183再制造工程及其关键技术090719、徐滨士

1再制造工程及其关键技术徐滨士装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重点实验室2报告内容报告内容再制造工程再制造工程再制造的新发展再制造的新发展用于再制造的关键支撑技术用于再制造的关键支撑技术发动机再制造应用示范发动机再制造应用示范3前前言言制造是财富的源泉。制造业是国民经济的物质基础和产业主体，是国家竞争力的体现和国家安全的重要保障。但是，传统制造业是一个索取自然、大量消耗资源的过程，它是一种“粗放型制造”，其特点是：大量生产、大量消费、大量污染、大量废弃。如：全球制造业每年产生55亿吨无害废物和7亿吨有害废物，占全球环境污染的70％；我国制造业的产品能耗约占全国一次能耗的63%。4♫废旧资源大量产生人类的生存环境正面临着废旧机电产品日益增长，而资源能源日益短缺的巨大压力。废旧机电产品造成了严重的“汽车垃圾”、“电子垃圾”等社会公害。2007年北京市各类报废家电达400万台。2007年中国汽车报废200万辆，美国汽车报废1100万辆。2008年中国电脑报废超过4000万台。目前，每一台新电脑投放市场就有一台旧电脑沦为垃圾。5废旧机电产品资源化是指通过现代技术工艺手段，最大限度地开发利用废旧机电产品中蕴含的附加值，使其成为有较高品位的可重新使用的资源。再制造的对象是已经服役过的报废或老旧产品，中国的再制造利用高新技术完成这些废旧产品的寿命评估、修复加工及质量控制，全面恢复和提升废旧产品的性能，使其继续服役，从而实现了废旧机电产品的资源化。因此说再制造是具有中国特色的废旧机电产品资源化的重要手段，也是中国在发展废旧机电产品资源化过程中的自主创新。♫再制造与废旧机电产品资源化6♫再制造的产生一、再制造工程一、再制造工程为了缓解有限资源和过度消耗之间的矛盾，最大限度地利用废旧产品的剩余价值，20世纪90年代，美国从产业角度建立了3R体系(Reuse再利用、Recycle再循环、Remanufacture再制造)；日本从环境保护的角度也建立了3R体系(Reduce减量化、Reuse再利用、Recycle再循环)。中国在总结世界各国经验的基础上，创造性地提出具有中国特色的4R体系，即Reduce减量化、Reuse再利用、Recycle再循环、Remanufacture再制造。目前，4R已成为我国发展循环经济的支撑要素。7♫资产损失与再制造统计结果表明，世界钢材的10%因腐蚀而损失，机电产品70％的失效来自腐蚀和磨损；产品制造和使用中1/3的能源直接消耗于摩擦磨损。2003年中国工程院发布腐蚀调查报告：2002年我国因腐蚀造成损失近6000亿元，占当年GDP的5％。2007年中国工程院发布摩擦学调查报告：2006年全国因摩擦磨损造成的损失高达9500亿元，占当年GDP的4.5%。两项损失合计1.55万亿元，约占GDP的9.5%，而发达国家只达到4-5%，说明中国与发达国家还存在着较大的差距。若能采取再制造措施挽回10%的损失，则每年可节约1550亿元。8再制造是指以产品全寿命周期理论为指导，以实现废旧产品性能提升为目标，以优质、高效、节能、节材、环保为准则，以先进技术和产业化生产为手段，进行修复、改造废旧产品的一系列技术措施或工程活动的总称。因再制造具有显著的绿色性，故也被称为“绿色再制造”。简言之，再制造是废旧产品高技术修复、改造的产业化。♫再制造的内涵9♫再制造的特征再制造的重要特征是：再制造后的产品质量和性能不低于新品，有些还超过新品，成本只是新品的50%，节能60%，节材70%，对环境的不良影响显著降低，有力促进了资源节约型、环境友好型社会的建设。可简单概括为：“两型社会”、“五六七”。10与国外相比，中国的再制造技术具有鲜明的特色。国外再制造主要采用换件修理法或尺寸修理法。换件修理法是将损伤零件整体更换为新品零件；尺寸修理法是将失配的零件表面尺寸加工修复到可以配合的范围，如缸套-活塞环磨损失效后，通过镗缸的方法恢复缸套的尺寸精度，再配以大尺寸的活塞环以完成再制造。中国的再制造以先进的表面工程技术为支撑，不仅准确恢复尺寸，而且显著提升性能，最重要的是资源利用率高，能源消耗少，具有显著的节能减排特色。♫再制造的特色11再制造的本质是修复，但它不是简单的修复。再制造的内核是采用制造业的模式搞维修，是一种高技术的修复过程，而且是一种产业化的修复。再制造既属于维修，是绿色维修发展的高级阶段；又属于制造，是先进制造的新模式。♫再制造与维修和制造121）加工规模不同。维修一般以手工为主，针对单件或小批量生产零件，而再制造以产业化为主，主要针对大批量生产零件；2）设备的技术难度不同。再制造设备不仅要求单机作业效能高，还需要适应流水线作业的要求，有的还需自动化操作；3）涉及的理论基础不同。维修更多地关注单一零件的技术基础研究，再制造还需进行批量件的基础理论研究，如废旧零件的剩余寿命评估和再制造零件的服役寿命预测；4）修复效果不同。维修常具有随机性、原位性、应急性，修复效果达不到新品水平，而再制造是按制造的模式，采用先进关键技术进行严格加工，再制造产品不低于新品甚至超过新品。♫再制造与维修的区别131）加工对象不同。制造是针对以铸、锻、焊件为毛坯的机械加工过程，而再制造针对经过长期服役而报废的成形零件，将其作为毛坯进行加工；2）毛坯件的初始状态不同。制造的毛坯件初始状况相对均质、单一，而再制造的毛坯件（即废旧零件）大多存在因磨损、腐蚀而导致的表面失效，因疲劳导致的残余应力和内部裂纹，因震动冲击导致的零件变形等一系列问题；3）前处理的难度不同。制造的毛坯件表面是清洁的，而再制造的毛坯件已经历过苛刻的服役周期，表面既存在油污、水垢、锈蚀层，需要环保清洗工序予以去除，又存在硬化层，需要进行预加工予以去除；♫再制造与制造的区别(2-1)144）质量控制手段不同。产品制造过程中对零件进行寿命评估和质量控制已趋成熟；而再制造毛坯的损伤失效形式复杂多样，残余应力、内部裂纹和疲劳层的存在导致寿命评估与服役周期复杂难测，再制造零件的质量控制是一个复杂先进的质量控制体系；5）加工工艺不同。产品制造过程中其尺寸精度和力学性能是统一的，适合规模化的生产；再制造过程中废旧零件的尺寸变形和表面损伤程度各不相同，却必须在同一生产线上完成加工，因此必须采用自适应的加工工艺，才能高质量地恢复零件的尺寸标准和性能指标。♫再制造与制造的区别(2-2)15装备设计制造使用维修原材料再循环再制造再利用环保处理报废再制造产品传统的装备全寿命周期是“研制-使用-报废”，其物流是一个开环系统；而再制造装备的全寿命周期是“研制-使用-报废-再生”，其物流是一个闭环系统。这是对全寿命周期理论的深化和发展。♫再制造在全寿命周期中的位置16行星框架是某型重载车辆转向机构重要的薄壁零件，易于磨损失效。上世纪六十年代时，由于堆焊修复会变形，大修技术条件规定必须报废。进入八十年代，我们采用最新出现的等离子喷涂技术完成了行星框架的再制造。经六辆车辆的实车考核，再制造行星框架的使用寿命达到新品的3倍，成本为新品的1/10，材料消耗为1/100。♫再制造实例–重载车辆行星框架再制造再制造的节材举例（坦克行星框架）重量（Kg）重量比（%）成本（元）成品零件再制造投入（热喷涂粉末）毛坯71.310029019.52712000.250.3512017♫再制造实例--新型铝合金发动机再制造铝合金发动机缸盖再制造后的缸盖表面表面环形压痕形貌铝合金材料零件的再制造是国外再制造企业面临的技术难题之一，英国委托我们对路虎汽车(Land-Rover)的铝合金发动机缸盖进行再制造，我们采用材料成形与制备一体化技术解决了这一难题。再制造的发动机已投入实用考核。18再制造在节能减排方面效果显著。以济南复强公司为例，若年再制造5万台斯泰尔发动机，则可以节省金属3.825万吨，回收附加值16.15亿元，可节电7250万度，利税1.45亿元，减少CO2排放3000吨。♫再制造的经济、社会效益再用金属3.825万吨利税1.45亿元回收附加值16.15亿元节省购机费用14.5亿元7250万度节电3000吨减少CO2排放191996年，美国再制造业与制药业、计算机制造业和钢铁业相比，产值与他们基本相当，但就业人数是他们的1倍以上，说明再制造业不仅能够创造巨大财富，而且能够拉动就业与再就业。01002003004005006007001234再制造制药计算机钢铁530亿560亿550亿670亿美国四大产业的产值对比010203040501234再制造制药计算机钢铁48万19万20万24万美国四大产业的就业人数对比二、再制造的新发展二、再制造的新发展♫美国的再制造20美军是再制造的最大受益者。美军军费世界第一，但美军仍然认为再制造具有重大作用，尤其是“在财政预算有限、新装备配备不到位、制造新装备费用高昂的情况下，再制造可维持武器装备的战备完好率。”为此，美国国会参众两院通过了一项不经总统签署即可获得执行的共同决议案，授权美国国防部将更多的重点放在对军用装备的再制造上。♫美军的再制造21B-52轰炸机1961年定型1980年第一次再制造1996年第二次再制造服役期延长至2030年M1A2型坦克1985年再制造368辆1996-2000年再制造580辆M1A2坦克M1坦克AH-64阿帕奇直升机2000-2005年再制造269架今后10年再制造750架AH64-A直升机AH64-D直升机22全球现有1000架波音747飞机和7000架波音737飞机，其中部分飞机的服役年限已超过20年，面临报废。以色列将废旧波音747客机再制造成货运飞机(客改货)，一台旧客机成本200万美元，再制造后售价为8000万美元，仍远低于原型新货运飞机1.15亿元的售价。目前，我国上海航空公司正在积极筹建波音737飞机再制造生产线。♫以色列飞机再制造再制造前－客机再制造过程再制造后－货机23（1）卡特彼勒公司(CAT)再制造公司♫世界各大公司的再制造美国卡特彼勒公司已在美国、英国、中国等7个国家建立了14个再制造工厂。2005年公司的再制造产值超过15亿美元。该公司于2005年在我国上海注册了卡特彼勒上海再制造有限公司。24（2）李斯特-派特（Lister-Petter）再制造公司李斯特-派特（Lister-Petter）公司是英国最大的专业化发动机再制造企业，该公司在英国、美国、中国等地建立了再制造公司，与中国重汽集团合作建立了发动机再制造企业——“济南复强动力有限公司”。25（3）大众(Volkswagen)再制造公司德国大众公司于1947年开始再制造。至2004年，已再制造发动机748万台，变速器240万台，近年来，由于高技术在再制造中的应用，公司销售的再制造发动机及其配件和新机的比例达到9:1。26♫国家政策(2-1)2005年，国务院颁发的21、22号文件中均指出：国家将“支持废旧机电产品再制造”，并把“绿色再制造技术”列为“国务院有关部门和地方各级人民政府要加大经费支持力度的关键、共性项目之一”。国发[2005]22号《国务院关于加快发展循环经济的若干意见》国发[2005]21号《国务院关于做好建设节约型社会近期重点工作的通知》我国再制造发展情况27♫国家政策(2-2)2009年1月，《中华人民共和国循环经济促进法》生效。该法在第2、第40及第56条中六次阐述再制造，标志着再制造已进入国家法律。《循环经济促进法》立法筹备期间，全国人大环资委邀请我们重点实验室就法案中与再制造相关的条款进行修订。全国人大常委会对《循环经济促进法》的审议表决现场与人大环资委主任毛如柏、环资委法案室主任孙佑海商讨《循环经济促进法》282009年4月，国务院召开全国循环经济座谈会，中共中央政治局常委、国务院副总理李克强，科技部部长万钢，中国工程院院长徐匡迪等领导出席，特邀9名循环经济领域的院士和企业家出席会议。我在会上做了“中国特色的再制造产业发展现状与对策建议”的发言，受到李克强副总理的关心重视，并不时提出问题与讨论。♫国务院给李克强副总理汇报再制造李克强副总理听取汇报现场♫循环