曹華軍 杜彥斌

1.重慶大學(xué)機(jī)械傳動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶，400030

2.重慶工商大學(xué)制造裝備機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶，400067

0 引言

《中國(guó)制造 2025》［1］中明確提到“大力發(fā)展再制造產(chǎn)業(yè)，實(shí)施高端再制造、智能再制造、在役再制造，推進(jìn)產(chǎn)品認(rèn)定，促進(jìn)再制造產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展?！薄Ｔ谝墼僦圃靺^(qū)別于傳統(tǒng)的再制造工程，以裝備健康能效監(jiān)測(cè)診斷理論為基礎(chǔ)，以老舊、性能落后的在役機(jī)電裝備為對(duì)象主動(dòng)實(shí)施再制造，恢復(fù)并提升其功能與性能［2］。機(jī)床是制造業(yè)的基礎(chǔ)裝備，具有很高的回收利用價(jià)值和再制造潛力，一直受到國(guó)家的重視，如在《工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃（2016—2020年）》與《綠色制造工程實(shí)施指南（2016—2020年）》等文件中將數(shù)控機(jī)床作為實(shí)施在役再制造的重點(diǎn)領(lǐng)域之一。

機(jī)床再制造在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家已成為再制造產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，具有一定的規(guī)模和市場(chǎng)。英國(guó)再制造產(chǎn)值預(yù)估超過(guò)56億英鎊［3］，其中機(jī)床再制造以大重型機(jī)床（價(jià)值不低于25 000英鎊）為主，年?duì)I業(yè)額超過(guò)4 500萬(wàn)英鎊［4］；美國(guó)再制造產(chǎn)值已達(dá)到750億美元［5］，其中有300多家專(zhuān)門(mén)從事機(jī)床再制造的企業(yè)［6］，如 Busch Precision Inc.、The Daniluk Corp.、Machine Tool Research，Inc.等公司都可提供機(jī)床維修、翻新、大修與再制造等服務(wù)，并可為各類(lèi)機(jī)床裝備提供在役再制造服務(wù)。我國(guó)已成為世界上最大的機(jī)床生產(chǎn)國(guó)及消費(fèi)國(guó)，目前在役機(jī)床裝備數(shù)量超過(guò)800萬(wàn)臺(tái)，但整體技術(shù)水平落后，數(shù)控化率低，功能部件性能水平低，智能化水平落后。此外，20世紀(jì)我國(guó)從國(guó)外進(jìn)口的各種重大技術(shù)裝備、高精尖設(shè)備及生產(chǎn)線，已處于超期服役狀態(tài)，性能退化現(xiàn)象嚴(yán)重。國(guó)內(nèi)機(jī)床再制造企業(yè)超過(guò)2 000家，但大多以報(bào)廢、閑置、老舊、退役機(jī)床的維修、大修與再制造為主［7］，而針對(duì)量大面廣的在役機(jī)床裝備開(kāi)展在役再制造服務(wù)的業(yè)務(wù)量還比較少。

針對(duì)當(dāng)前我國(guó)機(jī)床再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀及趨勢(shì)，本文提出機(jī)床裝備在役再制造的概念及內(nèi)涵，并對(duì)機(jī)床裝備在役再制造與傳統(tǒng)的以資源循環(huán)利用為目標(biāo)的機(jī)床再制造之間的區(qū)別進(jìn)行分析，提出機(jī)床裝備在役再制造的實(shí)施流程以及技術(shù)體系框架，并結(jié)合案例對(duì)機(jī)床裝備在役再制造的綜合效益進(jìn)行分析。

1 我國(guó)在役機(jī)床裝備運(yùn)行狀況與問(wèn)題分析

機(jī)床裝備的先進(jìn)水平和保有量，是一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平、工業(yè)現(xiàn)代化程度和國(guó)家綜合競(jìng)爭(zhēng)力的重要指標(biāo)。改革開(kāi)放以來(lái)，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)尤其是制造業(yè)的持續(xù)、快速、穩(wěn)定增長(zhǎng)，機(jī)床裝備行業(yè)取得長(zhǎng)足的發(fā)展與進(jìn)步。尤其是進(jìn)入新世紀(jì)，國(guó)家實(shí)施了“振興裝備制造業(yè)”的重大國(guó)策，我國(guó)金屬切削機(jī)床產(chǎn)量從2000年的17.66萬(wàn)臺(tái)急速增長(zhǎng)到2011年的88.68萬(wàn)臺(tái)（2012年開(kāi)始有所回落，2016年為67.28萬(wàn)臺(tái)）［8］，已成為世界上第一大機(jī)床生產(chǎn)國(guó)；同時(shí)，我國(guó)從國(guó)外進(jìn)口大量高端機(jī)床裝備，累計(jì)進(jìn)口量預(yù)估超過(guò)100多萬(wàn)臺(tái)。目前，我國(guó)金屬切削機(jī)床保有量從1995年的298萬(wàn)臺(tái)，已遞增到目前的800多萬(wàn)臺(tái)，成為世界上機(jī)床保有量最大的國(guó)家。在役的機(jī)床裝備尤其是部分大重型機(jī)床是我國(guó)國(guó)防軍工、航空航天、船舶、能源、冶金、軌道交通等行業(yè)的關(guān)鍵制造裝備，為國(guó)家基礎(chǔ)工業(yè)建設(shè)和國(guó)防建設(shè)做出了重要貢獻(xiàn)，具有技術(shù)含量高、價(jià)值量大、服役周期長(zhǎng)等特點(diǎn)。

雖然，我國(guó)機(jī)床裝備行業(yè)發(fā)展迅速，為制造業(yè)的發(fā)展提供了關(guān)鍵設(shè)備與制造能力，但是在役機(jī)床裝備整體技術(shù)水平落后，數(shù)控化率低，功能部件性能水平低，智能化水平落后，不足以支撐“中國(guó)制造2025”背景下我國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的迫切需求。

（1）在役機(jī)床裝備精度及性能退化現(xiàn)象嚴(yán)重，難以保障零部件加工精度，影響產(chǎn)品質(zhì)量及其一致性。我國(guó)制造業(yè)經(jīng)歷了多年的高速發(fā)展期，在役機(jī)床裝備長(zhǎng)期承擔(dān)繁重的加工任務(wù)，尤其是制造企業(yè)的大重型機(jī)床等關(guān)鍵主要設(shè)備，長(zhǎng)期處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)；部分國(guó)產(chǎn)機(jī)床由于關(guān)鍵功能部件設(shè)計(jì)制造水平、質(zhì)量及可靠性等與國(guó)外有差距，容易發(fā)生磨損、點(diǎn)蝕和疲勞破壞等現(xiàn)象。這使得大量在役的機(jī)床裝備在未達(dá)到使用年限之前，加工性能退化現(xiàn)象嚴(yán)重，而且還有部分在役機(jī)床裝備處于超期服役狀態(tài)，已不能滿足新產(chǎn)品及零部件的加工精度要求。

（2）在役機(jī)床裝備自動(dòng)化、智能化水平低，難以滿足智能制造需求，生產(chǎn)效率低。21世紀(jì)以來(lái)，由于數(shù)控技術(shù)的成熟以及零部件加工對(duì)數(shù)控機(jī)床的迫切需求，我國(guó)機(jī)床的產(chǎn)量數(shù)控化率出現(xiàn)了較大提升，其中金屬切削機(jī)床產(chǎn)量數(shù)控化率從2004年的11%提升至2016年的30%～40%［8］，但相比于德國(guó)、日本等國(guó)家平均65%以上的機(jī)床產(chǎn)量數(shù)控化率，差距仍然較大。目前，在役的尤其是服役時(shí)間超過(guò)10年的機(jī)床裝備，自動(dòng)化、智能化水平偏低，而且缺乏聯(lián)網(wǎng)通訊等網(wǎng)絡(luò)化功能，無(wú)法滿足制造業(yè)生產(chǎn)柔性化、制造自動(dòng)化、信息交互網(wǎng)絡(luò)化以及建設(shè)數(shù)字化車(chē)間的發(fā)展需求，生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高。

（3）在役機(jī)床裝備能耗高，加工過(guò)程綠色化程度不高，跑冒滴漏等產(chǎn)生的環(huán)境污染較嚴(yán)重，不能滿足綠色制造的需要。在役機(jī)床裝備由于原電機(jī)效率低以及原傳動(dòng)部件效率低、能源損耗大等原因，其能耗普遍偏高且能源利用率低；機(jī)床在加工產(chǎn)品及零部件的過(guò)程中，產(chǎn)生大量的粉塵、噪聲、油霧油污（主要來(lái)源于切削液）、固體廢棄物等污染排放，帶來(lái)較為嚴(yán)重的車(chē)間環(huán)境污染并影響員工健康［9］。隨著環(huán)境意識(shí)的增強(qiáng)以及中央環(huán)境保護(hù)督察力度的加強(qiáng)，在役機(jī)床裝備的能耗高、污染重等綠色化問(wèn)題日益突出，已不能滿足我國(guó)制造業(yè)綠色發(fā)展的迫切需求。

在《中國(guó)制造2025》行動(dòng)綱領(lǐng)的引領(lǐng)下，我國(guó)制造業(yè)迫切需要轉(zhuǎn)型升級(jí)，實(shí)現(xiàn)由“制造業(yè)大國(guó)”向“制造業(yè)強(qiáng)國(guó)”的轉(zhuǎn)變。量大面廣且整體技術(shù)水平落后的在役機(jī)床裝備已成為制約我國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的主要瓶頸，迫切需要通過(guò)在役再制造與智能化、綠色化、服務(wù)化綜合提升，提高加工效率、加工質(zhì)量以及運(yùn)行可靠性。

2 機(jī)床裝備在役再制造的內(nèi)涵及實(shí)施過(guò)程

2.1 機(jī)床裝備在役再制造的概念及內(nèi)涵

機(jī)床裝備在役再制造是一種新型的制造服務(wù)業(yè)發(fā)展模式，以在役機(jī)床裝備為毛坯，運(yùn)用現(xiàn)代先進(jìn)的功能部件、信息技術(shù)、智能技術(shù)及綠色制造等新技術(shù)，通過(guò)再制造與智能化、綠色化、網(wǎng)絡(luò)化綜合提升，實(shí)現(xiàn)在役機(jī)床裝備及其所構(gòu)成的制造系統(tǒng)的升級(jí)換代，以滿足工業(yè)轉(zhuǎn)型對(duì)新一代制造裝備的迫切需求。機(jī)床裝備在役再制造與傳統(tǒng)實(shí)施的機(jī)床再制造有所區(qū)別，傳統(tǒng)實(shí)施的機(jī)床再制造針對(duì)的主要是退役、老舊、報(bào)廢的機(jī)床，強(qiáng)調(diào)對(duì)廢舊機(jī)床資源的循環(huán)再利用［10］，而機(jī)床裝備在役再制造主要針對(duì)性能退化、技術(shù)相對(duì)落后或不能滿足當(dāng)前加工要求的在役機(jī)床裝備，強(qiáng)調(diào)面向綠色化、智能化、服務(wù)化以及質(zhì)量提升的工業(yè)轉(zhuǎn)型，提高在役機(jī)床裝備的性能水平及可靠性。機(jī)床裝備在役再制造與傳統(tǒng)的機(jī)床再制造的區(qū)別對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 機(jī)床裝備在役再制造與傳統(tǒng)機(jī)床再制造之間的區(qū)別Tab.1 Comparison between in-service remanufacturing of machine tool and traditional machine tool remanufacturing

2.2 機(jī)床裝備在役再制造的實(shí)施過(guò)程

機(jī)床裝備在役再制造的實(shí)施流程主要包括在役機(jī)床裝備性能狀態(tài)匹配適應(yīng)分析，機(jī)床在役再制造定制化再設(shè)計(jì)，在役機(jī)床裝備拆解、清洗、檢測(cè)與分類(lèi)，機(jī)床在役再制造與性能提升以及再裝配等過(guò)程，如圖1所示。

圖1 機(jī)床裝備在役再制造的實(shí)施流程Fig.1 Implementation flow of in-service remanufacturing of machine tool

（1）在役機(jī)床裝備性能狀態(tài)匹配適應(yīng)分析。在役機(jī)床裝備由于出廠狀態(tài)、服役狀況的不同，其性能狀態(tài)變化規(guī)律具有不確定性及不可預(yù)知性。實(shí)施機(jī)床裝備在役再制造，需要對(duì)在役機(jī)床裝備的加工精度、可靠性以及自動(dòng)化水平、綠色化水平、網(wǎng)絡(luò)化水平等運(yùn)行狀態(tài)與性能狀況進(jìn)行監(jiān)控與診斷，并針對(duì)在役機(jī)床裝備的性能狀態(tài)與當(dāng)前零件加工要求或未來(lái)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的需求（包括質(zhì)量提升、智能車(chē)間建設(shè)、綠色加工、服務(wù)型制造等）進(jìn)行匹配適應(yīng)分析。如果在役機(jī)床裝備發(fā)生故障或者性能狀態(tài)、技術(shù)水平不能滿足產(chǎn)品的加工要求以及轉(zhuǎn)型升級(jí)的要求，則需要實(shí)施機(jī)床裝備在役再制造。

（2）機(jī)床裝備在役再制造定制化再設(shè)計(jì)。面向產(chǎn)品及零部件加工要求、用戶企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的定制化要求，同時(shí)考慮在役機(jī)床裝備原有機(jī)械結(jié)構(gòu)、電氣系統(tǒng)、冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)、液壓氣動(dòng)系統(tǒng)等對(duì)再制造與升級(jí)所產(chǎn)生的約束與限制，確定再制造機(jī)床功能、整機(jī)結(jié)構(gòu)、主要技術(shù)參數(shù)以及整體設(shè)計(jì)方案，完成在役機(jī)床裝備結(jié)構(gòu)再設(shè)計(jì)、匹配性再設(shè)計(jì)以及再制造方案設(shè)計(jì)與評(píng)選。機(jī)床在役再制造方案的設(shè)計(jì)過(guò)程具有定制化特點(diǎn)，如部分方案為替換或修復(fù)故障零部件實(shí)現(xiàn)快速再制造以恢復(fù)生產(chǎn)，部分方案需要對(duì)在役機(jī)床裝備實(shí)施智能化提升以提高生產(chǎn)效率，部分方案需要對(duì)在役機(jī)床裝備實(shí)施綠色化提升以提高加工過(guò)程綠色程度。

（3）在役機(jī)床裝備拆解、清洗、檢測(cè)與分類(lèi)。針對(duì)在役機(jī)床裝備的結(jié)構(gòu)特征，采用一定的工具和手段并遵循合適的拆解順序，按照在役再制造的技術(shù)需求，將在役機(jī)床裝備拆解為滿足定制化需求的零部件深度；在拆解之后，對(duì)所有需要進(jìn)行再加工或再利用的機(jī)床零部件進(jìn)行清洗，去掉廢舊零部件表面的灰塵，并去掉零部件表面的油脂、油漬、銹蝕以及表面的油漆涂層等；清洗之后，需要對(duì)機(jī)床零部件所存在的局部變形、磨損、氧化、表面變質(zhì)、裂紋、孔隙、強(qiáng)應(yīng)力集中點(diǎn)等缺陷進(jìn)行檢測(cè)與分析，并將零部件劃分為可直接重用零部件、再加工后可重用零部件以及需要更換的零部件三類(lèi)。

（4）機(jī)床在役再制造與性能提升。針對(duì)部分有損傷或性能退化嚴(yán)重的功能部件，需要利用先進(jìn)表面技術(shù)和復(fù)合表面技術(shù)、機(jī)械再加工技術(shù)、再制造特種加工技術(shù)、修復(fù)熱處理等技術(shù)進(jìn)行修復(fù)與再制造；考慮已有結(jié)構(gòu)與新技術(shù)的匹配性，在役機(jī)床裝備部分機(jī)械結(jié)構(gòu)需要再設(shè)計(jì)與改造，部分功能部件需要模塊化替換，以滿足性能提升要求；針對(duì)用戶企業(yè)建設(shè)數(shù)字化車(chē)間、綠色工廠的需求，需要利用最新的自動(dòng)化技術(shù)、智能控制技術(shù)、綠色制造技術(shù)等對(duì)在役機(jī)床裝備實(shí)施性能提升，提高機(jī)床加工效率、能量效率以及智能化、綠色化水平。

（5）再裝配。按照機(jī)床裝備在役再制造的技術(shù)條件，將再制造后的核心零部件、更新替換的功能部件及元件、直接重用的零部件等重新裝配成再制造機(jī)床整機(jī)，并完成調(diào)試與檢驗(yàn)、涂裝、包裝等工作，恢復(fù)在役機(jī)床裝備的制造能力［11］。

3 機(jī)床裝備在役再制造的技術(shù)體系框架

針對(duì)我國(guó)制造業(yè)創(chuàng)新轉(zhuǎn)型、質(zhì)量轉(zhuǎn)型、服務(wù)轉(zhuǎn)型、智能化轉(zhuǎn)型以及綠色化轉(zhuǎn)型的迫切需求，從機(jī)床裝備在役再制造的基礎(chǔ)共性技術(shù)、關(guān)鍵性技術(shù)兩個(gè)方面出發(fā)，建立機(jī)床裝備在役再制造的技術(shù)體系框架，如圖2所示。

圖2 機(jī)床裝備在役再制造的技術(shù)體系框架Fig.2 Technology system framework of in-service remanufacturing of machine tool

3.1 機(jī)床裝備在役再制造的基礎(chǔ)共性技術(shù)

（1）在役機(jī)床高效無(wú)損拆解與綠色清洗技術(shù)。分析在役機(jī)床裝備的結(jié)構(gòu)特征以及再制造的需求，制定科學(xué)合理的拆解深度、拆解順序，實(shí)現(xiàn)機(jī)床無(wú)損拆解；開(kāi)展老舊零部件超聲波、高壓水射流等綠色清洗技術(shù)研究，逐步實(shí)現(xiàn)物理清洗替代化學(xué)清洗［12］。

（2）在役機(jī)床零部件無(wú)損檢測(cè)與壽命評(píng)估技術(shù)。搭建基于理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)仿真相結(jié)合的機(jī)床零部件失效與損傷過(guò)程仿真平臺(tái)，探索機(jī)床零部件失效機(jī)理與損傷規(guī)律；形成基于智能磁記憶、渦流檢測(cè)和超聲波檢測(cè)等無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的機(jī)床關(guān)鍵零部件損傷檢測(cè)方法［13］，尤其是可實(shí)現(xiàn)服役現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集與性能檢測(cè)；建立在役機(jī)床零部件性能檢測(cè)與壽命評(píng)估的方法與準(zhǔn)則，獲取機(jī)床在役零部件的性能狀態(tài)信息，為在役機(jī)床裝備性能狀態(tài)匹配適應(yīng)分析以及后續(xù)的再制造工藝實(shí)施提供數(shù)據(jù)支撐。

（3）在役機(jī)床零部件綠色修復(fù)與再加工技術(shù)。區(qū)別于傳統(tǒng)的針對(duì)廢舊、退役機(jī)床零部件的再制造，在役機(jī)床零部件的修復(fù)與再加工更側(cè)重于快速現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)與再制造，并且具有更為顯著的個(gè)性化、定制化。應(yīng)用先進(jìn)的表面工程技術(shù)和綠色修復(fù)工藝［14］，形成機(jī)床高精度傳動(dòng)件修復(fù)及消除間隙技術(shù)、主軸部件修復(fù)與再制造技術(shù)、基礎(chǔ)件修復(fù)與再制造技術(shù)等在役機(jī)床零部件綠色修復(fù)與再加工技術(shù)以及相配套的再加工工藝與裝備［15］，并針對(duì)機(jī)床零部件再制造工藝參數(shù)開(kāi)展優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（4）在役機(jī)床裝備再制造個(gè)性化再設(shè)計(jì)技術(shù)。在役機(jī)床裝備再制造不僅要滿足客戶多樣化、個(gè)性化的要求，也受到來(lái)自于在役機(jī)床裝備的設(shè)計(jì)和工藝本身的個(gè)性化、多樣化需求的影響，而且設(shè)計(jì)過(guò)程要受到在役機(jī)床裝備結(jié)構(gòu)、性能等方面的多重約束。針對(duì)在役機(jī)床裝備再制造設(shè)計(jì)過(guò)程所具有的多目標(biāo)性、多約束性、不確定性、繼承性以及并行化、定制化等特征，形成在役機(jī)床裝備再制造個(gè)性化再設(shè)計(jì)技術(shù)，包括結(jié)構(gòu)再設(shè)計(jì)、匹配性再設(shè)計(jì)、再制造機(jī)床可靠性設(shè)計(jì)等技術(shù)。

3.2 機(jī)床裝備在役再制造的關(guān)鍵性技術(shù)

（1）在役機(jī)床裝備性能綜合提升技術(shù)。采用多種機(jī)械加工技術(shù)（如刮研、磨削等）以及復(fù)合導(dǎo)軌表面技術(shù)、靜壓、表面淬火等高新表面處理技術(shù)修復(fù)與強(qiáng)化機(jī)床導(dǎo)軌、溜板箱和尾座等零部件的磨損表面，并恢復(fù)其尺寸、形狀和位置精度；采用修復(fù)、強(qiáng)化與更新、調(diào)整等方法恢復(fù)和提高舊機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度，恢復(fù)其功能。如通過(guò)更換滾珠絲杠提高傳動(dòng)精度，通過(guò)自動(dòng)換刀裝置提高刀具定位精度和加工自動(dòng)化程度。實(shí)施在役再制造的機(jī)床裝備性能可達(dá)到同類(lèi)別新機(jī)床的性能水平，且部分性能指標(biāo)更優(yōu)。

（2）在役機(jī)床裝備智能化再制造技術(shù)。利用最新的數(shù)控、自動(dòng)化等智能技術(shù)對(duì)在役機(jī)床實(shí)施智能化在役再制造，以滿足智能車(chē)間加工需求。在役機(jī)床裝備可實(shí)現(xiàn)加工狀態(tài)實(shí)時(shí)智能監(jiān)控與分析、自動(dòng)測(cè)量與自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)預(yù)防刀具和工件碰撞、智能故障預(yù)防、機(jī)床性能狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與主動(dòng)再制造智能決策等智能化功能；此外，利用智能控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化終端以及云制造技術(shù)等［16］，實(shí)施在役機(jī)床裝備智能化再制造升級(jí)與聯(lián)網(wǎng)集成，支持建設(shè)智能車(chē)間、智能工廠。

（3）在役機(jī)床裝備綠色化再制造技術(shù)。能效提升技術(shù)：在滿足再制造機(jī)床負(fù)載要求功能的前提下，設(shè)計(jì)、制造和選用合適的功能部件并使其合理匹配，充分利用高能效伺服驅(qū)動(dòng)新技術(shù)，并對(duì)原動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化與升級(jí)，提高能效和轉(zhuǎn)速，預(yù)計(jì)可提升能效15%左右。清潔化改造升級(jí)技術(shù)：集成應(yīng)用智能微量潤(rùn)滑系統(tǒng)和集中潤(rùn)滑系統(tǒng)［17］，提高冷卻潤(rùn)滑效率，實(shí)現(xiàn)零排放，采用智能化切屑集中回收分離系統(tǒng)，用于分離鐵屑與油污，可實(shí)現(xiàn)鐵屑的回收，并減少鐵屑中廢液的環(huán)境污染。

（4）在役機(jī)床裝備網(wǎng)絡(luò)化再制造技術(shù)。實(shí)現(xiàn)在役機(jī)床裝備與車(chē)間MES等信息系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)集成；支持實(shí)現(xiàn)在役機(jī)床裝備信息上網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備共享，并構(gòu)建基于“互聯(lián)網(wǎng)+”與在役再制造的機(jī)床后市場(chǎng)服務(wù)模式。

4 案例分析

4.1 某重型機(jī)床裝備在役再制造的實(shí)施

某水電設(shè)備制造企業(yè)的主設(shè)備SKODA W200G落地鏜銑床服役時(shí)間超過(guò)20年，處于超期服役狀態(tài)。對(duì)W200G落地鏜銑床當(dāng)前的性能狀況（主要包括機(jī)床幾何精度和工作精度，功能部件運(yùn)行平穩(wěn)性、振動(dòng)、噪聲等）與零部件加工要求進(jìn)行匹配適應(yīng)分析與評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)該機(jī)床已不能滿足產(chǎn)品加工要求，迫切需要實(shí)施在役再制造與性能提升。針對(duì)W200G落地鏜銑床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及定制化需求，制定了在役再制造的實(shí)施方案。

（1）機(jī)械結(jié)構(gòu)方面：為滿足在役W200G落地鏜銑床性能提升的要求，對(duì)其主傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)再設(shè)計(jì)與改進(jìn)，更換機(jī)床主軸以及主軸自動(dòng)夾緊裝置，并重新設(shè)計(jì)主軸箱重心偏移補(bǔ)償裝置；床身、立柱、方滑枕、滑座的導(dǎo)軌面需要刮研加工，滿足配合精度要求；進(jìn)給軸按照數(shù)控化改造要求進(jìn)行再設(shè)計(jì)與升級(jí)；再設(shè)計(jì)機(jī)床液壓系統(tǒng)，并利用液壓裝置替換原氣動(dòng)裝置；冷卻系統(tǒng)更換冷卻泵以及冷卻液箱；潤(rùn)滑系統(tǒng)采用原設(shè)計(jì)方案，更換易損件；絲桿副、齒條、軸承等易損件進(jìn)行材料回收處理。

（2）電氣控制系統(tǒng)方面：針對(duì)在役W200G落地鏜銑床智能化升級(jí)需求，對(duì)其實(shí)施數(shù)控化升級(jí)與改造，選用SINUMERIK 840DE數(shù)控系統(tǒng)，對(duì)整機(jī)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行再設(shè)計(jì)與配置，包括電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器以及檢測(cè)與反饋裝置；機(jī)床布線需要重新設(shè)計(jì)與配置。

（3）機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化升級(jí)方面：為實(shí)現(xiàn)機(jī)床服役過(guò)程中狀態(tài)實(shí)時(shí)獲取及匹配性分析，對(duì)W200G落地鏜銑床加裝一套機(jī)床數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)采集在役機(jī)床裝備的轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、溫度、振動(dòng)等信息，并設(shè)置報(bào)警閾值；對(duì)在役機(jī)床裝備、刀具以及工件的狀態(tài)運(yùn)行參數(shù)以及加工信息進(jìn)行分析，為生產(chǎn)過(guò)程管理提供信息支撐。

再制造后的W200G落地鏜銑床見(jiàn)圖3。經(jīng)過(guò)對(duì)在役W200G落地鏜銑床實(shí)施再制造，該機(jī)床幾何精度可達(dá)到SK0DA W200G機(jī)床出廠標(biāo)準(zhǔn)，位置精度可按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5289.3—2006驗(yàn)收，加工精度可達(dá)到IT6—7級(jí)（部分指標(biāo)見(jiàn)表2）；實(shí)現(xiàn)數(shù)控化改造升級(jí)，提高了加工效率并擴(kuò)大了加工范圍；增加了機(jī)床數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控功能，并可與企業(yè)管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，有助于實(shí)現(xiàn)制造業(yè)服務(wù)化。

圖3 再制造后的W200G落地鏜銑床Fig.3 Remanufactured W200G floor-type milling&boring machine

4.2 機(jī)床裝備在役再制造的效益分析

目前我國(guó)在役機(jī)床裝備量大面廣，實(shí)施在役再制造的需求迫切，潛力巨大。結(jié)合W200G落地鏜銑床在役再制造的實(shí)施，發(fā)現(xiàn)機(jī)床裝備在役再制造具有顯著的技術(shù)效益、經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益，是提升我國(guó)制造業(yè)的制造能力、實(shí)現(xiàn)我國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要技術(shù)手段與模式。

表2 再制造前后部分精度指標(biāo)對(duì)比Tab.2 Accuracy comparison before and after remanufacturing

（1）在役機(jī)床裝備整機(jī)性能提升，可低成本的支持制造企業(yè)質(zhì)量提升、智能車(chē)間建設(shè)。W200G落地鏜銑床單臺(tái)價(jià)值1 800多萬(wàn)元，實(shí)施在役再制造的費(fèi)用僅為600萬(wàn)元，低成本地實(shí)現(xiàn)了在役機(jī)床裝備整機(jī)性能提升。在役機(jī)床裝備的機(jī)械部分具有耐久性，性能穩(wěn)定，特別是床身、立柱等鑄件，時(shí)效越長(zhǎng)，性能越好，有助于保證再制造機(jī)床性能穩(wěn)定及高可靠性，提高加工精度，支持企業(yè)質(zhì)量提升；更新升級(jí)機(jī)床電氣控制系統(tǒng)等，可靠性顯著提升；實(shí)施智能化在役再制造，提升在役機(jī)床裝備的智能化水平，實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程自動(dòng)化，提高生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量，可以支持制造企業(yè)智能化車(chē)間建設(shè)。

（2）機(jī)床裝備在役再制造的社會(huì)/環(huán)境效益突出，支持企業(yè)綠色轉(zhuǎn)型。通過(guò)實(shí)施機(jī)床裝備在役再制造，可循環(huán)利用寶貴的機(jī)床資源以及成熟的工藝知識(shí)、工藝數(shù)據(jù)等軟資源，低成本、快速地滿足并提升企業(yè)的制造能力；提升在役機(jī)床裝備的能效水平及綠色化水平，減少車(chē)間能耗，減少車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)的油霧、油污、粉塵、冷卻液等污染排放，改善工人工作條件，支持企業(yè)綠色轉(zhuǎn)型。

（3）機(jī)床裝備在役再制造屬于典型的服務(wù)型制造，實(shí)施機(jī)床裝備在役再制造可支持企業(yè)服務(wù)轉(zhuǎn)型?！栋l(fā)展服務(wù)型制造專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)指南》中提到：支持開(kāi)展回收及再制造、再利用等綠色環(huán)保服務(wù)。機(jī)床裝備在役再制造屬于典型的服務(wù)型制造模式，可逐步發(fā)展成為一種新興的以“在役再制造”為核心、面向產(chǎn)品全生命周期的機(jī)床裝備服務(wù)型制造業(yè)。此外，我國(guó)制造業(yè)目前已由追求規(guī)?；?biāo)準(zhǔn)化逐步轉(zhuǎn)變?yōu)樽非笾腔刍?、個(gè)性化、定制化；對(duì)在役機(jī)床裝備實(shí)施網(wǎng)絡(luò)化再制造與升級(jí)，可支持制造企業(yè)由以制造為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐苑?wù)為中心。

5 結(jié)論

（1）機(jī)床裝備在役再制造作為一種典型的服務(wù)型制造模式，可低成本地實(shí)現(xiàn)機(jī)床精度及可靠性、智能化、綠色化以及網(wǎng)絡(luò)化等性能提升，滿足產(chǎn)品及零部件越來(lái)越高的加工要求，可支持制造業(yè)質(zhì)量轉(zhuǎn)型、智能化轉(zhuǎn)型、綠色化轉(zhuǎn)型、創(chuàng)新轉(zhuǎn)型以及服務(wù)轉(zhuǎn)型。

（2）機(jī)床裝備在役再制造在對(duì)象、目標(biāo)、實(shí)施過(guò)程、技術(shù)水平以及產(chǎn)業(yè)特征等方面，與傳統(tǒng)實(shí)施的機(jī)床再制造有很大區(qū)別。機(jī)床裝備在役再制造的實(shí)施，以機(jī)床在役再制造定制化再設(shè)計(jì)為核心，以在役機(jī)床裝備性能狀態(tài)匹配適應(yīng)分析為起點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)需求為導(dǎo)向，以智能化、綠色化、網(wǎng)絡(luò)化等性能提升為目標(biāo)，最終形成以循環(huán)經(jīng)濟(jì)為特征的機(jī)床裝備在役再制造服務(wù)型制造業(yè)。

（3）機(jī)床在役再制造的實(shí)施需要新型功能部件、信息技術(shù)、智能技術(shù)及綠色制造等高新技術(shù)作為支撐。為推動(dòng)機(jī)床裝備在役再制造的發(fā)展，下一步應(yīng)該重點(diǎn)在在役機(jī)床零部件損傷檢測(cè)與壽命評(píng)估、無(wú)損拆解與環(huán)保清洗、在役機(jī)床零部件綠色修復(fù)與再加工、再制造機(jī)床質(zhì)量及可靠性保證、在役機(jī)床個(gè)性化再設(shè)計(jì)、在役再制造智能化提升與聯(lián)網(wǎng)集成技術(shù)等方面取得突破。