基于多生命周期的煤機裝備再制造模式研究

范建

[摘 要] 基于產品生命周期理論，分析了煤機裝備的一般制造過程和再制造過程的關聯，并從煤機裝備的可再制造性和回收再制造性的相互關系以及煤機裝備的再利用、再制造和再循環角度研究了煤機裝備再制造產品的多生命周期及其再制造模式。煤機裝備多生命周期理論的提出和建立是裝備再制造技術和現代設計理論發展的必然產物，將有助于煤機制造領域開啟一種新的制造模式。

[關鍵詞] 煤機裝備；再制造；產品多生命周期

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

[中圖分類號] F120.4 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2014）16- 0108- 04

1 引 言

產品全生命周期理論和產品多生命周期理論是在Raymond Vernon （1966）的產品生命周期理論基礎上逐步發展、演化而形成的[1]，到20世紀90年代此類理論在各個分支的紛爭中逐步走向融合。隨著煤機裝備制造與再制造技術的發展，煤機產品的生命周期理論將不僅限于煤機裝備產品生命周期某個特定階段的研究上，也將擴展到煤機裝備產品全生命周期甚至多生命周期的研究中。

產品多生命周期是產品全生命周期的升級版。產品全生命周期是指產品的孕育期（產品市場需求的形成、產品規劃、設計）、生產期（材料選擇制備、產品制造、裝配）、儲運銷售期（存儲、包裝、運輸、銷售、安裝調試）、服役期（產品運行、檢修、待工）和轉化再生期（產品報廢、零部件再用、廢件的再生制造、原材料回收再利用、廢料降解處理等）的整個閉環周期。而產品多生命周期則不僅包括本代產品全生命周期的全部時間，還包括本代產品報廢或停止使用后，產品或其有關零部件在換代——下一代、再下一代、多代產品中的循環使用和循環利用的時間（以下統稱為回用時間）[2-3]。產品多生命周期不僅側重于本代產品的修理、報廢或再制造、再利用，更側重多代的循環使用和循環利用直至報廢。

2 煤機裝備產品的一般制造過程與再制造過程關聯分析

2.1 煤機裝備的一般制造過程

煤機裝備產品的生產制造過程即一般生產流程，包括以下幾個過程：

①生產與技術準備，如工藝設計和專用工藝裝備的設計與制造、生產計劃的編制、生產資料的準備等；②毛坯的制造，如鑄造、鍛造、沖壓等；③零件的加工，如切削加工、熱處理、表面處理等；④產品的裝配，如總裝、部裝、調試檢驗和油漆等；⑤生產的服務，包括原材料、外購件和工具的供應、運輸、保管等[4]。

一般生產制造過程中最重要的環節為產品的工藝設計與實現，其中工藝設計所規定的條件是指機械制造過程在規定的時間內所處的預先規定的全部外部條件，包括人員、設備、材料、工藝、測量、生產環境等條件。生產流程的典型工藝包括：鑄造、鍛造、焊接、機械加工、熱處理、涂裝、裝配等。其中，原材料加工成毛坯可以通過鑄造、鍛造、焊接和下料4種工藝進行；毛坯加工成零件的工藝主要是機加工（包括車、鉆、鏜、銑、刨、磨等）、熱加工和涂裝；零件裝配成整機的過程包括裝配、調試、總機涂裝等[5]。

2.2 煤機裝備及其產品的再制造過程

再制造產品的特點[6]：①再制造產品的主要部件是使用過的；②使用過的部件其故障已確認并排除；③使用過的零部件已經過徹底清潔和防腐蝕處理；④所有缺損零部件都被再制造技術恢復到新零件的功能狀態；⑤再制造產品經過必要的加工；⑥再制造產品重新裝配并己確認其工作狀態與新產品相同。

再制造產品的一般生產流程：①檢測。對退役產品的尺寸和機械性能進行逐件全面的檢測。②拆解。對整機和零部件進行拆解。③清洗。拆解前和拆解后的零部件進行清洗。④再制造、修復。采用特殊的制造工藝，即先進的修復和強化技術，對其進行批量化修復和性能升級（對于不可修復零件，需要用新零件來替換）。⑤使用。再制造零件的使用、裝配和投入生產。

煤機裝備產品的再制造過程：①對回收后的煤機裝備進行分析判斷，即根據所觀察到的現狀和經驗進行分析判斷，或者使用先進的檢測儀器對疑難、重要部位進行檢測，確定該裝備的狀態[7]；②確認煤機整機裝備是否需要拆解，還是更新后直接重用；③對煤機整機裝備進行逐級拆解，對子模塊或零件進行分析；④根據檢測結果對己經使用報廢和損壞的煤機裝備進行再制造合理性評估[8]，或是新產品設計時對其進行再制造性評估[9]；⑤對檢測合格后可再制造的煤機零部件實施再制造；⑥檢測后被淘汰煤機零部件進行粉碎或當作固體垃圾處理；⑦對煤機再制造產品實施再銷售和再利用。

2.3 煤機裝備產品的一般制造過程與再制造過程關聯分析

再制造過程不同于原始制造過程（即一般生產過程），再制造過程是原始制造過程的逆向和綜合，具體流程如圖1所示。與傳統生產過程相比，產品再制造過程變得更加復雜，它不但增加了拆卸和再制造環節，而且也增加了很多不確定因素，其中拆卸和清洗技術是再制造過程中所獨有的、顯著區別于制造過程的重要工藝流程，對保證再制造產品的質量有重要影響，拆卸回收產品在數量與時間方面的隨機性、產品拆卸順序與再制造零部件加工工藝的不確定性，都極大增加了企業制訂生產計劃與優化車間調度的難度。逆向物流的再加工環節主要依靠再制造技術實現，這些先進再制造技術包括激光修復技術、納米涂層技術、表面工程技術、修復熱處理技術、再制造毛坯快速成形技術等。

3 煤機裝備的可再制造產品和回收再制造產品的關聯分析

作為可再制造產品和回收再制造產品多生命周期的主線——過程，是以活動為單位描述活動之間的關聯關系，以過程為核心，綜合考慮企業資源、產品數據、相互協作等因素，建立起一個多維立體的生產流程。再制造產品多生命周期的過程階段與關系，如圖2所示，通過可再制造產品/回收再制造產品多生命周期過程間的關系描述，形成了過程中的活動流、產品信息流、控制流（協作）、資源流等，從而建立起再制造產品的過程流。該過程流將作為產品過程（包括資源）分析、過程優化、過程重組的基礎，采用統一的時間坐標來描述，能更好地進行再制造產品多生命周期過程分析和評估。

回收再制造產品主要是回收后的舊品通過再制造加工后繼續使用。而可再制造產品，根據客服人員把有待完善的產品信息反饋給設計部門，設計部門根據反饋意見，在初步設計和詳細設計階段對設計方案進行一定的調整以設計出可再制造產品。

可再制造產品的設計首先要形成一套具有可再制造性的煤機新品開發機制以及回收舊品的成熟再制造工藝；其次是煤機可再制造新品及廢舊產品的再制造初步設計階段，該階段主要任務是進行產品的系統設計（比如哪些結構、哪些部位、哪些尺寸可以進行再制造設計），根據煤機產品過去和進行中的試驗結果，進一步改進完善，使其更加合理可靠；最后，產品詳細設計階段是在完成產品的系統設計基礎上開展的可再制造性煤機新品以及回收舊品的生產圖設計。

可再制造新品的開發過程是在原產品的使用、維修和再制造等信息收集、整理基礎上的升級，是一個螺旋型發展過程。再制造產品的過程分析，往往先從舊產品（即使用過的“原產品”）開始，從中找出使用中的瓶頸，指導具有可再制造“新品”的開發。“回收舊品”的再制造和具有可再制造性“新品”的開發過程都是再制造產品多生命周期的組成部分。“回收舊品”的返廠、修理、再制造、試驗的積累以及反饋都是可再制造“新品”開發過程的重要保證。圖3描述了再制造產品多生命周期及各階段的相互關系。

4 基于多生命周期煤機裝備再制造模式

煤機裝備再制造產品的多生命周期，包括可再制造新品和再制造廢舊產品的市場需求分析、概念設計、初步設計、詳細設計、工藝設計、生產計劃、生產制造、運輸、銷售、使用、維護、再制造、再銷售、再利用及其循環到產品報廢后處置等過程。煤機裝備再制造產品的多生命周期重點強調再制造新品和再制造廢舊產品的概念設計和初步設計以及再制造、再銷售、再利用到報廢的循環過程。

4.1 可再制造煤機新品的開發設計

開發設計階段從舊有裝備的使用情況，如磨損、腐蝕和報廢中，汲取設計和工藝的改進之處，反饋給設計制造部門，完成可再制造煤機新品的開發設計。

4.2 再制造產品的成形階段

成形階段是再制造產品由構想變為現實的階段，包括生產計劃管理、采購階段和再制造階段。計劃管理部門根據銷售部門制定的回收舊件的數量，確定再制造產品的生產計劃和物料需求計劃，各種計劃文件經審批后下發到相關業務部門（采購部門、倉庫管理部門和車間）；采購階段完成可再制造新品和回收舊品的再制造過程的物料采購和庫存；生產階段即完成產品的再制造加工和裝配。

4.3 再制造產品營銷階段

營銷階段是再制造產品能否到達用戶手中的階段。該階段主要包括煤機裝備再制造產品的發布、開拓再制造產品的使用市場、制定銷售戰略、客戶管理等。企業的銷售部門具體負責煤機裝備再制造產品與煤礦使用客戶之間的信息協調和管理，最重要的是將再制造產品的功能、質量等信息傳遞給客戶，客戶對產品有所了解之后，與再制造企業接洽，簽訂訂單和技術協議。

4.4 再制造產品的使用維護階段

使用維護階段主要負責出售后煤機再制造產品的調試、保養和維修等服務活動。在服務的過程中，服務人員將客戶的特殊服務信息和產品性能，傳遞給相關的設計、生產制造部門，再將處理結果和解決方案反饋給客戶，充分利用企業資源提高服務質量和效率。

4.5 再制造產品的再制造階段

再制造產品的再制造階段主要包括在新產品上重使用經過再制造的舊部件以及在產品的長期使用過程中對部件的性能、可靠性和壽命等降低的部件和部位通過再制造加工以恢復和性能提高。

4.6 再利用與再銷售及其循環過程階段

再制造與再銷售結合起來是對采購制度的創新，是把采購制度的習慣性與經營戰略的變化性結合起來，即把經過使用、具有再制造價值的零部件經過再制造加工，作為新品進行銷售。再利用是通過產品再制造（被清洗、拋光整修、再制造）或延長了產品的使用壽命，被他人以不同的方式直接利用。

通過以上分析，結合煤機裝備在設計制造及使用中的特點，將可重用的再制造技術延伸到整個產品的生命周期中，把可再制造新品和回收再制造產品經可重用的再制造技術加工后制成合格產品重新投入市場使用，開啟新的生命周期，實現了煤機裝備的多生命周期，具體流程如圖4所示。

可以看出本文基于產品多生命周期理論，結合煤機裝備的特點和再制造技術的發展，將可再制造產品和回收再制造產品的理念融入到產品生命周期中，提出一種全新的煤機裝備再制造產品的多生命周期的制造模式。

主要參考文獻

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