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柔性再制造体系及其工程应用 |
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作者：装甲兵工程学院 崔培枝 姚巨坤 向永华 |
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原来制造业的加工设备或生产线专用性强，功能单一，主要目的是以尽可能低的装备投资、尽可能快的生产速度、尽可能大的生产批量获得最大效益。随着技术水平的飞速进步和人们消费方式的发展，激烈的市场竞争使得目前的制造业正在抛弃刚性大批量生产方式，向柔性生产系统发展，以适应产品的多品种、中小批量、个性化等特点。统计资料表明，在欧、美、日制造业中，中小批量生产的产品在数量上约占85%，在产值上约占60～70%。发达国家在建立柔性加工系统中投入大量资金，美国1988年投入3.49亿美元，1990年超过20亿美元。
再制造加工的原料是由制造业生产的、经过使用后到达技术或者使用寿命的末端产品。随着制造业生产的产品种类的增加、批量的减少、个性化的突出以及产品退役情况的多样性，都对再制造产业的发展提出了严峻的考验，要求再制造业发展出对废旧产品种类及失效形式适应性强、生产周期短、加工成本低、产品质量高的柔性再制造系统，以应对制造业的巨大变化。
1 柔性再制造的内涵及特点
柔性再制造是以先进的信息技术、再制造技术和管理方式为基础，通过再制造系统的柔性、可预测性和优化控制，达到最大限度减少再制造产品生产时间、优化物流、提高对市场响应能力、保证产品质量，实现对多品种、小批量、不同退役形式的末端产品进行个性化再制造。柔性再制造的目的在于对再制造毛坯、再制造加工及市场的快速响应，通过建立柔性再制造生产系统，可以显著地提高再制造产品的类型、缩短再制造周期、降低费用、提高再制造产品质量。
制造业的加工对象是性质相同的材料及零部件，而再制造的加工对象则是废旧产品。由于废旧产品在服役期间的工况不同、退役原因不同、失效形式不同、来源数量不确定等特点，使得再制造的对象具有个体性及不确定性等特点。因此，柔性再制造系统相对传统的再制造系统来说，具有明显的特点和特定的难度。参照制造系统中柔性装配系统的特点，可知柔性再制造系统应具有以下特点：同时对多种产品进行再制造；通过快速重组现有硬件及软件资源，实现新类型产品的再制造；对不同失效形式进行动态响应的再制造加工；快速根据市场需求，改变再制造方案；具有高度的可扩充性、可重构性、可重用性及可兼容性，实现模块化、标准化的生产线。以上特点，可以显著地提高再制造适应废旧产品的种类、失效的形式等产品的个性化因素，并使再制造产品具有适应消费者个性化需求的能力，加强再制造产业的生命力。
2 柔性再制造系统的关键单元
1) 柔性管理决策中心
柔性管理决策中心可通过数据传输动态实时地收集各单元数据，形成最优化决策，发布命令，实现对再制造企业的各个要素：人员、技术、管理和设备等的实时协调和自动化控制，并对生产过程中的各个个性化特点迅速响应，是柔性再制造系统的神经中枢。它主要是依靠各单元与决策中心之间的数据线和监视设备来完成的。
2) 柔性预处理中心
再制造毛坯在再制造加工前首先要进行拆解、清洗和分类，这是再制造加工和装配前的重要准备阶段，属再制造的预处理阶段。不同类型产品的拆解，不同污染情况零件的清洗以及零件的分类贮存，都具有非常强的个体性，对其采用柔性化设计，主要是增强设备的适应性及自动化程度，以减少预处理时间，提高质量，降低费用。
3) 柔性再制造加工中心
再制造加工主要包括对缺损零件的再制造修复与升级。柔性再制造加工中心主要表现在对不同种类零部件的不同失效模式，加工设备可以进行自动化故障检测，选用不同的设备对故障进行修复。
4) 柔性装配及检测中心
对再制造后所有零部件的组装及对再制造产品性能的检测，是保证再制造产品质量和市场竞争力的最后步骤。采用模块化设备，可以提高对不同类型产品装配及性能检测的适应性。
5) 柔性物流体系
柔性再制造系统中的物流主要考虑废旧产品及零部件在再制造工厂内部各单元间的流动，包括零部件再制造前后及再制造过程中的贮存、物料在各单元间的传输时间及方式、新零部件的需求及调用、零部件及产品的包装等，其中重要的是实现不同单元间及单元内部物流传输的柔性化，使得相同的设备能够适应多种类零部件的传输，以及经过重组后能够适应新类型产品再制造的物流需求。理想的柔性再制造物流系统具有传输多种类物品、可调的传输速度、离线或实时控制能力、可快速重构、对空间占用最小等特点。
3 理想的柔性再制造系统构成
图1所示是再制造工厂内部理想状态下柔性再制造生产系统的构成示意图。
图1 理想状态下柔性再制造系统框架示意图
由图可知，当废旧产品进入到再制造厂后，首先进入柔性物流系统，由物流系统向柔性管理决策中心进行汇报，并根据柔性管理中心的指示，进入仓储或预处理工序；预处理中心根据决策中心的指令选定相应预处理方法，对运送到的废旧产品进行处理，并将处理结果上报决策中心，同时将处理后的产品由物流系统运送到仓库或者进入再制造加工中心；再制造加工中心经过对缺损件的具体测量形成具体生产程序并上报决策中心!根据决策中心的指令选定相应的再制造方法，并确定零部件的自动化再制造修复或改造方案，然后将修复后的零部件根据决策中心的指令由物流系统运送到仓库或者装配检测中心；装配检测中心在接收到决策中心的指令后，将物流系统运送来的零部件进行装配和产品检测，并将检测结果报告给决策中心，再由物流系统将合格成品运出并包装后进行仓储，不合格产品根据决策中心指令重新进入再制造的相应环节。最后是物流系统根据决策中心指令及时从仓库中提取再制造产品投放到市场。柔性管理决策中心在整个柔性系统中的作用是中央处理器，它不断地接收各单元的信息，经过分析后向各单元发布决策指令。
以上是柔性再制造工厂内部的信息及指令交流图，其柔性化还体现在设备的可扩充、可重组等方面。实现柔性再制造系统的设备柔性化、技术柔性化、产品柔性化是一个复杂的系统工程，需要众多的先进信息技术及设备的支持和先进管理方法的运用。
4 工程应用雏形及特点
将柔性再制造进行工程应用时，不仅要考虑各单元操作功能的完善，而且还要考虑该单元或模块是否有助于提高整个工程系统的柔性；不仅要改善各单元设备的硬件功能，还要为这些设备配备相应的传感器、监控设备及驱动器，以便能通过决策中心对它们进行有效控制。同时，工程单元间还应具有较好的信息交换能力，实现系统的科学决策。通常柔性再制造系统的建立需要考虑两个因素：人力与自动化，而人是生产中最具有柔性的因素。如果在工程建立中单纯强调系统的自动化程度，而忽略了人的因素，在条件不成熟的情况下实现自动化的柔性再制造系统，则可能所需设备非常复杂，并将降低产品质量的可靠性。所以在一定的条件下，采用自动化操作与人工相结合的方法建立该系统，可以保证工程应用的较高利润。
鉴于我国经济与技术的发展水平，目前尚没有建立比较完善的柔性再制造体系，但已经具备了一些应用模式的雏形。济南复强动力有限公司是一家生产再制造发动机的企业，通过考察，它们已经建立了初步的柔性再制造生产体系。该工厂的柔性决策中心主要由公司的技术管理人员和用于信息贮存及处理的计算机系统组成，形成了信息管理决策层，对公司的各个生产环节进行决策。其柔性预处理中心为一大的加工车间，流水线作业，对不同的部件进行不同的预处理。再制造加工中心也是一个大的加工车间，拥有多种先进的机床和表面处理设备，可以完成零件形状的加工或者修复。其装配及检测中心由多种先进设备组成，能够完成不同种类发动机的检测及装配。各单元间的物流系统主要由一些自动叉车等设备完成，各单元内部由吊车等完成物流。该体系中充分考虑了人的因素，具备一定的自动化程度，目前能够完成各种发动机的再制造，生产周期短，产品质量与新品相当。
5 结论
柔性再制造工程系统的建立可以缩短再制造时间，增加再制造产品种类，提高质量，是保证再制造适应制造业发展变化的最佳解决方案。本文所提出的柔性再制造系统的概念、特点、关键单元理想框架及工程应用，对指导再制造工厂开发适合的柔性再制造系统具有一定的参考价值。(end)
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(8/24/2005) |
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