工程機械再制造優(yōu)化方法研究

馮建偉

【摘要】近些年來，在國家的扶持和推動之下，加快了資源節(jié)約型社會建設(shè)工作的速度，通過加大對再制造的發(fā)展力度，能夠獲得更多的經(jīng)濟利潤，形成良好的社會效益與影響。不過，受到廣大民眾在再制造產(chǎn)品方面的認(rèn)知偏差影響，覺得再制造產(chǎn)品的質(zhì)量不過關(guān)，性能不可靠，屬于二手產(chǎn)品，嚴(yán)重妨礙到國內(nèi)再制造的可持續(xù)發(fā)展。一般來說，再制造產(chǎn)品的質(zhì)量則與零部件再制造加工處理之后的質(zhì)量、再制造裝配的精度等因素緊密相關(guān)。論文主要參考了工程機械再制造的特征，深入分析了針對建筑工程機械再制造的一類優(yōu)化選擇裝配方式，并且將再制造裝配尺寸鏈當(dāng)作約束，將再制造產(chǎn)品的質(zhì)量損失控制到最低，不僅提升了再制造資源的利用效率，而且使封閉環(huán)偏差波動也變小，最終從重用件、修復(fù)件以及新件當(dāng)作，科學(xué)選取一個最適合零件組合的方式，有助于使裝配精度得以提升，讓再制造產(chǎn)品質(zhì)量滿足有關(guān)規(guī)定。

【關(guān)鍵詞】工程機械;再制造;裝配質(zhì)量;優(yōu)化方法

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

20.

緒論

自從再制造工程出現(xiàn)之后，攻克了能源緊缺的難題，相較于傳統(tǒng)制造來說，再制造與其不同的地方集中在毛坯成型技術(shù)，借助新型的再制造修復(fù)技術(shù)，使從前的尺寸、外形得以恢復(fù)，讓再制造產(chǎn)品的質(zhì)量獲得保障。對比傳統(tǒng)制造來說，再制造毛坯來源發(fā)生了變化，能降低對礦產(chǎn)資源的開發(fā)量，所耗費的能源隨之下降。并且，提升了對廢舊產(chǎn)品的利用率，減小了帶給生態(tài)環(huán)境的破壞影響。對于建筑工程機械領(lǐng)域來說，應(yīng)該緊密聯(lián)系工程機械再制造的特征，做好工程機械再制造優(yōu)化工作，有助于提升裝配的精準(zhǔn)性，確保機械工程再制造產(chǎn)品的質(zhì)量達到相關(guān)規(guī)定。

一、工程機械再制造裝配過程的說明

1.工程機械再制造概述

工程機械再制造是以工程機械全壽命周期的規(guī)劃和管理為指導(dǎo)，以提高廢舊機械性能為目的，以高質(zhì)量、高效率的原則為指導(dǎo)的一系列技術(shù)措施或工程活動的總稱，節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保，采用先進技術(shù)和工業(yè)化生產(chǎn)方式，對即將被報廢的建筑機械進行維修和改造。傳統(tǒng)的機械制造鏈以機械的報廢而結(jié)束，而工程機械再制造則是從機械的報廢為起點開始的，這進一步擴大了這一產(chǎn)業(yè)鏈的延伸?？偟膩碚f，工程機械再制造特點是比較明顯的：首先是，再制造的產(chǎn)品無論是質(zhì)量還是性能都不低于新產(chǎn)品，但是和新產(chǎn)品相比較，成本只有一半，節(jié)省能源和材料60%、70%，在再制造過程中產(chǎn)生的大氣污染排放降低80%以上。

在工程機械的再制造過程中，必須將整臺機器拆成一個個單獨的零件，并設(shè)法清除零件上的污垢，這些工序非常容易造成環(huán)境污染，同時損壞的零件需要進行評估和維修才能恢復(fù)使用，所以，只有做到無損拆卸、綠色清潔、高質(zhì)量維修和高精度檢測，才是工程機械維修成功的關(guān)鍵。

再制造業(yè)具有經(jīng)濟效益好、生產(chǎn)成本低、節(jié)能環(huán)保等特點，使得再制造工程得到了長足的發(fā)展。有時其產(chǎn)品的性能甚至?xí)^新品的質(zhì)量。再者，再制造的節(jié)能節(jié)材符合我國當(dāng)前對環(huán)境保護的重視，也符合我國的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，是當(dāng)前我國市場經(jīng)濟快速發(fā)展的重要路徑。

2.針對工程機械再制造過程中不確定因素的探究

對于工程機械再制造的毛坯來說，屬于一種廢舊的工程機械，在供應(yīng)源方面由消費者流向相關(guān)再制造企業(yè)，對比新品的制造，再制造生產(chǎn)系統(tǒng)輸入存在逆向性、品種多樣、質(zhì)量良莠不齊等特征，形成諸多不確定影響因素，具體來說：第一，回收相關(guān)機械產(chǎn)品的來源十分多且較為分散，廢舊零件在數(shù)量、生產(chǎn)的時間等方面均無法明確。第二，對于各種損壞情況的零部件來說，采用的再制造修復(fù)技術(shù)也不一樣，造成經(jīng)過修復(fù)后零件的表面質(zhì)量、準(zhǔn)確性有所不同。第三，對于大部分再制造需要安裝的零件而言，均為修復(fù)件、重用件，二者的尺寸公差離散很大，偏移了中心，表現(xiàn)出非正太分布的質(zhì)量特征[1]。

3.工程機械再制造裝配質(zhì)量的相關(guān)影響因素分析

（1）等待裝配零部件的質(zhì)量因素

對于工程機械再制造產(chǎn)品來說，再制造裝配的質(zhì)量可以從相應(yīng)裝配體的精確度方面看出，裝配尺寸鏈的精確度則與其封閉的環(huán)尺寸緊密相關(guān)，在裝配尺寸鏈當(dāng)中，不同構(gòu)成環(huán)零件質(zhì)量的偏差體現(xiàn)在裝配尺寸鏈中的傳遞、積累等方面，和封閉環(huán)尺寸與目標(biāo)尺寸的偏離情況密切關(guān)聯(lián)，所以，機械工程再制造裝配質(zhì)量受到零部件加工精準(zhǔn)度方面的影響。

再制造裝配方式方面的因素

影響機械工程再制造裝配精準(zhǔn)度的因素與裝配的精度緊密相關(guān)。對于各種加工精度的再制造零件而言，需要確保所選取再制造裝配方式與技術(shù)的合理性，即便部分零部件的加工精度較低，依然可以確保整機裝配的精度達到相關(guān)規(guī)定。

（3）其他方面的影響因素

通常情況下，機械工程再制造生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)技術(shù)、所處的環(huán)境情況、再制造操控工作人員的專業(yè)能力均會帶給機械工程再制造產(chǎn)品的裝配質(zhì)量很大的影響[2]。

二、工程機械再制造優(yōu)化方法具體案例分析

1.曲柄連桿機構(gòu)介紹

在發(fā)動機中，曲柄連桿屬于主要的零件構(gòu)成部分，最重要的零件之一，也屬于發(fā)動機把相應(yīng)燃料燃燒形成的熱能轉(zhuǎn)化成機械能，然后輸出相應(yīng)動力的重要結(jié)構(gòu)。具體運行時，依靠曲柄連桿對燃料燃燒形成的高溫、高壓加以承受，并借助燃燒氣體的壓力作用，開展活塞往返運動，通過連桿、活塞銷把活塞往復(fù)運動變成曲軸旋轉(zhuǎn)運動，形成一定的扭矩，并且對外輸出相應(yīng)動力，達到驅(qū)動其他機構(gòu)的效果。所以，曲柄連桿機構(gòu)裝配質(zhì)量與發(fā)動機的性能、使用年限密切相關(guān)。

對于曲柄連桿運行環(huán)境來說，帶給發(fā)動機很大的影響，與裝配的精度、質(zhì)量均緊密關(guān)聯(lián)。以確保再制造發(fā)動機運行的可靠性，降低功耗量。進行再制造曲柄連桿裝配的時候，應(yīng)該掌握不同構(gòu)成零件之間的配合關(guān)聯(lián)[3]。

2.曲柄連桿選配當(dāng)中再制造優(yōu)化選配結(jié)果的分析

一般來說，機械工程制造裝配在曲柄連桿方面的裝配精度要求是很高的，因為被再制造技術(shù)、成本等方面的因素所影響，經(jīng)過修復(fù)處理之后，會使再制造件的精度下降，對比加工處理之后的新件，再制造件的零件尺寸偏離中心是大于新件的。假如應(yīng)用互換法進行裝配，有關(guān)零件的尺寸偏差則沿著裝配尺寸鏈進行傳遞、累積。以達到再制造裝配精度方面規(guī)定為目的，要求再制造企業(yè)運用分組裝配的方式，在對應(yīng)組中選用零件，完成裝配曲柄連桿機構(gòu)的任務(wù)。筆者依據(jù)所調(diào)查采集的相關(guān)數(shù)據(jù)，根據(jù)企業(yè)的分組方式，最多僅明確5套裝配策略，見下表2.1。

結(jié)合此次研究中涉及到的兩個選擇裝配評價指標(biāo)，科學(xué)評價最后的裝配結(jié)果，以便使得應(yīng)用此方式的裝配成功率是51%，再制造資源的利用率是33.2%。究其原因，主要在于上連桿瓦、下連桿瓦均為典型的易損件，同時再制造的價值很小，為此，進行再制造裝配的時候，運用到的均為新件，所以，此處涉及到的再制造資源利用率只對曲軸、連桿的利用率進行統(tǒng)計和整理，同時，在具體的選配策略當(dāng)中，無論是重用件，還是修復(fù)件，均采用個數(shù)進行代表。根據(jù)實際的評價結(jié)果，從中不難獲悉，根據(jù)再制造企業(yè)當(dāng)前采用的裝配方式進行裝配，一方面，將造成很多不匹配零件出現(xiàn)剩余的情況，使得制品被嚴(yán)重擠壓;另一方面，在修復(fù)件、重用件的利用率方面同樣是非常低的，提高了再制造企業(yè)經(jīng)營的經(jīng)濟成本。

在此過程當(dāng)中，應(yīng)用科學(xué)的再制造優(yōu)化選配方式，通過運用相關(guān)matlab2012軟件，將相關(guān)數(shù)據(jù)信息作為主要的對象，對其實施編程仿真處理，經(jīng)過迭代300次之后，一共得到10套可以達到再制造裝配間隙規(guī)定的曲軸、連桿裝配組合策略，matlab輸出的裝配組合可以發(fā)揮出良好的作用。而曲柄連桿機構(gòu)最佳的優(yōu)化裝配組合策略情況則見下圖1。

通過結(jié)合相關(guān)曲柄連桿機構(gòu)的最后優(yōu)化組合結(jié)果情況，可以運用零部件處于矩陣當(dāng)中的位置代表bestTour，對于第一列來說，各個數(shù)值均存在4個，依然表示的為曲軸的4個連桿頸，主要涵蓋了曲軸、連桿、上連桿瓦以及下連桿瓦，各行則組成了一個裝配尺寸鏈。并且將優(yōu)化組合策略當(dāng)中的位置編號準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換成零件編號之后，具體的組合情況見下表2.2。

運用兩個選擇裝配評價指標(biāo)能夠科學(xué)評價上表2.2當(dāng)中的具體裝配結(jié)果，然后合理運用制造優(yōu)化選配方式得到最后的裝配方案，相應(yīng)的匹配成功率是100%，而再制造裝配的綜合目標(biāo)值QL=0.688，相應(yīng)的再制造資源利用率則為79%。很多企業(yè)當(dāng)前的分組裝配方式與再制造優(yōu)化選配方式的評價結(jié)果比較情況見下圖2。

結(jié)合上圖2，從中不難看出，和再制造企業(yè)當(dāng)前運用的分組裝配方式進行對比，依靠再制造優(yōu)化選配方式能夠明顯提升重用件、修復(fù)件、新件相應(yīng)的匹配成功幾率，并且，運用此種方式，可以達到再制造裝配精度的相關(guān)要求，將重用件、修復(fù)件作為首選，使得再制造零件相應(yīng)的利用率得以一定的提升，達到使再制造企業(yè)實際的再制造經(jīng)濟成本得以下降。當(dāng)然，應(yīng)用此種方式的過程當(dāng)中，需要緊密結(jié)合客戶、企業(yè)相關(guān)裝配規(guī)定，以便明確再制造零件的具體裝配組合策略，確保再制造裝配的質(zhì)量獲得保障，提升相應(yīng)的效率與生產(chǎn)柔性，獲得更多的經(jīng)濟收益[4]。

三、對我國工程機械再制造發(fā)展的建議

1.健全技術(shù)體系、完善法律法規(guī)

要構(gòu)建行業(yè)技術(shù)體系，促進產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。工程機械種類繁多，各種設(shè)備的結(jié)構(gòu)各有特點。此外，設(shè)備的工作條件不同，零件的損壞形式也不同，要積極借鑒國外的成功經(jīng)驗，建立完善的再制造技術(shù)體系。要認(rèn)識到行業(yè)的發(fā)展離不開國家政策扶持和法律保護，要從立法層面確保行業(yè)的健康發(fā)展。要給予政策支持和傾斜，鼓勵學(xué)校、科研院所以及相關(guān)企業(yè)積極研發(fā)新技術(shù)，逐步建立行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量保證體系，在技術(shù)開發(fā)中全面考慮機械產(chǎn)品的可再制造型，使工程機械制造業(yè)與再制造業(yè)緊密聯(lián)系起來，促進整個機械行業(yè)的強勁發(fā)展。

2.提高社會認(rèn)識、注重人才培養(yǎng)

當(dāng)前，中國制造業(yè)正從生產(chǎn)型制造向服務(wù)型制造轉(zhuǎn)變，消費者對產(chǎn)品后續(xù)服務(wù)的關(guān)注度將越來越高。因此，要加強工程機械再制造技術(shù)的推廣，讓消費者了解再制造技術(shù)的優(yōu)勢，要宣傳再制造產(chǎn)品的質(zhì)量，消除消費者對加工產(chǎn)品質(zhì)量的疑慮，為工程機械加工產(chǎn)品創(chuàng)造更廣闊的市場。工程機械的再制造過程包括拆解、安裝、焊接、修理、檢測、材料等多個學(xué)科。但是，目前這一行業(yè)的職業(yè)教育尚不能滿足行業(yè)對人才的需求，未來專業(yè)人才的缺口巨大。今后要注重復(fù)合型人才的培養(yǎng)，為工程機械改造行業(yè)培養(yǎng)更多的專業(yè)人才。

3.依靠網(wǎng)絡(luò)平臺、改進產(chǎn)品供應(yīng)

結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”理念，將分散的再制造單元整合成一個基于網(wǎng)絡(luò)的再制造系統(tǒng)，充分利用信息技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的優(yōu)勢，使得系統(tǒng)能對市場做出快速反應(yīng)。為了提高產(chǎn)品設(shè)計和安裝的速度，降低生產(chǎn)成本，企業(yè)越來越重視工程機械零部件的互換性和標(biāo)準(zhǔn)化，在開發(fā)新產(chǎn)品后，還為客戶提供零部件，這些零件大多放在公司倉庫，造成資源浪費，有些零件在使用前就已經(jīng)過期，比如類似密封圈等配件?？梢砸劳芯W(wǎng)絡(luò)技術(shù)，建立再制造零件信息共享平臺，不同品牌的企業(yè)可以在平臺上共享庫存信息，再制造企業(yè)能夠簡單快速了解配件庫存信息，及時聯(lián)系，降低成本。

結(jié)論：

作為機械工程再制造生產(chǎn)當(dāng)中的最終環(huán)節(jié)，再制造裝配十分關(guān)鍵，有關(guān)再制造產(chǎn)品質(zhì)量受到裝配精度方面的很大影響。此次研究結(jié)合工程機械再制造產(chǎn)品裝配情況，采用了科學(xué)裝配方式，將裝配尺寸鏈當(dāng)作約束，參考了多元質(zhì)量損失函數(shù)、封閉環(huán)偏差波動函數(shù)等，同時運用了蟻群優(yōu)化算法，使重用件、修復(fù)件等獲得改進和優(yōu)化。然后根據(jù)實際案例，應(yīng)用此方法，可以減小再制造過程相關(guān)不確定因素的傳遞、累計帶給裝配產(chǎn)品質(zhì)量的不良影響，有助于確保機械工程再制造產(chǎn)品的裝配精度、安全性，使相應(yīng)重用件、修復(fù)件的利用率也獲得了提升。

參考文獻：

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[2]范佳靜，曹玉華，曹敏.基于GABP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測法的工程機械再制造員工效率研究[J].工業(yè)技術(shù)經(jīng)濟，2018，37（008）：147-153.

[3]王玉鑫，李曉海，李杰，等.工程機械再制造產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方向的研究[J].機械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2017，000（008）：36-39，46.

[4]赫景榮，關(guān)曉晨.工程機械再制造產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方向的研究[J].工程技術(shù)（文摘版）：00111-00111.