（机械电子工程专业论文）面向回收再利用的产品材料数据管理系统的设计与开发.pdf

面向回收再利用的产品材料数据管理系统的设计与开发 摘要 当今，节约资源和保护环境已经成为全社会关注的热点问题，而产品制造 业的迅猛发展加快了产品更新换代的速度，由此产生了大量的废弃产品，如家 电产品、汽车等。一方面，能否对这些产品进行有效的回收再利用，是节约资 源的一个关键问题；另一方面，这些废弃产品中部分含多种有害物质，它们的 不适当处理势必对环境造成极大的污染。因此，对废弃产品的回收再利用意义 重大。 提高产品的可回收、再利用性应综合考虑产品的整个生命周期。在产品设 计阶段，通过控制产品的材料选择，减少禁用、限用物质的使用，提高产品报 废后的可拆解性和可再制造性。 本文在分析了国家标准中关于产品回收再利用的基本术语及其计算可再利 用率、可回收利用率方法的基础上，深入企业调研，介绍了提高产品可再利用 性、可回收利用性的关键技术。依据该基础理论，结合企业需求，建立了面向 回收再利用的产品材料数据管理系统的总体框架并开发了原型系统。系统基于 b s 三层体系结构，采用m v c 的软件开发框架及j a v ae e 平台进行开发，从而 简化了客户端，提高了系统的可扩展性和可维护性。 基于上述技术开发的系统，主要实现了对产品材料数据的管理、产品b o m 的管理、产品拆解信息的管理、产品回收再利用的管理等，从而从产品的整个 生命周期入手提高产品的回收再利用性。最后对系统的各功能模块进行了测试 运行，验证了系统的可行性。 关键词：产品材料回收再利用 j a v ae e 平台数据管理系统 i v d e s i g na n dd e v e l o p m e n t o nt h em a t e r i a ld a t a m a n a g e m e n ts y s t e ma i ma tr e c o v e r ya n dr e c y c l i n go ft h e p r o d u c t s a b s t r a c t n o w a d a y s ，t h ee n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na n dt h er e s o u r c e se c o n o m i z a t i o nh a s b e c o m eah o ti s s u et ot h ew h o l es o c i e t y , w h i l et h er a p i dd e v e l o p m e n to fp r o d u c t s m a n u f a c t u r i n ga c c e l e r a t e dt h ep a c eo fp r o d u c t sr e n e w a lw h i c hr e s u l t i n gi nl o t so f w a s t ep r o d u c t si n c l u d eh o u s e h o l da p p l i a n c e s 、a u t o m o b i l e se t c o nt h eo n eh a n d ， w h e t h e rt h e s ep r o d u c t sc a nb ee f f e c t i v e l yr e c o v e r e da n dr e u s e di sak e yi s s u e ；o nt h e o t h e rh a n d ，s o m eo ft h e s ew a s t ep r o d u c t sc o n t a i n i n gt h ep r o h i b i t i o na n dr e s t r i c t i o n s u b s t a n c e s ，w h i c hi sb o u n dt oc a u s eg r e a tp o l l u t i o n t h e r e f o r e ，r e c y c l i n gw a s t e p r o d u c t si so fg r e a ts i g n i f i c a n c e i m p r o v i n gt h er e c y c l a b i l i t ya n dr e c o v e r a b i l i t yo ft h ep r o d u c t ss h o u l dt a k e c o n s i d e r a t i o no ft h ee n t i r ep r o d u c t - l i f ec y c l e a tt h ep r o d u c td e s i g np h a s e ，m a t e r i a l s e l e c t i o no fp r o d u c t ss h o u l db ec o n t r o l l e dt or e d u c et h ep r o h i b i t i o na n dr e s t r i c t i o n s u b s t a n c e s ，a l s o t o i m p r o v er e - m a n u f a c t u r a b i l i t y a n dd i s m a n t l a b i l i t yo ft h e p r o d u c t sw h i c hi se n do fl i f e o nt h eb a s i so ft h ea n a l y s i so fp r o d u c t sb a s i ct e r m sa b o u tr e c o v e r ya n d r e c y c l i n ga n dt h ec a l c u l a t i o nm e t h o do ft h e i rr e c o v e r a b i l i t yr a t ea n dr e c y c l a b i l i t y r a t eo fd o m e s t i cc r i t e r i o na f t e ri n v e s t i g a t i o ni ne n t e r p r i s e s ，t h ep a p e ri n t r o d u c et h e k e yt e c h n o l o g i e st oi m p r o v er e c y c l a b i l i t ya n dr e c o v e r a b i l i t yo fp r o d u c t s a c c o r d i n g t ot h ea b o v et h e o r yc o m b i n e dw i t he n t e r p r i s e s n e e d s ，e s t a b l i s h i n gt h ef r a m eo f p r o d u c t sm a t e r i a ld a t as y s t e mf a c et ot h e i rr e c o v e r ya n dr e c y c l i n ga n dd e v e l o p i n g t h ep r o t o t y p es y s t e m ，p r e s e n t a t i o nt h es y s t e md e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fe a c h m o d u l ed e t a i l e d l y b a s e do nb st h r e e - t i e ra r c h i t e c t u r e ，t h es y s t e mw a sd e v e l o p e d b yu s i n gm v cf r a m e w o r ka n dj a v ae ep l a t f o r mw h i c hs i m p l i f i e st h ec l i e n ta n d m a k e st h es y s t e mc a nb ee x p a n d e da n dm a i n t a i n e de a s i l y b a s e do nt h ea b o v et e c h n o l o g y ，t h es y s t e mr e a l i z et h em a n a g e m e n to fp r o d u c t v d a t am a t e r i a l s 、b o m 、d i s m a n t l i n gi n f o r m a t i o n 、r e c o v e r ya n dr e c y c l i n g e t c ，w h i c h c a ni m p r o v et h er e c y c l a b i l i t ya n dr e c o v e r a b i l i t yo fp r o d u c t st h o u g ht h e e n t i r e p r o d u c t l i f ec y c l e f i n a l l y , v a l i d a t et h ef e a s i b i l i t yo ft h es y s t e mb yt e s t i n g e a c h m o d u l eo ft h es y s t e m k e yw o r d s ：p r o d u c t sm a t e r i a l s ：r e c o v e r y ：r e c y c l i n g ：j a v a e ep l a t f o r m ：d a t a m a n a g e m e n ts y s t e m v i 插图清单 图2 1 产品零部件再制造流程图1 3 图3 1 产品制造流程图1 7 图3 2 产品拆解、回收流程图1 7 图3 3 产品材料数据管理系统总体框架1 9 图3 4i m d s 数据收集和数据流概念图2 0 图3 5c a m d s 核心业务流程图2 1 图3 6 面向回收再利用的产品材料数据管理系统模块框图2 2 图4 1m v c 的架构2 5 图4 2 主要功能模块e r 图2 8 图4 。3 系统管理模块e r 图2 8 图4 4 系统登录模块流程图3 2 图4 5 系统主界面结构图3 3 图4 - 6 产品可回收率、可再利用率计算流程图4 0 图5 1 系统登录模块4 8 图5 2 系统主界面4 9 图5 3 材料信息表5 0 图5 4 查询材料信息一5 0 图5 5 新增材料信息5 1 图5 6b o m 结构图5 2 图5 7 零部件数据分析表5 2 图5 8 建立m d s 表单5 3 图5 9 蓄电池拆解信息一5 4 图5 1 0 计算可回收、可再利用率5 5 图5 1 1 计算表单( 1 ) 5 5 图5 1 2 计算表单( 2 ) 5 6 图5 1 3 文件内容查看5 6 图5 1 4 系统角色权限管理5 7 x 表格清单 表2 1 可再利用率与可回收利用率8 表2 2 计算可再利用率、可回收利用率各阶段重量定义9 表2 3 易于拆解或分离的连接方法1 2 表4 1 系统开发环境及工具2 7 表4 2 材料信息表3 0 表4 3 零部件信息表3 0 表4 4 零部件信息表( 续表) 3 1 x i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得金胆王些太堂 或 其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签字 字日期：彦律缸月压e l 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 金目墨王些太堂有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被 查阅或借阅。本人授权 金目曼王些太堂可以将学位论文的全部或部分论文内 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、汇 编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签 签字日期：小f 口年归岱侣 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师虢宇丧哦“ 签字日期：2 吖，年争月以日 电话： 邮编： 致谢 “学高为师，身正为范 ，在本论文完成之际，衷心地向在我论文撰写过程 中给予悉心指导的导师朱家诚教授表示感谢。在我攻读硕士学位期间，朱老师 给我创造了良好的科研条件和环境，将我引入到一个全新而宽广的学科研究领 域，我在研究工作中取得的每一点进步和成绩都倾注了朱老师大量的心血；朱 老师学识渊博、治学严谨、不断创新，并以自身的人格魅力凝聚着一个充满活 力的团队，拼搏在科研之路上，为学生在日后的学习、工作中树立了良好的榜 样；在日常生活中，朱老师关爱学生、平易近人，令学生倍感温暖；在此，再 次向导师朱家诚教授及在读研期间在生活上给予我关心的师母许林老师表示最 衷心的感谢和最真挚的谢意。 感谢机械设计工程系的董玉革教授、周美立教授、汪进副教授、吴天星副 教授、王纯贤副教授、吴焱明副教授、陈奇老师、肖献强老师以及朱立红老师， 感谢他们在学术上给予的指导和帮助! 感谢设计工程系其他老师给在我读研期 间给予的诸多帮助。 感谢师兄张永松、顾新春、娄银庭、李方、刘元平、赵古田、师姐宋智燕 及师弟余亮浩、林长虹、王韶辉、刘玉龙、赵永、臧福海、李志超对我的帮助。 感谢实验室的储颖、陈秋杰、李祥、古明林等同学给予的帮助。 最后，深深感谢我的父母和家人、感谢所有支持和帮助过我的亲人、同学 和朋友们! v i i 作者：高振刚 2 0 1 0 年3 月2 2 日 1 1 引言 第一章绪论 进入2 1 世纪后，随着社会经济的快速发展和人民生活水平的提高，我国已 经逐渐成为产品制造及产品消费大国，企业之间为提高自身品牌价值、增加市 场竞争力不断推出新的高科技产品，社会消费结构逐渐升级，产品更新换代的 速度越来越快，随之而来的是数量庞大、种类繁多的废旧产品，包括汽车、家 电产品等，如电视机、电冰箱、洗衣机、空气调节器、电脑、手机及其附属设 备等产品。 据不完全统计，截止2 0 0 9 年末，我国汽车保有量达到7 6 1 9 万辆【l 】，全国 电视机保有量达4 亿台、电冰箱1 3 亿台、洗衣机1 7 亿台、空气调节器1 5 亿 台、电脑l6 0 0 万台、手机6 5 亿部1 2 】。其中，汽车保有量从2 0 0 0 年开始在我 国迅猛增长，而汽车的报废周期约为1 0 - 1 5 年，因此，我国近年将迎来汽车报 废的高峰期，预计2 0 0 9 年汽车报废量将达到2 7 0 万辆；四大类家电产品( 电视 机、电冰箱、洗衣机、空气调节器) 方面，以每年2 的报废量计算，每年淘汰 的数量就达1 7 0 0 万台，加上对于更新换代周期只有2 4 年的手机和电脑，家 电产品的实际报废量达到了3 0 0 0 万台左右【3 】。然而，这些数据仅仅反映了汽车 和家电产品的报废量，对于在社会生产中广泛存在的其他产品，每年产品的总 报废量将更加惊人。面对数量庞大、种类繁多的报废产品，传统的处理方式即 对报废产品进行焚烧和掩埋显然不能解决垃圾给我们赖以生存的环境带来的危 害。如汽车组成材料中含有铅、汞、镉等重金属，这些重金属的人体的伤害非 常大。铅会伤害人的脑细胞，致癌突变等；汞食入后直接沉入肝脏，对大脑神 经及视力破坏极大；镉会导致高血压，引起心脑血栓疾病【4 】；废弃的家电产品， 如电视机、电脑等产品中含有大量的有毒有害物质，一旦进入土壤会严重污染 水资源，危害人类和其他生物1 5 j 。废旧产品对环境的污染及对人类的危害告诉 我们，如果不对其进行有效的、合理的处理，人类的生存将面临巨大的危机。 “世界上本没有垃圾，只有放错位置的资源”【6 】。起初，人们对产品的回 收再利用是从末端着手，一般的做法是对报废产品拆解后将产品材料分离，从 而实现对产品的回收、再利用。这种做法相比过去的简单的处理方式取的明显 的进步，但产品的整体回收率很低。于是，从源头控制产品选材、改善产品结 构的思想随之而产生，面向回收、面向再利用的产品设计理念被越来越多的纳 入产品的总体设计理念中。 1 2 产品材料回收、再利用现状分析 进行产品材料的回收再利用研究，一方面可减少废弃产品对环境的污染， 其次还可以促进资源循环再利用，减少产品原材料成本。当前，部分国家或地 区已经通过立法来严格控制产品的可再利用率及可回收利用率，强制要求产品 制造企业提高自身产品的可回收性和可再利用性( 如欧盟的2 0 0 5 6 4 e c 对在欧 盟上市的汽车产品的可再利用率和可回收利用率提出了要求【7 】) ，对产品材料的 回收、再利用研究也在全球掀起热潮，成为当今产品制造业研究的热点问题， 研究的领域涉及产品回收理论与方法、回收体系法规的制定、面向回收再利用 的设计、零部件的再制造等。 i 2 i 国外产品材料回收、再利用现状 目前，大部分国家已经对产品的回收强制立法，责令产品生产者对产品的 整个生命周期负责，尤其是报废产品。但同时由于产品种类繁多，各种产品的 生命周期及其他属性均有所不同，所以当前的立法主要体现在报废数量庞大的 家电产品和汽车产品上。 ( 1 ) 欧盟欧盟在2 0 世纪6 0 至7 0 年代就开始进行产品材料回收再利用 的研究。家电方面：19 9 3 年，欧盟首次提出生产商责任制的概念，并制定法律 规定由生产制造商负责回收处理废旧电脑，并对电脑的整个生命周期负责。1 9 9 8 年7 月，欧盟颁布了废旧电子电器回收法，要求生产商对其产品在生产的 每个环节上对环境造成的影响负责，并承担相关的回收和处理费用。2 0 0 2 年1 0 月，欧盟电子废弃物管理法令获得批准，并于2 0 0 3 年2 月1 3 日生效，该指 令对电子废弃物、回收、资源化、生产商、分销商等概念作了严格的定义，明 确了相关环节的责任和义务。同时该法令采用了生产商延伸责任制，意图使生 产商对电子产品生产的全过程都承担责任。同时，欧盟又公布了关于报废电 子电气设备指令( w e e e ) 和关于在电子电器设备中禁止使用某些有害物质 指令( r o h s ) 两项技术法规，明确规定生产商必须建立回收再生利用系统， 承担回收费用等责任，以及禁止电子产品中使用铅、汞、镉等六种有害物质【5 】。 汽车方面：2 0 0 0 年1 0 月2 1 日，欧盟报废汽车指令2 0 0 0 5 3 e c 在欧共体官 方公报上颁布并正式生效，2 0 0 0 5 3 e c 指令对报废汽车再生利用的各个方面 进行了详细的规定i s j 。2 0 0 5 年1 0 月2 6 日欧盟议会和理事会批准的2 0 0 5 6 4 e c 指令规定了新车的可再利用率和可回收利用率管理目标与相应的形式批准方法 一j 。可以说，欧盟2 0 0 0 5 3 e c 与2 0 0 5 6 4 e c 这两项技术指令共同构建了欧盟 针对新车和报废汽车两个不同阶段的汽车产品回收利用管理策略。 ( 2 ) 美国美国是世界上最大的产品生产国和消费国，同时也是垃圾产 量最大的国家。美国早期对废弃产品的处理方法主要是填埋和焚烧，对环境造 2 成了极大的污染。进入2 1 世纪以来，美国各个州针对废弃产品的种类制定了不 同的法规并开展对产品的回收再利用。家电方面：新泽西州和宾夕法尼亚州， 通过征收填埋和焚烧税来促进废弃物的回收利用；2 0 0 0 年6 月，加利福尼亚州 批准的电子废物再生法要求电子产品生产商制定回收计划并提供回收资金， 同时也规定了视频显示设备回收再生和限制物质使用要求。虽然美国没有全国 性的专项法规，但美国比较注重开发清洁生产工艺，立足于在生产过程中减少 废弃物的产生，从而减少废弃物的处理量。汽车方面，美国是世界上最大的 汽车生产和使用国家。对汽车产品的回收再利用也走在了世界的前列。目前， 全美大约有1 5 0 0 0 家汽车零部件回收商，几乎占每辆车重量的8 0 的部件都被 重新利用起来1 5 j 。 ( 3 ) 日本日本在战后的数十年内经济高速发展，但同时也导致环境污 染、公害事件频繁发生。其中废弃物方面的污染居高不下，废弃物随意处置给 日本的空气、水质、土壤等环境带来重大危机，严重破坏了自然界正常的物质 循环。为了改变“大量生产、大量消费、大量废弃 的社会现状，日本构建起 了促进资源再生利用、建立循环性社会的比较完备的法律体系【6 j 。家电方面： 1 9 9 1 年，日本版本实施关于促进再生资源利用的法律，该法规强力推行资 源的再生利用并要求家电生产企业加强产品的可再生性设计以及要求企业在产 品外观上加注再生标识【_ 7 1 。1 9 9 6 年日本制定的家电回收利用法贯彻“谁仍 垃圾谁付钱”的原则，规定产品拥有者应负担废弃家电的回收和处理。2 0 0 1 年 4 月日本开始实施的资源有效利用促进法规定产品的生产商有义务回收废 弃电脑并将其进行商品化或再生资源化处理。同年公布实施的家用电器再循 环法明确规定将循环再利用作为电子废弃物回收处理的根本途径，并明确划 分了家用电器整个生命周期中各个环节上的责任，即：消费者有责任将废旧家 电交还给零售商，并交付回收利用费用；零售商有责任回收废弃家电并交还给 生产商进行再商品化；生产商有责任对废旧家电进行回收和再商品化处理。汽 车方面：日本于2 0 0 2 年制定了汽车回收利用法，并在2 0 0 5 年1 月1 日开始 实施，该法规对汽车的回收再利用思想贯穿于设计、制造和生产的整个流程， 具体体现在3 个环节，首先是研发阶段的回收再利用：其次是报废汽车的回收 再利用；最后为生产工厂的回收再利用。该法实施后取得良好的效果，目前日 本报废汽车的回收利用率已达8 5 【1 0 】。 1 2 2国内产品材料回收、再利用现状 目前我国对产品的回收、再利用尚处于起步阶段，但有关部门已经认识到 产品回收、再利用的重要性及带来的经济效益。部分科研机构及高校已经深入 开展对产品的可回收、可再利用的分析，国家也针对主要报废产品进行立法以 明确生产商、消费者的责任，从而提高产品的可再利用性及可回收利用性。2 0 0 5 年4 月1 日我国正式实施的新固体废物污染环境防治法要求产品的生产者、 销售者、进口者、使用者对其“产生的固体废物依法承担污染防治责任 ，明确 生产者、销售者、进口者、使用者均对产品废弃后的环境管理承担部分或全部 责任【7j 。此外，家电方面：经国务院批准，国家发展和改革委员会已经决定， 我国将首先在废弃家电和电子产品领域推行生产者责任延伸制度，以资源循环 利用和环境保护为目的，建立多元化的废旧家电回收体系和集中处理体系。即 将出台的废旧家用电器回收利用管理办法把电视机、电冰箱、洗衣机、空 调、电脑五个品种列为必须回收利用的废旧电子产品，明确规定了生产者、销 售商、消费者以及拆解公司各个环节的责任和义务，尤其明确了消费者在废旧 电器回收利用中的义务。汽车方面：2 0 0 6 年2 月6 日，参照欧盟的2 0 0 0 5 3 e c 指令，国家发展和改革委员会、科学技术委员会和国家环保总局联合颁布了汽 车产品回收利用技术政策，推动了我国汽车产品的设计、制造和报废、回收再 利用等各项工作。技术政策明确提出了汽车生产企业或进口商要负责回收处 理其销售的汽车产品及其包装物品，也可委托相关机构、企业负责回收处理， 同时技术政策针对新上市的m 类和n 类汽车材料的可再利用性、可回收 利用性明确提出三个阶段目标，以促进汽车生产商提高产品的可再利用性及可 回收利用性【1 1 1 。 相比过去，虽然我国在产品回收、再利用方面取得了明显的进步，但总体 来说，我国与国外发达国家还存在很大的差距，也存在很多的不足之处，具体 体现在以下几个方面： ( 1 ) 缺乏对回收理论与方法的深入研究对产品的回收、再利用还处在 概念和定性讨论阶段，没有系统的回收理论与方法来指导产品的回收、再利用， 致使对产品的回收与再利用也一直处于相对低水平、低效益的状态【_ 7 1 。 ( 2 ) 缺乏政策法规的有力约束上述三部法规虽然带来了一些好的效应， 但仍有不足之处。固体废物污染环境防治法没有针对专门的产品进行分类， 立法目的是针对比较突出的环境问题，并没有将资源循环利用的概念囊括其中， 无论对产品生产企业、销售商、消费者或回收者都缺乏具有约束力的管理；废 旧家用电器回收利用管理办法目前还尚未实施，其实施效果还有待考察；汽 车产品回收利用技术政策目前只是一个指导性的文件，并不具有法律效应， 相关的法规还没有出台。因此，制定全面的、合理的、有针对性的法规是促进 对回收再利用研究、促使产品生产商提高产品的可回收性和可再利用性的最有 效的方式。 ( 3 ) 回收体系不健全报废产品往往不能通过合理的渠道回收再利用， 报废产品流向不明确，许多报废产品被二次投放市场或直接堆积废弃，而真正 从事回收再利用的企业处于“无米下锅 的状态。 ( 4 ) 回收工艺落后从事回收再利用的企业也因缺乏先进的工艺技术支 4 撑，使得产品的回收再利用层次较低，在开发先进回收工艺设备上投入力度不 够。 ( 5 ) 软件系统匮乏对产品的回收再利用应着眼于产品的整个生命周期， 即产品研发设计、产品生产、产品维修及产品的拆解与报废。传统的回收策略 即等产品报废后再考虑其回收性能成为了提高产品回收再利用率的主要瓶颈， 而要从产品的整个生命周期来提高产品的回收再利用率，提高资源循环利用率， 降低产品报废后产生的废弃物，必须有相关的面向回收、再利用的软件系统来 支撑。 将来，我国的科研机构及高校对回收理论与方法的研究将逐步深入；国家 也将建立完善的法规来规范产品的回收与再利用行业，包括健全回收体系；先 进的工艺设备也处在积极研发的阶段；相关的面向产品回收再利用的软件系统 也将应运而生并逐步完善。对产品的回收再利用也将进入一个新的阶段。 1 3课题研究的内容与意义 产品的回收再利用是产品制造业发展的一个重要领域，开展产品回收再利 用研究、发展产品回收再利用行业是保护人类赖以生存的环境、节约地球上有 限资源的有效方式。 目前，产品制造商都在积极提高产品的可再利用性与可回收利用性，大部 分的企业都建立了企业内部的材料数据管理系统。然而，多数企业现有的产品 材料数据管理系统仅仅着重于产品材料成分构成，虽然产品的选材是产品材料 回收再利用的主要影响因素，但一方面，企业并没有将产品材料选择与产品回 收再利用真正联系起来，没有相关的模块去评价某一零部件选材是否合理；另 一方面产品零部件再制造、产品可拆解性同样影响产品的可回收性及可再利用 性，而企业也缺乏类似的模块去认识哪些零部件可进行再制造，哪些零部件可 改变其结构使其易于拆解，从而提高整个产品的回收再利用率。对此，本课 题将针对产品的整个生命周期建立面向回收再利用的产品材料数据管理系统， 主要研究内容涉及如下几个方面： ( 1 ) 实现对产品b o m 树结构及零部件基本信息的管理 主要为构造产品b o m 树结构及维护产品b o m 树结构，能对b o m 树结构 中的零部件信息进行修改和保存。 ( 2 ) 实现对产品拆解信息的管理 主要为管理产品拆解目录，管理产品联接方式、拆解工具、拆解方法等基 本信息。 ( 3 ) 零部件材料信息管理 管理零部件m d s 表单，实现零部件禁用与限用物质的管理。 ( 4 ) 计算产品可再利用率及可回收利用率 5 对选定的产品或零部件进行可再利用率和可回收利用率的计算，生成计算 表单，对表单进行评价，标识可再利用率及可回收利用率较低的零部件。 ( 5 ) 开发“面向回收再利用的产品材料数据管理系统 开发原型系统，并对原型系统进行测试运行，验证系统可行性。 当前，环保、节约资源的理念已经深入人心，消费者购买产品时更加理性， 不但考虑产品的外观、成本及性能，也越来越注重购买的产品是否环保，产品 报废后是否能被合理的回收再利用。开发“面向回收再利用的产品材料数据管 理系统 ，从产品整个生命周期出发来管理产品，并着眼与提高产品的可再利用 性和可回收利用性，减少产品报废后废弃物对环境的污染，增强资源的循环利 用性，降低产品生产成本，无论对社会、企业及广大的消费者都有切实的利益。 因此，开发面向回收再利用的产品材料数据管理系统是很有实际意义的。 1 4 课题来源 本课题来源于与企业合作项目“面向回收再利用的汽车材料数据管理系统 的设计与开发。 1 5 论文结构安排 本论文共分为六章： 第一章绪论部分介绍了当前国内外产品回收再利用的现状，指出了我国在 产品回收再利用方面的不足之处，并提出了企业建立“面向回收再利用的产品 材料数据管理系统”以提高企业自身产品的可回收性和可再利用性。 第二章介绍了国家标准中关于产品回收再利用的基本术语的规定及进行产 品可再利用率可回收利用率的计算方法，说明了提高产品材料可回收、可再利 用性的关键技术。 第三章从产品制造过程、产品拆解过程及系统需求三个方面对产品材料数 据管理系统进行需求分析，建立了产品材料数据管理系统的总体框架，提出利 用外网系统和内网系统共同进行产品材料数据的管理，并构建了内网系统( 面 向回收再利用的产品材料数据管理系统) 功能模块，简单介绍了各实现的主要 功能。 第四章根据系统需求分析进行系统设计与实现，包括系统总体设计，系统 各模块功能的设计与实现及系统详细代码设计。 第五章以某汽车单位某款车型为例，对系统各功能模块进行了测试运行， 验证系统的可行性和实用性。 第六章对所做的工作的总结和对将来需要进行的工作的展望。 6 第二章产品材料回收、再利用概述 目前，对产品材料的回收、再利用研究主要体现在电子产品及汽车行业。 国家标准g b t1 9 5 1 5 2 0 0 4 关于道路车辆可再利用性和可回收利用性计算方 法和g b t 2 0 8 6 2 2 0 0 7 关于产品可回收利用率计算方法导则分别针对道 路车辆和一般产品规范了回收再利用的基本术语、定义及其可再利用率和或可 回收利用率的计算方法。其中，g b t1 9 5 1 5 2 0 0 4 关于道路车辆可再利用性 和可回收利用性计算方法对汽车产品的基本术语和定义及其可再利用率和 或可回收利用率的计算方法更为详尽，并可扩展到一般产品。对此，在本文中， 以g b t1 9 5 1 5 2 0 0 4 关于道路车辆可再利用性和可回收利用性计算方法为 标准对汽车及其他一般产品进行产品回收再利用的相关研究。 2 1回收再利用的基本概念 1 g b t 2 0 8 6 2 2 0 0 7 关于产品可回收利用率计算方法导则规范的基本 术语和定义如下t 1 2 j ： ( 1 ) 回收利用对产品进行处理，使之能够满足其原来的使用要求或用 于其它用途的过程，包括对能量的回收和利用。 ( 2 ) 可回收利用率新产品中能够被回收利用部分( 包括再使用部分、 再生利用部分和能量回收部分) 的质量之和占新产品质量的百分比。 ( 3 ) 再使用废弃产品或其中的元器件、零部件继续使用或经清理、维 修后直接用于原来用途的行为。 ( 4 ) 再生利用对废弃产品进行处理，使之能够作为原材料重新利用的 过程，但不包括对能量的回收和利用。 2 g b t1 9 5 1 5 2 0 0 4 关于道路车辆可再利用性和可回收利用性计算方 法规范的术语和定义如下 1 3 , 1 4 】： ( 1 ) 再使用对报废车辆零部件进行的任何针对其设计目的的使用。 ( 2 ) 再利用经过对废料的再加工处理，使之能够满足其原来的使用要 求或者拥有其他用途，不包括使其产生能量的处理过程。 ( 3 ) 回收利用经过对废料的再加工处理，使之能够满足其原来的要求 或者拥有其他用途，包括使其产生能量的处理过程。 ( 4 ) 可拆解性零部件可以从车辆上被拆解下来的能力。 ( 5 ) 可再使用性零部件可以从报废车辆上被拆解下来进行再使用的能 力。 7 ( 6 ) 可再利用性 利用的能力。 ( 7 ) 可再利用率 分比( 质量百分数) 。 零部件和或材料可以从报废车辆上被拆解下来进行再 新车中能够被再利用和或再使用部分占车辆质量的百 ( 8 ) 可回收利用性零部件和或材料可以从报废车辆厂被拆解下来进行 回收利用的能力。 ( 9 ) 可回收利用率新车中能够被回收利用和或再使用的部分占车辆质 量的百分比( 质量百分数) 。 对可再利用率和可回收利用率的描述如表2 1 所示【1 3 , 1 4 】。 表2 1 可再利用率与可回收利用率 回收利用不明残余物 ( 零部件)( 材料) 再使用再利用 ( 材料) 能量回收 ( 材料) 可再利用率 可回收利用率 2 2回收再利用计算方法 1 g b t 2 0 8 6 2 2 0 0 7 关于产品可回收利用率计算方法导则规定了对产 品进行可回收利用率k 计算的方法【1 2 1 。 ( 1 ) 按照可回收利用的零部件和或材料进行计算的产品回收利用率 所， r g o v2 苛刈o o q j 式中：m ，一第f 种可回收利用的零部件和或材料的质量，单位为千克( k g ) ； 刀一可回收利用的零部件和或材料的类别总数； m 一产品总质量，单位为( k g ) 。 ( 2 ) 按照回收利用阶段进行计算的产品回收利用率 ym ， r 州2 等1 0 0 ( 2 - 2 ) 式中：m ，一第歹个回收利用阶段可回收利用零部件和或材料的质量，单位 为千克( k g ) ； 以一回收利用阶段总数； 8 m 一产品总质量，单位为千克( k g ) 。 2 g b t1 9 5 1 5 2 0 0 4 关于道路车辆可再利用性和可回收利用性计算方 法规定了对道路车辆进行可再利用率和可回收利用率的计算方法【1 1 】。 对可再利用率和可回收利用率的计算在新车投放市场前由车辆制造商完 成，对车辆的回收再利用分为四个阶段：预处理阶段；拆解阶段；金属分离阶 段；非金属残余物处理阶段。各部分的重量m ”聊d 、朋m 由前三个阶段分别决 定，m a 和m 死则由最后一个阶段决定。各阶段的重量定义如表2 2 所示【l ”。 各阶段重量确定之后，可再利用率疋。和可回收利用率r 。由如下公式计算 【1 3 ，1 4 】： r , x = k =m p + m d + m u + m r ，- + m r , 1 0 0 m v 表2 2 计算可再利用率、可回收利用率各阶段重量定义 ( 2 - 3 ) ( 2 4 ) 阶段重量代号重量定义备注 所有液体，电池，油液，机油滤清器，液化 预处理 朋p 石油气，压缩天然气，轮胎，催化转化器的 总质量 可拆解性因素： 可接近性 整车厂认为具有可拆解性和可回收利用性紧固技术 拆解 所d 的零部件的总质量已获验证的拆解技术 零部件材料的成分 已获验证的再利用技术 金属分离 前两个阶段未考虑的金属总质量 聚合物、橡胶和其它经过 根据已获验证的再利用技术被认为是可再改良的有机天然材料可 非金属残 所丹 利用的非金属残余物的总质量以通过这些技术进行回 余物 收利用 确定了朋p 、m d 、m m 和m r r 后，可以用 于能量回收的剩余物的总质量 综合g b t 2 0 8 6 2 2 0 0 7 关于产品可回收利用率计算方法导则及g b t 1 9 5 1 5 2 0 0 4 关于道路车辆可再利用性和可回收利用性计算方法对回收再 利用的基本术语和定义及其计算方法的规定，可以说， g b t1 9 5 15 2 0 0 4 比 g b t 2 0 8 6 2 2 0 0 7 更为详尽的规定了回收再利用的基本术语、定义及其计算方 法，二者是相辅相成的。如：g b t 2 0 8 6 2 2 0 0 7 关于产品可回收利用率计算 方法导则同样适用于道路车辆的可再利用率和可回收利用率的计算，利用公 式( 2 - 2 ) 并将道路车辆的回收再利用分为四个阶段即得到了g b t1 9 5 1 5 2 0 0 4 9 关于道路车辆可再利用性和可回收利用性计算方法中对可再利用率和可回 收利用率的计算方法。此外，g b t1 9 5 1 5 2 0 0 4 关于道路车辆可再利用性和 可回收利用性计算方法中多了一项对道路车辆可再利用率的计算。一方面， 说明人们对其他产品回收利用的研究还远不如对道路车辆的回收利用研究的深 入；另一方面，关于道路车辆回收再利用的相关法规规定了车辆的可回收利用 率与可再利用率相差不超过5 ，目的是从本质上提高产品的再利用率，减少 产品回收利用过程中能量回收的比例。 2 。3 提高产品材料可回收、再利用性关键技术 2 3 1 产品绿色材料的选择 材料选择是产品设计的第一步，材料的选择不仅仅影响产品的制造，而且 还影响产品的销售、使用、维修、回收等整个生命周期过程【i6 1 。绿色材料是指 在原料采取、产品制造使用和再循环利用以及废物处理等环节中与生态环境和 谐共存并有利用人类健康的材料，要具备净化吸收和促进健康的功能【l7 1 。 产品绿色材料的选择要求要人们改变传统设计中只关注材料技术性和经济 性的原则，而将更加注重产品材料对环境的影响。 1 绿色材料的选择原则 绿色材料的选择应在满足零部件和产品功能和技术要求的前提下，考虑相 关材料在产品整个生命周期中对环境的影响，并结合材料的经济性，通过综合 评价比较，最终确定产品材料。具体在选择产品材料时应遵循以下原则【l8 】： ( 1 ) 材料的技术先进性材料技术先进性应包括材料生产过程各项技术 的先进性( 如技术的可靠性、柔性及各项技术的协调性等) 、材料功能和使用性 能的先进性( 如材料的功能及性能参数等) 、回收处理及再利用阶段技术的先进 性( 如材料的相容性、回收的方便性、回收的可靠性等) 。 ( 2 ) 材料的环境协调性环境协调性应包括在产品的整个生命周期中， 材料应满足减少和防止环境污染、容易回收利用、易于自然降解而回归自然等 性能。 ( 3 ) 材料的经济性经济性应反映材料寿命周期的所有经济特性，包括 材料寿命周期成本、寿命周期效益。 2 绿色材料的选择途径 产品选材过程中对绿色材料的选择主要考虑以下途径 1 9 , 2 0 1 ： ( 1 ) 选择新型绿色材料目前，新型绿色材料( 如分子设计材料、可降 解材料等) 已成为全球材料科学工作者研究的热点问题。新型绿色材料不断涌 现，为产品绿色设计提供了根本的出路，是绿色产品设计的要求和必然趋势。 ( 2 ) 选择低能耗、低成本、少污染的材料材料本身的生产应满足低能 l o 耗、少污染的要求；材料的低成本是材料经济性、产品经济性的基础。 ( 3 ) 选择容易加工的且在加工过程中污染少的材料产品的制造过程中 不可避免地要污染环境，而且某种程度上材料越难加工，加工过程中附加的对 环境的污染也越大。 ( 4 ) 选择可降解材料自然降解的材料在产品废弃后使资源自然返还环 境而不会对环境造成污染。国外已经开始采用废弃后能在光照或生化作用下能 自然分解的降解塑料，国内的相关科研机构也正在开展这方面的研究。 ( 5 ) 选择可回收再利用材料大部分材料均可回收再利用，因为这些材 料回收后其基本的性能基本下降很少或基本保持不变。选用可回收再利用材料 一方面降低了产品报废后对环境的污染，而且也节约了资源、降低了产品成本。 ( 6 ) 选择不加涂镀的材料传统产品设计中，为了使产品达到美观、防 腐等要求，大量使用涂镀材料，涂镀材料的使用给产品的回收再利用增加了难 度，而且大部分涂镀材料是有毒材料，其涂镀工艺也给环境造成污染。 ( 7 ) 减少产品中材料的种类产品设计选材时，应尽量避免在同一产品 或零部件中使用多种材料。目前的产品回收以材料回收再利用为主，即将产品 粉碎后对材料重新分类进行回收再利用。显然，材料种类越少，材料分类越容 易也越彻底，从而提高了产品的回收再利用率。 2 3 2 产品禁用、限用物质的管理 在产品的整个生命周期中，产品含有的材料大多数都没有被消耗掉，因而 必须考虑产品危险物质的禁用和限制使用。危险物质禁用和限用是产品回收再 利用的基础。 进入2 1 世纪以来，人们就开始对产品禁用限用物质进行研究。全球汽车业 利益相关者联合会( g l o b a la u t o m o t i v es t a k e h o l d e rg r o u p )