基于材料信息模型的乘用車ELV管控技術(shù)研究

王泉杰，孫啟林，劉凱，李凡

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

1 背景

2017年，我國汽車年增長超過2300萬輛，保有量達(dá)2.17億。據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測，我國有大量的汽車即將進(jìn)入生命周期的末端，汽車報(bào)廢的高峰已臨近，2019年可能超過1300萬輛。大量的報(bào)廢汽車不僅帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染，同時(shí)也給國家造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)壓力。

為此，各國均針對汽車有毒有害物質(zhì)的使用和回收利用，出臺(tái)了相應(yīng)的ELV（End-of-Life Vehicle）法規(guī)和行政要求，對整車生產(chǎn)企業(yè)提出了更高的要求。作為應(yīng)對，如何實(shí)現(xiàn)汽車中有毒有害物質(zhì)的有效管控，提高汽車報(bào)廢后所用材料及零部件的可再利用率與可回收利用率，成為汽車材料工作的關(guān)注焦點(diǎn)和重要研究課題。

本文基于國內(nèi)外ELV法規(guī)的相關(guān)要求，結(jié)合整車生產(chǎn)企業(yè)材料管控經(jīng)驗(yàn)，并參考車輛拆解回收的實(shí)際過程，建立乘用車材料信息模型。利用所建立的模型，對三類22款量產(chǎn)汽車進(jìn)行整車的可回收和可再利用率校核計(jì)算，建立詳細(xì)的有毒有害物質(zhì)使用情況清單，并據(jù)此提出適用于整車生產(chǎn)企業(yè)的ELV管控方法和體系。

2 國內(nèi)外elv法規(guī)要求

（1）歐盟RRR認(rèn)證法規(guī)

歐盟委員會(huì)于2005年10月26日正式頒布了《關(guān)于車輛可再使用性、再利用性與可回收利用性型式認(rèn)證的技術(shù)指令（2005/64/EC）》[1]，簡稱 RRR型式認(rèn)證；同時(shí)，該指令還引用歐盟委員會(huì)《關(guān)于報(bào)廢汽車的技術(shù)指令（2000/53/EC）》[2]（簡稱ELV指令）的要求，對各成員國銷售汽車的零部件材料中的有毒有害物質(zhì)使用情況加以管理。指令規(guī)定，所有進(jìn)入歐盟市場的M1、N1類（依據(jù)歐盟70/156/EEC指令分別定義為九座及以下乘用車和最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量不超過 3500 kg的載貨車輛）汽車自2008年12月15日起，必須通過RRR型式認(rèn)證，保證汽車零部件材料可再利用率和可回收利用率達(dá)到指令要求。具體包括：

有毒有害物質(zhì)要求：歐盟各會(huì)員國應(yīng)確保自 2003年 7月1日起投入市場的車輛中（包括材質(zhì)與零件），相同材質(zhì)物料所含的鉛、汞、六價(jià)鉻，不得超過重量的0.1%（1000ppm）；相同材質(zhì)物料所含的鎘，不得超過重量的0.01%（100ppm）。不同材質(zhì)、不同顏色和相同材質(zhì)不同顏色都必須分開測試；

可回收利用率及可再利用率要求：將汽車零部件或材料劃分為再使用、再利用、能量回收、回收利用四個(gè)階段，并依此進(jìn)行汽車可回收利用率和可再利用率計(jì)算。2006年1月1日起，每年每一輛報(bào)廢汽車其平均重量至少有85%能夠被再利用；其中，材料回收率至少為80%；2015年1月1日起，該兩項(xiàng)指標(biāo)要求分別提升至95%和85%；該兩率要求影響范圍包括汽車類及汽車類廢品，包括其配件、材料及備用或替代品，生產(chǎn)廠家和原料供應(yīng)商。

（2）國內(nèi)法規(guī)要求

工信部于2015年6月1日正式頒布《汽車有害物質(zhì)和可回收利用率管理要求》。規(guī)定自2016年1月1日起，新產(chǎn)品有害物質(zhì)使用、可回收利用率計(jì)算方法應(yīng)分別符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 30512-2014《汽車禁用物質(zhì)要求》[3]和GB/T 19515-2015《道路車輛 可再利用性和可回收利用性計(jì)算方法》[4]的要求。

與歐盟RRR法規(guī)相比，我國的有毒有害物質(zhì)和兩率要求僅針對 M1類車輛。但禁用物質(zhì)要求更嚴(yán)格[5]，除歐盟規(guī)定的四項(xiàng)重金屬外，增加要求材料中多溴聯(lián)苯和多溴聯(lián)苯醚的含量不得超過材料重量的0.1%（1000ppm）。

3 乘用車材料信息模型

上述法規(guī)要求，要求整車生產(chǎn)企業(yè)建立較為完備的整車用材管控體系，明確車輛材質(zhì)組成和回收利用屬性信息，并形成規(guī)范化的數(shù)據(jù)報(bào)表供主管部門審查。為此，本文基于整車生產(chǎn)企業(yè)材料管控經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合車輛拆解回收的實(shí)際過程，建立乘用車材料信息模型。

凌波等[6]采用多層樹形結(jié)構(gòu)模型對汽車產(chǎn)品回收信息進(jìn)行描述，構(gòu)建了整車-零部件-材料三層信息模型。該模型可在一定程度上描述車輛的可回收利用程度，但未考慮車輛拆解的實(shí)際情況。例如，乘用車中含有大量的電控元器件，其中包含了金屬、不飽和聚酯、陶瓷等材料，根據(jù)材料回收利用特性，金屬為可再利用材料，不飽和聚酯為可能量回收利用材料；然而，考慮車輛拆解實(shí)際，電控元器件中金屬材料（銅合金、貴金屬等）多位于端子、電容、電阻等微小元器件中，以目前的拆解技術(shù)，將其拆解為均一材質(zhì)的難度大，成本高，不具備實(shí)際可操作性，因此應(yīng)作為不可回收材料納入整車的兩率計(jì)算。

根據(jù)車輛拆解的實(shí)際流程，結(jié)合GB/T 19515-2015規(guī)定，將汽車零部件分為拆解回收零部件集（Pd）和非拆解回收零部件集（Pn），具體定義為：

其中，Pdis和Pnis分別表征第i個(gè)拆解回收和非拆解回收零部件的結(jié)構(gòu)信息，包括零部件名稱、圖號(hào)、所屬總成等，用于標(biāo)記零部件位于整車的層級結(jié)構(gòu)和位置信息；Pdid表征第i個(gè)拆解回收零部件的拆解信息，包括零部件所屬拆解的階段和質(zhì)量；Pdim和Pnim分別表征第i個(gè)拆解回收和非拆解回收零部件的材料信息，包括材料的重量、成分及其比重。

此外，將車輛中的不可回收或難以拆解的零部件單獨(dú)抽取出來，納入不可回收零部件集Px，具體定義為：

其中，Pxis和Pxim分別表征第i個(gè)不可回收零部件的結(jié)構(gòu)和材料信息，用于整車有毒有害物質(zhì)信息統(tǒng)計(jì)及管控，同時(shí)避免計(jì)算所得整車兩率結(jié)果的虛高。

基于所劃分的零部件集，可建立整車的材料信息模型：

其中，P為零部件集；D為拆解信息集；M為材料信息集；表征零部件集與拆解信息集間的映射關(guān)系；表征零部件集與材料信息集間的映射關(guān)系；具體定義為：

其中，n為車輛零部件總數(shù)。

4 基于材料信息模型的乘用車ELV管控

基于前文所建立的整車材料信息模型，結(jié)合產(chǎn)品拆解實(shí)際，本文對三類22款量產(chǎn)汽車進(jìn)行整車的可回收和可再利用率校核計(jì)算，并建立詳細(xì)的有毒有害物質(zhì)使用情況清單。

（1）整車材料信息數(shù)據(jù)采集

首先，為獲取整車材料信息數(shù)據(jù)，本文采用 CAMDS（China Auto-motive Material Data System）系統(tǒng)，通過二級供應(yīng)商-一級供應(yīng)商-整車生產(chǎn)企業(yè)多層次數(shù)據(jù)提報(bào)和審批，采集所有零部件的材料信息數(shù)據(jù)，并確保數(shù)據(jù)的真實(shí)性和完整性。

（2）零部件集建立

根據(jù)不同零部件的實(shí)際拆解狀態(tài)和工藝，并結(jié)合 GB/T 19515-2015規(guī)定，將可預(yù)處理或材質(zhì)單一、易拆解并可再使用的零部件納入Pn。以某量產(chǎn)純電動(dòng)轎車為例，其非拆解回收零部件集的主要信息如表1所示。

?這是維護(hù)專制主義和奴隸制，反對雇傭勞動(dòng)的民法學(xué)家蘭蓋反對孟德斯鳩所說的話。馬克思指出，這句話“表明了他的見解的深刻”。因?yàn)樵隈R克思看來，孟德斯鳩雖然能夠從社會(huì)存在的關(guān)系中尋找“法律的精神”，但是，他卻唯獨(dú)沒有找到社會(huì)關(guān)系之中的根本要素——所有權(quán)。馬克思:《剩余價(jià)值理論》第1冊，人民出版社版1975年版，第368頁。

表1 非拆解回收零部件集

將車輛中的電子電器部件（如控制開關(guān)、電機(jī)、LED燈泡、ECU等）納入Px，其余零部件納入Pd，從而構(gòu)成整車的材料信息模型。進(jìn)一步地，將Pd中的零部件進(jìn)行拆解，并依據(jù)材料的拆解和回收特性，將材料劃分為金屬（Mm）、可再利用非金屬（MTr）、可能量回收非金屬（MTe）和不可回收（Mx）四類。

（3）材料信息校驗(yàn)

在整車材料信息模型的應(yīng)用中，由于車輛零部件多、層級深且供應(yīng)鏈龐大，常發(fā)現(xiàn)所采集的材料信息數(shù)據(jù)存在遺漏、誤差甚至錯(cuò)誤。為此，本文根據(jù)應(yīng)用實(shí)際，結(jié)合前期已完成車型大數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，建立材料信息準(zhǔn)確性和完備性的校驗(yàn)項(xiàng)目清單，具體如下所述。

① 計(jì)算所得車輛質(zhì)量與車輛設(shè)計(jì)整備質(zhì)量誤差在±3%以內(nèi)；

②Pn中液體質(zhì)量等于油液（燃油車，以油箱容積的70%計(jì)算）、防凍液、玻璃水、減震器油液質(zhì)量之和；

③ 計(jì)算所得整車液體質(zhì)量等于Pn中液體質(zhì)量與電池中電解液質(zhì)量之和；

④Pd中金屬材料（Mm）的質(zhì)量約為整車計(jì)算所得金屬質(zhì)量的85%—95%；

⑤Pd中金屬銅（包含銅線束、銅合金）的質(zhì)量約為10—15kg（燃油車）、20—25kg（純電動(dòng)車）；

⑥ 計(jì)算所得整車中有機(jī)天然材料質(zhì)量約等于可能量回收非金屬材料（MTe）中有機(jī)天然材料的質(zhì)量；

⑦ 計(jì)算所得整車鉛物質(zhì)含量約為8—18kg（行業(yè)平均水平）；

⑧ 除蓄電池外鉛物質(zhì)含量約為100—120g（行業(yè)平均水平）。

（4）可回收可再利用率計(jì)算及有毒有害物質(zhì)使用情況統(tǒng)計(jì)

根據(jù)所建立的整車材料信息模型，可采用下式進(jìn)行車輛可回收利用率和可再利用率計(jì)算：

其中，為零部件集Pn中材料質(zhì)量之和；、和分別為材料集Mm、MTr和MTe中材料質(zhì)量之和；Wv為計(jì)算所得車輛的總質(zhì)量。通過對某企業(yè)22款量產(chǎn)車型數(shù)據(jù)的校核和計(jì)算，獲得其可回收和可再利用率，具體如圖1所示。

圖1 某企業(yè)量產(chǎn)車型可回收利用率和可再利用率

此外，通過對模型中材料信息集M的統(tǒng)計(jì)，可便捷的獲得車輛有毒有害物質(zhì)使用情況統(tǒng)計(jì)表。以某量產(chǎn)純電動(dòng)轎車為例，有毒有害物質(zhì)用量前十的材料及其結(jié)構(gòu)元信息如表 2所示。

以上結(jié)果表明，所研究的車型可回收率與可再利用率均滿足國內(nèi)外法規(guī)的要求；含有有毒有害物質(zhì)的零部件，均為GB/T 30512所明確規(guī)定的豁免零部件，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

（5）基于整車材料信息模型的ELV管控體系建立

根據(jù)前文所述，根據(jù)所建立的模型信息，整車生產(chǎn)企業(yè)可便捷的校核和計(jì)算車輛的可回收率與可再利用率，并獲得車輛有毒有害物質(zhì)使用情況信息，從而建立高效和有針對性的ELV管控體系。

① 建立材料認(rèn)可和供應(yīng)鏈管控機(jī)制。要從產(chǎn)品設(shè)計(jì)開始，尤其是使用不可回收或含有毒有害物質(zhì)的材料的零部件，對各級供應(yīng)商的選擇、采購、生產(chǎn)、包裝等各個(gè)階段進(jìn)行嚴(yán)格的準(zhǔn)入和控制，將滿足環(huán)保要求作為材料供應(yīng)商選擇的重要依據(jù)。同時(shí)，應(yīng)積極開展材料供應(yīng)商的環(huán)保生產(chǎn)一致性管控能力認(rèn)可，并通過技術(shù)協(xié)議與合同要求一級供應(yīng)商采購經(jīng)過認(rèn)可的原材料供應(yīng)商的產(chǎn)品。

表2 某量產(chǎn)純電動(dòng)轎車有毒有害物質(zhì)用量前十的材料及其所屬零部件信息

② 搭建和完善生產(chǎn)制造管控體系和流程。應(yīng)聯(lián)合材料、法規(guī)、開發(fā)、制造、銷售、售后等各個(gè)環(huán)節(jié)，組成虛擬的跨部門、跨事業(yè)部小組，結(jié)合整車開發(fā)流程梳理相關(guān)體系和職責(zé)與各個(gè)開發(fā)階段的輸入和輸出，并明確各部門的職責(zé)和義務(wù)。

③ 材料標(biāo)準(zhǔn)的建立和完善。整車生產(chǎn)企業(yè)需建立并完善汽車用材和有毒有害物質(zhì)控制的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對物質(zhì)種類、適用范圍、限制、檢測方法、判定標(biāo)準(zhǔn)等加以明確規(guī)定。同時(shí)，應(yīng)制定并明確供應(yīng)商申報(bào)的零部件材料數(shù)據(jù)信息填報(bào)和審核的流程與標(biāo)準(zhǔn)，明確材料數(shù)據(jù)真實(shí)性管控方案及相應(yīng)的激勵(lì)與處罰措施。

5 結(jié)論

本文根據(jù)國內(nèi)外ELV法規(guī)的相關(guān)要求，結(jié)合車輛拆解回收的工作實(shí)際，建立了乘用車材料信息模型并提出材料信息準(zhǔn)確性和完備性的校驗(yàn)項(xiàng)目清單。利用此模型，可高效并準(zhǔn)確地計(jì)算車輛的可回收和可再利用率，建立有毒有害物質(zhì)使用情況清單，便于整車生產(chǎn)企業(yè)根據(jù)自身實(shí)際，建立高效和有針對性的ELV管控體系。

參考文獻(xiàn)

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