面向信息集成的廢舊機電產品再制造系統研究

劉清濤，蔡宗琰，昝 杰，蔣世應

LIU Qing-tao1, CAI Zong-yan1, ZAN Jie1, JIANG Shi-ying2

（1. 長安大學 工程機械學院；西安 710064，2. 宜賓職業技術學院；宜賓 644003）

面向信息集成的廢舊機電產品再制造系統研究

Waste electromechanical products remanufacturing system oriented to manufacturing enterprise solution

劉清濤1，蔡宗琰1，昝 杰1，蔣世應2

LIU Qing-tao1, CAI Zong-yan1, ZAN Jie1, JIANG Shi-ying2

（1. 長安大學 工程機械學院；西安 710064，2. 宜賓職業技術學院；宜賓 644003）

根據再制造產業的發展趨勢，就如何構建面向信息集成的廢舊機電產品再制造系統進行了研究。提出了廢舊機電產品再制造系統的功能模型，并對其生產管理控制流程進行了分析，在此基礎上，建立了包含6個分系統的廢舊機電產品再制造系統信息集成框架模型。

再制造；功能模型；生產管理控制；信息系統

0 引言

再制造是以機電產品全壽命周期設計和管理為指導，以廢舊機電產品實現性能跨越式提升為目標，以優質、高效、節能、節材、環保為準則，以先進技術和產業化為手段，對廢舊機電產品進行修復和改造的一系列技術措施或工程活動的總稱[1]。再制造在我國具有廣闊的應用前景，是實現循環經濟和可持續發展的有效途徑。

再制造產業在我國的發展方興未艾，而國內相關的再制造理論研究仍處于起步階段。目前的再制造理論研究主要集中在逆向網絡設計、拆卸工藝規劃、庫存控制、再制造生產計劃等方面[2]。再制造不同于傳統小作坊式的維修，是大批量的規模化再生產，需要先進信息技術和制造理念做支撐，但這方面的研究較為有限。本文提出了廢舊機電產品再制造系統的功能模型，并就其生產控制流程以及再制造系統的信息集成框架模型進行了研究，以期從宏觀層面對再制造系統的運作模式進行一些有意的探索。

1 廢舊機電產品再制造系統功能模型

再制造系統的功能模型是對再制造系統的生產管理控制活動的建模，建立面向信息集成的再制造企業功能模型就是建立支持再制造企業全面信息集成和優化運行的再制造系統活動模型，基于這種思路，本文根據IDEF0的基本原則，建立了再制造系統的功能模型，如圖1所示。該模型包括計劃企業資源、廢舊品處理、執行制造任務、控制設備和進程、庫存管理、管理回收和銷售等6個模塊。

不同于傳統的制造系統，再制造系統的功能模型增加了廢舊品處理，并強調庫存管理，這是因為再制造的對象是廢舊品，回收的廢舊品首先要經過拆解、清洗、檢測、分類等處理工序，同時將制定再制造件的工藝規劃劃歸該模塊，主要是考慮到再制造件的損壞形式不同，即便同一種類型的零件，其再制造工藝也可能存在差異，再制造的工藝規劃與廢舊品的損壞形式檢測是分不開的，因此，將制定工藝規劃納入廢舊品處理模塊是合理的；庫存管理在制造系統中占有重要地位，再制造系統最大的特點是不確定性，良好的庫存管理能有效地減少不確定性對再制造系統的影響。

圖1 基于IDEF0圖的再制造系統功能模型

2 廢舊機電產品再制造系統的生產管理控制流程

廢舊機電產品再制造系統是典型的離散型制造系統，而且其生產對象是廢舊的機電產品，呈現出多重不確定性[3]：廢舊產品再制造的原因以及數量等難以準確預測；再制造產品的性能、質量及再制造需求不確定；廢舊零部件的再制造工藝路線、再制造周期及再制造成本不確定；廢舊產品結構多樣，拆卸順序、時間不確定；再制造后產品的市場需求、價格等難以準確預計。這些不確定性使得再制造系統的生產管理控制變得非常復雜。分析現有再制造企業生產管理控制的特點及國內外的研究狀況[4]，總結出面向信息集成的廢舊機電產品再制造系統生產管理控制流程，如圖2所示。其工作過程如下：

1） 根據企業資源計劃(ERP)下達的回收任務，確定回收計劃。

2）對回收回來的廢舊品，進行拆解、清洗、檢測、分類處理，確定出直接利用件、廢棄件、可再制造件。及時將分類信息反饋給物料準備部門，物料準備部門根據生產任務制定拆解計劃和新件采購計劃。

3）車間調度員接到廠部下達的生產任務，編制車間月計劃，求解周計劃、制定日計劃，核實物料是否齊全，若不齊全，則督促物料準備部分限期準備所缺物料；如齊全，則填寫派工單，準備再制造修復加工。

4）再制造修復加工車間按照日計劃，根據制定好的工藝路線進行再制造生產。

5）數據采集系統根據車間底層控制系統反饋回來的數據，及時將設備運行狀態、員工信息、物料信息、生產成本等現場信息反饋給制造執行系統，及時調整生產計劃，保證生產正常運行。

6）對再制造后的零部件進行檢測和可靠性分析，若合格，則進行清洗后進入裝配車間；若不合格，則轉5）。

7）進行再制造機電產品組裝，調試、檢測，若合格則入庫待售，若不合格，則轉5）。

從再制造系統生產管理控制流程圖可以看出，其生產管理控制相當復雜，其核心是車間調度，但再制造件的工藝規劃具有很大的隨機性，傳統的制造調度規劃理論很難直接拿來調用，這是再制造系統的研究難點。

圖2 廢舊機電產品再制造系統控制流程

3 廢舊機電產品再制造系統信息集成框架模型

隨著再制造產業在我國的發展壯大，再制造同傳統制造一樣將面臨著激烈的競爭和可持續發展問題，傳統落后小作坊式的維修生產不能滿足再制造產業的發展需求。對此，本文提出面向信息集成的再制造系統信息集成框架模型。如圖3所示。該模型主要包括6個系統：工程設計系統、管理信息系統、制造執行系統、車間底層控制系統、再制造評價系統和信息集成支撐系統。

工程設計系統主要負責再制造產品設計、工藝規劃設計、裝配工藝設計等。有種觀點認為再制造是廢舊產品的大規模維修與裝配，不需要進行產品開發，這是錯誤的。再制造不是簡單地維修，在充分利用廢舊品剩余價值的基礎上，再制造還肩負著對其進行技術改造的任務，通過工程設計系統對再制造產品重新進行開發以滿足不同的客戶需要。已有再制造企業通過模塊化設計，生產出滿足不同客戶需求的定制產品，取得了良好效果[5]。工程設計系統可通過產品數據管理（PDM）系統來集成計算機輔助設計（CAD）/計算機輔助工程（CAE）、計算機輔助工藝設計（CAPP）和計算機輔助制造（CAM）等系統來實現。

管理信息系統是從宏觀上對企業進行管理，是企業的上層管理系統。主要有企業資源計劃系統（ERP）、客戶關系管理系統（CRM）、供應鏈管理系統（SCM）等。企業資源計劃系統可由生產管理控制、銷售管理、經營預測、廢舊品回收管理、廢舊品處理管理、人力資源管理、庫存控制管理、再制造品質量管理、再制造成本管理、設備管理、會計核算、固定資產管理、財務管理和基礎數據管理等基本功能組成。部分ERP系統還向SCM和CRM擴展，包括了二者的全部功能。

圖3 廢舊機電產品再制造系統信息集成框架模型

車間底層控制系統是混合的硬件/軟件系統，它的主要任務是監控生產現場的人員信息、設備信息、工裝信息以及設備狀態和加工參數等。通常包括可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller, PLC）、分布式控制系統（Distributed Control System, DCS）、計算機數控（Computerized Numerical Control,CNC）、無線射頻識別系統（Radio frequency identification，RFID）、分布式數控（Distributed Numerical Control, DNC）、監控控制與數據采集（Supervisory Control and Data Acquisition System,SCADA）系統、機器人技術系統、材料傳送系統和其它旨在完成再制造任務的計算機化的過程控制。車間底層控制系統是監控再制造系統不確定性的前沿系統，對保障再制造系統的順利運行具有重要作用。

制造執行系統是介于上層管理信息系統和底層車間控制系統之間的一種面向車間級的生產管理系統，是連接二者的橋梁。通過制造執行系統將再制造系統的各個分系統連接起來，有效實現再制造系統的信息集成和優化運行。由于廢舊品的拆卸是再制造系統的重要工序，因此，此處的制造執行系統是面向拆卸車間、修復加工車間和重新裝配車間的信息系統。

再制造評價系統用來保證再制造產品的質量和再制造生產的綠色特性，主要包括3個方面：可再制造性評價系統、清潔生產評價系統和再制造后的質量保障系統。可再制造性評價系統是指從技術可行性、經濟可行性、環境可行性和產品服役性等方面來評價廢舊產品的可再制造性；清潔生產評價系統通過對再制造生產進行環境評價，力求再制造過程對環境的影響盡可能小。再制造后的質量保障系統包括再制造后的零部件質量評價和組裝后的成品的質量評價，其主要通過可靠性指標來衡量。

信息集成支撐系統是面向信息集成的再制造系統的基礎，支持各系統間的無縫集成。包括計算機網絡技術、數據庫技術、Web Services技術、信息安全保障系統等關鍵技術。

4 結論

再制造產業正在飛速發展，建立面向信息集成的再制造系統勢在必行。本文對廢舊機電產品再制造系統的功能模型、生產管理控制流程及其信息集成框架模型進行了研究。研究成果為實現再制造系統的優化運行，提高再制造系統的管理水平提供了相關決策參考。

[1] 徐濱士,劉世參,史佩京,等.汽車發動機再制造效益分析及對循環經濟貢獻研究[J].中國表面工程,2005,1(70):1-7.

[2] 徐濱士. 再制造工程的現狀與前沿[J].材料熱處理學報,2 10.31(1):10-14.

[3] V Daniel,R Guide Jr.Production planning and control for remanufacturing: industry practice and research needs [J].Journal of Operations Management,2000,18 (4):467-483.

[4] 蔡宗琰,李小寧.制造執行系統的生產管理控制研究[J].計算機工程與應用,2006,7:184-187.

[5] 曹華軍,劉飛,馬家齊.再制造系統大規模定制特性及其三維優化策略[J].機械工程學報,2009,45(10):132-136.

TH165

A

1009-0134(2010)10(上)-0119-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.10(上).38

2010-03-06

中國博士后科學基金（2005038243）；長安大學科技發展基金（05Z01）資助

劉清濤（1981 -），男，河南南陽人，博士研究生，研究方向為制造系統集成與自動化。