工程機械再制造優化方法研究

馮建偉

【摘要】近些年來，在國家的扶持和推動之下，加快了資源節約型社會建設工作的速度，通過加大對再制造的發展力度，能夠獲得更多的經濟利潤，形成良好的社會效益與影響。不過，受到廣大民眾在再制造產品方面的認知偏差影響，覺得再制造產品的質量不過關，性能不可靠，屬于二手產品，嚴重妨礙到國內再制造的可持續發展。一般來說，再制造產品的質量則與零部件再制造加工處理之后的質量、再制造裝配的精度等因素緊密相關。論文主要參考了工程機械再制造的特征，深入分析了針對建筑工程機械再制造的一類優化選擇裝配方式，并且將再制造裝配尺寸鏈當作約束，將再制造產品的質量損失控制到最低，不僅提升了再制造資源的利用效率，而且使封閉環偏差波動也變小，最終從重用件、修復件以及新件當作，科學選取一個最適合零件組合的方式，有助于使裝配精度得以提升，讓再制造產品質量滿足有關規定。

【關鍵詞】工程機械;再制造;裝配質量;優化方法

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

20.

緒論

自從再制造工程出現之后，攻克了能源緊缺的難題，相較于傳統制造來說，再制造與其不同的地方集中在毛坯成型技術，借助新型的再制造修復技術，使從前的尺寸、外形得以恢復，讓再制造產品的質量獲得保障。對比傳統制造來說，再制造毛坯來源發生了變化，能降低對礦產資源的開發量，所耗費的能源隨之下降。并且，提升了對廢舊產品的利用率，減小了帶給生態環境的破壞影響。對于建筑工程機械領域來說，應該緊密聯系工程機械再制造的特征，做好工程機械再制造優化工作，有助于提升裝配的精準性，確保機械工程再制造產品的質量達到相關規定。

一、工程機械再制造裝配過程的說明

1.工程機械再制造概述

工程機械再制造是以工程機械全壽命周期的規劃和管理為指導，以提高廢舊機械性能為目的，以高質量、高效率的原則為指導的一系列技術措施或工程活動的總稱，節能、節材、環保，采用先進技術和工業化生產方式，對即將被報廢的建筑機械進行維修和改造。傳統的機械制造鏈以機械的報廢而結束，而工程機械再制造則是從機械的報廢為起點開始的，這進一步擴大了這一產業鏈的延伸。總的來說，工程機械再制造特點是比較明顯的：首先是，再制造的產品無論是質量還是性能都不低于新產品，但是和新產品相比較，成本只有一半，節省能源和材料60%、70%，在再制造過程中產生的大氣污染排放降低80%以上。

在工程機械的再制造過程中，必須將整臺機器拆成一個個單獨的零件，并設法清除零件上的污垢，這些工序非常容易造成環境污染，同時損壞的零件需要進行評估和維修才能恢復使用，所以，只有做到無損拆卸、綠色清潔、高質量維修和高精度檢測，才是工程機械維修成功的關鍵。

再制造業具有經濟效益好、生產成本低、節能環保等特點，使得再制造工程得到了長足的發展。有時其產品的性能甚至會超過新品的質量。再者，再制造的節能節材符合我國當前對環境保護的重視，也符合我國的可持續發展戰略，是當前我國市場經濟快速發展的重要路徑。

2.針對工程機械再制造過程中不確定因素的探究

對于工程機械再制造的毛坯來說，屬于一種廢舊的工程機械，在供應源方面由消費者流向相關再制造企業，對比新品的制造，再制造生產系統輸入存在逆向性、品種多樣、質量良莠不齊等特征，形成諸多不確定影響因素，具體來說：第一，回收相關機械產品的來源十分多且較為分散，廢舊零件在數量、生產的時間等方面均無法明確。第二，對于各種損壞情況的零部件來說，采用的再制造修復技術也不一樣，造成經過修復后零件的表面質量、準確性有所不同。第三，對于大部分再制造需要安裝的零件而言，均為修復件、重用件，二者的尺寸公差離散很大，偏移了中心，表現出非正太分布的質量特征[1]。

3.工程機械再制造裝配質量的相關影響因素分析

（1）等待裝配零部件的質量因素

對于工程機械再制造產品來說，再制造裝配的質量可以從相應裝配體的精確度方面看出，裝配尺寸鏈的精確度則與其封閉的環尺寸緊密相關，在裝配尺寸鏈當中，不同構成環零件質量的偏差體現在裝配尺寸鏈中的傳遞、積累等方面，和封閉環尺寸與目標尺寸的偏離情況密切關聯，所以，機械工程再制造裝配質量受到零部件加工精準度方面的影響。

再制造裝配方式方面的因素

影響機械工程再制造裝配精準度的因素與裝配的精度緊密相關。對于各種加工精度的再制造零件而言，需要確保所選取再制造裝配方式與技術的合理性，即便部分零部件的加工精度較低，依然可以確保整機裝配的精度達到相關規定。

（3）其他方面的影響因素

通常情況下，機械工程再制造生產設備、生產技術、所處的環境情況、再制造操控工作人員的專業能力均會帶給機械工程再制造產品的裝配質量很大的影響[2]。

二、工程機械再制造優化方法具體案例分析

1.曲柄連桿機構介紹

在發動機中，曲柄連桿屬于主要的零件構成部分，最重要的零件之一，也屬于發動機把相應燃料燃燒形成的熱能轉化成機械能，然后輸出相應動力的重要結構。具體運行時，依靠曲柄連桿對燃料燃燒形成的高溫、高壓加以承受，并借助燃燒氣體的壓力作用，開展活塞往返運動，通過連桿、活塞銷把活塞往復運動變成曲軸旋轉運動，形成一定的扭矩，并且對外輸出相應動力，達到驅動其他機構的效果。所以，曲柄連桿機構裝配質量與發動機的性能、使用年限密切相關。

對于曲柄連桿運行環境來說，帶給發動機很大的影響，與裝配的精度、質量均緊密關聯。以確保再制造發動機運行的可靠性，降低功耗量。進行再制造曲柄連桿裝配的時候，應該掌握不同構成零件之間的配合關聯[3]。

2.曲柄連桿選配當中再制造優化選配結果的分析

一般來說，機械工程制造裝配在曲柄連桿方面的裝配精度要求是很高的，因為被再制造技術、成本等方面的因素所影響，經過修復處理之后，會使再制造件的精度下降，對比加工處理之后的新件，再制造件的零件尺寸偏離中心是大于新件的。假如應用互換法進行裝配，有關零件的尺寸偏差則沿著裝配尺寸鏈進行傳遞、累積。以達到再制造裝配精度方面規定為目的，要求再制造企業運用分組裝配的方式，在對應組中選用零件，完成裝配曲柄連桿機構的任務。筆者依據所調查采集的相關數據，根據企業的分組方式，最多僅明確5套裝配策略，見下表2.1。

結合此次研究中涉及到的兩個選擇裝配評價指標，科學評價最后的裝配結果，以便使得應用此方式的裝配成功率是51%，再制造資源的利用率是33.2%。究其原因，主要在于上連桿瓦、下連桿瓦均為典型的易損件，同時再制造的價值很小，為此，進行再制造裝配的時候，運用到的均為新件，所以，此處涉及到的再制造資源利用率只對曲軸、連桿的利用率進行統計和整理，同時，在具體的選配策略當中，無論是重用件，還是修復件，均采用個數進行代表。根據實際的評價結果，從中不難獲悉，根據再制造企業當前采用的裝配方式進行裝配，一方面，將造成很多不匹配零件出現剩余的情況，使得制品被嚴重擠壓;另一方面，在修復件、重用件的利用率方面同樣是非常低的，提高了再制造企業經營的經濟成本。

在此過程當中，應用科學的再制造優化選配方式，通過運用相關matlab2012軟件，將相關數據信息作為主要的對象，對其實施編程仿真處理，經過迭代300次之后，一共得到10套可以達到再制造裝配間隙規定的曲軸、連桿裝配組合策略，matlab輸出的裝配組合可以發揮出良好的作用。而曲柄連桿機構最佳的優化裝配組合策略情況則見下圖1。

通過結合相關曲柄連桿機構的最后優化組合結果情況，可以運用零部件處于矩陣當中的位置代表bestTour，對于第一列來說，各個數值均存在4個，依然表示的為曲軸的4個連桿頸，主要涵蓋了曲軸、連桿、上連桿瓦以及下連桿瓦，各行則組成了一個裝配尺寸鏈。并且將優化組合策略當中的位置編號準確轉換成零件編號之后，具體的組合情況見下表2.2。

運用兩個選擇裝配評價指標能夠科學評價上表2.2當中的具體裝配結果，然后合理運用制造優化選配方式得到最后的裝配方案，相應的匹配成功率是100%，而再制造裝配的綜合目標值QL=0.688，相應的再制造資源利用率則為79%。很多企業當前的分組裝配方式與再制造優化選配方式的評價結果比較情況見下圖2。

結合上圖2，從中不難看出，和再制造企業當前運用的分組裝配方式進行對比，依靠再制造優化選配方式能夠明顯提升重用件、修復件、新件相應的匹配成功幾率，并且，運用此種方式，可以達到再制造裝配精度的相關要求，將重用件、修復件作為首選，使得再制造零件相應的利用率得以一定的提升，達到使再制造企業實際的再制造經濟成本得以下降。當然，應用此種方式的過程當中，需要緊密結合客戶、企業相關裝配規定，以便明確再制造零件的具體裝配組合策略，確保再制造裝配的質量獲得保障，提升相應的效率與生產柔性，獲得更多的經濟收益[4]。

三、對我國工程機械再制造發展的建議

1.健全技術體系、完善法律法規

要構建行業技術體系，促進產業化發展。工程機械種類繁多，各種設備的結構各有特點。此外，設備的工作條件不同，零件的損壞形式也不同，要積極借鑒國外的成功經驗，建立完善的再制造技術體系。要認識到行業的發展離不開國家政策扶持和法律保護，要從立法層面確保行業的健康發展。要給予政策支持和傾斜，鼓勵學校、科研院所以及相關企業積極研發新技術，逐步建立行業標準和質量保證體系，在技術開發中全面考慮機械產品的可再制造型，使工程機械制造業與再制造業緊密聯系起來，促進整個機械行業的強勁發展。

2.提高社會認識、注重人才培養

當前，中國制造業正從生產型制造向服務型制造轉變，消費者對產品后續服務的關注度將越來越高。因此，要加強工程機械再制造技術的推廣，讓消費者了解再制造技術的優勢，要宣傳再制造產品的質量，消除消費者對加工產品質量的疑慮，為工程機械加工產品創造更廣闊的市場。工程機械的再制造過程包括拆解、安裝、焊接、修理、檢測、材料等多個學科。但是，目前這一行業的職業教育尚不能滿足行業對人才的需求，未來專業人才的缺口巨大。今后要注重復合型人才的培養，為工程機械改造行業培養更多的專業人才。

3.依靠網絡平臺、改進產品供應

結合“互聯網+”理念，將分散的再制造單元整合成一個基于網絡的再制造系統，充分利用信息技術和大數據技術的優勢，使得系統能對市場做出快速反應。為了提高產品設計和安裝的速度，降低生產成本，企業越來越重視工程機械零部件的互換性和標準化，在開發新產品后，還為客戶提供零部件，這些零件大多放在公司倉庫，造成資源浪費，有些零件在使用前就已經過期，比如類似密封圈等配件。可以依托網絡技術，建立再制造零件信息共享平臺，不同品牌的企業可以在平臺上共享庫存信息，再制造企業能夠簡單快速了解配件庫存信息，及時聯系，降低成本。

結論：

作為機械工程再制造生產當中的最終環節，再制造裝配十分關鍵，有關再制造產品質量受到裝配精度方面的很大影響。此次研究結合工程機械再制造產品裝配情況，采用了科學裝配方式，將裝配尺寸鏈當作約束，參考了多元質量損失函數、封閉環偏差波動函數等，同時運用了蟻群優化算法，使重用件、修復件等獲得改進和優化。然后根據實際案例，應用此方法，可以減小再制造過程相關不確定因素的傳遞、累計帶給裝配產品質量的不良影響，有助于確保機械工程再制造產品的裝配精度、安全性，使相應重用件、修復件的利用率也獲得了提升。

參考文獻：

[1]宿彪，黃向明，任瑩暉，等.基于蟻群算法的工程機械再制造優化選配方法研究[J].機械工程學報，2017（5）.

[2]范佳靜，曹玉華，曹敏.基于GABP神經網絡預測法的工程機械再制造員工效率研究[J].工業技術經濟，2018，37（008）：147-153.

[3]王玉鑫，李曉海，李杰，等.工程機械再制造產業化發展方向的研究[J].機械工業標準化與質量，2017，000（008）：36-39，46.

[4]赫景榮，關曉晨.工程機械再制造產業化發展方向的研究[J].工程技術（文摘版）：00111-00111.