【摘 要】在建设资源节约型、环境友好型社会的背景下,大力发展再制造将带来大的经济和社会效益。然而,由于公众对再制造产品的误解,认为再制造产品是质量低劣、性能不稳定的二手产品,从而制约了再制造的发展。现阶段,对提高再制造产品质量的研究集中在提高再制造零件的加工质量上,而对提高再制造产品装配精度的研究较少。但是,一味地提高零件的加工质量将导致再制造成本的大幅增加。因此,本文结合工程机械再制造装配的特点,提出一种工程机械再制造产品的优化选择装配方法,在不增加再制造成本的前提下,提高再制造产品的质量,同时提高装配成功率和再制造资源利用率。

  【关键词】机械;再制造;选配方法

  工业革命以来,全球经济飞速发展,人类在创造巨大的物质财富的同时,也极端消耗了全球的资源储备,传统的高投入、高消耗的生产模式给自然资源和自然环境带来了许多负面效应,造成全球范围内的生态失衡、资源短缺、环境污染等问题。制造业作为所有产业中最大的资源消耗者,同时也是最大的污染源之一.再制造工程的诞生为解决日益紧张的资源和能源问题提供了新的解决方案,再制造的毛坯是尚有使用价值的废旧零部件,通过采用先进的再制造修复技术,恢复原来的尺寸和形状等,并使再制造产品的质量和性能达到或超过原产品。

  一、工程机械再制造装配过程分析

  (一)工程机械再制造装配

  再制造装配是按照一定的技术要求,把再制造修复合格的退役旧件、可直接重用的零件和报废后更换的新件按照特定的再制造装配工艺流程安装组合成部件和再制造整机,并达到再制造產品规定的质量和技术标准的过程,它是再制造生产过程的最后一个环节,主要包括零部件的选择、部件和整机装配、调试等。再制造装配作业质量的好坏,不仅直接决定着再制造工程机械产品的质量,而且对再制造装配生产周期和再制造成本等都起着重要的影响。在再制造生产系统中,再制造装配的工作量在整个再制造生产过程中占有较大的比重,尤其是对采用单件小批量的再制造生产来说,再制造装配工时往往超过再制造生产工时的50%,在大批量生产中也约占再制造生产工时的30%~50%。因再制造产业在我国仍属于一个新兴产业,相关法律法规还不完善,尚未建立健全完善的退役工程机械回收体系,导致再制造毛坯获取受到相关法规和来源的限制,现阶段我国再制造生产企业普遍存在着生产规模小、生产技术差和装配效率低等问题。

  (二)工程机械再制造装配过程

  工程机械再制造是把大量报废的、性能严重下降的、出现严重故障的工程机械回收到再制造工厂中,在不损坏关键零部件的基础上进行拆解与清洗,通过性能测试、几何参数测定、寿命评估等手段,对退役零件进行分类,对具有再制造价值的零件采用先进的表面工程技术及其他加工技术进行修复,使得单一零件的几何参数、使用性能得到恢复或重用。组成整机的各零件根据实际情况采用不同手段处理后,在满足预定的整机性能要求时即可进入装配与调试阶段。一个完整的工程机械再制造过程可以划分为五个阶段。

  1.回收阶段

  该阶段是再制造企业从用户手中获取再制造毛坯的过程。由于多数再制造企业尚未建立完善的回收体系,该阶段主要是用户通过有偿或无偿的方式,把所拥有的退役产品返回到指定的回收网点。回收网点的回收人员通过对退役产品的品牌、使用年限、使用环境、当前工作状态以及维修历史等信息进行评估分析,初步判断退役产品的剩余价值,并把评估信息反馈给再制造企业,双方在回收价格方面达成一致后签订产品的回收协议。回收网点根据再制造企业的库存和生产计划,在合适的时间把退役产品通过逆向物流返回再制造企业,为再制造过程提供生产的原材料,该阶段是开展再制造工程的基础[1]。

 2.拆卸清洗阶段

  该阶段对回收入厂的退役工程机械进行鉴定并确定再制造方式,然后根据再制造方式把各组成单元拆散为单一的零部件,并根据零件的材料、损坏情况等选用对应的方法进行清洗。拆解是再制造加工的第一步,拆解应根据零部件的损毁程度选择合适的拆解方式,并以此为基础确定拆解深度,对于可再制造的总成或零部件,一般采用非破坏性或准破坏方式进行完全拆解。清洗的任务是洗去附着在零件上的灰尘、油污、锈渍以及表面的油漆涂层等,拆解和清洗是再制造加工过程的基础环节,为后续的再制造做准备。

  3.零件鉴定再制造修复阶段

  长期服役的零部件,其原有尺寸、表面质量等都会发生变化,无法满足再制造装配的要求[2]。因此零部件清洗后,需要对其进行鉴定,从中挑选出损伤、变形、有裂纹的零件,对这些零件的几何形状参数、表面质量、机械物理性能、零件的重量差和潜在缺陷等进行评估,确定其损坏程度和范围,判断其是否符合再制造的标准。根据评定结果把零件分为三类:①重用件,即不经过修复就可以直接使用的零件;②可再制造件,即经过再制造加工以后可以使用的零件;③报废件,即无法再制造加工或不符合再制造标准的零件,直接报废处理。再制造修复是对上述挑选出的可再制造类零件,根据其损坏的形式、范围、程度等采用多种方法对其进行恢复加工或升级改造,国内运用较多的修复技术包括表面工程法、电刷镀修复法、激光修复法、塑性变形法和机加工修理法等。零件修复后对其进行相关测试,保证再制造后零件的尺寸、形状和表面质量等满足使用的要求。

  二、工程机械再制造装配优化

  (一)再制造优化选配算法的求解流程

  蚁群算法是一个不断迭代寻优的进化算法,基于工程机械再制造装配的特点,对基本蚁群算法进行了改进[3]。改进后的算法更能反映出选配问题的需要,能够更快、更高效的获得较短路径的装配组合。

  (二)再制造优化选配程序的伪代码

  通过对基本蚁群算法理论的研究和再制造优化选配问题的描述,用基本蚁群算法求解再制造优化选配问题的程序伪代码可描述为:

  1: 系统输入。分别读取待装配零件的重用件、修复件和新件的数据信息,并构建尺寸的元胞矩阵,输入算法的参数。

  2: For i=1 to 3

  3: For j=1 to n

  4: 计算各零件的偏差和质量损失值;

  5: 把三种类型零件尺寸读到一个矩阵中,初始化信息素;

  6: End

  7: End

  8: While(Nc≤Nc_max)

  9: 把m 只蚂蚁放在虚拟起点;

  10: For i=1 to n

  11: For j=1 to m

  12: 按照公式(4.2)计算i组成环零件的转移概率,并按照式(4.3)为 第m只蚂蚁选择要访问的零件;

  13: 记录蚂蚁访问的零件的位置编号;

  14: End

  15: End

  16: For j=1 to m

  17: 计算本次迭代第m只蚂蚁的封闭环偏差;

  18: 去除不满足约束的路线,并记录满足约束的所有路线;

  19: End

  20: 判断第i 组成环的零件是否被重复访问,若是,则按最大化目标为原则选择一个;

  21: 记录可行路线,并计算装配成功率、再制造资源利用率和综合目标值;

  22: 计算可行解的路径长度;

  23: 按照公式(4.9)和 (4.10)进行信息素更新;

  24: 清空禁忌表,Nc=Nc+1;

  25: End while

  26: 求最大綜合目标值,输出最优装配方案。

  三、结语

  再制造工程通过先进的生产技术将废旧的机电产品进行彻底的拆解和修复,生产出等同于原新品质量和性能的再制造产品,不仅达到了资源的二次利用,降低了生产成本,而且还降低了因制造新零件而对原材料的需求,为发展绿色循环经济提供了解决方案。可以说再制造既是一种降低成本、节约资源的先进制造,又是一种节能环保的绿色制造。

  【参考文献】

  [1]宿彪,黄向明,任莹晖,王伏林,肖和,郑波.基于蚁群算法的工程机械再制造优化选配方法研究[J].机械工程学报,2017,53(05):60-68.

  [2]黄向明,宿彪,王伏林,张传杰.基于B/S模式的工程机械再制造过程信息追溯系统设计与实现[J].计算机应用与软件,2016,33(10):82-86+121.


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