報(bào)廢汽車拆解線的實(shí)時(shí)調(diào)度方法研究

黃艱生 ， 周自強(qiáng) ， 譚翰墨 ， 胡朝斌

（1.江蘇華宏科技股份有限公司，江蘇江陰214423；2.江蘇省機(jī)電產(chǎn)品循環(huán)利用技術(shù)重點(diǎn)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室，江蘇常熟215500；（3.蘇州市汽車綠色拆解智能裝備技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇常熟215500）

報(bào)廢汽車拆解線的實(shí)時(shí)調(diào)度方法研究

黃艱生1， 周自強(qiáng)2，3， 譚翰墨2， 胡朝斌2，3

（1.江蘇華宏科技股份有限公司，江蘇江陰214423；2.江蘇省機(jī)電產(chǎn)品循環(huán)利用技術(shù)重點(diǎn)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室，江蘇常熟215500；（3.蘇州市汽車綠色拆解智能裝備技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇常熟215500）

報(bào)廢汽車拆解線的作業(yè)模式與普通的生產(chǎn)線有很大不同，由于報(bào)廢汽車車型、參數(shù)、車況都各不相同，很難用預(yù)先定義的工藝信息來(lái)指導(dǎo)實(shí)際操作。于是，各工位的作業(yè)效率很大程度上依賴于工人的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，從而導(dǎo)致拆解線作業(yè)節(jié)拍降低并影響拆解效率?；赗FID技術(shù)構(gòu)建了報(bào)廢汽車拆解線生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)，并結(jié)合工藝數(shù)據(jù)庫(kù)和知識(shí)庫(kù)建立拆解線的實(shí)時(shí)調(diào)度系統(tǒng)，該方法有助于提高報(bào)廢汽車拆解線的拆解效率，同時(shí)提高零部件的再利用率。

報(bào)廢汽車；拆解線；生產(chǎn)調(diào)度；知識(shí)庫(kù)

隨著我國(guó)汽車保有量的不斷增加，報(bào)廢汽車的科學(xué)規(guī)范處理成為一個(gè)日益關(guān)注的社會(huì)問題[1-3]。報(bào)廢汽車由于其品牌、車型眾多，難以用統(tǒng)一規(guī)范的工藝文件來(lái)指導(dǎo)拆解作業(yè)過程，拆解工作很大程度上依賴于工人的技術(shù)素質(zhì)。但如果將大規(guī)模拆解作業(yè)的生產(chǎn)過程完全依托于工人的經(jīng)驗(yàn)性操作，其生產(chǎn)效率就會(huì)受到很大的影響。為此，盡可能利用信息化技術(shù)和平臺(tái)，開發(fā)一種計(jì)算機(jī)輔助拆解工藝規(guī)劃和管理系統(tǒng)，對(duì)于提高報(bào)廢汽車拆解作業(yè)的規(guī)范化程度，提高拆解后零部件的再利用率都具有重要的影響。

在一般的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，對(duì)生產(chǎn)線調(diào)度已經(jīng)進(jìn)行了很多研究和應(yīng)用。楊召凱等人對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線的平衡問題進(jìn)行了研究[4]。顧嘉等人對(duì)裝配線的瓶頸問題進(jìn)行了研究，并結(jié)合仿真優(yōu)化進(jìn)行了分析[5]。在廢舊產(chǎn)品的拆解方面，D·H·Lee等人從滿足產(chǎn)能要求的角度對(duì)拆解過程的調(diào)度算法進(jìn)行了研究[6]。H·J·Kim等人則對(duì)多品種廢舊產(chǎn)品的拆解調(diào)度模型進(jìn)行了研究[7]。Shwetank Avikal則對(duì)廢舊產(chǎn)品拆解線的布局形式進(jìn)行了研究[8]。這些研究基本是在離線狀態(tài)下對(duì)拆解過程進(jìn)行建模分析，而沒有對(duì)拆解線的操作過程進(jìn)行實(shí)時(shí)規(guī)劃和調(diào)度。因此，在報(bào)廢汽車這類產(chǎn)品結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的廢舊產(chǎn)品的拆解線上進(jìn)行生產(chǎn)工藝的實(shí)時(shí)規(guī)劃和調(diào)度，具有現(xiàn)實(shí)的意義。它不僅能提高報(bào)廢汽車拆解線上各工位的操作效率，使工人的操作不僅僅依賴于自身的工作經(jīng)驗(yàn)，而是能從信息化平臺(tái)上獲得可靠的作業(yè)指導(dǎo)。

1 報(bào)廢汽車的拆解工藝

從目前報(bào)廢汽車拆解的工作模式來(lái)看，主要有基于拆解線的連續(xù)作業(yè)模式和離散多點(diǎn)作業(yè)模式[9]。其中，基于拆解線的連續(xù)作業(yè)模式適合于拆解量較大的拆解企業(yè)，而離散多點(diǎn)作業(yè)模式適合于拆解量較小的報(bào)廢汽車拆解企業(yè)。

連續(xù)作業(yè)模式是通過在一條傳輸線上布置不同的拆解設(shè)備來(lái)完成報(bào)廢汽車不同零部件的拆解（如圖1所示），其工作單元的個(gè)數(shù)與生產(chǎn)能力的大小也是密切相關(guān)的。當(dāng)拆解量很大時(shí)，一個(gè)拆解工作單元可以分解成數(shù)個(gè)小單元，如內(nèi)飾件的拆解工位可進(jìn)一步細(xì)化為座椅拆卸工位、方向盤拆卸工位和儀表拆卸工位，從而提高效率，相應(yīng)設(shè)備的投資也會(huì)增加。而離散多點(diǎn)作業(yè)模式的拆解是通過多點(diǎn)分布的多功能拆解設(shè)備來(lái)完成報(bào)廢汽車的拆解，且在每臺(tái)設(shè)備上都能完成多種拆卸工作，因此只需通過少量的拆卸設(shè)備就能完成報(bào)廢汽車的拆解工作。當(dāng)報(bào)廢汽車需要移動(dòng)時(shí)，可通過叉車來(lái)進(jìn)行。由于大部分的工作需要借助人工，因此其拆卸效率要低于連續(xù)作業(yè)模式。

圖1 報(bào)廢汽車拆解的連續(xù)作業(yè)模式

2 報(bào)廢汽車拆解線調(diào)度系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

報(bào)廢汽車拆卸線實(shí)時(shí)調(diào)度系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。整個(gè)系統(tǒng)工作在企業(yè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，同時(shí)也和互聯(lián)網(wǎng)保持信息聯(lián)系。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)軟件工作在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上，在拆解線的每一個(gè)工位計(jì)算機(jī)上安裝有終端數(shù)據(jù)交互軟件，用來(lái)顯示該工位的工藝信息。這些終端計(jì)算機(jī)通過企業(yè)網(wǎng)與服務(wù)器相聯(lián)。

圖2 報(bào)廢汽車拆卸調(diào)度系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)

每輛報(bào)廢汽車進(jìn)入拆解工作之前，先是由評(píng)估師通過手持式設(shè)備（平板電腦）以無(wú)線方式將車況的診斷信息輸入服務(wù)器，同時(shí)生成一個(gè)序列號(hào)并存入RFID（Radio Frequency Identification Devices）芯片，評(píng)估師將該芯片通過磁性裝置貼到報(bào)廢汽車的車身側(cè)面指定位置。當(dāng)報(bào)廢汽車進(jìn)入拆解線后，安裝在工位上的RFID讀寫器首先讀出車輛的基本信息并向服務(wù)器發(fā)送該數(shù)據(jù)。然后由服務(wù)器中的拆解工藝規(guī)劃系統(tǒng)根據(jù)拆解規(guī)則來(lái)推理出該車的拆解工藝數(shù)據(jù)，并將這些工藝數(shù)據(jù)顯示在工位的數(shù)據(jù)顯示屏上。操作工人可以直接閱讀，也可以通過互動(dòng)方式進(jìn)一步了解相關(guān)信息。當(dāng)所有的拆卸工作完成后，對(duì)報(bào)廢汽車的車身需進(jìn)行打包壓縮（打包之前，RFID芯片被取下進(jìn)行重復(fù)利用）。

3 報(bào)廢汽車拆解線調(diào)度系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)

報(bào)廢汽車拆卸線調(diào)度系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)如圖3所示。系統(tǒng)的主體部分包括知識(shí)庫(kù)部分，即拆解規(guī)則管理，以及車型數(shù)據(jù)庫(kù)和拆解工藝規(guī)劃模塊，其中車型數(shù)據(jù)庫(kù)主要記錄和保存車型的主要零部件參數(shù)信息表。拆解工藝規(guī)劃模塊是根據(jù)產(chǎn)生式規(guī)則的推理機(jī)制來(lái)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的，用事先定義的部分破壞式拆卸規(guī)則來(lái)判斷一些主要零部件的拆卸方式和所采用的工具類型。車況診斷模塊用于記錄車況的診斷參數(shù)并將其輸入系統(tǒng)。此外，零部件訂購(gòu)信息是與互聯(lián)網(wǎng)相聯(lián)的數(shù)據(jù)接口，用于輸入一些特殊零件的需求信息，以供系統(tǒng)進(jìn)行處理。如引擎蓋一般作為材料回收進(jìn)行處理，即可以通過破壞式拆卸來(lái)操作。但如果有外部需求訂單，則符合該要求的品牌車輛引擎蓋需要通過無(wú)破壞方式進(jìn)行拆卸，這種操作信息就需要及時(shí)地輸出并顯示到拆解線的操作工位上。

圖3 報(bào)廢汽車拆卸調(diào)度系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)

3.1 拆卸工藝的數(shù)據(jù)模型

拆解工藝數(shù)據(jù)模型的基本結(jié)構(gòu)如圖4所示。工藝數(shù)據(jù)模型包括報(bào)廢汽車的可拆卸模型數(shù)據(jù)和拆解過程的操作信息數(shù)據(jù)。可拆卸模型包括零部件的材料屬性、聯(lián)接關(guān)系、聯(lián)接強(qiáng)度、拆解工具等數(shù)據(jù)信息。其中零部件之間的聯(lián)接強(qiáng)度是以模糊數(shù)來(lái)表示的。在按照預(yù)定義的規(guī)則進(jìn)行推理時(shí)，對(duì)這些參數(shù)按照模糊數(shù)的運(yùn)算法則進(jìn)行計(jì)算和比較，從而得出合理的拆解工藝數(shù)據(jù)。零部件的拆解操作信息主要是以文本、圖片和視頻形式的數(shù)據(jù)文件。這些數(shù)據(jù)文件給出了拆解操作過程中的一些共性知識(shí)，如車門的破壞性拆解方法和車門的無(wú)破壞性拆解，這些數(shù)據(jù)文件可以被發(fā)送到工位上的顯示裝置上，來(lái)指導(dǎo)工人的實(shí)際作業(yè)過程。這些數(shù)據(jù)文件可以從系統(tǒng)的知識(shí)管理模塊中進(jìn)行添加和補(bǔ)充。

圖4 拆解線工藝數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

3.2 拆解工位的信息管理與調(diào)度

為了便于拆解線上操作工人的信息獲取，本研究通過上置式的大屏幕顯示器來(lái)輸出系統(tǒng)規(guī)劃和調(diào)閱的拆解信息。當(dāng)攜帶有RFID卡的報(bào)廢汽車托盤到達(dá)某個(gè)拆卸工位后，工位上的讀卡器讀取報(bào)廢汽車的基本信息，然后服務(wù)器根據(jù)預(yù)先定義的拆解規(guī)則來(lái)判定拆解操作的相關(guān)結(jié)果。例如，當(dāng)報(bào)廢汽車的散熱器有嚴(yán)重破損，則該散熱器沒有再利用價(jià)值，只能作為材料進(jìn)行回收。則此時(shí)給對(duì)應(yīng)的拆解工作的拆解信息就包含了以下的信息：拆解利用目標(biāo)，拆解方式、拆解工具。對(duì)于材料利用的零部件可以采用破壞方式來(lái)進(jìn)行拆卸，從而提高勞動(dòng)效率。而相應(yīng)的操作方式和參考資料則由服務(wù)器從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取并顯示到終端顯示屏上。拆解信息包括視頻、圖形、文字組成，工人也能通過小鍵盤對(duì)拆解信息進(jìn)行分類閱讀和進(jìn)一步查閱相關(guān)信息。工位終端的信息輸出界面如圖5所示。

圖5 拆解工位的操作信息顯示

除了顯示拆解操作信息，系統(tǒng)也對(duì)不同工位上的拆解工具的準(zhǔn)備和使用情況進(jìn)行管理和調(diào)度，從而減少拆解作業(yè)過程中的輔助時(shí)間。上位機(jī)服務(wù)器在根據(jù)知識(shí)庫(kù)推理拆解信息的同時(shí)，也對(duì)拆解工位上需要用到的拆解工具進(jìn)行查詢和選擇。系統(tǒng)首先根據(jù)被拆解件的拆解目標(biāo)和拆解方式，從工具庫(kù)中選擇合適的拆解工具以及相應(yīng)的工具附件，如氣動(dòng)扳手上的工具頭。對(duì)于一些使用情況較少的工具，則進(jìn)一步給出該工具的工具編號(hào)，以及該工具所在的工具柜信息，從而使拆解線上的輔助人員能提前準(zhǔn)備好工位上所需的工具，并對(duì)工具的使用狀況進(jìn)行跟蹤和管理。通過工具上的RFID標(biāo)簽，可以對(duì)一些貴重工具進(jìn)行跟蹤和借用管理，對(duì)工具借用人、借用日期進(jìn)行記錄和管理，其功能關(guān)系如圖6所示。

圖6 工具管理與調(diào)度

4 結(jié)語(yǔ)

由于報(bào)廢汽車車型眾多，其拆卸過程的操作程序所包含的信息量也很多。設(shè)計(jì)一種完全智能的拆解工藝規(guī)劃系統(tǒng)是不現(xiàn)實(shí)也是不必要的。從目前報(bào)廢汽車拆解企業(yè)的實(shí)際狀況來(lái)看，目前主要希望解決的是拆解過程的信息管理，同時(shí)對(duì)拆解過程的關(guān)鍵步驟提供提示性幫助。因此，充分利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的信息管理功能和檢索功能來(lái)完成報(bào)廢汽車拆解線上的工藝規(guī)劃與工藝管理是較為合理的。

[1]周自強(qiáng)，戴國(guó)洪，章泳健.適合中國(guó)國(guó)情的報(bào)廢汽車拆解模式研究[J].江蘇技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，17(10)：18-21.

[2]劉志峰，張少亭.報(bào)廢汽車拆卸回收的經(jīng)濟(jì)性分析[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，32(3)：347-360.

[3]徐耀宗.基于CAMDS的汽車回收利用信息化管理[J].汽車工業(yè)研究，2011(5)：43-48.

[4]楊召凱，劉德忠，李志強(qiáng).動(dòng)機(jī)裝配生產(chǎn)線平衡問題研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2008(1)：215-217.

[5]顧嘉，廖棟霞，熊根良，等.裝配生產(chǎn)線仿真與優(yōu)化技術(shù)研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2014，(5)：99-105.

[6]D H Lee，P Xirouchakisl，R Zust.Disassembly scheduling with capacity constraints[J].CIRP Annals-Manufacturing Technology，2002，51(1)：387-390.

[7]H J Kim，D H Lee，P Xirouchakis.Disassembly schedulin with multiple product types[J].CIRP Annals-Manufacturing Technology，2003，52(1)：403-406.

[8]Shwetank Avikal，Rajeev Jain，P K Mishra.A heuris tic for u-shapeddisassembly line balancing problems[J].MIT International Journal of Mechanical Engineering，2013，3(1)：51-56.

[9]Ziqiang ZHOU，Guohong DAI，Juan CAO.A novel application of pso algorithm to optimize the disassembly equipment layout of elv[J].International Journal of Simulation-Systems，Scienceamp;Technology，2016，17(9)：6.1-6.6.

2017－10－18）

《廢舊家電資源化技術(shù)》書評(píng)

張松

（中華全國(guó)供銷合作總社天津再生資源研究所，天津300191）

我國(guó)已成為家用電器的生產(chǎn)大國(guó)和世界家電的制造業(yè)基地，同時(shí)也正在成為廢棄物產(chǎn)生大國(guó)。廢舊家電中含有大量有色金屬、黑色金屬、高分子材料和無(wú)機(jī)非金屬材料，不僅占用大量寶貴資源，而且對(duì)其不合理的處置和回收還會(huì)給環(huán)境造成極大污染。作者為了配合國(guó)家相關(guān)政策的出臺(tái)和實(shí)施，本著為電子廢棄物處理處置行業(yè)的發(fā)展提供科技支撐的意愿，在總結(jié)“江蘇省電子廢棄物利用與處置企業(yè)準(zhǔn)入條件研究”、“國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目——廢線路板全組分高值化清潔利用關(guān)鍵技術(shù)和示范”等項(xiàng)目研究成果的基礎(chǔ)上，對(duì)我國(guó)和世界發(fā)達(dá)國(guó)家的廢舊家電回收管理體系、廢舊家電的資源性和資源化技術(shù)、典型模塊化處理工藝、廢舊家電中貴金屬的回收和深加工、廢舊家電中材料分析技術(shù)和二次污染減控技術(shù)等進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，將有關(guān)研究成果編著成書《廢舊家電資源化技術(shù)》，《廢舊家電資源化技術(shù)》可以供廣大從事家電生產(chǎn)部門、科研部門及回收行業(yè)相關(guān)人員參考，也可以作為資源循環(huán)利用與環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域工程技術(shù)人員參考用書，還可作為該領(lǐng)域在校師生的教學(xué)與科研用書。

本書“序”由中國(guó)工程院邱定蕃院士撰寫，由江蘇理工學(xué)院副院長(zhǎng)、中國(guó)物質(zhì)再生協(xié)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)、中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)再生金屬分會(huì)副會(huì)長(zhǎng)和全國(guó)貴金屬深加工及其應(yīng)用專業(yè)委員會(huì)主任周全法主編，程潔紅和陳嫻任副主編，化學(xué)工業(yè)出版社出版。

家用電器生產(chǎn)行業(yè)是電子信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。家用電器作為電子信息產(chǎn)業(yè)的物化形態(tài)，正以驚人的速度增加。大量生產(chǎn)和大量消費(fèi)之后必然帶來(lái)大量廢棄。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)僅電視機(jī)、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)器、計(jì)算機(jī)等數(shù)大類家用電器的年報(bào)廢量已經(jīng)超過1.5億臺(tái)。各類電子廢棄物每年產(chǎn)生量高達(dá)820萬(wàn)t，且以每年3%～5%的速率增長(zhǎng)。家電生產(chǎn)凝結(jié)了大量的人類勞動(dòng)和物質(zhì)資源，廢舊家電中含有大量的有色金屬、黑色金屬、高分子材料和無(wú)機(jī)非金屬材料，對(duì)其進(jìn)行回收利用，是發(fā)展的必然趨勢(shì)。但是，廢舊家電以及家電生產(chǎn)過程產(chǎn)生的電子廢棄物，在高效率資源化利用之前，需要解決若干問題。

由于廢舊家電的處理處置是廣泛涉及電子、信息、材料、機(jī)械、環(huán)境等各方面知識(shí)的系統(tǒng)工程，引起全社會(huì)對(duì)廢舊家電回收利用以及保護(hù)資源和環(huán)境的重視，該書是一本值得向再生資源及資源循環(huán)產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員、環(huán)保人士、高校院所專家學(xué)者、相關(guān)專業(yè)師生、以及政府主管部門工作人員推薦的好書。

Research on real-time scheduling method for ELV disassembly line

HUANG Jiansheng1,ZHOU Ziqiang2,3,TAN Hanmo2,HU Chaobin2,3
（1.Jiangsu Huahong Technology Stock Co.,Ltd.Jiangyin 214423,China；2.Jiangsu Key Laboratory of Recycling and Reuse Technology for Mechanical and Electronic Products,Changshu 215500,China；3.Suzhou Key Laboratory of Intelligent Equipment Technology for ELV Recycling,Changshu 215500 China）

The operating mode of end of life vehicle disassembly line is different from the general product line.Because there are so many types of vehicle,the parameters and the states are all different.It is difficult to instruct the actual operation with pre-defined process information.Thus,the operating efficiency of work station relies on the worker's experience in a great extent.Consequently,the operation tempo of disassembly line will decrease and the efficiency of disassembly work will also be affected.In this paper,the hardware structure and software structure of scheduling system for end of life vehicle disassembly were presented based on the RFID technology.And then,the real time scheduling system was realized by combining the process database and knowledge base.This approach will help to improve the efficiency of end of life vehicle disassembly line.In the mean time,the rate of reuse of component will be increased.

:ELV;disassembly line;production scheduling;knowledge base

X734.2；TP391.9

A

1674-0912（2017）11-0032-04

江蘇省科技支撐計(jì)劃（工業(yè)部分）項(xiàng)目（BE2013060）

黃艱生（1961-），男，遼寧沈陽(yáng)人，高級(jí)工程師，研究方向：綠色制造。