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[摘要]本文阐述了机电产品“再制造”的必要性,分析了传统机械课程是产生与服务于传统机械制造业,要使机械课程能适应与促进当今资源持续利用的循环经济模式下的制造业的发展,我们必须在机械课程中引入与“再制造”有密切联系的相关内容。
[关键词]再制造机械课程循环经济
一、引言
保护地球环境、节约能源、资源、构建循环经济和保持社会可持续发展是全世界人民共同关注的话题。机械制造业能为社会做的一件行之有效的事情是:开展对机电产品进行“再制造”。“再制造”在欧美等发达国家已有几十年的历史,已有成熟的理论与技术,该行业已是发达国家的一个新兴产业,其产品也早已被消费者所接受,但在我国还刚起步,不过已受到了相关部门的高度重视,一定会以很快的速度发展。基于这种现状,在机械课程的教学方面应有相应的内容需要扩充。
二、进行机电产品“再制造”的必要性
20 世纪全球经济高速发展,新型机电产品极大地丰富了人们的物质文化生活。与此同时,废旧机电产品的数量正逐年以惊人的速度增长,由此造成的生态破坏、环境污染和资源浪费等问题正日益突出。资料显示,近几年全世界制造业每年约产生55亿吨无害废物和7亿吨有害废物,占全球污染物总量的70%以上,并且每年至少有2600万辆汽车报废。我国2000年达到报废标准的汽车就有210万辆,2003年我国已进入家用电器报废的高峰期,每年报废的彩电、冰箱等家用电器2800万台,其中报废的电脑500万台[1]。同时,自然资源的短缺和能源的不足已成为社会发展的一个重要制约因素。根据目前探明的储量,全球的铜和锌矿分别只能维持22年和24年即无矿可采。水资源的大量污染与浪费严重和以石油为代表的能源短缺都将制约经济持续发展并危及国家安全[2]。可以将传统经济增长模式的特点概括为:大量生产、大量消费、大量污染、大量废弃。
根据目前的资源现状,要从20世纪单纯追求规模、效益的经济模式向建设“4R”的循环经济的方向转变。循环经济倡导的是一种与地球和谐的经济模式,它是指以资源的高效利用和循环利用为核心、以“减量化(Reduce)、再利用(Reuse)、再制造(Remanufacture)和再循环(Recycle)”为原则,以低消耗、低排放、高效率为基本特征的社会生产和再生产活动。循环经济的实质是以尽可能少的资源消耗、尽可能小的环境代价实现最大的发展效益[3]。
“大力发展绿色再制造工程” 符合国家倡导的“循环经济”的方针,它对促进国民经济发展、保护环境、解决再就业、提升我国机电产品的国际竞争力具有重要意义。目前国家从构建循环经济出发,把废旧机电产品再制造列为重要内容之一,并着手开展示范试点工作;“再制造设计基础与方法”、“再制造基础理论与关键技术”分别被列为国家自然科学基金面上项目和重点项目。
三、机械“制造”与“再制造”的区别
再制造与制造的区别主要表现在四个方面:一是加工对象不同。制造是针对统一批量化的经过铸锻焊的毛坯材料或零件进行加工,而再制造使用的是经过长期服役而报废的各种成形零件。二是毛坯的初始状态不同。制造的毛坯或零件初始状况相对均质、单一、清洁,而再制造的毛坯大多存在因磨损、腐蚀导致的表面失效问题,因疲劳导致残余应力和内部裂纹问题,因震动冲击导致的零件变形问题,因复杂工况导致的零件污垢去除困难等问题。三是质量控制手段不同。制造产品的零件寿命评估和质量控制己趋成熟,而再制造产品的毛坯损伤、失效情况复杂多样,残余应力、内部裂纹和疲劳层存在导致寿命评估与服役周期复杂难测,再制造后的零件质量控制相对困难。四是加工工艺不同。产品制造过程中尺寸和力学性能易于操控,适合规模化的生产;再制造是在保持废旧零(部)件材质和形状基本不变的前提下,采用高技术恢复原产品的尺寸标准,达到或超过原产品的性能指标,实现原产品的功能升级,同时也采用正规化、规模化的加工手段,因此加工工艺更为复杂。
四、机械课程如何适应“循环经济模式”
在“传统的经济增长模式”下我们高等院校的机械专业功不可抹,我们为社会培养了大批机电产品的设计与制造的技术人员。在“循环经济模式”下我们仍然有责任和义务为社会培养适应新环境的技术人才。
“再制造工程”是一个系统工程,需要大批的专业人才,另外它与传统的设计与制造又有着必然的联系,目前的机械类课程所介绍的理论是基于:设计→制造→使用→维修→报废流程而形成的,这些理论不能完全适应于新的模式[4],如图1所示。
图1:机电产品的寿命周期
同时在这种新的循环模式下又有新的理论,对此本人认为我们高等院校的机械类课程应在相关课程中尽可能传授有关知识,现有如下几点建议。
(一)“再制造”理念的惯输
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,对废旧机电产品进行修复和改造的一系列技术措施或工程活动的总称[5]。再制造产品的质量和性能达到甚至超过新品,成本只为新品的 50%,节能60%,节材70%,对环境的不良影响与制造新品相比显著降低[6]。其中再制造的对象是广义的。它既可以是设备、系统、设施,也可以是其零部件;既包括硬件,也包括软件。
要使再制造产品真正赢得市场,必须在广大消费者的思想上得到认同,目前不少消费者将“再制造”等同于“修旧利废”,如何让消费者能尽快走出这种误区,使大家认识到,使用再制造产品利在自己,功在造福全社会。我们在校的机械专业的大学生们——未来制造业的工程师们,他们最能向消费者解释和证明这一切,但他们应该是这种理念的“先知者”,也就是说他们应在高校学习期间接受这种理念。
(二)在设计中考虑“再制造”(如选材、零件寿命、便拆卸等)
再制造的原料是以废旧零部件为毛坯,工艺过程为:回收、拆解、清洗、分类、加工、再制造和装配。为了使再制造产品能在更多地节约能源、资源前提下具有更好的经济性,我们在传统产品的设计时就应在以下几方面为“再制造”有所考虑。
A、产品结构上应便于拆解:这包括两种含义,一种是为了保证再制造时拆解工作量少,其次是机件的损坏往往是表面的、局部的,为了使修复工作简便,应尽量将大件、复杂件拆分,以便于拆卸的联接方式连接,如就发动机而言,由缸体与缸套组装的将比整体式气缸的更利于再制造,气门座镶嵌于气缸盖上也比整体式更利于再制造。
B、产品所选材料尽可能便于再制造,且种类尽量少:目前制造业中所用材料,有些适合于再制造,有些不适合或以目前的生产方式进行再制造不具有好的经济性,在多方权衡后尽可能选适于再制造的材料;同一产品上材料种类少时,将使再制造的生产工艺更为简单,成本更低。如在常用材料中金属材料是一种比较好适于再制造的材料,而塑料、橡胶是不适于再制造,而只能进入再循环的材料。
C、对有些零件的使用寿命的确定不应以最终失效为极限,而应以可以采用简便再制造方法修复为极限:如汽车板簧的寿命不应终极于最终的断裂而报废,而应以弹性性能低于某值为一循环寿命,此时换下只需进行热处理即可恢复其弹性。
(三)“再制造”工艺方法的介绍
“再制造”的工艺方法与传统的制造方法有明显的区别,传统的制造方法是以铸、锻、焊方法生产毛坯,以切削加工的方法来生产零件,即以车、铣、刨、磨等去除材料的方法来生产零件,原始毛坯的形状、尺寸、性能几乎一致,因此加工工艺更易规范,可控性较强。而“再制造”是以已使用过的出现局部磨损、局部剥落,形状和尺寸超差的工件为毛坯,因此再制造的最关键的一道工序是在毛坯局部“附加上材料”,其次再是微量的去除材料进行精加工,并且所面对的毛坯的“个性”较强,要因毛坯状况不同采用不同的工艺。因此这两种不同的制造方法在加工、检验、测量上都明显不同,只熟悉传统工艺方法是很难胜任“再制造”行业技术工作的。
(四)“再制造”设备的介绍
从上可知“再制造”中关键的工序是在毛坯局部附加上材料,所以主要的工艺应是热喷涂、激光熔覆、电涮镀、堆焊以及各种先进表面工程技术等,所用的设备将是能进行这些工艺的相应设备,它们在原理、结构、操作等方面与传统的机床有很大的差异,而这些设备在我们现阶段所开设的相关制造设备课程中很少涉及。
(五)“再制造”技术标准的引入
现代化的工业生产中各种各样的技术标准是必不可少的,传统的制造方法,因为已有了长期的知识积累与经验积累,因此已有了各种与之相适应的试验、检测、质量性能评价的技术标准,而我国的再制造行业才刚刚起步,各种标准还处于形成的初级阶段,但“再制造”行业将是一个引人注目的朝阳行业,我们机械课程应该有意识地去关注与尽可能地去跟上它的进程,及时引入不断形成的“再制造”业的技术标准,为学生在该行业的就业打下基础。
五、结语
“再制造”是势在必行的,同时它在我国有很大的发展潜力,它完全有可能成为我国经济“新的增长亮点”。在不久的将来人力资源向再制造业转移是不可避免的。为了让学生有更多的就业机会,也为了节约资源、能源,我们有义务为促进“再制造”业的发展进程添砖加瓦,我们高校机械专业的教师们最直接的方法就是如本人上文所述将与此相关的知识引入我们机械类相关课程,培养出更多更能适应社会发展需要的技术人才。
[参考文献]
[1]徐滨士,刘世参,李仁涵,等.废旧机电产品资源化的基本途径及发展前沿研究[J].中国表面工程,2004,17(2):1-6.
[2]王安建,王高尚.矿产资源与国家经济发展[M].地震出版社,2002:60-61.
[3]徐匡迪. 工程师—从物质财富的创造者到可持续发展的实践者 [N]. 上海科技报,2004.
[4]周常英,张景来.关于发展汽车再制造的探讨[J].企业技术开发,2005,24(8):3-5
[5]Xu Binshi, Zhang Zhenxue. Surface Engineering andRemanufacturing Technology [C]. International Con-ference on Advanced Manufacturing Technology’99, Xi’an. New York Press, 1999: 1129-1132.
[6]再制造,让报废装备起死回生 [N]. 经济日报,2004-9-13.
(作者单位:郑州大学 机械工程学院)
[关键词]再制造机械课程循环经济
一、引言
保护地球环境、节约能源、资源、构建循环经济和保持社会可持续发展是全世界人民共同关注的话题。机械制造业能为社会做的一件行之有效的事情是:开展对机电产品进行“再制造”。“再制造”在欧美等发达国家已有几十年的历史,已有成熟的理论与技术,该行业已是发达国家的一个新兴产业,其产品也早已被消费者所接受,但在我国还刚起步,不过已受到了相关部门的高度重视,一定会以很快的速度发展。基于这种现状,在机械课程的教学方面应有相应的内容需要扩充。
二、进行机电产品“再制造”的必要性
20 世纪全球经济高速发展,新型机电产品极大地丰富了人们的物质文化生活。与此同时,废旧机电产品的数量正逐年以惊人的速度增长,由此造成的生态破坏、环境污染和资源浪费等问题正日益突出。资料显示,近几年全世界制造业每年约产生55亿吨无害废物和7亿吨有害废物,占全球污染物总量的70%以上,并且每年至少有2600万辆汽车报废。我国2000年达到报废标准的汽车就有210万辆,2003年我国已进入家用电器报废的高峰期,每年报废的彩电、冰箱等家用电器2800万台,其中报废的电脑500万台[1]。同时,自然资源的短缺和能源的不足已成为社会发展的一个重要制约因素。根据目前探明的储量,全球的铜和锌矿分别只能维持22年和24年即无矿可采。水资源的大量污染与浪费严重和以石油为代表的能源短缺都将制约经济持续发展并危及国家安全[2]。可以将传统经济增长模式的特点概括为:大量生产、大量消费、大量污染、大量废弃。
根据目前的资源现状,要从20世纪单纯追求规模、效益的经济模式向建设“4R”的循环经济的方向转变。循环经济倡导的是一种与地球和谐的经济模式,它是指以资源的高效利用和循环利用为核心、以“减量化(Reduce)、再利用(Reuse)、再制造(Remanufacture)和再循环(Recycle)”为原则,以低消耗、低排放、高效率为基本特征的社会生产和再生产活动。循环经济的实质是以尽可能少的资源消耗、尽可能小的环境代价实现最大的发展效益[3]。
“大力发展绿色再制造工程” 符合国家倡导的“循环经济”的方针,它对促进国民经济发展、保护环境、解决再就业、提升我国机电产品的国际竞争力具有重要意义。目前国家从构建循环经济出发,把废旧机电产品再制造列为重要内容之一,并着手开展示范试点工作;“再制造设计基础与方法”、“再制造基础理论与关键技术”分别被列为国家自然科学基金面上项目和重点项目。
三、机械“制造”与“再制造”的区别
再制造与制造的区别主要表现在四个方面:一是加工对象不同。制造是针对统一批量化的经过铸锻焊的毛坯材料或零件进行加工,而再制造使用的是经过长期服役而报废的各种成形零件。二是毛坯的初始状态不同。制造的毛坯或零件初始状况相对均质、单一、清洁,而再制造的毛坯大多存在因磨损、腐蚀导致的表面失效问题,因疲劳导致残余应力和内部裂纹问题,因震动冲击导致的零件变形问题,因复杂工况导致的零件污垢去除困难等问题。三是质量控制手段不同。制造产品的零件寿命评估和质量控制己趋成熟,而再制造产品的毛坯损伤、失效情况复杂多样,残余应力、内部裂纹和疲劳层存在导致寿命评估与服役周期复杂难测,再制造后的零件质量控制相对困难。四是加工工艺不同。产品制造过程中尺寸和力学性能易于操控,适合规模化的生产;再制造是在保持废旧零(部)件材质和形状基本不变的前提下,采用高技术恢复原产品的尺寸标准,达到或超过原产品的性能指标,实现原产品的功能升级,同时也采用正规化、规模化的加工手段,因此加工工艺更为复杂。
四、机械课程如何适应“循环经济模式”
在“传统的经济增长模式”下我们高等院校的机械专业功不可抹,我们为社会培养了大批机电产品的设计与制造的技术人员。在“循环经济模式”下我们仍然有责任和义务为社会培养适应新环境的技术人才。
“再制造工程”是一个系统工程,需要大批的专业人才,另外它与传统的设计与制造又有着必然的联系,目前的机械类课程所介绍的理论是基于:设计→制造→使用→维修→报废流程而形成的,这些理论不能完全适应于新的模式[4],如图1所示。
图1:机电产品的寿命周期
同时在这种新的循环模式下又有新的理论,对此本人认为我们高等院校的机械类课程应在相关课程中尽可能传授有关知识,现有如下几点建议。
(一)“再制造”理念的惯输
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,对废旧机电产品进行修复和改造的一系列技术措施或工程活动的总称[5]。再制造产品的质量和性能达到甚至超过新品,成本只为新品的 50%,节能60%,节材70%,对环境的不良影响与制造新品相比显著降低[6]。其中再制造的对象是广义的。它既可以是设备、系统、设施,也可以是其零部件;既包括硬件,也包括软件。
要使再制造产品真正赢得市场,必须在广大消费者的思想上得到认同,目前不少消费者将“再制造”等同于“修旧利废”,如何让消费者能尽快走出这种误区,使大家认识到,使用再制造产品利在自己,功在造福全社会。我们在校的机械专业的大学生们——未来制造业的工程师们,他们最能向消费者解释和证明这一切,但他们应该是这种理念的“先知者”,也就是说他们应在高校学习期间接受这种理念。
(二)在设计中考虑“再制造”(如选材、零件寿命、便拆卸等)
再制造的原料是以废旧零部件为毛坯,工艺过程为:回收、拆解、清洗、分类、加工、再制造和装配。为了使再制造产品能在更多地节约能源、资源前提下具有更好的经济性,我们在传统产品的设计时就应在以下几方面为“再制造”有所考虑。
A、产品结构上应便于拆解:这包括两种含义,一种是为了保证再制造时拆解工作量少,其次是机件的损坏往往是表面的、局部的,为了使修复工作简便,应尽量将大件、复杂件拆分,以便于拆卸的联接方式连接,如就发动机而言,由缸体与缸套组装的将比整体式气缸的更利于再制造,气门座镶嵌于气缸盖上也比整体式更利于再制造。
B、产品所选材料尽可能便于再制造,且种类尽量少:目前制造业中所用材料,有些适合于再制造,有些不适合或以目前的生产方式进行再制造不具有好的经济性,在多方权衡后尽可能选适于再制造的材料;同一产品上材料种类少时,将使再制造的生产工艺更为简单,成本更低。如在常用材料中金属材料是一种比较好适于再制造的材料,而塑料、橡胶是不适于再制造,而只能进入再循环的材料。
C、对有些零件的使用寿命的确定不应以最终失效为极限,而应以可以采用简便再制造方法修复为极限:如汽车板簧的寿命不应终极于最终的断裂而报废,而应以弹性性能低于某值为一循环寿命,此时换下只需进行热处理即可恢复其弹性。
(三)“再制造”工艺方法的介绍
“再制造”的工艺方法与传统的制造方法有明显的区别,传统的制造方法是以铸、锻、焊方法生产毛坯,以切削加工的方法来生产零件,即以车、铣、刨、磨等去除材料的方法来生产零件,原始毛坯的形状、尺寸、性能几乎一致,因此加工工艺更易规范,可控性较强。而“再制造”是以已使用过的出现局部磨损、局部剥落,形状和尺寸超差的工件为毛坯,因此再制造的最关键的一道工序是在毛坯局部“附加上材料”,其次再是微量的去除材料进行精加工,并且所面对的毛坯的“个性”较强,要因毛坯状况不同采用不同的工艺。因此这两种不同的制造方法在加工、检验、测量上都明显不同,只熟悉传统工艺方法是很难胜任“再制造”行业技术工作的。
(四)“再制造”设备的介绍
从上可知“再制造”中关键的工序是在毛坯局部附加上材料,所以主要的工艺应是热喷涂、激光熔覆、电涮镀、堆焊以及各种先进表面工程技术等,所用的设备将是能进行这些工艺的相应设备,它们在原理、结构、操作等方面与传统的机床有很大的差异,而这些设备在我们现阶段所开设的相关制造设备课程中很少涉及。
(五)“再制造”技术标准的引入
现代化的工业生产中各种各样的技术标准是必不可少的,传统的制造方法,因为已有了长期的知识积累与经验积累,因此已有了各种与之相适应的试验、检测、质量性能评价的技术标准,而我国的再制造行业才刚刚起步,各种标准还处于形成的初级阶段,但“再制造”行业将是一个引人注目的朝阳行业,我们机械课程应该有意识地去关注与尽可能地去跟上它的进程,及时引入不断形成的“再制造”业的技术标准,为学生在该行业的就业打下基础。
五、结语
“再制造”是势在必行的,同时它在我国有很大的发展潜力,它完全有可能成为我国经济“新的增长亮点”。在不久的将来人力资源向再制造业转移是不可避免的。为了让学生有更多的就业机会,也为了节约资源、能源,我们有义务为促进“再制造”业的发展进程添砖加瓦,我们高校机械专业的教师们最直接的方法就是如本人上文所述将与此相关的知识引入我们机械类相关课程,培养出更多更能适应社会发展需要的技术人才。
[参考文献]
[1]徐滨士,刘世参,李仁涵,等.废旧机电产品资源化的基本途径及发展前沿研究[J].中国表面工程,2004,17(2):1-6.
[2]王安建,王高尚.矿产资源与国家经济发展[M].地震出版社,2002:60-61.
[3]徐匡迪. 工程师—从物质财富的创造者到可持续发展的实践者 [N]. 上海科技报,2004.
[4]周常英,张景来.关于发展汽车再制造的探讨[J].企业技术开发,2005,24(8):3-5
[5]Xu Binshi, Zhang Zhenxue. Surface Engineering andRemanufacturing Technology [C]. International Con-ference on Advanced Manufacturing Technology’99, Xi’an. New York Press, 1999: 1129-1132.
[6]再制造,让报废装备起死回生 [N]. 经济日报,2004-9-13.
(作者单位:郑州大学 机械工程学院)