（管理科学与工程专业论文）再制造策略研究.pdf

接要 再翻造策略应该贯襁产晶全生命瘸藕。本文戳兼其翻造，霉铡逸功能静集成系 统为对象，研究产品设计、生产、销售及网收各阶段的再制造相关概念、理论和 模鼙、雾法。蓄毙，疆密了“瑟窝过程蠡孽褥翻造竣毒卡”理念；分橱了孬篱l 造设计 和其它设计方法的异同点及相互关系；建搬了产品可再制造性评价指标体系，并 采瘸灰色关联分辑法进行产品设诗方寨译徐。缝瑟，挺密了集疲系统懿生产诗戴 和库存控制策略；导出了不同策略下单位时间系统总费用的计算公式。然后，定 瞧遮讨论了秀裁造产瑟营镌懿孝誓豫准懿；建立了缓霪差募定徐攘鼙霹税率一徐掺 模型，定量研究消费者和政府的千亍为对企业定价策略的影响。最厢，建立了基于 p e t r i 羁理谂戆废l 鲢产燕妻垂鳃模型；绘出了经济最貔爨辩、摆定零帮转攥鲻秘竞全 拆卸的最优方案生成算法。 关键粥：再裁遣全生会周鞭割造霉髑瀵纂戎系统 a b s t r a c t t h es t r a t e g yo fr e m a n u f a c t u r i n gs h o u l db ei m p l e m e n t e dt h r o u g ht h ew h o l el i f e c y c l eo fp r o d u c t s t u d y i n gt h ep h a s e so fp r o d u c td e s i g n i n g ，p r o d u c i n g ，m a r k e t i n ga n d r e c y c l i n gp r o c e s sw i t h i nam a n u f a c t u r i n g r e m a n u f a c t u r i n g - i n t e g r a t e ds y s t e m ，t h i sp a p e r p r o p o s e ds o m ec o n c e p t s ，t h e o r i e s ，m o d e l sa n da l g o r i t h m sr e l a t e dt or e m a n u f a c t u r i n g a sf o rd e s i g n ，an e wi d e ao f “p r o c e s s - o r i e n t e dd e s i g nf o rr e m a n u f a c t u r i n g i sp u t f o r w a r d ；t h ed i f f e r e n c e sa n dr e l a t i o n s h i pb e t w e e nd e s i g n f o r r e m a n u f a c t u r i n gm e t h o d a n do t h e r d e s i g n m e t h o d si s a n a l y z e d ；a r e rb u i l d i n g ai n d e x s y s t e m ，t h e r e m a n u f a c t u r a b i l i t yo fv a r i o u sp r o d u c td e s i g np l a n s i se v a l u a t e du s i n gt h er e l a t i o n a l a n a l y s i s m e t h o do ft h e g r a ys y s t e mt h e o r y t h ep u l l d i s p o s a ls t r a t e g y a n dt h e p u s h - d i s p o s a ls t r a t e g yc o n t r o l l i n g t h e p r o d u c t i o n a n ds t o c ko ft h e m a n u f a c t u r i n g r e m a n u f a c t u r i n g - i n t e g r a t e ds y s t e ma r ea d v a n c e d ；t h et o t a ls y s t e mc o s t p e ru n i to f t i m e u n d e rt h ec o n t r o lo f e a c hs t r a t e g yi sc a l c u l a t e d s o m es p e c i a lg u i d e l i n e s o ft h em a r k e t i n go fm a n u f a c t u r e d r e m a n u f a e t u r e dp r o d u c t sa r ed i s c u s s e d ；t w ok i n d so f p r i c i n gm o d e l a r eb u i r ，s t u d y i n gt h ei m p a c to f t h ea c t i o no fc u s t o m e r sa n dg o v e r n m e n t o nt h ep r i c i n gs t r a t e g yo fe n t e r p r i s e s a tl a s t ，ad i s a s s e m b l ym o d e lb a s e do nt h et h e o r y o fp e t r in e ti s b u i k ；a l g o r i t h m so ft h r e ek i n d so fd i s a s s e m b l y , i e ，c o s t e f f i c i e n t d i s a s s e m b l y , p a r t - d e s i g n a t e dd i s a s s e m b l y a n d c o m p l e t ed i s a s s e m b l y , a r ep u t f o r w a r d k e y w o r d ：r e m a n u f a c t u r i n g w h o l el i f ee y d e m a n u f a c t u r i n g r e m a n u f a c t u r i n g - i n t e g r a t e ds y s t e m 创新性声明 本人声明所呈交的论文是我个人襁导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成采。尽我所知，除了文串耨剐热戳搽注移致谢中所罗列的斑容醵矫，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或 其它教育梳构豹学霞袋证书磷使蘑过瓣材辩。与我一闲工佟髓蓠恚辩本研究掰徽 的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 牵请学位论文与瓷稀若有不实之楚，本人窳撵一锈裙关责任。 本人签名：i 釜墅量舀麓：主竺主：兰： 关于论文使用授权的说明 本人完全了释嚣安邀子秘技大学鸯关保黧髑使曩学整论文戆援定，郄：磷究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕 韭褰较嚣，发装论文或使曩论文王 睾成果冀重襞名单垃仍然隽嚣安电予辩技丈攀。 学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全 豢或郝分内容，霹戳灸诲采建影印、缝印或其它复划警段保存论文； 本入签名：缝i 主 黝签名：坌垄 日期； 日期：兰1 2 ：量 第一章绪论 i 第一章绪论 1 1 再制造的产生与发展 1 1 1 再制造产生的背景 1 、严峻的环境状况 二十世纪，全球经济高速发展，与此同时，对自然资源的任意开发和对自然 环境的无偿使用造成资源浪费和短缺、环境污染和生态破坏等重大问题。 机电产品制造业是各行业中最大的资源消耗者和环境污染源首先通过矿 产开掘和冶炼获得原材料，再经过毛坯制造和机械加工制成产品，这些产品使用 一段时间后即被废弃。众所周知，矿产资源是不可再生的；毛坯制造和机械加工 要消耗大量的能源并产生大量的废弃物：产品报废所形成的废弃物数量更为惊人。 据调查统计，造成全球环境污染的排放物中，7 0 以上来自于制造业( 每年产生约 5 5 亿吨无害废物和7 亿吨有害废物) 。 由于消费品大量普及，加之产品生命周期缩短，废弃产品的数量急剧增加。 据悉，欧盟每年报废近1 0 0 0 万辆汽车；1 9 9 6 年，全球报废约2 4 0 0 万辆汽车：1 9 9 6 年，英国淘汰约1 0 0 万台电脑：2 0 0 0 年，全球淘汰约2 0 0 0 万台电脑；预计到2 0 0 4 年，仅美国就将废弃约3 1 5 亿台电脑。 国内的情况也不容乐观。我国是家电生产和消费大国，目前电冰箱保有量已 达1 2 亿台，洗衣机1 7 亿台，电视机4 亿台。8 0 年代投入使用的电冰箱、洗衣 机、电视机绝大多数已经到了报废期。未来几年，我国需要报废的家用电器数量 将大幅度上升，预计今后每年需要报废的电冰箱达4 0 0 万台，洗衣机约5 0 0 万台， 电视机为5 0 0 万台以上。另据估计，到2 0 0 2 年末，中国打印机保有量为：针式打 印机6 4 6 万台，喷墨打印机8 9 2 万台，激光打印机3 5 6 万台。大约消耗色带芯及 框架5 5 5 7 万个，喷墨盒( 墨水) 3 5 7 0 万个，激光鼓粉盒组件3 0 0 万个，粉盒1 0 0 0 万个，所产生的固体废弃物达3 0 万立方米，重1 6 4 万吨，可装满5 0 0 0 个火车皮。 这些废料如填埋地下，1 0 0 0 年以后仍不会降解。此外，最近几年我国家用电脑的 拥有量增长很快，目前已近1 6 0 0 万台。由于电脑更新换代很快，因此废弃电脑数 量将激增。 2 、严格的法律法规 整个人类的生存环境正面临资源日益匮乏、机电产品废弃物日益增多的威胁。 针对这种严峻的现实情况，世界上许多国家的政府相继制定了有关废弃物处理的 法律法规： 再制造策略研究 美国各州新出台了有关垃圾填埋场的严格规定，所谓“用后退回”的立 法，使制造商不得不改变业已习惯的旧式生产方式和行为。 欧洲各国在“绿色工业革命”的大旗下，通过立法把产品报废后的处置 责任从消费者转移到制造商身上。欧盟已制定电子产品循环再生法例，规定 “由生产者负责”的原则，要求制造商对其产品在全生命周期各个阶段造成的环 境影响负责，相关垃圾的回收和处理费用也由制造商承担。欧盟还通过了一项规 定，要求汽车制造商回收和处理旧车。而法国政府早在数年前就颁布法律，规定 到2 0 0 2 年7 月，只有不能再进行任何处理的垃圾，才有资格进垃圾场。荷兰的电 子产品回收计划要求制造商及进口商进行废弃产品的处理和再利用。在德国、意 大利、比利时、丹麦、瑞典和瑞士，类似的自发性协议也正在施行。 日本政府则制定政策，要求制造商、零售商和消费者分担产品回收费用： 消费者付回收费，零售商负责收集，而制造商则保证对6 0 以上的废旧产品进行回 收利用。日本通产省于1 9 9 8 年6 月公布的家用电器回收利用法已于2 0 0 1 年4 月正式实施，对电视机、洗衣机、电冰箱和空调强制实行回收利用。另外，日本 还颁布了环保商品购买法、有效利用资源促进法、推进建立循环型社 会基本法等七项法律，基本精神包括资源再利用、旧产品与旧零部件再利用和 减少废弃物，希望走出大量生产、大量消费、大量废弃的社会，朝向实现资源再 利用的2 l 世纪“循环型社会”迈进。 我国在环境立法方面起步较晚，但也已开始启动。李岚清副总理曾经两 次作出批示，要求国家经贸委牵头，认真研究促进建立我国废旧物资回收利用体 系的政策和措施。目前我国正在组织修订资源综合利用目录，制定再生资源 回收利用法和废旧家电、废旧电脑管理办法。 3 、废旧产品回收再利用 废旧产品的日益增多和政府法规的日趋加强，要求企业在产品生命周期结束 之后，不能置之不理。而要进行回收再利用。回收再利用能够提取废1 日产品中有 用的剩余价值，实现废旧产品的再生。 根据处理方法和工艺技术的不同，废旧产品的回收再利用方式可分为以下几 种( 如图1 1 所示) ：重用( r e u s i n g ) 、维修( r e p a i r i n g ) 、再制造( r e m a n u f a c t u r i n g ) 、零 件重用( r e u t i l i z i n g ) 及材料回收( r e c y c l i n g ) 。 重用：即直接重用。指废旧产品无需作任何处理或只需作简单的清洁、涂覆 处理后即可重新使用。重用方式一般适用于将废旧产品由经济、技术发达的消费 群转向不发达的消费群的情况。 维修：即维修后重用。指对废旧产品零部件的故障进行维修后，重新使用。 再制造：对废旧产品零部件采用高新表面工程技术和其它加工技术进行翻新， 使其尺寸、形状和性能等得以恢复，形成再制造产品。 第一章绪论 零部件重用：将拆卸而得的单个零部件重新投入产品生产中。 材料回收：当废旧产品的零部件不再具备使用价值且难以加工还原时，可回 收其材料并重新利用。 一j 一i 一一一j 。一j 一一j 一l 蔷袈i 裂 矗 维修； 重用吲收：；重用 ：l 制造：i ”：i 4 图1 1 废旧产品l _ 二! | 收再利用方式 另外，对于已经失去回收再利用价值的废旧产品，必须将其填埋( 1 a n d f i l l i n g ) 以避免或减少环境污染。 1 1 2 再制造的概念 在众多的废旧产品回收再利用方式中，再制造是技术含量最大、附加值最高、 应用前景最广的一种。通过废旧产品的再制造和再使用，可以显著地减少对环境 的不利影响：不仅能减少废弃物和垃圾的产生，而且能减少制造过程中能源和原 材料的消耗。另外，再制造能够恢复产品的几何形状，使得产品可以像原来的新 产品一样重新投入使用或降格使用。因此，再制造是缓解环境污染、减少资源浪 费和恢复废旧产品性能的最有效途径，是一项符合国家可持续发展战略的绿色系 统工程例。 1 再制造的定义 目前，学术界有关“再制造”( r e m a n u f a e t u r i n g ) 的提法很多，主要包括以下几 种： 再制造生产是指对全生命周期内回收的产品进行拆卸和清洗，对某些零 件采用高新表面工程技术及其它加工技术进行翻新和再装配，使零部件的尺寸、 形状和性能等得以恢复和重新利用的过程 3 】。 再制造工程是一个统筹考虑产品部件全寿命周期管理的系统工程，是利 用原有零件并采用再制造成型技术( 包括高新表面工程技术及其它加工技术) ，使 零部件恢复尺寸、形状和性能，形成再制造的产品【4 】。 4 再制造策略研究 荐制造工程是一个以产晶全寿命周期管理为指导，以优质、商效、节能、 节材、环保为朗标，以先进技术和产业化生产为手段进行修复改造废旧产品的一 系列技术措施或工程滔动的总称 5 】。 再制越是一个将废旧产品恢复到“像新的一样的状态”的工她过程。在 稃制造工厂中，回收的废弃产黼被完龛拆卸，其中可用的旧零部侔被清洗、翻掰 后投入源材料艨，然后用这些旧零部件( 必要时也用新零部件) 制造出性能和新 产品完全一样熬至更德的产品睁l 。 。匿1 2 再制避生产渡瑕 综上所述，我们给出较为准确、完整的再制造的定义如下： 番翻造，叉称绿色秀制造王程，楚先遴制造技寒鹣一个黧簧缝成都分和缎篪 方向，是2 1 世纪极具潜力的新挺产业，是一个统筹考虑产品及其零部件全生命周 期设话释管瑾豹系统工程。宅疆饶震、嵩效、安全、霹靠、带能、节榜、环绦为 目标，采用先进加工技术和产业化生产方式，对回收的废旧产晶进行拆卸和清洗， 对其中莱些零帮伴迸簿翻薪，使零部静静尺专、形妖_ 穰牲髓等褥班恢褰，然纛鬟 新利用这些零件进行装配，从而形成褥制造产鼎。 在这墨，雾涮建静鼹象“产菇”是一令广义瓣范畴，窀甄霹毅是设蘩、 设施、系统，也可以是其零部件。 铁器暴l 造豹定义霹以看出，霉割造 2 主炎澡鼗环境菇核心，在优先考虑声燕豹 可回收性、可拆卸性、可再制造性和可维护性等环境属性的同时，保证产品优质、 凑效、第毙、带糖等基零性能，麸嚣搜退役产爨在对环境豹受嚣影响簸零，资源 利用率最高，投入费用最小的情况下藏新达到嫒佳的性能要求，并实现企业缀济 第一章绪论 5 效益和社会效益协调优化。 绿色再制造工程的生产流程如图1 2 所示。 2 再制造的特点 绿色再制造工程采用快速成型技术、功能覆层技术、现代检测技术、质量控 制技术等领域的最新成就，应用零件失效机理、损伤行为和使用价值评估等方面 的最新成果，达到优质、高效、低耗、清洁、灵活生产的目的。作为现代制造业 的可持续发展模式，再制造工程具有和其它制造技术不同的特点： 再制造工程与传统制造技术的最主要差别在于使用的毛坯不同。传统制造 ( m a n u f a c t u r i n g ) 是用新的原材料经过锻、铸、焊制成毛坯，而再制造是以废旧产品 中那些可以继续使用或经过修复可以使用的零部件作为毛坯，这就省去了矿产的 开采、冶炼和毛坯的初级加工，从而实现节能、节材、节约资源和减轻污染的目 标，所以再制造工程被冠以“绿色”的称号。 再制造也不同于维修。首先，维修主要是针对使用过程中因磨损或腐蚀等原 因不能正常使用的个别零件进行修复：再制造则是在整个产品报废后，通过先进 技术手段形成新的产品【4 】a 其次，虽然维修( r e p a i r i n g ) 也是以废旧零部件作为毛坯 且也具有节能、节材、节约资源、降低污染的优越性能，但是，传统的维修以单 台设备为生产对象，因而具有手工业作坊的特点，其生产效率的提高和各项优越 性能的发挥都受到很大的局限。与此形成对比，再制造以大批待用废旧零部件为 生产对象，以大批量的、现代化工业生产的方式进行，其生产效率大大提高，各 项优越性能得到充分发挥。再次，维修的目的是恢复产品原来的性能，而再制造 则是要使产品的性能上一个层次。所以说绿色再制造工程是传统设备维修的提高 和高技术产业化发展。 再制造与回收利用废旧产品的材料也不一样。材料回收( r e c y c l i n g ) 是把废旧产 品重新转变为原材料并加以利用，这种方式往往会消耗大量能源并污染环境，而 且产生的是低级材料。再制造则是将废旧产品进行翻新，按照再制造的方式，产 品或零部件的状况经过调整，可以一次又一次地重复使用，从而节省能源、资会 和垃圾填埋空间。 。 举例来说，汽车发动机再制造既不是一般的发动机制造，也不是普通的发动 机维修，更不是发动机材料的回收再利用，而是一个全新的概念。新发动机的制 造是从原材料开始，经过复杂的专业化生产过程，制造出产品。发动机维修仅限 于磨损件的更换和极少量的机械加工，质量和性能不能完全保证，大量仍有使用 价值的零部件得不到充分利用，且维修周期过长。发动机材料回收是将制造发动 机的材料回炉冶炼，然后可制成其它机器设备或建材。而发动机再制造则是将旧 发动机视为“毛坯”，按照严格的技术要求，采用专门的加工设备和生产工艺，分 门别类地对发动机上的每个零部件进行全面测试和加工，使其性能达到新发动机 6 再制造策略研究 的标准要求，整机检测合格后喷涂包装出厂。 1 1 3 国内外再制造业发展动态 美国、日本和欧洲对绿色再制造工程高度重视，再制造部件公司发展十分迅 速。美国波士顿大学制造工程学教授罗伯特伦德收集的1 9 9 6 年的统计资料表明， 美国已形成拥有4 8 万员工、资产总值高达5 3 0 亿美元的绿色再制造产业【4 1 。目前， 全球再制造业共有7 3 0 0 0 家公司，年销售额相当于美国钢铁工业的年产值。再制 造的对象林林总总，从汽车发动机到电脑、打印机，几乎所有的产品都可以通过 再制造“旧貌换新颜”。 1 、汽车再制造 汽车零部件的再制造研究最早，并且应用也最为广泛，已经形成了规模很大 的产业。 美国的亨利福特是第一个认识到“再制造”这种可能性的人，早在2 0 世纪 3 0 年代，他就开设了一家工厂来再制造汽车发动机。如今，再制造发动机在汽车 工业发达的欧美国家已有5 0 多年历史，并被社会广为接受和广泛采用。从技术标 准、生产工艺、加工设备、配件供应到销售和售后服务，已经形成一套完整的体 系，积累了成熟的技术和丰富的经验，且形成了相当的规模。在美国和欧洲都有 专门的发动机再制造协会，仅在美国该协会就有1 6 0 多个会员。世界著名的汽车 制造厂如福特、通用、大众、雷诺等，或者与其它独立的专业发动机再制造公司 长期保持固定的合作关系，或者有自己的发动机再制造厂。仅德国大众就已再制 造发动机7 2 0 万台。 在我国，汽车发动机再制造业方兴未艾。由中国重型汽车集团公司与英国 s a n d w e l l 公司及i s t e 公司合资创办的济南复强动力有限公司，是国内第一家真正 意义上的汽车发动机再制造企业。上海大众联合发展有限公司也于两年多前推出 了再制造发动机。到2 0 0 2 年2 月，已装车2 0 0 0 多台，用户反映性能良好，并逐 渐引起了有关部门的重视。这种再制造发动机采用德国大众的先进技术、标准和 经验，并承诺与新机同样的保修和索赔条例，质量、性能和售后服务与新机一致， 而价格仅为新机的5 5 。该发动机经国家内燃机质量监督检验中心检测合格，并已 获得上海市人民政府交通办公室颁发的经营许可证。 除了发动机，汽车制造商还再制造其它的汽车零部件。 1 9 9 3 年，美国福特、通用、克莱斯勒三大汽车公司结成回收联盟，共同在密 西根创立了汽车回收开发中心，专门研究汽车的拆卸、再制造和循环再利用。今 日美国1 9 9 9 年4 月2 7 日报道，福特汽车公司拟建一个旧部件交流中心，将充分 利用回收再制造的部件，实现1 0 亿美元的年营业额【副。从9 0 年代中期以来，美国 汽车零部件翻新、重新出售每年获利数十亿美元。据美国汽车零部件再制造商协 第一章绪论 会主席威廉盖杰说，在美国5 3 0 亿美元的再制造业务中，汽车零部件再制造占 了2 3 左右。现在，美国的汽车制造商能够将汽车重量的7 5 重新利用起来。德国 宝马公司的汽车可回收零部件比例高达8 0 ，并有望进一步提高到9 5 。德国商 报1 9 9 9 年1 月刊登的文章未来l o 年的科技认为，2 0 0 6 2 0 0 7 年，全球将 普及节能汽车，这种汽车9 0 的材料和部件均可重新使用1 4 j 。 除了美国和德国的汽车公司，日本的丰田公司也在实施汽车拆卸回收工艺和 旧泵回收计划。 2 、电子产品再制造 由于市场变化加速了电子产品的更新换代，“电子垃圾”( 包括废弃的电脑、 打印机、电话、电冰箱及其它家用电器) 正在以惊人的速度增加，二十世纪6 0 年 代，一台电脑可以使用1 0 年，如今4 年就被淘汰。在有些地方，移动电话、电子 记事本和其它创新产品的使用寿命只有两年。焚烧“电子垃圾”时，会产生大量 的二恶英，不但长期污染空气、土壤和含水层，还威胁着人类的健康。 因此，如何妥善地处理“电子垃圾”，是一个亟待解决的问题。在这方面， 电脑和打印机的回收再制造比较具有代表性。 美国贝尔蒙特贸易公司的戴维加莱特说：“大多数被扔掉的电脑的功能都是 完好无损的，美国人就是不想要陈旧的技术。”该公司现在每个月处理大约1 2 万台用过的电脑。这些再制造电脑被销售到技术上处于劣势的国家，包括墨西哥 和俄罗斯。美国一些大企业认为，废弃电脑再制造是一个很有发展前途的行业。 除了贝尔蒙特这样的专业再制造公司，d e l l 和m m 等著名电脑制造商也开始从 顾客手中回收旧电脑，进行再制造。m m 于1 9 9 5 年7 月成立了一家名为“国际商 业用品”的子公司，专门为i b m 的用户提供电脑以旧换新业务，并将重新组装后 再制造电脑以低价卖出或者免费提供给社会公共机构。此外，m m 最近推出了p s 2 e 个人电脑，这种电脑的机体由可再生塑料制成，绝大部分可以回收再利用。 德国的一些大企业已经计划在全国设立1 0 0 个分拣站，以便把回收的旧电脑送回 工厂，重新加工改造，变旧为新。对旧电脑的回收再制造研究正在发达国家广泛 兴起。 现在，打印机再制造也已成为业界的一种普遍现象。国外众多知名的打印机 制造商都在采取积极有效的措施。h p 率先开展了“地球伙伴行动”，在2 7 个国 家推广回收计划，从1 9 9 2 年起，己回收3 9 0 0 万个鼓粉盒组件，减少废弃物4 9 1 3 6 吨。l e x m a r k 于2 0 0 1 年第四个季度提出“回收策略，把墨盒和硒鼓回收后再重新 利用，以减少公害”，此外，还将“升级的打印机耗材外型设计得与旧型号一致， 使旧部件能用到新机器上去”。e p s o n 、c a n o n 、x e r o x 等都在全球回收旧墨盒。荷 兰建有专门的墨盒收集中心c c c ( c a r t r i d g ec o l l e c t i o nc e n t e r ) ；墨盒再制造技术公 n ( c a r t r i d g er e m a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g yc o ) 遍布欧美。 b 再制造策略研究 中国在发展环保耗材的产业政策指导下，打瘁机荐制遗娅也倩然兴起，回收 硒鼓、墨盒组件的工作正在展开。主要耗材厂家如天威、业念都获得了i s 0 1 4 0 0 1 国际环保认诞。天威集团坚持“绿色打印”理念，全部采用再童材料：所有雹装均亩 再生纸张索4 成，并印有 r e c y c l e ”标志；所有塑料件都用p p 、a b s 可回收材料。清 华同方开发的耗材产龉，符禽欧疆d i r e c t i v e9 1 1 5 5 e c c 环保标准。宇宙、格力、 红石、高宝、天马等也都在朝开发环保型耗材方面努力。 除了上述典型产懿以外，再带选还有稷大的发展空离。1 9 9 2 年，臼本逶产省 与e | 本家电制造商共间投资5 0 亿日元，用于歼发家电处理集成系统，并计划于1 9 9 8 年建成一座示范鳌，l 、斌模实验工厂。在我国，一登鹣方荤彼睡准了惫冰籍、薄藐 车的褥制造。而美国豳防部融把“新的再制遮技术”列入2 0 1 0 年及其以后国防制 造工娩的薪整点。 1 2 再制造的研究现状 随着键界各国对绿色再隶8 造工耧的重褫，再南逸的理论研究稻磁遗褥戮了长 足发展。 匿夕 许多大学正在进行稀帝造技术的研究f 邵】。荑嚣氍南弗挝格勒商学院开 展了逆向后勤学( r e v e l f s el o g i s t i c s ，研究如何把废旧产品收回并再制造的学科) 的 教学；罗裰颓特理工学院t 9 9 1 年成纛了全国荐隶造和资源恢复中心。获事辫翻遥 工程的研究；田纳西大学无污染产品和技术研究中心则专门研究汽啦行业的再制 造技术；另蠢许多学校在工澈设计谦程中讲授荐翻逸技术，要求在工韭产赫设计 中考_ f 辍设备及其零部件的可樽制造性。 毒国羚鞠院，我凿靛霉籍造研究洚憝予起步狳浚，餐邑舜始受捌竣府蠢关部 门的驻视。发展再制造工程被国家列为“十蕊”计划科技进步和创新的重点任务； 秘技郝把再翻造成螫技术、鬻会译 蠢技术捌入“+ 纛”先避涮造技零发展懿澹； 国家自然科学基金委员会机械学科将再制造工程设计基础和成型技术列为“十 五”耋点资韵领域；“绿色秀麓造王穗及荬奁我国豹疯翔菸最”被霹入串鋈王程貌 咨询项目且现已完成。国内的许多科研院所和大学致力于再制造研究工作。1 9 9 9 年9 胃，工程魏械绦渗瞬究会翟嚣了第丸次全嚣瓤壤维蘩学零会谈，圭蘧为“2 l 世纪的维修绿色樽制造z 程”，论文集为绿色机械维修工程。工程院院士 稔滨士等人豹文章 2 1 毽纪豹再剃造工程鞠已被歉溯维掺强馋联爨国舔缭髂学 术会议选用，并在2 0 0 0 年3 月瑞典锻开的第1 5 届欧洲国际维修会议上宣读。机 械科学骚究黢蓬在进露渍洁裳产及车辆爨郄鞫嚣牧毅术豹磷究。主海交丈与蠹贸 部中国物资再生利用华东分公司合作，撰写丁探讨中国汽车销售、维修、二手 簿一攀蟪论 率交爨及麓峻潮丽一条热臀瓒模式的霹帮性报告；与福将公诼和遁丽公蔼合俸研 究嫒攀静程牧褥铡逡 、羽题；粤法翻糖抟工、救太学l w f 研究掰食骆，程废辫工妲赫 瑟收方露攥汗了磷究王俸。含耱王照大学开餍了梳械产灏可瑟毅设诗理论襁关键 技术没虱收攒标评徐体系鹣礤究。清华大学魄嬲太了对缭包王疆技术领域磷究豹 支持力痰，势懑缀秽美鬣t e x a s t e c h u n i v e r s i t y 巍避镶遣寰验嶷建立了美予绿氇竣 诗技术研究酌溜际仑 乍关系既 其钵蟪谎，褥锈逶领域豹疆究涉及藤缀广，主要霞据；襁念攒述、理论建立、 产赭积工慧设计、产赫失散分掇岛寿命谱髅、嚣救警瓣郄方法、鹱薰控潮管理、 蒜隶l 遮环境分耩、藏零分褥、综念评秘、稿荚敬襻v 开发等 ”。8 0 窜鼗旱裁，l u n d 等鞠穗对褥潮造领域弱诲移潮鼹滋跨了研究搽游，鬣括：产赫选择、枣滋壤潦、 蒜髓戆菠术、黯欢簿舔、壤穗因素及法律事墁蒜蝴硝拜。 下蕊舟缁荐涮逡镁域弗驽本文斑褰稠装翁蔻个方溪_ l 嚣筚来翡掰巍避蕊。 l 、产菇凌诗。一臻文献撵供褥籁逮设诗瓣基本潦裂黻爱蜜际寨裁l 2 - 。蠢望 交黻嚣遴舒产菇设诗方案瓣霹器剿途径浮 鑫 i s - t 硼。还宥类文熬怼蠢澍逡没谤遴 符费焉效羲凳辑f i t * 2 ”。爨膏夫薰文献专f 1 鹾囊器静浚诗i 2 2 髑。详绥穗嚣如下； ( 1 ) 礁铡迄设诗藤辩帮方法。主簧磷巍赣寇褥溯遣瓣基零没诗浓烈，势绘爨 一蹙蜜舔麓设诗寨镶。罄熬甍释麓竣谤蠹在蜜魂装鼯、强投襄矮爨、链缝等蓑统 设计囊搽戆麓瓣，设诗爨擞龆逶予孬巷造瓣产晶。 ( 瓣霹孬穰避链译辅。译赞产燕没嚣方寨魏露舞制造性磐环，麸争选撵霹孬 躺选瞧最德豹方察，竣是浚邀霹群露l 逑缝鞍差的露寨，叛迭至l 鞭期戆弱貅灏要求。 关键鬻瑟是建盘全蠢、系统、释学戆浮徐撬捺蒋系，遵取瑟予掇俸、麓筚窭溪翡 浮徐方法。 翁褥裁遥费耀，投鼗分褥。慈变霉铺港费爱，浚蕴努橱搂鍪，蛰慰其俸魏产 燕设计方勰，计辣慰其遴绁辫露邀联瀑静爨髑鞠蔗褥豹牧慈，羚加以比坡，扶两 选择疑滚经最簿豹寝嚣方寨，或楚蘸逡缀漭歉菝麓戆鬟计方察； ( 4 ) 撩舞设计。因基捺锻在缀犬程赛上决定渣褥镱l 漶鲍霹褥性及赞鼹，所默 称辫没量 楚霉裁娥凌嚣孛嚣豢重簧瓣一环。露关拆磐竣诗爨磷究缀多，奎要集枣 谯| 2 王下死个穷薅；总戆设计滕赠瀚建支；撰鲻缝擒模块划势勰按蕊技术；参荦卸深 发鳇霹究；爨辩黻痔魏化凝葵与经浇觳盏溪太纯鹣关系势耩；辑辫熬经济链鞠环 壤惹暴分橱；覆囱拆秘设计孵较彳牛野发；瓣镩设计与装配设谤的激容性分析；等 等。 2 、生产诗越稍瘁存撼麟。寄许多文献研究厨时其有产品满求和霞姨憾况下盼 生产鄹痒移翘题。其孛大部分研巍熬燕缎髂系统 鞠。捌。这耱系统救浚产撼的嚣求 岛隧收存程依簸关系( 繇运霹一个豳敖簿鹃产晶就需器一个禚鬻运孝亍盼产蕊) ，藩 鼠辑旃爨敖漳靛产晶都能蟛装修复。晏努，系统巾鹣产鼓蕊数 鞠运行中驹产晶 再制造策略研究 数加上维修中的产品数) 保持不变。因此，无需制造新产品。而另有一类系统同 时进行制造和再制造，针对这类系统，一些文献研究制造和再制造之间的协调问 题 3 4 - 3 9 】。 3 、市场营销。一些文献定性讨论针对再制造产品的特殊营销策略【柏- 4 4 ，包括 再制造产品的消费需求分析与目标市场选择，再制造产品的分销、定价和促销策 略等。少数文献建立定价模型，专门定量研究再制造产品的定价问题【4 5 1 。 4 、拆卸方案及模型。大量文献研究废旧产品回收后的拆卸方案 4 6 - 5 0 】。目前常 用的产品拆卸模型主要有关系模型、有向图和a n d o r 图【5 “。 关系模型是用系列的向量通过逻辑“与”和“或”运算表示可能的拆卸状 态，当运算结果为“真”对，表示相应的拆卸状态存在；反之，则表示该状态不 存在。向量的元素是逻辑量，其中一个元素代表一个零部件，当元素取“真”值 时，表示对应的零部件已经拆卸下来：反之，则表示该零部件不存在。这种拆卸 模型的缺点是：有些状态满足判别条件，但却不是物理上有意义的拆卸方案。 有向图是以图的节点表示零部件，以图的边表示拆卸的先后顺序。这种拆卸模 型直观地显示了所有的拆卸方案，其缺点是：当产品的零部件数目较多时，节点 数目随之增多，拆卸方案的优化比较困难。 图1 3 电话的a n d o r 图 类似于有向图，s a n d e r s o n 等提出的a n d o r 图也是以节点表示零部件。其中 叶子节点表示零件，无法继续分解，其它节点表示产品( 根节点) 或部件，均可 分解为两个子节点，每一个节点与其两个子节点分别由两条线连接，两条线之间 有一个圆弧，表示这两条线同时存在，是逻辑“a n d ”的关系，即每一个产品或 部件拆卸得到两个零部件。同一个节点可有不同的分解方法，用若干带圆弧的“线 第一章绪论 对”表示，“线对”之间是逻辑“o r ”关系，表示每一个产品或部件可有多种拆卸 方法，只能从中选择一种。图1 3 给出了由a b c d e 五个零件组成的电话听筒的 a n d o r 图。a n d o r 图能够显示所有可能的拆卸方案，而且节点较少，当产品 含有5 个以上的零件时，a n d o r 图的节点数比有向图少。 1 3 本文的研究目的、对象和内容 1 3 1 本文的研究意义及目的 再制造改变了传统的设计和制造思想，它符合发展知识经济和节能、节材、 减少环境污染的要求，是资源有效利用和经济社会可持续发展的保证。再制造还 能延长机电产品的寿命，充分提取报废产品中的可利用价值，从而创造更多的利 润。因此，对再制造的研究是产业界的迫切需要，具有十分重大的现实意义。 在现有再制造理论和研究成果的基础上。本文探讨有关再制造的一些重要问 题，目的在于：澄清一些模糊的概念，以丰富和完善再制造的学科范畴和理论基 础；倡导绿色再制造理念，增强企业的环境意识，帮助企业正确认识再制造在工 业发展中的重要地位和作用；给出一些有效而实用的方法和策略，为正在进行再 制造的企业和有意于引入再制造的企业提供理论指导和建议；为企业探索适应可 持续发展战略的经营模式和发展道路，为再制造产业在我国的建立和发展起到一 定的推动作用。 1 3 2 本文的研究对象 从图1 2 中可以看出，再制造分为以下两种情况【5 】：( 1 ) 再制造加工把有 剩余寿命的废旧零部件作为再制造毛坯，采用快速成型技术、先进表面技术、修 复热处理技术等加工技术，使其迅速恢复或超过原技术性能和应用价值，形成再 制造的产品的工艺过程。这一过程延长了产品的全生命周期( 即产品自身经历的 制造、使用及退出的整个周期) 。( 2 ) 过时产品的性能升级针对技术性能落后、 经济性变差的产品，或是不符合可持续发展要求的产品，通过技术改造、更新， 特别是通过引进新材料、新技术、新工艺等，提高产品的技术性能、延长产品的 使用寿命、减少环境污染、节约能源和资源的技术提升。这种提升事实上扩展了 产品的技术生命周期f 8 】( 即零部件、产品或产品系列中采用的技术引入、成熟及过 时的整个周期) 。本文研究其中的第一种情况，即下文中的再制造均特指再制造加 工。 从事再制造活动的企业有两种1 5 2 l ：一种是独立的再制造企业( i n d e p e n d e n t r e m a n u f a e t u r e r ) ，这类企业单独进行回收产品的再制造；另一种是引入再制造的 再制造策略研究 o e m ( o r i g i n a le q u i p m e n tm a n u f a c t u r e r ) ，这类企业一方面用新原材料制造零部件， 另一方面也再制造废旧零部件，然后将它们组装为产品。本文研究的是后者 兼具制造和再制造两种功能的企业，我们称之为制造再制造集成系统。在如图1 4 所示的供应链中，从供应商处采购的原材料被运送给生产商，用于制造产品，然 后通过分销系统将产品运到各零售点销售。最后，消费者将不再使用的废旧产品 送到回收点，所回收废旧产品的零部件由生产商熏新进行再制造。这里的生产商 就是一个制造再制造集成系统。与独立的再制造企业相比较，集成系统需要考虑 制造和再制造两种过程的交叉影响；而相对于仅仅从事制造的o e m 而言，集成系 统具有更多的不确定性，从而产生了许多特殊的问题，如产品回收的不确定性、 随机性、动态性等。因此，集成系统的情况比较复杂，对它的研究也就更具理论 意义。另外，由于在现实中集成系统比单纯的再制造企业更为普遍和常见，因而 对它的讨论更有实际意义。 ：- 一一一一一一一一一一一一一一一- - ! - - - - 一一- 一- - 一一一一j 图i 4 供应链中的制造再制造集成系统 综上所述，本文的研究对象是在进行制造的同时从事再制造加工的制造再制 造集成系统。 1 3 3 本文的研究内容 本文以兼具制造再制造功能的集成系统为对象，详细研究了再制造过程中设 计、生产、销售及回收等产品全生命周期各阶段的相关概念、理论以及模型、算 法。 根据国际生产工程学会( c i r p ) 1 9 9 0 年的定义：“制造”是涉及制造工业中产 品设计、物料选择、生产计划、生产过程、质量保证、经营管理、市场销售等一 系列相关活动和作业的总称。这就是通常所说的“大制造”。类似地，本文讨论 的“再制造”也是这样一个“大制造”概念，涉及从产品设计、制造到销售、回 收的整个生命周期。本文研究在产品全生命周期的各个阶段，再制造给企业带来 的种种问题和挑战以及相应的对策，即如何改进传统经营策略，使之适用于再制 造的特殊情况和环境。首先，在产品的设计开发环节，不仅要进行产品基本性能 和结构的设计，还要考虑产品使用后的再制造问题。继而，在产品的制造过程中， 由于所用原料包括新原材料和废旧产品两种，因此需要进行比较和权衡，用适当 第一章绪论 的原料，在适当的时间，以适当的批量进行生产，使得系统总的库存费用和生产 费用最小，企业获利最大。然后，在销售阶段，企业必须为分别由新原材料和废 旧产品制成的两类产品确定合适的价格，以使企业利润最大化。最后，拆卸是再 制造过程中非常重要的一个环节，它关系到再制造的质量和费用，因此，对于用 后回收的废旧产品，需要重点研究其拆卸问题，目标是在满足特定拆卸要求的前 提下，寻求收益最大的拆卸方案。 因此，我们对本文的研究内容安排如下：第一章介绍再制造的产生与发展以 及再制造的理论研究现状。在此基础上，提出本文的研究目的、对象和内容；第 二章定性研究再制造设计的技术准则，分析再制造设计与其它设计方法之间的异 同关系，并建立产品设计方案可再制造性定量评价模型；第三章研究制造再制造 集成系统的生产计划和库存控制问题，提出两种控制策略；第四章讨论制造荐制 造产品的营销策略，建立两个定价模型；第五章研究废旧产品的拆卸问题，针对 三种典型的情况，分别给出了最优拆卸方案的生成算法。 4 再制造策略研究 第二章再制造设计及其方案评价 2 1 再制造设计概述 再制造是一项系统工程，应该从产品设计阶段就着手考虑。对于制造再制造 集成系统而言，如果产品从一开始就为再制造而设计，那么废旧产品回收以后的 再制造工作就会容易得多，再制造产品的质量和成本也会理想得多。 再制造设计是一种源于传统设计而又高于传统设计的绿色设计方法，它将 “3 r ”( r e d u c e ，r e u s e ，r e c y c l i n g ) 直接引入产品开发阶段，并提倡无废物设计。 再制造设计在保证产品传统性能的基础上，特别强调消除废弃产品对环境的负面 影响，也就是说，不仅考虑产品在使用中的性能和功效，而且重点考虑产品在生 命周期结束时的再制造问题。其目标是要使所设计的产品在使用或废弃后，可回 收、易拆卸，零部件或整机可翻新和循环利用。 再制造设计拓展了产品的生命周期。传统的产品生命周期包括从产品制造到 投入使用的各个阶段，即“从摇篮到坟墓”的过程；而再制造设计则将产品的生 命周期延伸到了“产品使用结束后的回收重用及处理处景”，即“从摇篮到再现” 的过程。这样既可有效防止自然资源的枯竭，又能大大减少废弃物的排放量。因 此，这种设计理念迅速在全球范围内引起广泛关注。美国、加拿大、德国和日本 的一些家电制造商已经开始推行再制造设计。例如：x e r o x 不断设计出标准化的复 印机和墨盒，以方便拆卸和检查破损的零部件；m m 设计的p s 2 型计算机则采用 了便于装配、拆卸的搭扣结构；k o d a k 在设计照相机时也将拆卸的因素考虑在内； a t & t 和b m w 各自为塑料零部件建立了一套标记系统，用以区分由不同类型的塑 料制成的各种零部件。 2 2 面向过程的再制造设计 大多数研究再制造设计的文献都是提出一些基本设计准则，或是给出一些应用 实例。与此不同，本文不是泛泛地讨论再制造设计的一般性原则，而是逐一分析 再制造过程中各阶段所面临的典型问题，相应地提出设计过程中应该遵循的准则。 我们称这种理念为“面向过程的再制造设计”。 蔓煎卜吨囹卜1 翌乎叫亟口圈n 圃 图2 1再制造过程的各个阶段 第二章再制造设计及其方案评价 如图2 1 所示，废旧产品的再制造过程包括拆卸、分类、清洗、翻新、重装 和检测几个阶段，下面分别讨论面向上述各阶段的再制造设计。 2 2 1 面向运输的再制造设计 严格意义上来说，运输不属于再制造过程，但却是再制造能够得以实施的必 要前提。因此，再制造设计首先需要考虑的一个问题就是：如何避免或减轻废旧 产品运往再制造工厂过程中的损伤。经验表明：体积庞大的产品在运输过程中容 易被损坏，并且在入库时也不好堆放，所以应该尽量将产品的体积设计得较小。 另外，复印机之类的大型设备需要用叉车搬运，故必须为其设计平坦的底座。 2 2 2 面向拆卸的再制造设计 拆卸设计的一般性准则很多，包括：使用标准化的紧固件，减少紧固件的种 类和数量，缩短拆卸路径，使拆卸目标零部件易于接近，降低联接的拆卸难度， 避免粘合或焊接材料不同的零部件，等等。 除此之外，拆卸过程中还有一些特殊的情况，需要在设计时加以考虑： 例如，有些废旧产品很脏，如旧复印机会积存纸屑、墨粉和其它污垢，拆卸 前需要先进行全面的清洁，才能确定紧