重型機床基礎(chǔ)件再制造評價指標(biāo)體系的建立及指標(biāo)值求解方法*

盧 超 潘尚峰 孫江宏

(①中國艦船研究設(shè)計中心，湖北 武漢 430064; ②清華大學(xué) 北京 100084; ③北京信息科技大學(xué)，北京 100192)

重型機床再制造是對退役重型機床進(jìn)行拆卸、清洗、基礎(chǔ)件可再制造性評價、機床再制造方案設(shè)計與評價、基礎(chǔ)件再制造修復(fù)等再制造流程，使再制造后的新機床功能和性能指標(biāo)提升，賦予機床全新的生命周期。重型機床基礎(chǔ)件質(zhì)量大，占有資源較多，對其實施再制造符合循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展策略，具有重要的經(jīng)濟和社會意義。

從技術(shù)、經(jīng)濟、資源和環(huán)境等方面，對基礎(chǔ)件的再制造價值和必要性進(jìn)行量化評估是重型機床再制造的前提。重型機床基礎(chǔ)件可再制造性評價應(yīng)采用綜合評價，其流程如1所示。

在明確評價對象和評價目標(biāo)后建立和優(yōu)化評價指標(biāo)體系，根據(jù)評價指標(biāo)體系中不同評價指標(biāo)的重要程度賦予相應(yīng)的權(quán)重。利用評價指標(biāo)值計算模型確定評價對象各個二級評價指標(biāo)值，再和綜合指標(biāo)權(quán)重結(jié)合求解出評價對象的綜合評價值，進(jìn)而對基礎(chǔ)件進(jìn)行再制造優(yōu)選與決策。

1 評價指標(biāo)體系的建立

重型機床基礎(chǔ)件的可再制造性受多種因素的影響，且不同影響因素的量化方法不同，因此需要建立全面的評價指標(biāo)體系進(jìn)行綜合分析。重型機床基礎(chǔ)件可再制造性評價指標(biāo)體系的建立方法如圖2所示。

以評價對象為目標(biāo)初步建立評價指標(biāo)體系，采用目標(biāo)層次方法建立目標(biāo)層次結(jié)構(gòu)的評價指標(biāo)體系，再通過優(yōu)化方法產(chǎn)生新的評價指標(biāo)體系，對新的評價指標(biāo)體系進(jìn)行試用和不斷改進(jìn)。初步建立的評價指標(biāo)體系包含兩級，為層次結(jié)構(gòu)評價指標(biāo)體系。評價指標(biāo)體系建立時應(yīng)當(dāng)全面綜合考慮各個影響因素，以確保評價指標(biāo)體系的完整性。在優(yōu)化評價指標(biāo)體系的過程中需要刪除重復(fù)的評價指標(biāo)，以保證評價指標(biāo)間相互獨立，使綜合評價結(jié)果更加準(zhǔn)確。

綜合考慮機電產(chǎn)品再制造評價指標(biāo)體系和重型機床再制造過程的影響因素，重型機床基礎(chǔ)件可再制造性評價指標(biāo)體系包括技術(shù)性、經(jīng)濟性、資源性、環(huán)境性和服役性5個一級評價指標(biāo)和若干個二級評價指標(biāo)，如圖3所示。

技術(shù)可行性要求退役機床產(chǎn)品進(jìn)行再制造加工在技術(shù)和工藝上可行，同時可以通過升級修復(fù)達(dá)到原產(chǎn)品的性能；經(jīng)濟可行性要求退役機床產(chǎn)品進(jìn)行再制造加工所投入資金小于新品生產(chǎn)費用；資源可行性和環(huán)境可行性是指對退役機床產(chǎn)品進(jìn)行再制造加工所消耗的資源和對環(huán)境的負(fù)面影響小于新機床生產(chǎn)過程對資源的消耗和對環(huán)境的負(fù)面影響；服役性要求再制造后機床產(chǎn)品具有一定時間的使用效能。

技術(shù)性評價指標(biāo)包括：可拆卸性、可裝配性、可清洗性、可測試性、可再加工性和再制造修復(fù)難易性二級評價指標(biāo)。

經(jīng)濟性評價指標(biāo)包括：再制造成本和再制造時間二級評價指標(biāo)。

資源性評價指標(biāo)包括：原材料消耗和能源消耗二級評價指標(biāo)。

環(huán)境性評價指標(biāo)包括：廢水排放、廢氣排放、噪聲釋放和固體廢棄物排放二級評價指標(biāo)。

服役性評價指標(biāo)包括：服役時間和服役性能二級評價指標(biāo)。

2 評價指標(biāo)值求解模型

重型機床基礎(chǔ)件可再制造性評價模型包括評價指標(biāo)體系建立、指標(biāo)值求解、指標(biāo)權(quán)重求解和綜合評價值求解等內(nèi)容。指標(biāo)值求解利用模糊綜合評價法和數(shù)學(xué)公式法。

2.1 模糊綜合評價法

模糊綜合評價法通過建立評語集和評語集向量來求解重型機床基礎(chǔ)件可再制造性評價值。評語集是描述評價對象評價結(jié)果的模糊語言，評語集向量是評語集中模糊語言的量化數(shù)值。選定評價對象和評價指標(biāo)，取各基礎(chǔ)件二級評價指標(biāo)對應(yīng)的評語集為{很好，好，較好，一般，差}，二級評價指標(biāo)評語集向量為WE=(1,0.8,0.6,0.4,0.2)T。記錄m名專家對評價對象的模糊評價結(jié)果，并統(tǒng)計評價對象在各個評價指標(biāo)集上的頻數(shù)。模糊評分表如表1所示。

統(tǒng)計評價對象在各個評價指標(biāo)上的評語集頻數(shù)得到矩陣A，aij表示評價對象在評價指標(biāo)i上評語集j的頻數(shù)。在統(tǒng)計得到頻數(shù)矩陣A的基礎(chǔ)上，計算表示評價對象在各評語集得分比例的隸屬度矩陣B，bij計算公式為

(1)

式中：bij表示評價對象在評價指標(biāo)i上評語集j的比重。

表1 模糊評分表

評語評價指標(biāo) 很好好較好一般差評價指標(biāo)1評價指標(biāo)2…評價指標(biāo)n

采用模糊綜合評價法求出的二級評價指標(biāo)值為BWE。在重型機床基礎(chǔ)件可再制造性評價指標(biāo)體系中，技術(shù)性和環(huán)境性評價指標(biāo)模糊性較強，該兩項評價指標(biāo)值采用模糊綜合評價法求解。

2.2 數(shù)學(xué)公式法

數(shù)學(xué)公式法是針對能夠直接通過數(shù)學(xué)公式求出評價指標(biāo)值的評價指標(biāo)。經(jīng)濟性評價指標(biāo)值、資源性評價指標(biāo)值和服役時間評價指標(biāo)值采用數(shù)學(xué)公式法直接求得。采用數(shù)學(xué)公式法計算各二級評價指標(biāo)值的方法如下：

(1)再制造成本C1

(2)

式中：C1rem為基礎(chǔ)件再制造成本；C1new為新基礎(chǔ)件成本。

(2)再制造時間C2

(3)

式中：C2rem為基礎(chǔ)件再制造花費時間；C2new為生產(chǎn)新基礎(chǔ)件花費時間。

(3)原材料消耗R1

(4)

式中：R1rem為基礎(chǔ)件再制造消耗原材料；R1new為生產(chǎn)新基礎(chǔ)件消耗原材料。

(4)能源消耗R2

(5)

式中：R2rem為基礎(chǔ)件再制造消耗能源，R2new為生產(chǎn)新基礎(chǔ)件消耗能源。

(5)服役時間S1

S1=Li/(Li+Ldesign)

(6)

式中：基礎(chǔ)件可用壽命為Li，求解可用壽命時設(shè)計壽命為Ldesign。

(6)服役性能S2

基礎(chǔ)件在服役過程中受不定振幅載荷作用，主要發(fā)生疲勞破壞，基礎(chǔ)件服役性能受疲勞損傷程度影響，基礎(chǔ)件服役性能評價值為

S2=(Ki/Kmax+Li/Ldesign)/2

(7)

式中：Ki為設(shè)計壽命為Ldesign條件下基礎(chǔ)件安全系數(shù)，Kmax為最大安全系數(shù)。

3 計算實例

利用模糊綜合分析法和數(shù)學(xué)公式法對INGERSOLL重型龍門銑床各基礎(chǔ)件可再制造性評價指標(biāo)值進(jìn)行了計算，計算結(jié)果如表2所示。

表2 基礎(chǔ)件可再制造性評價指標(biāo)值

床身工作臺橫梁銑頭箱頂梁立柱可拆卸性090540884808401092430831108647可裝配性088150874108069084090824408503可清洗性091210912308931089260940409187可測試性092480922508826082470861409321可再加工性086250926908603091550873408451再制造修復(fù)難易性086590893308678089430847708035再制造成本08702088210914408477088210872再制造時間08817084470842108852085308405原材料消耗093310895908933082110837708317能源消耗090880887108709082970843208636廢水排放092230919409145090180896709011廢氣排放091640934708853087040912408802噪聲釋放09210895608721084010883808656固體廢棄物排放083520833208491089620842608442服役時間038210487802118024480085400198服役性能049570687701560283400900208

4 結(jié)語

重型機床基礎(chǔ)件的可再制造性評價首先要建立評價指標(biāo)體系，然后求解出各評價指標(biāo)值，再結(jié)合指標(biāo)權(quán)重值可以得到基礎(chǔ)件可再制造性的綜合評價值。本文光通訊的迅猛發(fā)展，市場對微V槽等無源光學(xué)元件的需求不斷旺盛，同時對其加工精度的要求也日益提高。目前，提高機床加工精度的方法有兩種，即誤差防止法與誤差補償法[2-3]。誤差防止是通過提高機床零部件的制造精度、優(yōu)化機床系統(tǒng)的裝配結(jié)構(gòu)等措施來提高綜合考慮了影響重型機床基礎(chǔ)件可再制造性的諸因素，確定了基礎(chǔ)件可再制造性評價指標(biāo)體系，采用了模糊綜合評價法和數(shù)學(xué)公式法計算各評價指標(biāo)值。本文建立的基礎(chǔ)件可再制造性評價指標(biāo)體系及指標(biāo)值求解方法，對重型機床及其它重型裝備基礎(chǔ)件的可再制造型綜合評價具有參考價值。

[1]劉純.廢舊機床再制造綜合測試與評價技術(shù)研究及應(yīng)用[D].重慶：重慶大學(xué), 2008.

[2] 蘇為華.多指標(biāo)綜合評價理論與方法研究[D].廈門：廈門大學(xué), 2000:19-21.

[3] 王暉, 陳麗，陳星，等.多指標(biāo)綜合評價方法及權(quán)重系數(shù)的選擇[J].廣東藥學(xué)院學(xué)報, 2007, 23(5):583-589.

[4] 王明濤.多指標(biāo)綜合評價中權(quán)系數(shù)確定的一種綜合分析方法[J].系統(tǒng)工程, 1999, 17(2):56-62.