面向再制造工程机械创新设计研究

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1、面向再制造工程机械创新设计研究1绪论1.1课题研究背景和意义工程机械作为机械行业的重要组成部分，在经济建设中的作用日益突出，随着我国经济的持续平稳增长，工程机械行业也展现出了蓬勃的生命力。近年来，我国的工程机械销售量、销售额屡创新高，市场保有量也保持逐年增长状态，09年已达到350万台。国内市场火热，外贸市场也持续升温。据估测，到2015年我国的工程机械产品出口额将达到两百亿美元，成为出口大国。工程机械通常存在整机重量大、生产材料消耗多、退役后对环境污染大等问题，随着人们环保意识的提高和经济全球化的形成，我国工程机械制造

2、业面临着来自国内和国外两方面资源节约和环境友好要求的压力，亟待发展再制造技术。一方面，工程机械更新速度一般比较快，有很多设备由于不适应社会经济发展的需要，在尚未达到其设计寿命之时就提前退役；另一方面，工程机械零件数量比较多，各零件的使用寿命不一，在整机报废以后，有相当一部分零部件可以直接回收利用或者进行再加工，这样可以大大提高资源的利用率，降低废旧机械对环境造成的危害，同时还能提高企业的经济效益。以混凝土泵车为例，目前国内市场保有量近2万台，年产量约为5000台，销售收入约为150亿元，原材料消耗量约为15万吨，并将以2

3、0%速度增长。因此，减少资源消耗，实施工程机械再制造能够带来巨大的经济效益和社会意义。.1.2国内外研究现状与分析Feldman提出了基于知识的拆卸规则[2]。Li等提出的算法可以确定停止拆卸的理想点，以实现装配体拆卸的经济最优性[3]。Siddique和Spicer首次在拆卸过程中引入人工智能技术并加以运用[4]。HongCZhang提出了以图形法为基础的拆卸模型，用于回收处于生命周期末端的产品，该模型应用图形搜索建立拆卸序列，判断拆卸终点，核算拆卸成本，评估产品的环境相容性[5]；Rajit等开发的虚拟拆卸软件可模拟

4、产品的拆卸过程，可用于产品原型的拆卸、预测拆卸难度及测算拆卸费用，对产品的拆卸及维护有重要的作用[6]。Chuger等提出废旧产品回收时应主要以其回收价值为评价因素，分析了在产品回收策略中分别采用长远规划和现实规划所产生影响的不同[7]。在我国，对于面向拆卸与回收设计的研究才刚刚开始，尚处于起步阶段。刘光复、刘志峰等人对面向拆卸设计和面向回收设计的理论框架进行了讨论，提出了运用仿真指导产品拆卸的方法，目前正致力于有关辅助工具的开发[8-10]。上海交通大学针对汽车、电冰箱等产品研究了产品设计和回收的相关策略，提出在设计阶

5、段应考虑到产品的可拆卸性以及对拆卸过程进行经济性评估等理念[11,12]。总体来说，无论是国外还是国内，面向再制造设计大都局限于拆卸与回收，而甚少涉及到再利用、再加工、再循环等再制造的其他环节；研究与应用成果零散，还没有形成系统的集成的绿色设计理论和实用的技术方法。开展包括可拆卸、可回收、可利用、可加工、可循环设计等面向再制造的产品设计研究，提高我国产品在国际市场的竞争力，已为大家所共识。.2再制造的基本理论2.1再制造的概念1991年10月，联合国工业发展组织开始倡导实行一种对生态环境危害小，可长期实施的工业发展模式。

6、在展望21世纪初的制造业前景时，美国率先提出了再制造(Remanufacturing)及无废生产(Waste-freeProcess)的概念[43,44]。再制造是指以装备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、改造废旧装备的一系列技术措施或工程活动的总称[45]。..2.2再制造的工艺流程再制造工艺流程是指运用各种再制造技术对再制造产品进行修复、再加工，并使再制造后的产品满足使用性能的过程。由于再制造产品的损坏形式、生产组织形式的

7、不同，所以其具体生产工艺流程会有所区别。通常情况下，再制造的工艺流程如图2-1所示。再制造拆解是指在保证可再制造零部件性能要求的基础上，按照一定的顺序将需要再制造产品的零部件依次拆下的过程[46]。对再制造产品进行拆解后的零部件可以分为三类：可回收利用零件、可再制造零件、报废零件。根据拆解方法的不同可以将再制造拆解分为破坏性拆解(如切割装备的外壳)和非破坏性拆解（如旋出螺钉）两种。非破坏性拆解可以在保持零件的材料和整体性的基础上将零部件完整拆卸下来,并进行零部件的更新，而破坏性的拆卸仅适用于材料回收其中，非破坏性拆解是再

8、制造拆解研究的主要部分，也是未来研究的主要方向。根据拆解程度的不同又可以将其分为完全拆解、部分拆解和目标拆解三大类。完全拆解是指将可再制造产品的每一个零件都拆解下来，部分拆解是指只拆解可再制造产品的一部分零部件，目标拆解是指针对具体要求拆除可再制造产品中特定的部分。可视再制造产品不同情况及再制造的具体要求采取不同的拆