基于多生命周期的煤机装备再制造模式研究

[摘 要] 基于产品生命周期理论，分析了煤机装备的一般制造过程和再制造过程的关联，并从煤机装备的可再制造性和回收再制造性的相互关系以及煤机装备的再利用、再制造和再循环角度研究了煤机装备再制造产品的多生命周期及其再制造模式。煤机装备多生命周期理论的提出和建立是装备再制造技术和现代设计理论发展的必然产物，将有助于煤机制造领域开启一种新的制造模式。

[关键词] 煤机装备；再制造；产品多生命周期

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 16. 065

[中图分类号] F120.4 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2014）16- 0108- 04

1 引 言

产品全生命周期理论和产品多生命周期理论是在Raymond Vernon （1966）的产品生命周期理论基础上逐步发展、演化而形成的[1]，到20世纪90年代此类理论在各个分支的纷争中逐步走向融合。随着煤机装备制造与再制造技术的发展，煤机产品的生命周期理论将不仅限于煤机装备产品生命周期某个特定阶段的研究上，也将扩展到煤机装备产品全生命周期甚至多生命周期的研究中。

产品多生命周期是产品全生命周期的升级版。产品全生命周期是指产品的孕育期（产品市场需求的形成、产品规划、设计）、生产期（材料选择制备、产品制造、装配）、储运销售期（存储、包装、运输、销售、安装调试）、服役期（产品运行、检修、待工）和转化再生期（产品报废、零部件再用、废件的再生制造、原材料回收再利用、废料降解处理等）的整个闭环周期。而产品多生命周期则不仅包括本代产品全生命周期的全部时间，还包括本代产品报废或停止使用后，产品或其有关零部件在换代――下一代、再下一代、多代产品中的循环使用和循环利用的时间（以下统称为回用时间）[2-3]。产品多生命周期不仅侧重于本代产品的修理、报废或再制造、再利用，更侧重多代的循环使用和循环利用直至报废。

2 煤机装备产品的一般制造过程与再制造过程关联分析

2.1 煤机装备的一般制造过程

煤机装备产品的生产制造过程即一般生产流程，包括以下几个过程：

①生产与技术准备，如工艺设计和专用工艺装备的设计与制造、生产计划的编制、生产资料的准备等；②毛坯的制造，如铸造、锻造、冲压等；③零件的加工，如切削加工、热处理、表面处理等；④产品的装配，如总装、部装、调试检验和油漆等；⑤生产的服务，包括原材料、外购件和工具的供应、运输、保管等[4]。

一般生产制造过程中最重要的环节为产品的工艺设计与实现，其中工艺设计所规定的条件是指机械制造过程在规定的时间内所处的预先规定的全部外部条件，包括人员、设备、材料、工艺、测量、生产环境等条件。生产流程的典型工艺包括：铸造、锻造、焊接、机械加工、热处理、涂装、装配等。其中，原材料加工成毛坯可以通过铸造、锻造、焊接和下料4种工艺进行；毛坯加工成零件的工艺主要是机加工（包括车、钻、镗、铣、刨、磨等）、热加工和涂装；零件装配成整机的过程包括装配、调试、总机涂装等[5]。

2.2 煤机装备及其产品的再制造过程

再制造产品的特点[6]：①再制造产品的主要部件是使用过的；②使用过的部件其故障已确认并排除；③使用过的零部件已经过彻底清洁和防腐蚀处理；④所有缺损零部件都被再制造技术恢复到新零件的功能状态；⑤再制造产品经过必要的加工；⑥再制造产品重新装配并己确认其工作状态与新产品相同。

再制造产品的一般生产流程：①检测。对退役产品的尺寸和机械性能进行逐件全面的检测。②拆解。对整机和零部件进行拆解。③清洗。拆解前和拆解后的零部件进行清洗。④再制造、修复。采用特殊的制造工艺，即先进的修复和强化技术，对其进行批量化修复和性能升级（对于不可修复零件，需要用新零件来替换）。⑤使用。再制造零件的使用、装配和投入生产。

煤机装备产品的再制造过程：①对回收后的煤机装备进行分析判断，即根据所观察到的现状和经验进行分析判断，或者使用先进的检测仪器对疑难、重要部位进行检测，确定该装备的状态[7]；②确认煤机整机装备是否需要拆解，还是更新后直接重用；③对煤机整机装备进行逐级拆解，对子模块或零件进行分析；④根据检测结果对己经使用报废和损坏的煤机装备进行再制造合理性评估[8]，或是新产品设计时对其进行再制造性评估[9]；⑤对检测合格后可再制造的煤机零部件实施再制造；⑥检测后被淘汰煤机零部件进行粉碎或当作固体垃圾处理；⑦对煤机再制造产品实施再销售和再利用。

2.3 煤机装备产品的一般制造过程与再制造过程关联分析

再制造过程不同于原始制造过程（即一般生产过程），再制造过程是原始制造过程的逆向和综合，具体流程如图1所示。与传统生产过程相比，产品再制造过程变得更加复杂，它不但增加了拆卸和再制造环节，而且也增加了很多不确定因素，其中拆卸和清洗技术是再制造过程中所独有的、显著区别于制造过程的重要工艺流程，对保证再制造产品的质量有重要影响，拆卸回收产品在数量与时间方面的随机性、产品拆卸顺序与再制造零部件加工工艺的不确定性，都极大增加了企业制订生产计划与优化车间调度的难度。逆向物流的再加工环节主要依靠再制造技术实现，这些先进再制造技术包括激光修复技术、纳米涂层技术、表面工程技术、修复热处理技术、再制造毛坯快速成形技术等。

3 煤机装备的可再制造产品和回收再制造产品的关联分析

作为可再制造产品和回收再制造产品多生命周期的主线――过程，是以活动为单位描述活动之间的关联关系，以过程为核心，综合考虑企业资源、产品数据、相互协作等因素，建立起一个多维立体的生产流程。再制造产品多生命周期的过程阶段与关系，如图2所示，通过可再制造产品/回收再制造产品多生命周期过程间的关系描述，形成了过程中的活动流、产品信息流、控制流（协作）、资源流等，从而建立起再制造产品的过程流。该过程流将作为产品过程（包括资源）分析、过程优化、过程重组的基础，采用统一的时间坐标来描述，能更好地进行再制造产品多生命周期过程分析和评估。

回收再制造产品主要是回收后的旧品通过再制造加工后继续使用。而可再制造产品，根据客服人员把有待完善的产品信息反馈给设计部门，设计部门根据反馈意见，在初步设计和详细设计阶段对设计方案进行一定的调整以设计出可再制造产品。

可再制造产品的设计首先要形成一套具有可再制造性的煤机新品开发机制以及回收旧品的成熟再制造工艺；其次是煤机可再制造新品及废旧产品的再制造初步设计阶段，该阶段主要任务是进行产品的系统设计（比如哪些结构、哪些部位、哪些尺寸可以进行再制造设计），根据煤机产品过去和进行中的试验结果，进一步改进完善，使其更加合理可靠；最后，产品详细设计阶段是在完成产品的系统设计基础上开展的可再制造性煤机新品以及回收旧品的生产图设计。

可再制造新品的开发过程是在原产品的使用、维修和再制造等信息收集、整理基础上的升级，是一个螺旋型发展过程。再制造产品的过程分析，往往先从旧产品（即使用过的“原产品”）开始，从中找出使用中的瓶颈，指导具有可再制造“新品”的开发。“回收旧品”的再制造和具有可再制造性“新品”的开发过程都是再制造产品多生命周期的组成部分。“回收旧品”的返厂、修理、再制造、试验的积累以及反馈都是可再制造“新品”开发过程的重要保证。图3描述了再制造产品多生命周期及各阶段的相互关系。

4 基于多生命周期煤机装备再制造模式

煤机装备再制造产品的多生命周期，包括可再制造新品和再制造废旧产品的市场需求分析、概念设计、初步设计、详细设计、工艺设计、生产计划、生产制造、运输、销售、使用、维护、再制造、再销售、再利用及其循环到产品报废后处置等过程。煤机装备再制造产品的多生命周期重点强调再制造新品和再制造废旧产品的概念设计和初步设计以及再制造、再销售、再利用到报废的循环过程。

4.1 可再制造煤机新品的开发设计

开发设计阶段从旧有装备的使用情况，如磨损、腐蚀和报废中，汲取设计和工艺的改进之处，反馈给设计制造部门，完成可再制造煤机新品的开发设计。

4.2 再制造产品的成形阶段

成形阶段是再制造产品由构想变为现实的阶段，包括生产计划管理、采购阶段和再制造阶段。计划管理部门根据销售部门制定的回收旧件的数量，确定再制造产品的生产计划和物料需求计划，各种计划文件经审批后下发到相关业务部门（采购部门、仓库管理部门和车间）；采购阶段完成可再制造新品和回收旧品的再制造过程的物料采购和库存；生产阶段即完成产品的再制造加工和装配。

4.3 再制造产品营销阶段

营销阶段是再制造产品能否到达用户手中的阶段。该阶段主要包括煤机装备再制造产品的、开拓再制造产品的使用市场、制定销售战略、客户管理等。企业的销售部门具体负责煤机装备再制造产品与煤矿使用客户之间的信息协调和管理，最重要的是将再制造产品的功能、质量等信息传递给客户，客户对产品有所了解之后，与再制造企业接洽，签订订单和技术协议。

4.4 再制造产品的使用维护阶段

使用维护阶段主要负责出售后煤机再制造产品的调试、保养和维修等服务活动。在服务的过程中，服务人员将客户的特殊服务信息和产品性能，传递给相关的设计、生产制造部门，再将处理结果和解决方案反馈给客户，充分利用企业资源提高服务质量和效率。

4.5 再制造产品的再制造阶段

再制造产品的再制造阶段主要包括在新产品上重使用经过再制造的旧部件以及在产品的长期使用过程中对部件的性能、可靠性和寿命等降低的部件和部位通过再制造加工以恢复和性能提高。

4.6 再利用与再销售及其循环过程阶段

再制造与再销售结合起来是对采购制度的创新，是把采购制度的习惯性与经营战略的变化性结合起来，即把经过使用、具有再制造价值的零部件经过再制造加工，作为新品进行销售。再利用是通过产品再制造（被清洗、抛光整修、再制造）或延长了产品的使用寿命，被他人以不同的方式直接利用。

通过以上分析，结合煤机装备在设计制造及使用中的特点，将可重用的再制造技术延伸到整个产品的生命周期中，把可再制造新品和回收再制造产品经可重用的再制造技术加工后制成合格产品重新投入市场使用，开启新的生命周期，实现了煤机装备的多生命周期，具体流程如图4所示。

可以看出本文基于产品多生命周期理论，结合煤机装备的特点和再制造技术的发展，将可再制造产品和回收再制造产品的理念融入到产品生命周期中，提出一种全新的煤机装备再制造产品的多生命周期的制造模式。

主要参考文献

[1]Edwin，L C Lai. The Product Cycle and the World Distribution of Income A Reformulation[J]. Journal of International Economics，1995（39）：369-382.

[2]郭万林. 机械产品全生命周期设计[J]. 中国机械工程， 2002（7）：79-84.

[3]陈庄，刘飞，陈晓惠. 基于绿色制造的产品多生命周期工程[J].中国机械工程，1999，10（2）： 1-5.

[4]姜萌.机械类产品大批量生产制造过程中的质量管理[J].中国科技博览，2010（30）：15-17.

[5]李先广.机床制造业绿色制造运行模式及其特征主线研究[D].重庆：重庆大学，2012.

[6]徐滨士.再制造与循环经济[M].北京：科学出版社，2007.

[7]Geraldo Ferrer.On the Widget Remanufacturing Operation[J].European Journal of Operational Research，2001，135（2）：373-393.

[8]V R Daniel，Jr Guide.Production Planning and Control for Remanufacturing：Industry Practice and Research Needs[J].Journal of Operations Management，2000（18）：467-483.

[9]B Bras，R Hammond.Towards Design for Remanufacturing Métiers for Assessing Remanufacturability[C].Proceedings of the lst International Works shop on Reuse，Eindhoven，The Netherlands，1996.