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还有这种操作?!报废汽车竟然能产生上千亿的经济效益? 精选

已有 4540 次阅读 2017-9-6 10:13 |个人分类:科学书摘|系统分类:博客资讯|关键词:机械零件可回收性技术评价理论与应用 卢曦 科学出版社 科学 回收再制造


近一百年来,人类在创造巨大物质财富的同时,也付出了巨大的资源和环境破坏的代价。工业革命后,人类社会的科学技术迅猛发展,生产力得到空前提高,人口剧增。随着人类需求的不断扩大和社会工业系统的不断发展,自然资源日益紧张,自然环境更加恶化,严重威胁到人类的生存条件。可以看到,日益严峻的产品废弃物造成的环境污染和能源方面的压力,已经成为全球面临的一个重大问题。因此,循环使用的理念正得到大家的普遍关注,人们也在不断倡导与环境相和谐的经济发展模式,把经济活动看成一个“资源-产品-再生资源”的反馈式流程,其中回收再制造作为发展循环经济的手段迫切需要大面积实施。


我国作为一个生产制造及消费大国,以占世界9%的耕地、6%的水资源、4%的森林、1.8%的石油、0.7%的天然气、不足9%的铁矿石、不足5%的铜矿和不足2%的铝土矿,养活着占世界22%的人口。由于长期沿用以追求增长速度、大量消耗资源为特征的粗放型发展模式,从贫穷落后逐渐走向繁荣富强的同时,自然资源的消耗在大幅度上升,致使非再生资源呈绝对减少趋势,可再生资源也展现出一种衰弱态势,为此,现有产品和资源的回收再利用显得更加急迫。


此“回收”非彼“回收”


传统意义上的回收主要是对有限的材料进行回收,虽然这种材料回收对社会发展、废物利用起到积极的作用,但是难以满足日益发展的社会需求和可持续发展的要求。广义的回收不仅考虑最基本的材料回收,还要考虑在产品级、部件级、零件级、材料级四个层次上的回收再利用,以及能量的回收和废弃物的填埋。对于零件级的回收主要考虑零件的重用性,材料级的回收主要考虑材料的可回收性,能量级和填埋级的回收则考虑减少对环境的污染。


回收过程中,回收级别按“产品-部件-零件-材料-能量-填埋”的顺序排列,经济性、环境的相容性越来越差。因此,衡量产品的回收性能以各层回收的比例(或重量、数量和价值)为主要指标,具体包括产品可重用部件的比例、产品中可重用零件的比例、产品中采用材料的种类、产品中可被回收材料的比例、产品中废弃物焚烧及填埋的比例。


回收的目的是对废旧产品进行再利用、发展循环经济,机械零件的回收再生模式主要包括直接重用、再制造、再循环三种。其中,直接重用是将仍具备完好使用性能的零件直接在新的产品中加以利用,例如,发动机、变速箱的箱体等就可以直接重用;再制造是以废旧零件为毛坯,采用先进表面技术和其他加工技术对其损伤部位进行修复和强化,使其保持、恢复可用状态并加以重新利用;再循环是将废旧材料通过回收、重熔作为机械原材料,或稍加改变而作为材料参与其他产品的生命周期循环。


回收再制造是以产品全生命周期设计和管理为指导、以优质高效节能节材环保为目标、以先进技术和产业化生产为手段,通过完全拆解废旧产品,进行清洗、检验、修复和必要的更新后重新装配和检测等一系列技术措施和工程活动的总称。


回收再制造过程中主要考虑零件级的回收,以回收的零件作为毛坯,以零件重新利用为目的。决定零件重新利用的因素主要有零件的可靠性、剩余强度、剩余寿命、是否便于翻新和检测、是否便于功能扩展、拆卸过程是否会造成零件破坏等。



图1 回收再制造流程图


图1为回收再制造的流程工艺图,其中拆卸、清洗和检查评价为回收环节。再制造是零件水平上的制造,使零件的附加值(以物质、能量和人力等形式包含在零件中)得以保留,并具有相当大的经济效益,因此,有利于环保和可持续发展;同时它又属于劳动密集型产业,有利于增加就业。当然,并非所有的零件都适合再制造,再制造有一定的适用范围,判断零件的再制造性,既要根据零件可再制造性的准则,又要全面评价零件在再制造过程中各个方面的综合效率和可行性。


再制造的出现完善了产品全生命周期的内涵,使得产品在全生命周期的末端,即报废阶段,不再成为固体垃圾。传统的产品寿命周期是“研制-使用-报废”,其物流是一个开环系统。再制造工程的加入不仅使废旧产品起死回生,还可以很好地解决资源节约和环境污染问题。因此,再制造是对产品全生命周期的延伸和拓展,赋予废旧产品新的寿命,形成产品的多生命周期循环,这是面向循环经济的再制造的重要理论成果。全生命周期是“研制-使用-再生”过程,其物流是一个闭环系统,如图2所示。



图2 机械产品全生命周期


在产品达到报废年限时,其零件一部分可以直接利用;一部分通过再制造加工或技术改造可以继续使用;另一部分零件由于受当前技术条件的限制而无法再制造,或者进行再制造的经济性很差,则通过熔炼等再循环的方法变成原材料重新使用。在产品报废阶段,要尽可能使再利用、再制造的部分增多,废料部分减少。


回收再制造涉及的内容非常广泛,贯穿产品的全生命周期,体现着深刻的基础性和科学性。在产品设计阶段,要考虑产品的再制造性设计;在产品的服役至报废阶段,要考虑产品的全生命周期信息跟踪;在产品的报废阶段,要考虑产品的非破坏性拆解、低排放式物理清洗,要进行零件的失效分析及剩余寿命演变规律的探索,完成零件失效部位具有高结合强度和良好摩擦学性能的表面涂层的设计、制备与加工,以及对表面涂层和零件尺寸公差部位的机械平整加工及质量控制等。


回收再制造的作用超乎想象


能源潜力巨大


据美国阿贡国家实验室统计,新制造1辆汽车的能耗是再制造的6倍;新制造1台汽车发动机的能耗是再制造的11倍;新制造1台汽车发电机的能耗是再制造的7倍;新制造1个汽车发电机关键零件的能耗是再制造的2倍;再制造1个柯达照相机的能源需求不到新制造照相机的2/3。这充分说明对废旧机械产品进行再制造可减少能源消耗,节约原生资源的开采,满足经济可持续发展的需要。


经济效益显著


以汽车工业为例,2016年全球汽车保有量超过5亿辆,按发达国家汽车报废标准——保有量的6%~7%计算,每年汽车报废量将超过3000万辆,如果每辆汽车回收再制造产生各种经济、资源、能源和环境等按照1万元当量经济效益计算,则全球每年报废汽车再制造可以产生多达3000亿元的当量经济效益,具有十分巨大的市场潜力。我国预计2017年报废汽车年处理总量近800万辆,相关企业总数为765~800家(其中零部件再制造企业达150家),年产值达到400亿元。


环保作用突出


废旧机械产品再制造可以减少原始矿藏的开采、提炼及新产品制造过程中造成的环境污染,能够极大地节约能源,减少温室气体排放。美国环境保护局估计,如果美国汽车回收业的成果能被充分利用,那么对大气的污染水平可比目前降低85%,水污染处理量可比目前减少76%。


缓解就业压力


实施废旧产品的再制造,可兴起一批新兴产业,解决大量就业问题。美国的再制造业规划到2005年安排就业100万人,我国2020年如果达到美国2005年的水平,则创造就业岗位将超过100万个。研究表明,再制造、再循环产业每增加100个就业岗位,采矿业和固体废弃物安全处理业仅减少13个就业岗位。两者相比可以看出,再制造、再循环产业创造的就业机会远大于其减少的就业机会。


再制造产品的地位


回收再制造启动了新的产品生命周期,是物质循环利用的有效途径。据国外再制造公司统计,再制造花在零件磨损表面补偿的金属仅为本体材料的1%~2%,但回收的附加值可达到新件制造的70%、节能60%、节材70%以上,再制造成本不超过新品的50%。因此,再制造的高性价比成为其重要特征之一,实现经济效益(资源节约)和社会效益(环境保护)的完美统一。


通过开展以再制造为主要形式的废旧产品资源化,可以为人们提供物美价廉的产品,提高人们的物质生活水平。由于再制造充分提取了蕴含在产品中的附加值,在产品销售时具有明显的价格优势。例如,再制造发动机具有完善的质量保证和售后服务,能够满足下一个生命周期,价格仅为新发动机的50%左右,可供不同收入阶层和关心环保的人士选用。


巨大的经济和社会效益


2005年,全球再制造业产值已超过1000亿美元,美国的再制造产业规模最大,达到750亿美元,其中汽车和工程机械再制造占2/3以上,约500亿美元。美国军队同样高度重视再制造,也是再制造的最大受益者。美国军费世界第一,但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。隶属于美国国家科学研究委员会的“2010年后国防制造工业委员会”制定了2010年国防工业制造技术的框架,将武器系统的再制造列为国防工业的重要研究领域。近年,日本加强了对工程机械的再制造,再制造的工程机械中,58%由日本国内用户使用,34%出口到国外,8%拆解后作为配件出售。


2012年,北美市场再制造产品渠道以独立市场为主,再制造发动机、发电机和变速箱是该地区市场售额最大的三类产品,这也是全球其他几个区域在再制造过程中主要进行的产品。其中,对于发动机,绝大部分的销售是以独立市场为主的,原装配件供应商(original equipment supplier, OES)渠道只占17%。但事实上,独立市场在发动机再制造方面的占有量是很小的,反而是变速箱在独立市场和OES渠道中各占据一半。对于发电机,OES渠道占比较少,而整个独立市场占有量非常大。


据相关数据显示,2015年欧洲的再制造市场金额已经达到300亿欧元,2030年产品销售额预计能够达到700亿欧元。2013年欧洲的年再制造的产量达到68万台,2015年则达到220万台,如图3所示。这个过程中再制造年产量飙升幅度大概为70%,这与欧洲2013~2015年一些政策的变化有关,例如,欧盟逐渐将再制造列入循环经济范围,促使很多再制造产业萌生,汽车再制造销售额占总再制造产品总额的20%。


图3 欧洲再制造情况

中国再制造市场起步较晚,据统计数据显示,2015年中国的再制造产品已经超过9.3万件。根据2014年的统计,在中国再制造市场的企业分类中,最多的是汽车零件,其比例达到27%,第三方服务占比为25%,建筑机械占比为18%,机电产品是目前中国再制造企业比较集中的一个分类,它的总额约占到整个行业的84%。其他如旧件回收、矿业机械等的比例相对较小,目前机床行业再制造在逐渐兴起,但是该行业中,机床主要是以大修和翻新为主。对于汽车行业,再制造确实是迅速增长的一个版块。


2010年,我国再制造产能仅为发动机11万台,变速箱6万台,发电机、起动机100万台,总产值不到25亿元,再制造试点企业也只有十几家。而到2017年,我国报废汽车年处理总量将达到800万辆,企业总数为765~800家(其中零部件再制造企业将达150家),年产值将达到400亿元,具有十分巨大的市场潜力。我国的汽车再制造业已经拥有市场和政策等有利条件,急需在技术方面有所突破。






《机械零件可回收性技术评价理论与应用》

作者:卢曦

责编:朱英彪,赵晓廷

北京:科学出版社,2017.6

ISBN:978-7-03-053489-7


机械零件可回收性技术评价主要是对回收零件的剩余强度和剩余寿命是否能够进入再制造环节进行评估,是再制造工程的核心技术。《机械零件可回收性技术评价理论与应用》的主要内容包括:回收再制造,机械零件的回收与评价,基于表面质量的可回收性评价,零件的疲劳强度特性预测,内在质量评价的理论基础,内在质量退化的最佳表征参数,内在质量的评价方法和流程,缸体和活塞杆可回收性评价,等速万向传动轴回收评价。


(本期责编:李文超)



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