（机械电子工程专业论文）再制造产品智能拆卸和评估系统.pdf

ab s t r a c t r e m a n u f a c t u r i n g p r o d u c t i o n f o r w a s t e a n d o b s o l e t e m e c h a n i c p l a n e n g i n e e r i n g ; s o f t w a r e d e v e lo p me n t ; 图表目录 图表 目录 图 1 .1 再 制 造 工 程 学 科 体 系 框 架 .” ” ” .” ” :. ” ” ” ” . ” ” . .” “ ” “ “ . ” “ :. ” . 图 2 .1 再 制 造 产 品 工 艺 过 程 . . . . 1 2 图 2 .2 系 统 子 功 能 模 块 功 能 描 述 “ . “ . “ “ 二 “ . . 1 3 表 3 .1 拆 卸 与 装 配 的 比 较 一 ” . . . . 2 0 表3 .2 产 品 设 计 信 息. . . . . 2 8 表3 .3 产 品 生 命 周 期 信 息 ” ” ” . “ “ “ ” ” ” . ” ” .” ” . ” . . ” ” 一” ” 一 “ . . 2 8 表3 .4材料 信息. . “ . .“ ” 一” “ . “ :. ” ” . “ “ “ ， ” ” ” . .” ” ” “ 一 ” ” . ” ” ” ” “ ” 二 ” . . . . . 2 8 表3 .5拆 卸 工 艺 信 息 ” . . . ” . ” . . ” . “ 二 ，. . “ “ 二 ，. “ . “ ，. ，. “ 一 “ . . . 2 8 图 4 .1 影 响 再 制 造 性 的 四 阶 段 .“ “ “ “ 二 ” . . . . . . . . . . . 3 1 图 4 .2 拆 卸 回 收 的 经 济 性 分 析 .” . ” ” ” . ” ” ” ” ” . ” 二 “ ” ” ” “ 一” 一” 3 1 图4 3过时 产品的再制造升级步 骤. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 图4 .4 权 重 确 定 流 程 图 “ “ 二 ，. “ “ 二 “ ” ” ” “ “ . ” . ” “ ” 二 “ . . .4 2 图4 .5可 拆 卸 性因 素. . . . . . . 4 4 表4 .1 可 拆 卸 性 指 标 值，:. ” . ” ” . ” . . .一 “ . . . . . .4 4 表4 .2指 标 抽 样 值.” ” .“ :. ” 二 ” . . . . .4 5 表4 .3指 标权重. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 5 图 4 .6 发 动 机 再 制 造 流 程 图 二 “ . . . . . . . . .4 6 图 4 .7 拆 卸 工 艺 规 划 系 统 结 构 图 . . . . . 4 8 图 4 .8 产 品 拆 卸 过 程 评 估 模 型 二 ” ” ” ” “ .“ ” ” 二 ” ” ” . ” “ ” ” ” 二 “ ” 二 ” . . . .4 9 图4 .9 零 部 件 再 制 造 性 评 估 模型二 “ . . . . . . . . 5 1 图 5 .1 案 例 组 织 方 式 框 图 . “ 二 “ . ” ” .” ” ” ” 二 ” “ ” “ :. “ ” ” . “ 二 ” . . . . .5 6 表5 .1 曲 轴 修 复 标 准 ，. “ ” .- ” .- . ” “ .“ “ “ “ “ 二 ” ” “ “ 二 ” . . . 6 2 图6 .2系 统 工 作 流 程图. . . . . . . . . . . . . .6 4 图6 3发 动 机 三 维 模 型. . . . . . . . . . . . 6 5 图6 .4汽 缸盖组原始设计信息数据库. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 5 图 6 .5 拆 卸 前 数 据 查 询 界 面 二 “ 二 ” ” . “ “ .” ” “ “ :. “ “ . .“ 一 “ “ “ ” “ ” ” ” 二 “ . 6 6 图6 .6 拆卸 过 程 信 息二 ” ” “ ” ” . “ :. “ . ” . ” “ . ” ” 二 ” :. “ 二 ” ” :. ” 一 . . . . . 6 6 图 6 .7 拆 卸 评 估 模 块 界 面 . ” .” . ” ” ” .一 ” . . . .6 7 图6 .8评估结果. . ” :“ ” .“ “ . ” . . .“ . “ “ .- ，. “ . “ 二 ” “ ，. . “ . ” .“ . “ . “ “ 二 6 7 图6 .9权重结果. ” 一 ” ” ” ” . “ . . “ “ ，. ” .- “ . ” ” :.” ” “ :. “ ” ” “ .- “ . ” 二 “ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 8 学位论文独创性声明 学位论文独创性声明 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 文中特别加以标注和致谢的地方外， 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 南昌大学 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 贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学 位 论 文 作 者 签 名 (手 写 ): 枷斌签 字 日 期 :9年 月 ，s 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了 解南昌大学有关 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 和借 阅。 本 人 授 权南昌大学可以 将 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、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 作 者 签 “ 手 “ ，:和科 签 字 日 期 : 时年 6 月 ， 日 学位论文作者毕业后去向: 工作单位: 导师签名 (手一 侧 签 字 日 期 i - t t ” ir 日 电话: 通讯地址 : 邮编 第 1章 绪论 第1 章绪论 本章导读 废旧 机电产品的再制造是循环经济的主要组成部分。 机电 产品再制造过程 不同 于维修，再制 造是规模化的 生产模式. 再制造是将大量同类报废的 机电 产 品回收到工厂拆卸 后，按零部件的 类型进行收集和 检测，以有剩余寿命的 报废 零部件作为再 制造毛坯， 利用高 新技术对其进行批量化修复、性能升级改 造， 所获得的再 制造产品在技术性能 上和质量上都能达到甚至 超过新品的水平。 而 这个过程由 于废旧 机电产品其使用过程中失效模式的不同、检测诊断的困 难， 以及当前的再制造工艺水平，使得再制造毛坯具有较大的不确定性的特点，再 制造产品的 设计系 统的开发迫在眉睫。 拆卸是再制 造工程的第一步。 本论文课 题旨在通过开展对汽车发动机产品的拆卸研究，探索再制造拆卸工艺方案管理 的计算机支持的相关技术。 本章内容将从课题的研究目标、意义、国内外文献分析，提出课题的研究 内容，简单地阐述论文课题的立项依据和研究手段。 1 . 1 . 课题研究目 标和意义 1 . 1 . 1 . 研究的目 标 以 废旧发动机产品回收再制造为研究对象，拆卸修复方式为获得有再制造 修复价值的主要零件。 本论文重点研究废旧发动机再制造产品拆卸工艺方案的 生成的信息管理技术以 及拆卸方案的评估的理论和算法， 并开发 相关的原型软 件系统。 1 . 1 . 2 . 研究的愈义 1 . 1 . 2 . 1 . 理论价值 d 对再制造工程技术体系的完善 再制造工 程是以机电 产品 全寿命周期设计 和管理为指导，以 废旧机电产品 实现性能跨越式提升为目 标，以 优质、高效、节能、节材、环保为准则，以先 进技术和产业化生产为手段，对在规定的条件和时间内使用退役后的机电产品 南昌大学硕士学位论文 进行修复和改造的一 系列技术措施或工程活动的总称。 其学科体系框图川 如图 1 . 1 所示。 一性-一效一余一模二于=形一米11术-一技二工=工二升二质二在二检二术一-备二济=现一 一行-一失二侧1的一一术二成一纳11技二修二加一-加.一能二的二的二的一1技一-装=经一的一 一可二及-一及一程二技一速=与=理=维二种=械二性坯-一工二品二艺-艺一术=程一 一的二为1侧-过二程一快一1料一1处=速二特二机二品二毛=加=成二工二工=技三工 -随=行预=谴二工=造一材=热一快二造.一造=产二造=造=造二造=造=造一造 一.一一.一. 回回画画 图图川川口 图 1 . 1再制造工程学科体系框架 f i g . 1 . 1 t h e d i s c ip l i n a ry s y s t e m o f r e m a n u f a c t u ri n g e n g i n e e r i n g 由 上图 所示， 再制造工艺技术设计是再制造学科体系中的重要组 成部分。 拆卸是再制造工程的 第一步，拆卸工艺方案的 设计目 前尚属空白。 本论文 重点 研究废旧 发动机再制造产品 拆卸工艺方案的 生成的 信息管理技术以 及拆卸方 案 的评估的理论和算法， 并开 发相关的原 型软件系统。 这无疑将对再 制造工 程学 科体系的完善 做出 重大贡献。 2 )再 制造拆卸方案的管理实现信息 化 再制造产品的拆卸方案，由于再制造产品 在其生命周期中的失 效模式的不 同以及失效程度的不同， 造成其拆卸方案呈现个性化。 拆卸 信息的 分类以 及拆 卸方案的决策生成离开了 信息化手段将是十分困 难的。 信息 化不但可以 提高 工 艺设计的 效率，同 时也为工艺的标准化打下基础。 第 1 章 绪论 3 )再制造拆卸方案的评估做到智能化。 拆卸方 案评估的体系的内容涉及再制造产品的可拆卸性、经济性、技术性 三方面内容。完善再制造 产品拆卸评估的指标体系并对各指标项目 给出了 量化 计算的公式和评估指标权重的确定方法是关键的步骤并将其应用到再制造拆卸 工艺方案决策是对再制造工艺设计技术的重大贡献。 1 . 1 . 2 . 2 . 经济影响 1 ) 为再制造提供可靠的 拆卸工艺方案指导， 保障拆卸质量 基于本论文研究的相关 技术开发的再制造产品智能拆卸和评 估的软件系统 最终的目 标是生成高质量的符合每一个待拆卸产品的工艺方案， 并且该工艺方 案是随着拆卸过程的进行不断评估、修改、完善。拆卸方案提供了拆卸的路径 和方法，减少了拆卸过程中的盲目性、随意性，使拆卸过程快速、合理、经济 的实施。从而减少了拆卸成本、降低了能源消耗、减少了环境污染，使再制造 效益达到最高。产生最大的效益是再制造业追求的目标，这也是再制造性评估 的目的。 2 )高质量拆卸方案决策生成，减轻了劳动强度，提高拆卸效率 基于本论文研究的相关技术开发的再制造产品智能拆卸和评估的软件系统 能随着拆卸过程的进行，再制造信息的不断完善而快速地、动态地生成拆卸方 案。 这将大大减轻再制造工艺设计技术人员的劳动强度;同时为 每一个待拆卸 的再制造产品生成高质量、 标准化的拆卸方案也将提高拆卸的 成功率和拆卸效 率，缩短了拆卸时间。 1 .2 . 课题研究背景 1 . 2 . 1 . 涉及的学科领域 根据本课题的 研究目 标，主要涉及再制造产品设计、 再制造产品拆卸方案 设计以 及再制造性智能评估三方面内 容。 1 ) 再制造产品设计 再 制 造 的 产 品 设 计 (d e s ig n fo r r e m a n u f a c tu ri n g ) 是 指 在 产 品 设 计 阶 段 对 产 品 的再制造性进行考虑并提出再制 造性指标和要求。 使得产品在寿命末端时具有 良好的再制造能力。 2 ) 再制造产品拆卸方案设计 南昌大学硕士学位论文 再制造产品拆卸方案设计主要是根据产品的再制造性，设计产品拆卸方案， 用以指导、评估拆卸过程。 3 )再制造性智能评估 根据再制造性的经济性、 技术性、 可拆卸 性等评估指标， 结合专家系统， 用案例推理 ( c b r)的方法对产品的进行综合评估，确定产品的再制造性。 1 . 2 .2 . 研究现状 1 .2 .2 . 1 . 国内 虽然国内 对再制造研究起步比 较晚， 但是也有一些专家学者对再制造产品 设计及拆卸评估进行了研究。国内 主要是一些高等院校和研究所对拆卸相关理 论作了 较深入的 研究。 合肥 工业大学刘光复、 刘志峰等在1 9 9 3 年就开始进行绿 色设计的研究，对绿色产品评价理论与方法、可拆卸性设计，拆卸序列算法及 其优化， 可拆卸性评 价，回收 等进行了 研究 2 , 3 1 : 清华大学段广洪，汪劲松，向 东 等 对 绿 色设 计理 论 方 法， 产 品 绿 色 度 综 合 评 价 ， 拆 卸 序 列 生 成 【4.7 : 重 庆 大 学 刘飞 等 对 绿 色 制 造中 的 资 源能 源问 题， 绿 色 制 造工 艺 【s a i l: 上 海 交 通 大 学 蔡 建国 、 倪俊芳等对轿车的拆卸回收 1 2 . 1 4 1 ;装甲 兵学院 徐滨士等对再制造理论 1 1 5 -2 2 1 ;华 中 科技大学周济、胡军军等 对生 命周期设计理论( 2 3 1 ; 北京理工大学宁汝新对面 向 拆卸回收的 设计1 24 1进行了 研究。 文献【 2 5 1 基于产品零部件之间 的关系，建立了产品拆卸逻辑网 络表示模型， 提出了实现产品最大回收效益的最优拆卸路径生成算法;王波、 李玉玲等在文 献1 2 6 , , 2 7 1 中 提出了一种基于p e t ri 网的 产品 拆卸 模型， 来分析拆卸的经济性、和最 优拆卸路径的生成。 合肥工业大学开展了机械产品可回收设计理论和关键技术及回 收指标评价 体系的 研究。 重庆大学承担了国家自 然科学基金和国家8 6 3 / c i m s 主题资助的关于再制 造技术的 研究项目， 主要研究可持续发展c i m s ( s - c i m s )的 体系结构 研究、 清洁化生产系统和体系结构 及实施策略、 清洁化生产管理信息系统等。 1 . 2 . 2 . 2 .国际 国 外 拆 卸的 研究 开 展比 较 早， l e o a ltin 日 29 1于1 9 9 3 年 提出 了 产品 在生 产、 销 售使用 及废弃、回收的每一阶段都不能对环境造成危害的理念， 并提出了产品 第 1章 绪论 生 命 周期设 计 中的 回 收问 题。 r o s y 再制造平级处理在再制 造中， 产品只能修复到原来的程度。即和零 件生产标准相同。这种情况 我们称为 平级处理。大多数情况下产品都是属于这 种级别的。 3 )再制造降级处理经清洗、检测之后，发现产品由于技术或损坏的程 度无法修复达到原来的标准，必需对零件的局部进行在设计，用于其他地方。 这种处理方式我们叫做产品的降 级处理。降级处理是再制造修复中最后考虑的 方式。在其他条件允许的情况下，尽可能的使零件能用在原来的地方，发挥应 有的价值。 4 . 3 . 1 . 2 . 拆卸 工艺方案的评估 正如4 . 1 节所说， 拆卸过程中的 各种不确定性使得拆卸方 案的 不确定性， 对 于各种方案经济性、 技术性、 可行性等要进行评价。 拆卸工艺方案是拆卸过程 的指导原则。 工艺方案的优劣直接影响到整个拆卸过程的 拆卸经济 性以及企业 总的经济效益。 拆卸工艺方案的 评估也是发动机拆卸重要组成部分。 拆卸工艺方案主要是 指拆卸路线、拆卸方法、拆卸工装等方面的内容。确定最优的拆卸路线和合理 的拆卸方法工具以及 拆装设 备， 使拆卸的 成本最小、 拆卸收 益最大，同时能量 消耗最少，对环境的污染最小。 4 3 .2 . 评估指标 一 所有的产品都具 有一定的 再制造性， 产品的再制造性的高低是由其再制造 牲指标来 衡量的。再制造性指标过低的 产品不具备再制造价值， 但过高又易于 过量增加成本，所以产品再制造性指标的选择必须根据产品的设计和使用要求， 其量 值大小也要合理选择。 再制造 性指标是整个再制造性工程所要达到的目 标， 正确地选 择产品的再 制造性指标及其量值将为产品的再制造性工作 奠定良 好的 基 础。产品的设计决定了 产品的固 有再制造性，但还有待进一步 研究 确定衡量 产品再制造性的指标。 确定指标的量值是决定产品 再制造性实现的重要标志， 一般可以 参照同 类 产品的再制造性指标来确定或者由 产品的 再制造性分析模型 和再 制造性预测方 法来预测产品的再制造性指标值， 再由 预测值来 确定再制造性的 量值也必须考 虑技术环 境工艺 等因素的影响和需要 决定产品 再制造性指标的 量值。 第4 章 拆卸方案评估的体系 4 . 3 . 2 . 1 . 可拆卸性 产品的 可拆卸性是一个复杂的抽象的 概念，可以被定 义为从装配体上拆除 其组成零部 件的难易程度。 产品的可拆卸性涉及产品多方面的特征如:结构特 征、 联接特征 等，它们决定了 所要获得零部件在产品中的 所处的 位置，以 及要 解除这些零部件约束滩接约束 和位置约束) 所需的 拆卸操作。 与产品 结构有关 影 响产品可拆卸性的因素包括:待拆卸零部件的数目、待拆卸零部件在产品中所 处的深度、每个联接所联系的零件数、拆卸过程的独立性、待拆联接的数目及 所处的深度、待拆联接的拆卸时间、联接的种类、联接的易达性等。因此可拆 卸性评估两个方面着手进行，一是与拆卸过程有关的拆卸时间、拆卸能耗等， 二是产品结构的 拆卸难易程度。 其中拆卸的时间、 拆卸费 用、拆卸能量、紧固 件比 例以及可达性等都是可拆卸性主要评价指标。 1 ) 拆卸时间 拆卸时间即拆卸下某一联接所需要的时间，包括基本拆卸时间和辅助时间。 其中基本时间 是指松开联接件、 将待拆卸零件与相关零件分离所花费的时间， 而辅助时间是指为完成某个拆卸所必须做的辅助工作所花费的时间，包括工具 定位时间、工具更换时间、夹具固定时间和放置零件时间等。拆卸时间指标是 产品可拆卸性能评价的一个重要指标。拆卸时间越长，表明该结构的复杂程度 越高，产品的拆卸性能越差。 特别是在维修中， 很多情况下对拆卸时间要求很 严。 产品是由 多个连接组合而成，则产品的拆卸时间就是拆卸产品中所有的连 接，并把所有的零部件放置完毕所消耗的时间和辅助时间的总和。 一 影响两个零 件的拆卸分离时间的因素如前面所说有多种，对某一特定的联接方式，我们就 可以以联接的结构特征，如待拆卸零件的可达性、定位性、尺寸特征、重量特 征等作为网络的 输入变量，以 拆卸时间为网络的输出 变量，建立网 络模型，通 过样本学习，得出联接的结构特征与拆卸时间之间的映射关系。 在给定拆卸顺序的情况下，整个产品的拆卸时间可按下式进行计算: tm o 一 卒+ n f “ “ + “ ( 4 .2 ) 其 中t e b. 为 总 的 拆 卸 时间 ; t . 为分离零件i 花费的时间: 南昌大学硕士学位 论文 n ft 为 与 某一 连 接 有 关的 紧 固 件的 数 量; n为产品零件总数; m为连接件的数量; t1i 为 移 去 紧 固 件 的 时 间 ; t 。 为辅助时 间。 当然，在拆卸过程中拆卸工具、工人熟练程度、结构复杂程度对拆卸时间 会有不同程度的影响，可 根据具体情况调整其修正系数。 2 )紧固 件比例 拆卸时主要是拆除紧固件连接，移走每个零件，因此紧固件的数量的影响 很大。拆卸时 紧固 件数量要尽可能 少，使拆卸容易且 省时省力。固 件类型 应统 一，减少拆卸工具种类，从而简化拆卸工作。 紧固件比例 的计算公式为: 其 中 : n f 为 产 品 中 紧 固 件的 总 数 ; n为产品零件总数。 3 ) 拆卸费用 拆卸费用是指与拆卸有关的费用，即人力费用和投资费用等，产品中零部 件的连接结构不同， 拆卸的难易程度也不同， 拆卸费 用也表现为不同的量 值。 人力费用主要指工人工资，而投资费 用则包括所需的 工具、夹具的定位，以及 夹具送进装置的费 用、 拆卸 操作费 用、拆下的 材料的 识别、分类运输及存 储费 用，还包括拆卸所要消耗的能量和资源的费用。例如用风动螺丝刀拆卸螺钉时 需 要消耗电能， 用焊枪 拆除 焊接连接时要消耗乙炔气体等。 拆卸费用是衡量 产品可拆卸性能 好坏的主要指标之一，可以 采用拆卸费用 比例 来表示产品拆卸成本的高低。 ( 4 .4 ) 其中 : c , 为 理 想 的 拆 卸 费 用 : c , 为实际的拆卸费用 第4 章 拆卸方案评估的体系 另有 _t . 认 .x 从x c 3 6 0 0 ( 4 .5 ) 式中 : t , 为 理 想 拆卸 时 间 ( 秒) ; 从为产品的理想零件个数; c 为当 前劳动力成本 ( 元 小时) . 4 )可达性 可达性包括三个方面，即视觉可达、实体可达和足够的 拆卸空间。 人工拆 卸时， 操作人员可以 观察 到待拆卸的 零件，拆卸工具可以 到达拆卸部位，并且 有足够的拆卸空间。自 动化拆卸时，对可达性的要求比人工拆卸时更高。可达 性的好坏可以较大程度地减少拆卸装置的复杂程度和成本。所以在产品设计时， 必须同时考察视觉可达、实体可达和足够的拆卸空间三个方面，不仅能拆卸零 件，而且可以在没有阻碍的情况下，快速方便地进行拆卸。一般在拆卸螺纹时， 为了使扳手能方便地进行拆卸操作，不同直径的螺纹都有最小空间尺寸值，以 此为标准进行产品结构设计时，其参数都应大于标准值。 5 )拆卸能量 拆卸产品必然要消耗能量，其能量消耗方式有两种，即人力消耗和外加动 力消耗 ( 如电能、热能等) 。拆卸单元零部件所消耗的能量大小也是表明该零部 件拆卸性能的一个指标。能耗少，则该部分拆卸性能好。由于机电产品中广泛 采用多种连接方式， 如螺纹连接、 搭扣连接等的 机械连接方式和粘结、 焊接 等， 因此其拆卸能量的计算方法也不同。机械连接的 拆卸能量包括螺纹的释放能、 搭扣连接的弹 性变形能或连接元件的摩擦能等; 而化学连接方式，可视其分离 方法，其消耗能可以是 融化能、断裂能或溶解能。下 面，我们以 机械连接中的 螺纹连接为例，给出 拆卸能的计算方法。 螺纹连接是通过施加一定的拧紧力 f ( n ) ， 产生相应的拧紧力矩来 使螺纹 紧固的。拧紧力矩的大小与 拧紧力f 和螺纹直径d ( m m) 成正比， 一 可用下式表 不: m = 0 . 2 x fx d ( n ii i ) ( 4 . 6 ) 其中: 0 .2 为力 矩系 数， 其大小与 摩擦系数和螺纹中径有关。 南昌大学硕士学位论文 由 机械零件知识可知， 螺纹连 接的轴向力等 于拧紧力矩的 1 0 %。由 于该轴 向力作用在螺纹的放松方向， 则松开 螺纹 所需的 力矩是拧紧力矩的8 0 % 。 因而， 松开螺纹的能量 可由下式计算: 凡一 0 .8 x mx o 4 .乃 其中:夕 为产生轴向应力的旋转角 ( 弧度) 。 因此，我们可以定义螺纹的拆卸能量即为松开螺纹的能量 。 : 以上计算的是单个连接单元的拆卸能量，如果某一待拆卸的零部件有多个 连接，则拆卸能量应是所有各连接单元拆卸能量的总和。 4 .3 . 2 . 2 . 经济性 再制造企业是使资源循环利用，而在再制造的同时企业需要的也是效益， 考虑的也是其生产再制造的利润，其经济性。 鉴于此， 对于拆卸 评估的经济 性，我 们主要从以 下几个方面考虑:产品回 收收益、产品回收成本、零件回用效益、零件再制造效益、零件的材料回收成 本、 废弃零件的处置费 用等。 1 )产品回收收 益 如前所述，退役后的产品中有很多可以回收或重用的部件、零件和材料。 甚至一些结构在进行稍微地修理之后，又 可以成为某此因部件损坏而无法正 常 工作的产品的 配件。 因此产品回收根据其回收级别可以 分为 产品回收、 部件回 收、零件回收和材料回收四个级别。 这样经过适当的回收处理后，可以提 供相 当 数量的可重用零部件和新的生产原材料。另外在产品的回 收过程中，还 会产 生 大量 的 可以 被再 次 利 用的 能 量 ( 如 塑 料混 合 物 在 分 解过 程中 产生 的 热能 ) 这 些 能量又可以成为再生产的动力能源。 2 ) 产品回收成 本 回收成本是回收工艺流程决策评价指标体系的重要内容。对于同一种待回 收产品，不同 的回收 过程其经济性不同。回收成本通常包括两个方面的内 容: 其一是回收过 程的能 源消耗， 该指标分为能 源利用率和能 源消耗 种类两个指 标。 一 能源利用率反映了 产品回收过程中 能源的 利用效率.能源消 耗种类指的是回 收 过程中经常使用的电 力、煤炭等能 源; 其二是回收过程中的资 源消耗，资 源消 第4 章 拆卸方案评估的体系 耗又可 分为人力资源成本和物料资源消 耗。 人力资源成本主要是指产品回收过 程中 支付给工人的工资: 物料资 源消耗包括资源利用率和资 源消 耗种类. 3 )零件回用效益 零件回 用是指零件经简单的修整、 清理和检测后重新应用于原结构件。 零 件回用的成本收益模型为: m - - p - - c , . . ， 一 c ,一 c , , + c , , ( 4 . 8 ) 其 中， m 为 零 件 回 用的 利 润; p ,为 零 件回 用 的 收 益 ， 通 常 可 以 用 回 收 零 件 的 一 般 市 场 销 售 价 格 计 算 ; c m 为 零 件 拆 卸 成 本 包 括 拆 卸 工 具、 夹 具 、 人 工、 能 源 及 其 他 费 用 ; c 为 零 件回 用 成 本， 包 括 拆卸 后的 清 洗、 简 单 修 整 、 检 测、 存 放 等 费 用 : c a- 为 其 他费 用， 如 运 输、 销 售 等 费 ; c m* - 为 该 零 件 不 回 收 而 直 接 处 置的 费 用， 如 掩 埋的 费 用; 4 )零件再制造效益 m, a w d , c a d lm j c. 一一 c- w aw ft a 一 c a_ + c, , (4 .9 ) 与零件回用类似， 凡-* . * , - m. - - w a . . d s 为零件再制造的利润; p - -d i. . , c . c l -.* h _ 为零件再制造后的收 益，即再制 造零件的销售价格: 为零件再制造成本，包括拆卸后的清洗、修理、收集、存放等 c .、 c含 义 同 上 . 5 )零件的材料回收效益 材 一 召 - p. 一 c . .- - dy 一 c - -,. , . 一 c . ,- 十 c . i. ( 4 . 1 0 ) 其中 m ， 为 零 件 作为 材 料回 收 的 利 润; p ,- ,- . 为 零 件组 成 材 料回 收 的 收 益，即 零件材料的 销售价格:其他同 上。 6 )零件的处置费用 零件的处置包括焚烧和掩埋， 两者的 处理般均需缴纳一定的 废弃物处理费， 其 成 本c e . .d ， 的 计 算 方 法 为 : c, - k c x v p或 c, ,; - k c, x w , , ( 4 . 1 1 ) 南昌大学硕士学位论文 其 中 ， 一c 为 单 位体 积 的 零 件 处 置 成 本 ; c 为 单 位 重 量的 零 件 处 置 成 本: k 为 处 置 成 本 系 数 ; v p , 为 零 件 体 积 ; w o - 为 零 件 重 量: 因此， 零件回收策略的确定， 单纯从经济角度考虑，只须比 较以 上各种成 本收益，并选择其中利润最大者: m，一 m a x ( m _, m . s ,m , s , c e;州 ) ( 4 .1 2 ) 4 . 3 . 2 . 3 . 技术性 技术因素包括:零部件的磨损、疲劳和破坏、技术稳定性、寿命等。市场 因素即市场对回收零部 件的需 求情况。 1 )技术稳定性 该因素用于评估报废产品投产后技术改进状况。 、 ! - 投入使用后设计变动数 总零件数 ( 4 . 1 3 ) 式 中巧为 技 术 稳 定 性 因 素. 2 )失效 类型 该因素是评价产品报废或损坏的性质或主要原因和产品中关键零件可修复 的百分数。 该指标下有两个二 级指标， 使用年限 率和功能性报废 率因 素 设计寿命 一 使用年数 设计寿命 ( 4 . 1 4 ) . 份 、 一 !- 关键零件耗损型报废数 关键零件总数 ( 4 . 1 5 ) 式 中u s 为 使 用 年 限 率 因 素， 当 产 品 使 用 年数二 设计 寿 命 时 ， ,u s 0 0 , f c 为 功 能性报 废因 素。 耗损型 报废是指因 老化、 腐蚀和疲劳等原因所导 致的 报废。 4 .3 3 . 评估指 标权，的 确定 4 3 .3 . 1 . 向 量相似度法 确定 指标权重的 方法很多， 在很多情况下需要知道各指标确切的 权重分配， 针对如何客观地确定某一状态下各指标的权重这一问题， 这里我们引用了 一种 4 0 第 4 章 拆卸方案评估的体系 确定权重的新方法 向 量相似度法， 2 1 ，通过公计算系统各性能指标向 量与系 统综合指标向量的 相似度， 进而 确定了 指标权重。由于此方法是利用系统性能 指标抽样数据来确定指标权重的，因 此该方法具有较强的客观性。 1 )向 量相似度定义 对于任意一向量m ，由于包括方向和大小两个要素，故可用方向和大小来 综合表征两向 量的 相似度， 现作定义如下: 定 义1 : 设 x- 认,x 2 ,. . , x ) 为 参 考向 量 ， y - 仅1 y 2 1 .y . ) 为比 较向 量 。 则向 量x和y的范围 ( 长度)相似度 ( a)为 iv ii5 p x p 胆 卜2 x ( 4 . 1 6 ) rll.心1胜t . 口 定 义2 : 设x- 认，xz ，二气 ) 为 参 考 向 量 ， y - 伙, y 2 ,.y r ) 为比 较向 量。 则向 量x和y 的方向 相似度 ( j6) 为 .lo州印 妙 _b e s -1 一 二 二 二 ，u b 为两向量的 夹角 定 义3 : 设x一 认,x 2 ,. .,x . ) 为 参 考向 量 ， y - 以， 儿 ， :. ) 为比 较向 量。 量x和y 的向 量相似度 ( y )为范围 ( 长度) 相似 度 ( a)和方向相似度 的乘积，即 y一 “. ,6( 4 . 1 8 ) 上 述 定义 ， 依 据向 量 的 两 要素 ( t小 和 方向 ) ， 把 向 量 的 相 似度 ( y ) 分 解为 范 数 相 似 度( a ) 与 方向 相 似 度 . ( p ) ， 从 而使 得 向 量的 相 似 度 得以 准 确的 表 达. 2 )向 量相似度算法 其流程图 如图4 . 4 所示。 南 昌大学硕士学位论文 图4 . 4权重确定流程图 f i g . 4 . 4 f l o w c h a rt o f t h e w e i g h t c o n f ir m i n g 具体步骤如下: 建立系统 综合指标向 量 设 系 统 指 标 体 系 共 有n 个 性能 指 标 ， 根 据 某 状 态 理 想 情 况 际准 情 况 ) 下 各 指 标 的 己 知 数 据 建 立 系 统 综 合 指 标 向 量 : m 一 n e rn 2 , m 3 .m e 对各指标进行抽样 为了使抽样能尽可能地反映系统情况，抽样样本容量在允许的情况下应适 当 的 大 些. 现抽 取 各 性能 指 标 在 系统 各 状态 下的: 组 数 值( 一 般 情况 下z x b 即 可) . 求各指标抽样样本的特征向量 设 第 k 个 指 标 抽 样 样 本 的 特 征 向 量 记 为 : 戈 【布 花 ，凡 ， . 气 ， 其 中 x j q = l ,= 1 . 2 , 3 ,. “ . ，z)为系统各指标抽样z 组数据的抽样值; 对系统综合指标向量 和各指标 特征向 量进行无量纲 化处理m! 评价指标通常有 “ 极大型”指标、“ 极小型”指标、 “ 居中型”指标、“ 区间 型” 指标之分。 所谓极大型指标是指 其取值越大越好，如 产值、利税等: 极小型 指标是指其取值越小越好，如成本、能耗等; 居中 型指标是指取值越居中 越好 的指标， 如人的身高、体重等:而区间型指标是 期望其取值以落在某个区间为 最佳的指标。 根据对评 价指标分类的小同， 对指标 集a可作如下划分， 即令 4 a 一 u q ， 且 。 u q j - fi , i, j 一 1 , 2 , 3 ,4 ,1 ， 1 式 中 能 , (i - 1 , 2 , 3 , 叼 分 别 为 极 大 型 指 标 集 、 极 小 型 指 标 集 、 居 中 型 指 标 集 、 区间型指标集，9中为空集。 为使各指标数据之间有可比性， 对指标数据作如下变换， 使其之间具有统 一的度量标准。 第4章 拆卸方案评估的体系 对于极大型指标x ，令 x - ( x - m ) / ( m一 m )( 4 . 1 9 ) 其中m ，m分别为指标x 的 一个允许的上、下界: 对于极小型指标x，令 x - ( m一 x ) / ( m 一 m ) ( 4 . 2 0 ) 对于居中型指标x ，令 x . 琢 一 m ) l ( m - m ) , 2 ( m一 x ) l ( m一 m ) , ms x s ( m+ m ) 1 2 ( m+ m ) / 2 s x s m ( 4 .2 1 ) 对于区间型指标x ，令 n( q , - x ) l / m a x q , - m , m一 q ,. j x qz r卜.1.hse . x， 式中 为指标x 的最佳稳定区间。a 这 样，x 通 过 ( 4 . 1 9 ) 式， 或 通过 ( 4 .2 0 ) 式， 或 通过 ( 4 .2 1 ) 式， 或通 过(4 .2 2 ) 式 ， 都可转化为无量纲的过极大型指标了。 计算各指标特征向量与其系统综合指标向 量的相似度 利 用公 式 ( 4 - 1 8 ) ，计 算戈与从的相 似度戈， 即从为 第k 个指标向 量与 系 统综合指标向量的相似，它反应了该指标对系统总效能的贡献程度。 确定 各指 标的 权重分 配 将 各 指标特 征向 量 与 其系 统综合 指标向 量的相 似度y t 进行 归一化 处理即 可 得 到各 指 标的 权重w , . 4 . 3 . 3 . 2 . 指标权重确定算例 有我们前面建立的可拆卸性的评估指标体系为例，我们来具体分析如何向 量相似度法来确定其各个指标的权重。 南昌大学硕士学位论文 1 )确定可拆卸性体系的各个指标 可拆卸性的指标主要包括如4 . 5 图 2 )建立系统综 合指标向量 在指标体系中， 其中拆卸时间、 拆 卸费用、 拆卸能量为极大型指标， 拆卸 可达性和紧固件比例为极小型指标。 对 极大型指标为拆卸需要其有一下限值， 对极小型指标要有一上限值， 而理想值 为系统某状态下的 最佳值( 在极大型指 标中其代表最大值， 在极小型指标中其 代 表 极小 值 ) ， 并 把 性 能 指 标中 的 语 言 值 ( 无 ， 一好， 较 好， 很好 ， 非 常 好， 极 好 ) 量 化 为 (0 , 10 .8 , 0 .9 , 1 .0 ) 10 01 ， 如 表4 .1 . 图 4 . 5可拆卸性因素 f i g . 4 . 5 f a c t o r o f t h e d i s a s s e m b l y 非常差，很差，较差，差，一般， 0 . 1 , 0 . 2 , 0 . 3 , 0 . 4 , 0 . 5 , - 0 . 6 , 0 . 7 , 对极大极小型指标分别依据( 4 . 1 9 ) , ( 4 . 2 0 ) 式，可得系统综合指标为: m= ( 1 , 1 , 1 , 1 , 1 , 1 ) 表4 . 1 可拆卸 性指标值 t a b l e 4 . 1 d a ta o f t h e d i s a s s e m b l a b il it y 指标项 拆卸时 间 ( s ) 拆 卸 费用 ( ￥/ h ) 拆 卸 可 达 一 性 ( %) 紧 固 件 一 比 例 ( %) 拆 卸 能 量仍 理 想 值6 3 8 0 19 5 1 1 5 0 0 上 限8 14一 9 9 2 0 0 0 下限 一7 0 1 3 )进行各指标抽样 在此抽取各项指标的 六组数值 ( 见 表4 .2 ) 依据( 4 . 1 9 ) , ( 4 .2 0 ) 式可得各指标的 特征向 量为: 拆卸时间: ( 0 . 8 9 4 7 , 0 . 8 1 5 8 , ， 0 . 7 6 3 2 , 0 . 6 8 4 2 , 0 . 6 3 1 6 , . 0 . 6 0 5 3 ) ; 拆卸费 用: ( 0 . 8 4 6 2 , 0 . 8 2 0 5 , 0 . 7 6 9 2 , 0 . 7 4 3 6 , 0 . 6 9 2 3 , 0 . 6 4 1 0 ) ; 拆卸可 达性: ( 0 . 7 5 , 0 . 7 5 , 0 . 7 5 , 0 . 5 , 0 . 5 , 0 . 2 5 ) ; 紧固 件比 例: ( 0 . 5 , 0 . 2 5 , 0 . 5 , 0 . 5 , 0 . 2 5 , 0 . 5 ) ; 拆卸能 量: ( 0 . 5 , 0 . 2 5 , - 0 . 2 5 , 0 . 5 , 0 . 2 5 , 0 . 5 ) ; 第4章 拆卸方案评估的体系 表 4 .2指标抽样值 t a b l e 4 . 2 d a ta o f t h e t a r g e t s a mp l e 指标项12 3 4 56 拆 卸 时间( s ) 一7 6 6 7 5 8 拆 卸费 用 ( y /h)一 4 3 1325 3 拆卸 可 达 性 ( % )一i 8 7 8 39 0 8 4 9 3i 9 1 紧固 件比 例( % )一