配模型相比，發動機零部件修復經濟效益有顯著提高，具體參數見表4。

4 結語

本文采用待裝零部件配合尺寸分級方法，提出基于馬爾可夫鏈的待裝零部件分級選配模型及其工作流程，確定再制造裝配工位各待裝零部件的尺寸等級。在此基礎上，構建發動機再制造裝配零部件集優化模型。該模型可為裝配過程零部件的選擇提供綜合性解決方案。

參 考 文 獻

［ 1 ］ 姚巨坤，時小軍，崔培枝. 裝備再制造工作分析研究[J]. 設備管理與維修，2007（3）：8-10.

［ 2 ］ 徐濱士. 中國再制造工程及其進展[J]. 中國表面工程，2010 （2）：1-6.

［ 3 ］ 劉從虎. 不確定環境下復雜機械產品再制造裝配過程在線質量控制機制研究[D]. 合肥：合肥工業大學，2016.