智能制造關鍵技術與工業應用叢書--裝備再制造技術及典型應用

裝備再制造技術是利用工業大數據技術、壽命預測技術、精益管理技術以及智能運維技術對裝備再制造全流程進行方案設計、實施路徑規劃及可靠性分析的過程，對于組織、規范裝備再制造流程及實施再制造裝備運維服務，最大限度地發揮再制造先進技術與循環效益優勢，保障可靠、高效、經濟、低碳的裝備再制造工程具有重要意義。
本書系統論述了裝備再制造技術的概念與內涵、實施路徑、再制造設計及應用、再制造拆解及應用、再制造加工及應用、再制造裝配及應用、精益再制造生產及應用，以及再制造裝備全生命周期協同運維及應用等，力圖推動再制造技術理論與應用體系建立。
本書對裝備再制造技術研究和工程實踐應用具有較強的指導價值，可供從事再制造設計、工藝設計、精益管理、再制造裝備運維等領域的工程技術人員、管理人員、研究人員參考，也可作為高等院校機械工程、工業工程、管理科學與工程、環境工程等綠色制造、再制造相關專業研究生的教材或參考書。

（1）本書從系統思維、學科綜合和技術集成的角度，研究再制造技術所涉及的新概念、新模式和新方法。 （2）本書基于國家科技支撐計劃項目和國家自然科學基金項目等的研究成果，致力于再制造系統工程的研究。 （3）本書系統論述了裝備再制造技術的概念與內涵、實施路徑，以及多個關鍵技術問題的解決方案，力圖推動再制造技術理論與應用體系建立。

我國制造業面臨著資源和環境的發展瓶頸，現役裝備面臨著延壽和性能提升的迫切需求。再制造作為綠色制造的重要組成部分，對于緩解資源短缺與浪費、保護生態環境、發展循環經濟具有重要的現實意義。隨著市場需求和產業規模的擴大，先進的綠色、智能裝備的技術不斷地創新和應用，再制造實施方案制定的合理性、經濟性及可靠性要求等顯著增長，使得目前多以制造經驗為主的裝備再制造實施過程面臨嚴峻挑戰，再制造工程的實施效益難以保障，嚴重制約了我國再制造產業發展。鑒于此，考慮廢舊裝備的發展需求，開展裝備再制造技術與應用研究，合理制定再制造技術方案，是當前再制造工程的重要研究方向和應用領域。
再制造技術是實現廢舊裝備再利用的關鍵要素。與新品制造不同，再制造以廢舊產品為毛坯，其毛坯質量狀況不清晰、剩余壽命不均衡以及失效形式與程度差異性大等個性化特征，同時客戶對再制造產品的個性化需求，造成再制造方案極具個性化和不確定性，導致再制造技術難以合理選擇并有效促進再制造過程實施。如何運用先進技術準確制定再制造實施方案，組織、規范并拉動廢舊產品拆解、再制造加工、再制造精益管理、再制造產品運維服務等多再制造環節的優化運作，最大限度地發揮再制造先進技術裝備與循環效益優勢，保障裝備再制造過程實施的高效、經濟和低碳性，是裝備再制造系統迫切需要解決的問題。
目前，裝備再制造技術及應用相關研究主要集中于再制造方案制定、再制造工藝規劃、再制造加工以及再制造評價等，研究內容具有兩大特征：一是面向再制造過程的技術開發研究，即涉及設計、工藝、加工以及管理等方面的方法越來越多；二是多學科綜合性或技術集成賦能再制造系統，即裝備再制造過程絕非單一學科知識能夠支撐，而是依賴于多門學科知識的有機結合。但現有研究僅專注于再制造系統的某一環節進行技術開發，沒有從再制造全流程的角度進行全局規劃和技術銜接，特別是再制造設計、精益再制造以及再制造產品運維方面的研究還很欠缺，無法保障裝備再制造生產的最佳狀態，發揮出再制造產品的最佳效能。因此，系統地研究和學習裝備再制造技術及應用的理論及相關實施方法等顯然十分必要。
本書作者在國家自然科學基金項目和國家科技支撐計劃項目等的資助下，致力于再制造系統工程的研究，取得了一定的研究成果；同時收集了大量的國內外研究文獻資料，經過整理，完成了本書的撰寫工作。本書從系統思維、學科綜合和技術集成的角度，研究裝備再制造技術所涉及的新概念、新模式和新方法，主要內容包括再制造技術現狀及發展、再制造設計技術及應用、再制造拆解技術及應用、再制造加工技術及應用、再制造裝配技術及應用、精益再制造生產技術及應用、再制造裝備全生命周期協同運維技術及應用等。
本書是課題組研究成果的系統總結，由武漢科技大學、湖北汽車工業學院江志剛，湖北汽車工業學院龔青山，武漢工程大學柯超等著。其中，江志剛、龔青山、柯超、段榮負責全書的結構規劃和統籌工作，并撰寫了前言；段榮、江志剛、龔青山撰寫了第1章；柯超、段榮撰寫了第2章；柯超、江志剛撰寫了第3章；潘志強、柯超撰寫了第4章；潘志強、龔青山撰寫了第5章；付眾鋮、龔青山、柯超撰寫了第6章；楊潔、柯超、龔青山撰寫了第7章。
本書涉及的有關研究工作，得到了國家自然科學基金（52375508、52075396、51675388）、國家科技支撐計劃（2012BAF02B01、2012BAF02B03）以及工信部綠色制造系統集成項目的支持，并得到了湖北汽車工業學院學術專著出版專項資助，在此表示衷心的感謝！
此外，本書在寫作過程中參考了有關文獻，并盡可能地列在參考文獻表中，在此向所有被引用文獻的作者表示誠摯的謝意！
由于裝備再制造技術及應用是一門正在迅速發展的綜合性交叉研究學科，涉及面廣，技術難度大，加上作者水平有限，書中不妥之處在所難免，敬請廣大讀者批評指正！

著者
2023年12月

第1章裝備再制造技術現狀及發展001
1.1裝備再制造業是制造業的重要組成部分001
1.2我國裝備再制造業面臨的機遇與挑戰004
1.2.1裝備再制造業目前存在的問題004
1.2.2我國裝備再制造業面臨的發展機遇006
1.2.3裝備再制造業的發展趨勢008
1.3裝備再制造的技術體系011
1.4裝備再制造的技術現狀012
1.4.1裝備再制造設計技術現狀012
1.4.2裝備再制造拆解技術現狀015
1.4.3裝備再制造加工技術現狀015
1.4.4裝備再制造精益生產技術現狀017
1.4.5再制造裝備運維服務技術現狀020
1.5裝備再制造技術的發展趨勢021
1.5.1工業大數據驅動的柔性再制造022
1.5.2工業互聯網支撐的智能再制造023
1.5.3清潔生產強化的綠色再制造025
本章小結026
參考文獻027

第2章裝備再制造設計技術及應用028
2.1裝備再制造設計技術概述028
2.1.1再制造設計的概念028
2.1.2再制造設計的技術特征028
2.1.3再制造設計分類029
2.2裝備再制造恢復設計技術030
2.2.1裝備再制造恢復設計概念及特點030
2.2.2裝備再制造恢復設計流程030
2.2.3裝備再制造恢復設計關鍵技術030
2.3裝備再制造升級設計技術043
2.3.1裝備再制造升級設計概念及特點043
2.3.2裝備再制造升級設計流程044
2.3.3裝備再制造升級設計關鍵技術044
2.4智能再制造設計技術060
2.4.1智能再制造設計概念及技術特點060
2.4.2智能再制造設計流程061
2.4.3智能再制造設計關鍵技術061
2.5裝備再制造設計技術的典型應用074
2.5.1再制造需求分析074
2.5.2再制造方案生成077
本章小結081
參考文獻081

第3章裝備再制造拆解技術及應用083
3.1裝備再制造拆解概述083
3.1.1裝備再制造拆解的基本概念083
3.1.2裝備再制造拆解的技術特征083
3.1.3裝備再制造拆解技術框架084
3.2裝備再制造拆解信息模型085
3.2.1裝備再制造拆解信息分類及過程分析085
3.2.2裝配分析089
3.2.3拆解約束矩陣092
3.2.4裝備再制造拆解信息建模093
3.3裝備再制造拆解序列生成技術099
3.3.1裝備再制造拆解序列生成方法框架099
3.3.2裝備再制造拆解規則及可行性判定方法100
3.3.3智能再制造拆解序列生成技術104
3.4裝備再制造拆解序列優化技術118
3.4.1多人異步拆解序列優化方法118
3.4.2人機異步拆解序列優化方法123
3.5裝備再制造拆解技術的典型應用127
本章小結138
參考文獻138

第4章再制造加工技術及應用140
4.1再制造加工概述140
4.1.1再制造加工基本概念140
4.1.2再制造加工技術特征140
4.1.3再制造加工的質量要求141
4.2再制造加工技術142
4.2.1面向表面失效的再制造加工技術142
4.2.2面向結構損傷的再制造加工技術143
4.2.3面向功能升級的再制造加工技術146
4.3再制造工藝規劃150
4.3.1再制造工藝信息構成150
4.3.2再制造工藝方案設計153
4.3.3再制造工藝智能規劃154
4.4再制造加工技術典型應用162
4.4.1機械液壓助力轉向裝置再制造功能升級162
4.4.2面向結構損傷及表面失效的渦輪葉片再制造164
本章小結172
參考文獻172

第5章裝備再制造裝配技術及應用174
5.1裝備再制造裝配概述174
5.1.1再制造裝配的基本概念174
5.1.2再制造裝配的質量要求175
5.1.3再制造裝配的技術特征176
5.2再制造裝配尺寸鏈公差再分配技術177
5.2.1再制造裝配尺寸鏈公差再分配特點177
5.2.2再制造裝配尺寸鏈公差再分配流程177
5.2.3再制造裝配尺寸鏈公差再分配優化模型179
5.3再制造裝配零部件選配優化技術188
5.3.1再制造裝配零部件選配特點188
5.3.2再制造裝配零部件選配流程189
5.3.3再制造裝配零部件選配優化190
5.4裝備再制造裝配技術的典型應用195
5.4.1廢舊齒輪箱的再制造裝配尺寸鏈公差分配195
5.4.2機床進給箱傳動軸的再制造選配優化199
本章小結202
參考文獻202

第6章裝備精益再制造生產技術及應用204
6.1裝備精益再制造生產概述204
6.1.1裝備再制造生產精益思想204
6.1.2精益再制造生產的基本概念206
6.1.3精益再制造生產的技術特征207
6.2裝備精益再制造生產價值流分析技術209
6.2.1精益再制造生產價值流概念209
6.2.2精益再制造生產價值流圖分析211
6.3裝備精益再制造生產技術214
6.3.1精益再制造回收規劃關鍵技術214
6.3.2精益再制造拆解優化關鍵技術223
6.3.3精益再制造加工過程優化關鍵技術233
6.3.4精益再制造車間運行規劃關鍵技術243
6.4裝備精益再制造生產技術典型應用253
6.4.1基于價值流分析的某公司商用車發動機回收優化253
6.4.2基于價值流分析的某公司商用車發動機拆解優化256
6.4.3基于價值流分析的汽車用鉛酸蓄電池再制造生產系統改善260
本章小結267
參考文獻267

第7章再制造裝備全生命周期協同運維技術及應用269
7.1再制造裝備全生命周期協同運維概述269
7.1.1再制造裝備全生命周期協同運維的概念269
7.1.2再制造裝備全生命周期協同運維的技術特征270
7.1.3再制造裝備全生命周期協同運維的總體框架271
7.2再制造裝備全生命周期運維數據獲取技術272
7.2.1全生命周期運維數據類型272
7.2.2全生命周期運維數據采集關鍵技術273
7.2.3全生命周期運維數據傳輸與存儲關鍵技術277
7.3再制造裝備全生命周期運維數據處理技術284
7.3.1運維數據預處理關鍵技術284
7.3.2運維數據挖掘關鍵技術287
7.4再制造裝備運行狀態分析技術291
7.4.1再制造裝備健康狀態評估關鍵技術292
7.4.2再制造裝備可靠性評估關鍵技術294
7.4.3再制造裝備故障診斷與預測分析關鍵技術308
7.5再制造裝備智能運維方案設計技術317
7.5.1再制造裝備運維時機判斷關鍵技術317
7.5.2再制造裝備運維方案決策關鍵技術320
7.5.3再制造裝備運維資源和過程管理關鍵技術327
7.6再制造裝備智能運維技術的典型應用330
7.6.1再制造機床全生命周期運維數據330
7.6.2再制造機床運行狀態評估333
7.6.3再制造機床運維派遣決策345
本章小結349
參考文獻349