工程机械再制造优化方法研究

冯建伟

【摘要】近些年来，在国家的扶持和推动之下，加快了资源節约型社会建设工作的速度，通过加大对再制造的发展力度，能够获得更多的经济利润，形成良好的社会效益与影响。不过，受到广大民众在再制造产品方面的认知偏差影响，觉得再制造产品的质量不过关，性能不可靠，属于二手产品，严重妨碍到国内再制造的可持续发展。一般来说，再制造产品的质量则与零部件再制造加工处理之后的质量、再制造装配的精度等因素紧密相关。论文主要参考了工程机械再制造的特征，深入分析了针对建筑工程机械再制造的一类优化选择装配方式，并且将再制造装配尺寸链当作约束，将再制造产品的质量损失控制到最低，不仅提升了再制造资源的利用效率，而且使封闭环偏差波动也变小，最终从重用件、修复件以及新件当作，科学选取一个最适合零件组合的方式，有助于使装配精度得以提升，让再制造产品质量满足有关规定。

【关键词】工程机械;再制造;装配质量;优化方法

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

20.

绪论

自从再制造工程出现之后，攻克了能源紧缺的难题，相较于传统制造来说，再制造与其不同的地方集中在毛坯成型技术，借助新型的再制造修复技术，使从前的尺寸、外形得以恢复，让再制造产品的质量获得保障。对比传统制造来说，再制造毛坯来源发生了变化，能降低对矿产资源的开发量，所耗费的能源随之下降。并且，提升了对废旧产品的利用率，减小了带给生态环境的破坏影响。对于建筑工程机械领域来说，应该紧密联系工程机械再制造的特征，做好工程机械再制造优化工作，有助于提升装配的精准性，确保机械工程再制造产品的质量达到相关规定。

一、工程机械再制造装配过程的说明

1.工程机械再制造概述

工程机械再制造是以工程机械全寿命周期的规划和管理为指导，以提高废旧机械性能为目的，以高质量、高效率的原则为指导的一系列技术措施或工程活动的总称，节能、节材、环保，采用先进技术和工业化生产方式，对即将被报废的建筑机械进行维修和改造。传统的机械制造链以机械的报废而结束，而工程机械再制造则是从机械的报废为起点开始的，这进一步扩大了这一产业链的延伸。总的来说，工程机械再制造特点是比较明显的：首先是，再制造的产品无论是质量还是性能都不低于新产品，但是和新产品相比较，成本只有一半，节省能源和材料60%、70%，在再制造过程中产生的大气污染排放降低80%以上。

在工程机械的再制造过程中，必须将整台机器拆成一个个单独的零件，并设法清除零件上的污垢，这些工序非常容易造成环境污染，同时损坏的零件需要进行评估和维修才能恢复使用，所以，只有做到无损拆卸、绿色清洁、高质量维修和高精度检测，才是工程机械维修成功的关键。

再制造业具有经济效益好、生产成本低、节能环保等特点，使得再制造工程得到了长足的发展。有时其产品的性能甚至会超过新品的质量。再者，再制造的节能节材符合我国当前对环境保护的重视，也符合我国的可持续发展战略，是当前我国市场经济快速发展的重要路径。

2.针对工程机械再制造过程中不确定因素的探究

对于工程机械再制造的毛坯来说，属于一种废旧的工程机械，在供应源方面由消费者流向相关再制造企业，对比新品的制造，再制造生产系统输入存在逆向性、品种多样、质量良莠不齐等特征，形成诸多不确定影响因素，具体来说：第一，回收相关机械产品的来源十分多且较为分散，废旧零件在数量、生产的时间等方面均无法明确。第二，对于各种损坏情况的零部件来说，采用的再制造修复技术也不一样，造成经过修复后零件的表面质量、准确性有所不同。第三，对于大部分再制造需要安装的零件而言，均为修复件、重用件，二者的尺寸公差离散很大，偏移了中心，表现出非正太分布的质量特征[1]。

3.工程机械再制造装配质量的相关影响因素分析

（1）等待装配零部件的质量因素

对于工程机械再制造产品来说，再制造装配的质量可以从相应装配体的精确度方面看出，装配尺寸链的精确度则与其封闭的环尺寸紧密相关，在装配尺寸链当中，不同构成环零件质量的偏差体现在装配尺寸链中的传递、积累等方面，和封闭环尺寸与目标尺寸的偏离情况密切关联，所以，机械工程再制造装配质量受到零部件加工精准度方面的影响。

再制造装配方式方面的因素

影响机械工程再制造装配精准度的因素与装配的精度紧密相关。对于各种加工精度的再制造零件而言，需要确保所选取再制造装配方式与技术的合理性，即便部分零部件的加工精度较低，依然可以确保整机装配的精度达到相关规定。

（3）其他方面的影响因素

通常情况下，机械工程再制造生产设备、生产技术、所处的环境情况、再制造操控工作人员的专业能力均会带给机械工程再制造产品的装配质量很大的影响[2]。

二、工程机械再制造优化方法具体案例分析

1.曲柄连杆机构介绍

在发动机中，曲柄连杆属于主要的零件构成部分，最重要的零件之一，也属于发动机把相应燃料燃烧形成的热能转化成机械能，然后输出相应动力的重要结构。具体运行时，依靠曲柄连杆对燃料燃烧形成的高温、高压加以承受，并借助燃烧气体的压力作用，开展活塞往返运动，通过连杆、活塞销把活塞往复运动变成曲轴旋转运动，形成一定的扭矩，并且对外输出相应动力，达到驱动其他机构的效果。所以，曲柄连杆机构装配质量与发动机的性能、使用年限密切相关。

对于曲柄连杆运行环境来说，带给发动机很大的影响，与装配的精度、质量均紧密关联。以确保再制造发动机运行的可靠性，降低功耗量。进行再制造曲柄连杆装配的时候，应该掌握不同构成零件之间的配合关联[3]。

2.曲柄连杆选配当中再制造优化选配结果的分析

一般来说，机械工程制造装配在曲柄连杆方面的装配精度要求是很高的，因为被再制造技术、成本等方面的因素所影响，经过修复处理之后，会使再制造件的精度下降，对比加工处理之后的新件，再制造件的零件尺寸偏离中心是大于新件的。假如应用互换法进行装配，有关零件的尺寸偏差则沿着装配尺寸链进行传递、累积。以达到再制造装配精度方面规定为目的，要求再制造企业运用分组装配的方式，在对应组中选用零件，完成装配曲柄连杆机构的任务。笔者依据所调查采集的相关数据，根据企业的分组方式，最多仅明确5套装配策略，见下表2.1。

结合此次研究中涉及到的两个选择装配评价指标，科学评价最后的装配结果，以便使得应用此方式的装配成功率是51%，再制造资源的利用率是33.2%。究其原因，主要在于上连杆瓦、下连杆瓦均为典型的易损件，同时再制造的价值很小，为此，进行再制造装配的时候，运用到的均为新件，所以，此处涉及到的再制造资源利用率只对曲轴、连杆的利用率进行统计和整理，同时，在具体的选配策略当中，无论是重用件，还是修复件，均采用个数进行代表。根据实际的评价结果，从中不难获悉，根据再制造企业当前采用的装配方式进行装配，一方面，将造成很多不匹配零件出现剩余的情况，使得制品被严重挤压;另一方面，在修复件、重用件的利用率方面同样是非常低的，提高了再制造企业经营的经济成本。

在此过程当中，应用科学的再制造优化选配方式，通过运用相关matlab2012软件，将相关数据信息作为主要的对象，对其实施编程仿真处理，经过迭代300次之后，一共得到10套可以达到再制造装配间隙规定的曲轴、连杆装配组合策略，matlab输出的装配组合可以发挥出良好的作用。而曲柄连杆机构最佳的优化装配组合策略情況则见下图1。

通过结合相关曲柄连杆机构的最后优化组合结果情况，可以运用零部件处于矩阵当中的位置代表bestTour，对于第一列来说，各个数值均存在4个，依然表示的为曲轴的4个连杆颈，主要涵盖了曲轴、连杆、上连杆瓦以及下连杆瓦，各行则组成了一个装配尺寸链。并且将优化组合策略当中的位置编号准确转换成零件编号之后，具体的组合情况见下表2.2。

运用两个选择装配评价指标能够科学评价上表2.2当中的具体装配结果，然后合理运用制造优化选配方式得到最后的装配方案，相应的匹配成功率是100%，而再制造装配的综合目标值QL=0.688，相应的再制造资源利用率则为79%。很多企业当前的分组装配方式与再制造优化选配方式的评价结果比较情况见下图2。

结合上图2，从中不难看出，和再制造企业当前运用的分组装配方式进行对比，依靠再制造优化选配方式能够明显提升重用件、修复件、新件相应的匹配成功几率，并且，运用此种方式，可以达到再制造装配精度的相关要求，将重用件、修复件作为首选，使得再制造零件相应的利用率得以一定的提升，达到使再制造企业实际的再制造经济成本得以下降。当然，应用此种方式的过程当中，需要紧密结合客户、企业相关装配规定，以便明确再制造零件的具体装配组合策略，确保再制造装配的质量获得保障，提升相应的效率与生产柔性，获得更多的经济收益[4]。

三、对我国工程机械再制造发展的建议

1.健全技术体系、完善法律法规

要构建行业技术体系，促进产业化发展。工程机械种类繁多，各种设备的结构各有特点。此外，设备的工作条件不同，零件的损坏形式也不同，要积极借鉴国外的成功经验，建立完善的再制造技术体系。要认识到行业的发展离不开国家政策扶持和法律保护，要从立法层面确保行业的健康发展。要给予政策支持和倾斜，鼓励学校、科研院所以及相关企业积极研发新技术，逐步建立行业标准和质量保证体系，在技术开发中全面考虑机械产品的可再制造型，使工程机械制造业与再制造业紧密联系起来，促进整个机械行业的强劲发展。

2.提高社会认识、注重人才培养

当前，中国制造业正从生产型制造向服务型制造转变，消费者对产品后续服务的关注度将越来越高。因此，要加强工程机械再制造技术的推广，让消费者了解再制造技术的优势，要宣传再制造产品的质量，消除消费者对加工产品质量的疑虑，为工程机械加工产品创造更广阔的市场。工程机械的再制造过程包括拆解、安装、焊接、修理、检测、材料等多个学科。但是，目前这一行业的职业教育尚不能满足行业对人才的需求，未来专业人才的缺口巨大。今后要注重复合型人才的培养，为工程机械改造行业培养更多的专业人才。

3.依靠网络平台、改进产品供应

结合“互联网+”理念，将分散的再制造单元整合成一个基于网络的再制造系统，充分利用信息技术和大数据技术的优势，使得系统能对市场做出快速反应。为了提高产品设计和安装的速度，降低生产成本，企业越来越重视工程机械零部件的互换性和标准化，在开发新产品后，还为客户提供零部件，这些零件大多放在公司仓库，造成资源浪费，有些零件在使用前就已经过期，比如类似密封圈等配件。可以依托网络技术，建立再制造零件信息共享平台，不同品牌的企业可以在平台上共享库存信息，再制造企业能够简单快速了解配件库存信息，及时联系，降低成本。

结论：

作为机械工程再制造生产当中的最终环节，再制造装配十分关键，有关再制造产品质量受到装配精度方面的很大影响。此次研究结合工程机械再制造产品装配情况，采用了科学装配方式，将装配尺寸链当作约束，参考了多元质量损失函数、封闭环偏差波动函数等，同时运用了蚁群优化算法，使重用件、修复件等获得改进和优化。然后根据实际案例，应用此方法，可以减小再制造过程相关不确定因素的传递、累计带给装配产品质量的不良影响，有助于确保机械工程再制造产品的装配精度、安全性，使相应重用件、修复件的利用率也获得了提升。

参考文献：

[1]宿彪，黄向明，任莹晖，等.基于蚁群算法的工程机械再制造优化选配方法研究[J].机械工程学报，2017（5）.

[2]范佳静，曹玉华，曹敏.基于GABP神经网络预测法的工程机械再制造员工效率研究[J].工业技术经济，2018，37（008）：147-153.

[3]王玉鑫，李晓海，李杰，等.工程机械再制造产业化发展方向的研究[J].机械工业标准化与质量，2017，000（008）：36-39，46.

[4]赫景荣，关晓晨.工程机械再制造产业化发展方向的研究[J].工程技术（文摘版）：00111-00111.