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再制造

徐滨士:国内外再制造的新发展及未来趋势

发布时间:2018-10-30   来源:xudaqing   点击数:7474次

摘要:再制造是维修发展的高级阶段,是先进制造的重要组成,是废旧产品高技术修复、改造的产业化;再制造具有“两型社会、五六七”的特征。我国经济社会发展对再制造具有十分迫切的需求,再制造的初步应用也已取得了非常明显的节能减排效果。国际上,美国的再制造体系较完善,近10年来,中国的再制造发展迅猛,在再制造的政策法规、产业实践及基础研究方面成绩斐然,已成为世界再制造中心之一。再制造的未来发展可概括为“探索再制造的科学基础,创新再制造的关键技术,制定再制造的行业标准”。

关键词:再制造工程;研究现状;发展趋势

1、再制造的内涵与研究范围

20世纪的100年,人类制造的物质财富超过了以往5000年的历史总和,但也极端消耗了地球资源,超出了大自然的恢复能力。为了缓解有限资源和过度消耗之问的矛盾,最大限度地利用废旧产品的剩余价值,20世纪90年代,美国从产业角度建立了3R体系(Reuse再利用、Recycle再循环、Remanufacture再制造):日本从环境保护的角度也建立了3R体系(Reduce减量化、Reuse再利用、Recycle再循环)。中国在总结世界各国经验的基础上,创造性地提出具有中国特色的4R体系(Reduce减量化、Reuse.再利用、Recycle再循环、Remanufacture再制造)。

再制造以废旧产品的零部件为毛坯,主要以先进的表面工程技术为修复手段(即在损伤的零件表面制备一薄层耐磨、耐蚀、抗疲劳的表面涂层)。因此无论是毛坯来源还是再制造过程,对能源和资源的需求、对废物废气的排放都是极少的,具有很高的绿色度。再制造具有如下重要特征:再制造产品的质量和性能达到或超过原型新品,成本不超过原型新品的50%,节能60%、节材70%,对环境的不良影响显著降低,有力促进了资源节约型、环境友好型社会的建设[1]。上述特征可概括为:“两型社会、五六七”。

再制造出现,完善了全寿命周期的内涵,使得产品在全寿命周期的末端,即报废阶段,不再“一扔了之”成为固体垃圾。再制造不仅可使废旧产品起死回生,还可很好地解决资源节约和环境污染问题。因此,再制造是对产品全寿命刷期的延伸和拓展,赋予了废旧产品新的寿命,形成了产品的多寿命刷期循环。这是面向循环经济的再制造的重要理论成果。

再制造的研究内容非常广泛,贯穿产品的全寿命周期,体现着深刻的基础性和科学性。在产品设计阶段,要考虑产品的再制造性设计;在产品的服役至报废阶段,要考虑产品的全寿命周期信息跟踪:在产品的报废阶段,要考虑产品的非破坏性拆解、低排放式物理清洗,要进行零部件的失效分析及剩余寿命演变规律的探索,要完成零部件失效部位的具有高结合强度和良好摩擦学性能的表面涂层的设计、制备与加工,以及对表面涂层和零部件尺寸超差部位的机械平整加工及质量控制等。

2、再制造的迫切性和重要意义

我国已进入机械装备和家用电器报废的高峰期,再制造势在必行。目前全国役龄10年以上的传统旧机床超过200万台,80%的在役工程机械超过保质期;年报废汽车约500万辆,报废电脑、电视机、电冰箱1600万台,报废手机2000万部,每年产生约8亿吨固体废物。上述设备均有进行再制造的巨大潜力。

我国在役机械装备的运行损失十分惊人,再制造势在必行。仅以腐蚀和磨损为例,2003年中国工程院发布腐蚀调查报告[2]:2002年我国因腐蚀造成损失近6000亿元,占当年GDP的5%。2007年中国工程院发布摩擦学调查报告[3]:2006年全国凶摩擦磨损造成的损失高达9500亿元,占当年GDP的4.5%。两项损失合计1.55万亿元,粗略估算占GDP的9.5%,而发达国家只达到4-5%。若能采取有效的修复及再制造等措施挽回10%的损失,则每年可节约1550亿元。

再制造的社会效益十分巨大。与相关制造业比,再制造业的就业人数是其1.3倍。2005年,美国再制造业的年产值为750亿美元,雇佣员工100万,同年,美国计算机制造业的产值与此相当,雇佣员工只有35万,说明再制造业具有显著的创造就业与再就业的能力。

再制造的资源与环境效益同样十分巨大。据美国《再制造工业发展报告》统计,每再制造1公斤的新材料,可以节省5-9公斤的原材料,每年全世界通过再制造节省的材料达到1400万吨,可以装满23万节火车车厢:再制造产品的能耗仅为新品生产的15%,全世界每年通过再制造可节省1600万桶原油,相当于600万辆汽车一年中所需的汽油。据美国Argonne国家重点实验室统计,新制造1辆汽车的能耗是再制造的6倍,新制造1台汽车发电机的能耗是再制造的7倍,新制造1台汽车发动机的能耗是再制造的11倍。据对我国第一家再制造领域的循环经济示范试点企业济南复强再制造公司的数据统计,若每年冉制造5万台斯泰尔发动机,则可节省3.825万吨金屈,回收附加值16.15亿元,节电7250万度,实现利税1.45亿元,减少C02排放3000吨。

中国特色的再制造来源于维修,是维修发展的高级阶段;同时,再制造是先进制造的组成部分,属于绿色制造。但是,再制造又明显区别于维修和制造,具有自身独立的学科方向。维修产品的质量低于新品。若要确保再制造产品的质量高于新品,则必须按制造的标准进行生产。但是,与制造相比,再制造有更多的科学和技术基础问题需要独立解决:1)加工对象更苛刻,制造的对象足经铸锻焊、车铣磨、热处理后的新毛坯,性能均质单一,而再制造的对象是旧毛坯,即报废的成形零件,存在着尺寸超差、残余应力、内部裂纹和表面变形等一系列缺陷;2)前期处理更繁琐,制造的毛坯是基本清洁的,很少需要前处理,而再制造的毛坯必须去除汕污、水垢、锈蚀层及硬化层:3)质量控制更困难,制造过程的质量控制已趋成熟,再制造毛坯的寿命预测和质量控制,因毛坯损伤的复杂性和特殊性而使其非常困难;4)工艺标准更严格,制造过程非常规范,再制造过程中废旧零件的尺寸变形和表面损伤程度各不相同,必须采用更高技术标准的加工工艺。

上述特殊的基础理论和工程需求催生了再制造工程新学科。近年来我国大力推进再制造学科的发展,建立了专门从事再制造研究的国家级重点实验室一装备再制造技术国防科技重点实验室。学科的发展也有力地推动了国家政策的发展。2009年1月,《中华人民共和国循环经济促进法》生效,该法在第2、笫40及第56条中六次阐述再制造,标志着再制造已进入国家法律。

3、国内外再制造的最新发展

3.1 国外的最新发展

再制造在欧美发达国家已形成了巨大的产业。2005年全球再制造业产值已超过1000亿美元,美国的再制造产业规模最大,达到750亿美元,其中汽车和工程机械再制造占2/3以上,约500亿美元左右。

美军高度重视再制造。隶属于美国国家科学研究委员会的“2010年后国防制造工业委员会”制订了2010年国防工业制造技术的框架,将武器系统的再制造列为国防工业的重要研究领域。

美军也是再制造的最大受益者。美空军B-52战略轰炸机,1962年生产,1980、1996年两次再制造,到1997年时平均自然寿命还有13000飞行小时,可服役到2030年;2005年,美空军完成了269架阿帕奇直升机的再制造,2015年前还将完成750架的再制造。再制造后的阿帕奇直升机成为美军现役武装直升机中战斗力最强的一种机型。此外,美军还对CH-47支奴干运输直升机、M1A1坦克、布拉德利装甲车、AV-8B鹞式垂直起降战斗机、“民兵”Ⅲ型洲际导弹等完成了再制造。通过再制造,美军一方面使大量濒临报废的装备重新焕发生机,以很低的费用维持了武器装备的战备完好率;另一方面大大提高了现有武器装备的战术技术性能,也为先进技术提供了一个十分难得的应用和检验的机会。

近年来,日本加强了对工程机械的再制造,至2008年,再制造的工程机械中,58%由日本国内用户使用,34%出口到国外,其余的8%拆解后作为配件出售。至2004年,德国大众汽车公司己再制造汽车发动机748万台,变速器240万台,公司销售的再制造发动机及其配件和新机的比例达到9:1。

欧美国家的再制造,在再制造设计方面,主要结合具体产品,针对再制造过程中的重要设计要素如拆卸性能、零件的材料种类、设计结构与紧固方式等进行研究:在再制造加工方面,对于机械产品,主要通过换件修理法ⅰ和尺寸修理法ⅱ来恢复零部件的尺寸,如英国Lister Petter再制造公司,他们每年为英、美军方再制造3000多台废旧发动机,再制造时,对于磨损超差的缸套、凸轮轴等关键零件都予以更换新件,并不修复。对于电子产品,再制造的内涵就是对仍具有使用价值的零部件予以直接的再利用。如德国柏林工业大学[6]对平板显示器的再制造就是先将液品显示器LCD、印刷线路板PCB、冷阴极荧光灯CCFL等关键零部件进行拆解,经检测合格后进行再利用;德国ReMobile公司[7]对移动电话的再制造也是先拆解、再检测最后再利用;此外还有对数码相机(日本柯达公司)、打印机墨盒(美国施乐公司)、品牌电脑(美国HP公司)等的再制造也都是以再利用为主。

3.2 国内的最新发展

在再制造政策方面。1999年6月,徐滨士院士在中国西安召开的“先进制造技术国际会议”上作了《表面工程与再制造技术》的特邀报告,在中国率先提出“再制造”的概念。

2000年,“再制造工程技术及理论研究”被国家自然科学基金委机械学科列为“十五”优先发展领域,标志着再制造的基础研究已经得到了国家的重视和认可;2005年,“资源循环型制造与再制造”又被国家自然科学基金委机械学科列为“十一五”优先发展领域,再制造们学术地位得到进一步巩固。2005年国家科技部发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》中,再制造成为制造领域的优先发展主题和关键技术之一。

2005年7月,国务院颁布的21、22号文件明确表示国家将“支持废旧机电产品再制造”,并把“绿色再制造技术”列为“国务院有关部门和地方政府加大经费支持力度的关键、共性项目之一”;11月,国家发改委等6部委联合公布了国家首批循环经济示范试点领域及企业名单,再制造成为4个重点领域之一,发动机再制造企业济南复强动力有限公司被列为再制造重点领域的试点单位。

2006年4月,时任国务院副总理曾培炎在国家发改委上报的《关于汽车零部件再制造产业发展及有关对策措施建议的报告》上批示:“同意以汽车零部件为再制造产业试点,探索经验,研发技术。同时要考虑定时修订有关法律法规”。

2008年3月,国家发改委批准全国14家企业作为新一轮“汽车零部件再制造产业试点企业”,其中包括一汽、东风、上汽、重汽、奇瑞等整车制造企业和潍柴、玉柴等发动机制造企业。

2009年1月,《中华人民共和国循环经济促进法》正式生效。该法指出:“国家支持企业开展机动车零部件、工程机械、机床等产品的再制造”;并规定“销售的再制造产品的质量必须符合国家规定的标准,并在显著位置标识为再制造产品”。

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