（机械设计及理论专业论文）基于可拓信息元的退役产品回收拆卸性研究.pdf

d i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt oz h e j i a n gu n i v e r s i 锣o ft e c h n o i o g y f o rt h ed e g r e eo fm a s t e r d i s a s s e m b i i b i l i 锣r e s e a r c ho f r e t i r e dp r o d u c t sb a s e d o ne x t e n s i o ni n f 0 r m a t i o ne l e m e n t c a n d i d a t e ：m e i y a nz h a n g a d v i s o r ：p r o y a n w e iz h a o l e c t j i a nc h e n c o u e g eo f m e c h a n i c a le n g i n e e r i n g z h e j i a n gu n i v e r s i 够o ft e c h n o l o g y m a y 2 0 l0 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密“ ( 请在以上相应方框内打“、”) 作者签名：狄夏辛色 导师签 日期：加f a 年 日期：咖年 月弓口日 月日 浙江工业大学硕+ 学位论文 基于可拓信息元的退役产品回收拆卸性研究 摘要 退役产品的回收拆卸性能研究是产品生命周期中的重要环节之一，是实现产品回收与 再制造的前提条件，是提高产品大批量回收拆卸效率与实现自动化拆卸流水作业的关键技 术；同时也是改善环境问题、提高资源再利用率的重要措施之一。由于缺乏统一的标准作 为指导，国内的拆卸仍然是一个低效率的劳动密集型产业，随着人们的环保意识逐渐增强， 如何提高退役产品回收拆卸的高效性以及实现自动化拆卸已经成为目前研究的热点。 本文首先通过分析国内外退役产品回收的法律法规和回收拆卸的研究现状，指出了当 前研究成果中存在的问题。针对所提出的问题，通过综合应用可拓学中的共轭分析理论， 对零部件之间的信息物元、信息关系元、信息事元进行了表示，并构建了退役产品的拆卸 信息元模型，为随后的分析与研究提供了理论基础。 在拆卸信息元模型的基础上，针对目前产品拆卸性能评估中图模型方法中存在的组合 爆炸问题，提出了基于拆卸可拓集理论的评估方法。讨论了联接方式、空间几何约束以及 空间可达性与产品拆卸性能之间的关系，给出了评估指标和计算公式，并依据所得关联函 数值的大小对产品拆卸可拓集进行了不同拆卸区域的划分，为实现产品的快速拆卸和优化 设计提供一种理论依据，并以油锯中发动机为例对所提出的方法加以应用，验证了该方法 的有效性。 通过对退役产品回收后的不确定状态进行分析，并结合产品结构的拆卸难易性，提出 了拆卸域中存在的矛盾问题。介绍了现有的拆卸方法，并与可拓变换运算相结合进行了矛 盾问题的求解。通过对矛盾问题进行蕴含分析，利用四种可拓变换运算将多种拆卸方法相 结合，实现零部件的拆卸，并以油锯中发动机的部分零部件为例对这一方法进行了说明与 验证。 最后，根据本论文所采用的方法，利用v b 6 o 语言在基于d e l m i a 软件平台上对退 役产品的回收拆卸仿真平台进行了构建，并介绍了该平台的基本功能及操作流程。 关键词：信息元，拆卸可拓集，关联函数，拆卸性能，可拓变换 浙江工业大学硕士学位论文 d i s a s s e m b l i b i l i t yr e s e a r c ho fr e t i r e d p r o d u c t sb a s e do ne x t e n s i o ni n f o r m a t i o n e l e m e n t a b s t r a c t t h ed i s a s s 锄b l i b i l i 够r e s e a r c ho fr e t i r e dp r o d u c t si st h ei m p o r t a i l ts e c t i o ni nt l l ep r o d u c t s 1 i f e c y c l e ，ap r e c o n d i t i o nf o ri m p l e m e n t i n gr e c y c l ea 1 1 dr e m a n u f a c t u r eo fp r o d u c t s ，ak e y t e c h n i q u ef o ri r n p r o v i n g l ed i s a s s e m b l ye m c i e n c yo fm a s sr e t i r e dp r o d u c t sa 1 1 di m p l e m e m i n g t l l ea u t o m a t i cd i s a s s e m b l yn o ws h o p a tt h es 锄et i m e ，i ti sa l s oo n eo fi m p o n a n tm e a s u r e sf o r i m p r 0 v i n gt l l ee n v i r o i l i i l e ma i l dt h er e u s a b i l i 够o fr e s o u r c e s h o w e v e r ，f o rl a c k i n go fu 1 1 i f o m l s t a i l d a r d sa sag u i d ei nd o m e s t i c ，n l ed i s a s s e m b l yp r o c e s si ss t i ual o we 伍c i e n c yla _ b o r - i n t e l l s i v e i i l d u g t r i e s ，f o l l o 埘n gt h ee i i r o r l e mc o n s c i o u s n e s ss 仃e n 舒h e l l s 伊a d u a l l y ，h o wt oi m p r o v et h e d i s a s s e m b l ye f ! f i c i e n c y o fr e t i r e dp r o d u c t s ，a l l di m p l 锄e n tm ea u t o m a t i cd i s a s s e m b l yh a v e b e c o m eah o tt o p i ca tp r e s e m t h er e c y c l el a wo fc u r t e md o m e s t i ca i l df o r e i 弘a b o u tr e t i r e dp r o d u c ti sb r i e n ys l m u n 撕z e d a tf i r s t ，a sw e l la st 1 1 ee x i s t i n gp r o b l e m si l lc u r r e n tr e s e a r c h e s f o rs o l v i n gt h ee x i s t i l l gp r o b l e m ， i i l f o 锄a t i o nm a t t e re l e m e m ，i o m l a t i o nr e l a t i o ne l e m e ma i l di n f o 珊a t i o ne v e n te l e m e m 锄o n g c o i n p o n e n t sa r ed e s c r i b e dt h r o u g hi n t e 铲a t e da p p l i c a t i o no fc o 玛u g a t et 1 1 e o 巧i n 廿1 ee x t e n s i o n t h e n ，am o d e lo fd i s a s s e n l b l yi i 面m a t i o np r i m i t i v ei i lr e t i r e dp r o d u c t si se s t a b l i s h e d ，w h i c hi s p r o v i d e dat h e o r yb 2 l s i sf o r t l l ef o l l o 、砒唱a i l a l y s i sa 1 1 dr e s e a r c h b a s e do nt h em o d e lo fd i s a s s e m b l yi o 肌a t i o np r i m i t i v e s ，i no r d e rt oo v e r c o m et h e c o m b i i l a t i o ne x p l o s i o no f 掣印hu s e di ne v a l m 【t i o no fp r o d u c t sd i s a s s e m b l i b i l i t ) ，t h en e w m e t l l o di ss t a t e db a s e do nt l l et l l e o d ，o fd i s a s s e m b l ye x t e n s i o ns e t ，t h er e l a t i o l l s 锄o n gt h e c o 衄e c t i o nf o n n s ，s p a c eg e o m e n ) rr e s 仃a 吨s p a t i a la c c e s s i b i l i t ) ra n dd i s a s s s e m b l i b i l i t ) ra r e d i s c u s s e d ，t h e nt l l ee v a l 删i o np r o c e s sa i l df o 瑚u l af o rt h ec a l c u l a t i o no fd i s a s s e m b l i b i l i 够a r e p r e s e m e d a c c o r d i n gt ot l l ev a l u eo fc o 玎e l a t i o nf h c t i o n ，t h ep r o d u c td i s a s s e m b l ye x t e l l s i o ns e t i sd i v i d e dm od i f - f e r e n td i s a s s e m b l ya r e a s n l r o u 曲t l l ed i v i s i o na n dc l a l s s i f i c a t i o no f c o m p o n e n t s ，at h e o r e t i c a lb a s i si sp r o v i d e df o rm ep r o m p td i s 2 l s s e m b l ya i l dp r o d u c ti m p r o v e m e n t d e s i g n ac o m p l e t ee v a l 哪i o no fd i s a s s e m b l i b i l i t ) ，a b o u ta ne n g i n eo fc h a i ns a wi sp e r f o 咖e da s ac a s es t u d y ，w m c hi m p r o v e st h ee f r e c t i v e n e s sa 1 1 de f j f i c i e n c yo ft l l ep r o p o s e dm e t h o d t h ec o m 砌i c t o 巧p r o b l e mo fd i s a s s e m b l ya r e ai s p r o p o s e dt h r o u 曲t h ea 1 1 a l y s i s o f 浙江工业大学硕士学位论文 u n c e i r t a i n t ys t a t eo fr e t i r e dp r o d u c t sa i l dc o m b i n a t i o n 埘t ht h ed i s a s s e m b l i b i l i 够o fp r o d u c t s s 订u c t u r e s e x i s t i n gm e t h o d so fd i s a s s e 瑚【b l ya r ei r l 仃o d u c e d ，a i i dw m c hi sc o m b i n e d 谢t 1 1 e x t e n s i o nt 姗s f o 肌a t i o nc a l c u l a t i o nf o r s o l v i n gt l l ec o n t r a d i c t o 巧p r o b l e m t h r o u 曲t h e i m p l i c a t i o na i l a l y s i so ft h ec o n t r a d i c t o r yp r o b l e m ，l ( i n d so fd i s a s s e m b l ym e t h o d sa r ec o m b i n e d b yu s i n gf o u re x t e n s i o i l st r a i l s f o m a t i o nc a l c u l a t i o i l sf o ri i i l p l e m e m a t i o no fp r o d u c t sd i s a s s 锄b l y a n dt l l em e t h o di s a p p l i e do n 锄e n g i n eo fc h a i ns a wd i s a s s e m b l yp r o c e s st ov e r i 匆t h e f e a s i b i l i t ) ro ft h em e t h o d f i n a l l y ，u t i l i z i i 培t 1 1 em e t h o d sp r o p o s e di n “sp a p e r ，ar e c y c l ed i s a s s e m b l ys i m u l a t i o n p l a t f o mo fr e t i r e dp r o d u c t si se s t a b l i s h e db a s e do nv b 6 0a l l dd e l m i a ，锄dt h eb a s i c 劬c t i o n s ， s t n j c n l r e ，a n do p e r a t i o n a ln o wa r ei n t r o d l u c e d k e yw o r d s ：m f o h n a t i o ne l e m e n t ，d i s a s s e m b l ye x t e n s i o ns e t ，c o r r e l a t i o nm n c t i o l l ， d i s a s s e m b l i b i l i 吼e x t e i l s i o nt r a n s f o 咖a t i o n 2 2 1 零部件的信息物元表示1 9 2 2 2 零部件之间的信息关系元表示2 0 2 2 3 零部件运动的信息事元表示2 l 2 3 回收拆卸模型的构建2 l 2 3 1 零部件的配合关系分析一2 2 2 3 2 零部件的联接关系分析。2 4 2 3 3 拆卸信息元模型建立2 5 2 4 本章小结2 8 第3 章回收拆卸性分析及拆卸可拓集的划分2 9 3 1 拆卸可拓集2 9 3 2 退役产品的回收拆卸性分析31 3 2 1 产品拆卸信息元的基元表示3 1 3 2 2 拆卸信息的提取3 2 3 2 3 综合关联度的计算3 3 3 3 拆卸可拓集的划分3 6 4 4 4 5 第5 章 5 1 5 2 5 3 5 4 第6 章 4 3 3 难拆卸域中的可拓变换4 9 油锯发动机部件的拆卸矛盾问题分析与问题解决5 l 本章小结5 4 基于d e l m l a 的回收拆卸仿真平台5 5 引言5 5 仿真平台的建立5 5 5 2 1 仿真环境5 5 5 2 2d e l m 认软件平台介绍5 6 5 2 3基于v b 6 0 的d e l m 认仿真平台框架5 7 基于d e l m 认的回收拆卸仿真平台各功能的实现5 8 本章小结。6 6 结论与展望 6 7 6 1 结论6 7 6 2 展望6 8 参考文献 致谢7 3 攻读学位期间参加的科研项目和成果 7 4 浙江工业大学硕士学位论文 符号说明 b基元u m 物元 七( x ) 彳 事元 r r关系元 k ( ，) d对象云 c 特征 v p ( 工，z )距公式 - o d k ，x o ，x 组成的区间套 y v或关系， 峨 实部信息物元 彦 m 。 虚部信息物元 e ， 硬部信息物元 磊 & 软部信息关系元e 心 潜部信息物元 - 虬 显部信息物元 负部信息物元 m 。 正部信息物元 论域 关联函数 可拓变换 综合关联度 关联度平均值 量值 最优值 正域 实数域 拆卸可拓集 难拆卸域 零界域 d a 4 卜j l u r 易拆卸域 蕴含关系 与关系 浙江工业大学硕士学位论文 1 1 选题目的及研究意义 第l 章绪论 随着经济全球化进程的加速，中国制造业保持着持续高速增长的态势，2 0 0 7 年中国位 列全球制造业第二，仅次于美国，是世界制造业发展最快的国家之一。然而，这样的高 速发展也使得环境污染问题变得日益突出，制约了经济的可持续发展。为了保持经济的快 速发展、保护环境、降低资源与能源消耗，发达国家从上世纪8 0 年代便开始重视构建循环 经济及建设节约型社会。进入2 1 世纪，中国政府也做出了“发展循环经济、建设节约型社 会的重大战略决策，这是中华民族与全人类一起实现人与自然和谐发展的具体体现。专 家们指出，最有效地利用资源和最低限度地产生废弃物，是解决环境和资源问题的治本之 道。据统计【2 】，机电产品制造业是最大的资源使用者，也是最大的环境污染源之一。造成 全球环境污染的7 0 以上的排放物来自制造业，每年约产生5 5 亿吨无害废物和7 亿吨有害废 物。据统计【3 1 ，美国目前每年产生的退役电子产品高达7 0 8 0 亿吨。德国每年产生约为1 8 0 万吨，法国约为1 5 0 万吨，整个欧洲约为6 0 0 万吨。日本每年退役的家电为1 1 8 0 0 万台，重量 约为6 0 万吨。中国每年有1 5 0 0 万台左右的彩电、空调等大型家电退役，另外还有上千万部 手机被淘汰。而我国作为生产型与消费型大国，据了解，每年约有5 0 0 万台电视机、4 0 0 万 台电冰箱、6 0 0 万台洗衣机和1o o o 万部手机被淘汰。这些退役产品除了直接对环境产生污 染之外，如果对其回收处理不当还会对环境产生二次污染，但是合理的处置则可以得到丰 富的可回收物质。美国环保局确认，把从退役电子电器产品中回收的废钢代替通过采矿、 运输、冶炼得到的新的钢材，可减少9 7 的矿废物、8 6 的空气污染、7 6 的能源，而且 废钢材与新钢材的性能基本相剧4 1 。所以，产品回收再利用工程是解决资源浪费、环境污 染和废旧装备翻新的最佳方法和途径，是企业获取额外利润的一种手段，是符合国家可持 续发展战略的一项绿色系统工程。随着世界各国对可回收产品的重视，回收再利用工程是 2 1 世纪先进制造技术发展的一个重要组成部分和发展方向【5 1 。 退役产品的回收拆卸是实现绿色再制造的前提条件，是实现可持续发展的一项重要战 略措施。首先，有利于实现资源永续利用。大力开展退役产品的回收拆卸性研究，既可以 提高退役产品的回收拆卸效率，同时也可以促进自动化拆卸进程与大批量回收拆卸的发展 与研究，从而使更多的零部件或材料得到再次利用，减少对原生态资源的开采，节约资源； 浙江工业大学硕士学位论文 又可以推动经济增长方式的转变，促进以“资源产品、再生资源”为主要内容的循环经济的 发展；其次，它是治理污染、改善环境的客观要求。加快退役产品的回收拆卸，变废为宝， 化害为利，可有效减少废弃物排放，是治理污染、改善环境、促进人与自然和谐统一的重 要措施之一【4 】。 1 2 。国内外退役产品的回收与研究现状分析 分析与研究退役产品的回收拆卸性，是提高退役产品大批量回收拆卸效率与实现自动 化拆卸流水作业的关键技术与研究热点，是实现企业可持续发展的重要内容；同时，也是 解决资源耗竭和环境恶化问题的重要措施。目前，我国在退役产品的回收拆卸性研究方面 尚处于起步阶段，产品的回收还只停留在简单的材料回收层次上，而忽视了退役后产品零 部件的深层次重复利用，因此对退役产品的回收拆卸方面进行深入研究具有非常重要的意 义。 1 2 1 退役产品的回收现状分析 ( 1 ) 相关的法律法规 随着近几年社会进步和科技发展速度的加快，退役产品的回收已经成为国内外社会各 界共同关注的问题之一。目前，产品的回收利用主要通过立法强制实现。一些发达国家已 经制定了若干与退役产品的回收处理有关的法律法规。美国国会和环境委员会( e p a ) 在 1 9 7 6 年通过了“废弃物处理草案”，并于1 9 9 2 年开始执行“能源之星 计划。1 9 9 1 年7 月， 德国颁布了“电子废弃物法规”，成为欧洲最早关注电子垃圾管理的国家之一。瑞典先后 颁布了电子电器产品制造商责任法、废旧电器和电子垃圾预处理条例及指导原则 和包括电炉设备在内的废旧电子电器处理法。随后日本环境政策的焦点也主要针对各 种退役产品的回收与再生处理，制定、颁布并实施了近7 部相关的法律法规，如2 0 0 1 年实 施的废旧家电回收法等。2 0 0 3 年2 月欧盟也颁布了w e e e 指令废弃电子电气设备 指令和r o h s 指令关于在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令。w e e e 指令规定：欧盟成员国所使用电子电器设备从产品设计开始就必须考虑环保要求；报废设 备与普通市政垃圾实行分开收集；按特殊处理程序处理报废设备，由生产者或第三方在单 独或集中基础上建立回收系统并制定各类产品的回收率；报废产品的回收处理费用由生产 者承担。 相应的我国也出台了一系列关于退役产品回收的法律法规。1 9 9 5 年l o 月中华人民 一2 一 浙江工业大学硕士学位论文 共和国固体废物污染环境防治法正式颁布实施，防治法中规定应对固体废物实施减量化、 资源化、无害化处理、回收利用有用资源、大大减少资源和能源消耗、减轻环境污染。2 0 0 1 年4 月1 日，国家公布了家电再商品化法1 6 j ，分别对电冰箱、洗衣机、房间空调器、 电视机以及个人电脑等退役产品的再商品化率进行了明确规定，并要求由生产商自行回 收，再进行商品化。2 0 0 2 年5 月，国家经贸委拟定关于建立家用电器回收利用体系工作 方案，牵头成立了退役家用电器回收利用体系工作协调小组，并成立立法起草小组，着 手制定废旧家用电器回收利用管理办法。国家发改委于2 0 0 4 年9 月1 7 日，公布了废 旧家电及电子产品回收处理管理条例( 征求意见稿) ，公开征求社会公众意见。条列 以资源循环利用和环境保护为目标，提出建立电子电器退役产品多元化回收和集中处理体 系，实行生产者责任制。2 0 0 4 年1 月，经国务院批准，国家发改委确定浙江省、青岛市为 国家退役家电及电子产品回收处理体系建设试点省市，旨在建立规范的退役家电及电子产 品回收处理体系。国家信息产业部2 0 0 6 年2 月2 8 日出台的电子信息产品污染控制管理 办法中明确了电子产品相关污染的控制和处罚规定，该办法自2 0 0 7 年3 月1 日起正式 施行【4 】o 这些法律法规都反映了当前各国对退役产品回收问题的关注与重视。这些法规的共同 之处是都强调了退役产品的强制回收责任，并且要求回收过程无害化。随着这些法律法规 的出台，一方面对规范管理、合理利用退役产品资源、保护环境、促进退役产品的回收和 利用起到重要作用；另一方面，对制造企业的发展也将起到强制性的约束作用。 ( 2 ) 国内外退役产品的回收现状 德国在退役产品的回收处理方面走在了欧盟的前列。其回收处理体系主要是建立在市 政系统或制造商联盟基础上，通过成立市政系统专业回收处理公司、制造商专业回收处理 公司、社会专业回收处理公司、专业危险废物回收处理公司等回收处理退役产品。现阶段， 德国电子类退役产品的循环利用率在8 0 以上，其中家电电器类和电动工具类的处理率为 8 0 ，循环利用率为7 5 ；信息电子类和医疗设备类的处理率为7 5 ，循环利用率为6 5 ； 其它产品的处理率为7 0 ，循环利用率达到5 0 【7 j 。 瑞典在退役产品的回收处理中主要采用销售体系和社区回收两个平行的退役家电回 收渠道构成一个有效的回收体系。此外，瑞典还使用生态标识体系，在消费领域引入环境 保护观念，在符合环境及生态保护要求的产品上粘贴生态标识，向消费者明示该产品是环 保型产品，从而鼓励消费者选购，实现可持续发展。瑞典每人每年回收的退役产品约1 0 公 斤，远超过欧盟w e e e 法规要求的4 6 公斤回收量，成为退役产品回收利用率较高的国家之 浙江工业大学硕士学位论文 一【引。 日本自从家用电器回收法颁布以来，实施效果非常明显，日本的退役电器回收处 理量和回收处理率逐年增加。2 0 0 4 年，日本全国回收处理的四大类退役家电超过1 1 0 0 万台， 重量约为4 2 9 万吨，其中空调和电视机的再循环利用率超过8 0 ，电冰箱和洗衣机的再循 环利用率约为6 5 【9 】。在汽车的拆解方面成绩也较为突出，目前已有近5 1 0 0 多家退役汽车 的拆解企业，企业之间分工明确，、有近1 “的企业具有处理废弃物的特许。日本每年有近5 0 0 万辆汽车更新退役，其中有近1 0 0 万辆更新退役汽车将作为二手车出售，其余4 0 0 万辆由日 本国内处理基本上都实行了回收拆解，以及废钢铁、废有色金属的再利用【1 0 】。此外，日本 政府还将2 0 1 0 年实现9 5 的回收利用率确定为今后汽车回收利用发展的目标。 随着我国经济的迅速发展与科技的进步，我国已经逐渐成为世界电子工业产品的生产 与消费大国，由此产生的退役产品也迅速增长。为了积极地推动退役产品的无害化、资源 化处理，我国制定了一系列相关的法律法规，并开始多方面的研究。其中，中国家用电器 研究院是我国最早从事退役家电资源化研究的机构。各大主要城市也逐渐对退役产品的回 收处理采取了相应的措施。以北京为例，从2 0 0 7 年开始，北京市已经在8 个城区全面推行 退役电子产品的回收体系建设，按照“规范站点、物流配送、专业分拣、厂商直挂”的原 则，初步建立起规范化、组织化程度较高的回收网络。在该网络中由北京市定点退役电子 产品处理企业统一回收退役家电产品，政府每台平均给予1 4 0 元补贴，实施无害化处理。 同时北京市建立了退役电子产品的处置补偿机制，对指定回收的企业给予1 2 0 0 万元【l l 】。但 是相对而言我国回收利用率仍不高，主要存在以下原因： 企业只注重新产品的开发，忽视了退役后产品的有效回收利用； 较多的强调防止“环境污染，对资源再生方面重视不够； 强调对材料的简单回收，忽视了产品零部件甚至是产品级的重复利用； 缺乏使用回收产品的意识和健全的回收市场机制。 一般来说，产品达到其设计寿命周期时某些零部件仍具有一定的使用价值，但却没有被 最大程度的再利用，而通常的回收只是其中有色金属及黑色金属的回收，剩余部分则被焚烧 填埋处理。由于目前自然资源、原材料和能源的短缺、填埋场地或废物燃烧能力不足、退 役产品处理处置费用的日益高涨，迫使工业生产企业必须考虑大量增加零部件和材料的重 复利用，即给零部件或材料以“第二次生命”f 1 2 】。而退役产品的回收拆卸正好是实现零部件 或材料重复利用的唯一方法。拆卸是将退役产品的联接按照需要和回收目标拆开，从而将 零部件相互分离；回收则是将产品中的可重用零部件及材料按照其性质进行分类，以便实 浙江工业大学硕士学位论文 现零部件重用或材料循环。拆卸是回收的前提，良好的拆卸性能，可以使产品中的有用部分 得到充分的循环利用，从而提高资源的利用率、减少环境污染，最终获得良好的社会效益 和经济效益。 目前，我国对退役产品的回收拆卸仍然徘徊在材料回收的低层次上，而且受经济利益 驱动，更多的材料回收是建立在环境破坏与污染的基础上，如广东报废电脑的回收，已形 成严重的社会问题【1 3 】。 目前退役产品的回收进程可用图1 1 来表示。 图1 - l 退役产品的回收进程 y n 由于过去的产品设计很少或根本没有考虑对退役产品如何进行回收，因而给后续的回 收拆卸造成很大困难。为了使退役产品的剩余价值得到充分利用，并大幅度减少废弃物数 量，必须对退役产品进行良好的回收拆卸。这里所说的回收是区别于通常意义上的一种广 义回收。传统意义上的回收主要是指对有限材料的回收，目前己难以满足日益发展的社会 需求和可持续发展的要求。 广义的回收不仅考虑最基本的材料回收，而且还需要考虑在产品级、部件级、零件级、 材料级四个层次上的再生利用，以及能量的回收和废弃物的填埋。 产品级回收。主要是指仍具有一定使用价值的退役产品回收，回收后通常直接转 入二次使用。 部件级回收。重复利用具有直接重用和间接重用两种方式。一般对于制造商，革 新周期长或使用寿命长的零部件单元可以考虑采用直接重复利用的方式；间接重复利用即 加工后重用，主要是针对产品中的某些零部件，由于回收后无法直接用于同类型的产品， 此时可对其进行再加工，用于其他类型或规格的产品。 零件级回收。这主要是针对电子产品，由于其组成材料多种多样，更新换代周期 短，往往需要采用特殊工艺方法回收其中的某些特殊零件。 一5 一 浙江工业大学硕士学位论文 材料级回收。当组成产品的材料成本高，单个零件的生产成本低，且生产规模大、 产品生命周期短时，往往采用简单的材料回收方式。 以汽车为例，在回收过程中的多种再生形式【1 4 】见表1 1 。 表1 1回收拆卸的多种形式 由于产品消耗量剧增，产品使用寿命缩短，退役产品的回收处理问题日益严峻。对于 采用多种材料的复杂产品，要达到回收再利用的目的，首先应尽可能地提高退役产品中可重 用部分的比例；其次，采用相关技术，尽可能分离回收各组成材料；最终使成为垃圾的退 役零部件减到最少，由此才能进行高水平的材料回收和零部件重用，并从中获得高收益。 拆卸是实现高效回收策略的重要手段。只有拆卸才能实现完全的材料回收并且有可能实现 零部件的再利用。 1 2 2 退役产品回收拆卸的研究现状 回收拆卸作为支持可持续发展总体策略的主要方法，已经得到了世界范围内的广泛认 同。自从拆卸设计及制造被提出来以后，世界发达国家对此非常重视。陆续有国家制定并 推行了一系列的法规和条例。如德国和美国政府规定，制造者必须负责处理他们的退役产 品，一些政府组织制订计划以引导环境友好型产品的消费。所有这一切都极大地促进了许 多大型生产企业加入到产品回收拆卸的行列，而从“设计到回收拆卸”的意识也已在机电产 品研究领域和制造业中得到了深入和加裂1 5 j 。 回收拆卸性是指产品在退役后，其组成零部件是否可以被经济地、方便地拆卸，拆卸 得到的零部件是否可以被经济地、方便地回收利用，不能被回收利用的部分是否能够以不 危害自然环境和人类健康的方式得到处理，以及在整个回收拆卸过程中是否存在危害自然 环境和人类健康的工艺因剥1 6 1 。 对于退役产品回收拆卸的主要目的是： 浙江工业大学硕士学位论文 从产品中获得贵重材料和有价值的零部件，以便直接或经过再制造获得重新利用； 通过初步拆卸，简化需要粉碎处理部件的材料组成，以简化后续分选处理，提高 回收材料的纯度； 从产品中剔除可能损害回收设备( 主要是粉碎机) 的高强度零部件； 从产品中取出对环境和人体有害的材料。 退役产品回收拆卸的总原则是：一方面获取最大的利润；另一方面是使零部件材料得 到最大限度的利用，并使最终产生的废弃物数量为最小。目前针对退役产品的回收拆卸研 究主要集中在拆卸模型的建立、拆卸序列规划、拆卸系统的生成及回收拆卸成本的评估等 几个方面。 ( 1 ) 拆卸过程规划的研究 拆卸过程规划主要是为了解决在一定的约束条件下“如何拆卸”的问题，是指从待拆 卸产品开始到获得所有需要的零部件和材料为止的拆卸操作序列【1 7 1 。一般来讲，拆卸过程 规划包括拆卸过程建模、拆卸序列生成和拆卸序列评价三个部分【1 8 1 9 1 。目前针对产品拆卸 过程模型的建立方法主要有：无向图、a n d o r 图、有向图、p e 仃i 网、逻辑关系图、产品 拆卸树等几种。 基于无向图的拆卸过程规划。z h a n g 和k u 0 【2 0 】等针对回收产品提出一种基于图的启 发式算法构建拆卸模型。通过图来分析产品装配关系( 包括零件紧固件装配关系和拆卸优 先关系) ，寻找割点，并把产品分解成几个子装配体以简化产品的拆卸过程。在退役产品 装配关系的基础上，构造拆卸树，生成拆卸序列。以回收成本最低为目标，获得最优的拆 卸序列。陈建等人【2 1 】将图论思想引入到产品族中，并构建了一种产品族结构无向图模型。 基于a n d o r 图的拆卸过程规划。l 舢t i n g 等【2 2 】用a n d o r 图代表技术上可靠的 拆卸序列，从而将拆卸问题转化为计算机图形搜索问题，自动生成拆卸序列。国内高建刚 等【1 6 】针对产品拆卸回收性评估中a n d o r 图建模方法存在的组合爆炸问题，提出了集合 a n d o r 图和拆卸a n d o r 图的概念，并设计了一套基本的用于筛选拆卸a n d o r 图顶 点和边的准则。在拆卸a n d o r 图中，顶点表示在产品拆卸过程中可能出现的零件集合体， 边表示对零件集合体可能的拆卸操作。 基于有向图的拆卸过程规划。有向图是以图的节点表示零部件，以图的边界表示拆 卸的先后顺序。这种方法直观地显示了所有的拆卸序列。缺点是当零部件数目较多时，节 点增多，拆卸序列的优化较困难。基于有向图的拆卸过程规划方法较少，较多的是与其他 图模型法相结合来应用，如钟艳如等人将有向图与无向图结合组成混合图模型来表示零部 浙江工业大学硕士学位论文 件之间的约束关系【2 4 1 。 基于p e 仃i 网的拆卸过程规划。s u z u k 较早地提出拆卸p e t r i 网( d i s a s s e m b l yp e t r in e t ， d p n ) 的概斛2 5 1 。在d p n 中，库所表示产品、零件或子装配体，变迁代表拆卸方法。m o o r e 等【2 6 】针对回收与再制造产品提出了一种基于p e t r i 网的拆卸过程规划的自动生成方法。其 规划过程主要是从产品c a d 模型中提取基于几何关系的拆卸优先矩阵并自动转换成 d p n ；利用可达树对d p n 进行分析，获得可行的拆卸方案。z u s s m a i l 等【2 7 】针对退役后产品 结构和零件状态等特征存在的不确定性，提出一种利用拆卸p e t r i 网构造产品拆卸模型和规 划拆卸进程的方法。通过为子装配体的所有拆卸操作附加不同的优先级，来决定拆卸序列 的优先性。随后，n g g 等渊为了获得最大寿命终了值的拆卸路径，在分析和模块建 立中引入了工作站p e t r i 网和产品p e 仃i 网。2 0 0 4 年时m e i m e ig a o 等【2 9 】针对回收产品中拆 卸时遇到的不确定性提出了一种模糊推理p 嘶网( f u z z yi 沁a s o 山gp e t r in e t s f 砒) n ) 模型， 它表示拆卸进程中制定规则的相关决策。在拆卸中，基于f i 冲n 模型理论，利用模糊推理 算法，自动地、快速地做出相应的拆卸决策。在国内，郭茂等f 3 0 】提出了基于p e t r i 网理论 考虑拆卸经济性的产品拆卸模型。 基于逻辑关系图的拆卸过程规划。逻辑关系模型【3 l 】是用一系列的微量，通过逻辑 “与 和“或”运算表示可能的拆卸状态。当运算结果是“真 时，则相应的拆卸状态存 在；反之则表示该状态不存在。每个微量的元素是逻辑量，代表某个零部件。当取“真 时，表示对应的零部件已经拆卸下来，反之表示相应的零部件不存在。这是一种隐式的拆 卸模型，计算需要的内在空间小。缺点是有些状态虽然满足条件，但不是物理上有意义的 拆卸序列。 基于拆卸结构树的拆卸过程规划。它仅涉及产品的配置，不涉及产品的几何信息。拆 卸结构树能反映出产品的组成，但不能反映产品是如何在几何上相互连接或约束的。几何关 联信息和相关约束信息存在于树节点中的模型里。高地广等【3 2 j 通过信息表示拆卸关系和拆 卸约束，从而生成拆卸树，利用遗传算法寻找最优的拆卸序列。 ( 2 ) 其他拆卸过程规划方法 h s r i n i v a s a l l 等【3 3 】通过研究选择性拆卸以及选择性拆卸在二维和三维空间中的应用， 提出了一种几何算法，通过分析装配体子集以减少搜寻空间，来决定选择性拆卸的最优拆 卸序列。a k s u b r 锄撕等【3 4 】通过建立产品的装配模型和零件的关系模型，实现了产品拆 卸序列的自动生成，不足的是没有考虑到部件在拆卸中的角色，拆卸序列不能保证最优， 计算量也较大。h o n gcz h a i l g 【3 5 】提出了基于图的产品回收拆卸模型，将回收拆卸优化决策 浙江工业大学硕士学位论文 问题转化为图论中的搜索问题，通过建立拆卸序列、计算拆卸费用、监测材料流等，评估 产品的环境相容性。z e i d 等【3 6 】提出使用基于知识库推理( c b r ) 的方法进行拆卸序列规划。 这种方法主要基于过去成功拆卸事例的积累，利用类似的产品结构指导待规划产品的拆 卸。m o o r e 等【2 7 1 针对退役产品部分特征存在不确定性问题，提出了解决有缺陷产品序列规 划的方法。gs e l i g e r 等【3 7 。9 1 提出一种模块拆卸进程，并开发了一些新的拆卸工具带螺 纹钉子的终端发生器，通过利用集成化的拆卸单元对产品实现拆卸工作，从而有效地克服 了产品拆卸时的几何不确定性。 ( 3 ) 拆卸系统的生成及成本评估 gs e l i g e r 等【4 0 ，4 1 】提出了虚拟拆卸工厂的思想，将废弃的电子类产品通过生命周期单元 ( l i f ec y c l eu 1 1 i t l c u ) 检测，分析其状态并归类，最后将已经拆卸归类的零部件通过维 修、升级、再制造、再组装等工序实现产品的循环再利用。2 0 0 7 年，提出一种混合拆卸系 统【4 2 4 3 1 。不仅考虑了回收产品数量变化，也考虑了大范围的产品类型及其状态。n gt 觚g 等f 2 8 】为了获得最大寿命终了值的拆卸路径，在分析和模块建立中引入了工作站p e t r i 网和 产品p e t r i 网，也介绍了一种拆卸规划和机械拆分规划的方法综合可执行的机械拆分系 统。 日立公司【删通过检测拆卸的顺序和和工具的动作，将产品构造图作为评估依据，并以 百分制形式输出，同时将拆卸时间及成本作为输出量，按顺