面向服务的主动再制造回收策略

王其锋，罗丽

（长安大学工程机械学院，陕西西安710064）

面向服务的主动再制造回收策略

王其锋，罗丽

（长安大学工程机械学院，陕西西安710064）

为了减小毛坯对再制造不确定性的影响，实现再制造大批量生产，提出了一种面向服务的主动再制造回收策略。该策略在分析零部件失效率服从“浴盆曲线”的基础上，通过两参数威布尔分布来预测给定可靠度下的剩余寿命；建立了再制造度和零件已服役寿命的映射模型，得到最优再制造度下的零件已服役寿命；通过判断零部件已服役寿命是否在威布尔分布预测的剩余寿命阈值内，做出再制造回收的决策，进而提供技术服务，再制造后提供给顾客继续使用。

主动再制造；服务模式；威布尔分布；寿命预测；回收策略

发展绿色再制造产业是转变经济发展方式，也是实现人类社会可持续发展的重要途径。然而由于再制造诸多不确定性因素的影响，多品种小批量的再制造生产现状依旧难以改变。此外，由于消费者对再制造产品的偏见，认为再制造产品的质量和可靠性不如新品，因而再制造产品的市场青睐度一直不高，即使再制造企业以非常低的价格来吸引消费者的购买力度，但效果甚微。

针对这一现状，刘明周等从公差分配的角度，以尺寸链为约束，对再制造产品的装配质量进行了研究［1］。马祖军等从逆向物流的角度对再制造回收网络进行优化［2］。Ferguson等研究了租借模式下再制造产品质量分级策略能够提高再制造企业的盈利水平［3］。万延花等对再制造批量问题进行研究，研究了企业利润率与新品采购量、毛坯回收量的量化关系，并给出了生产建议［4］。

不难发现，以上文献均是对回收毛坯进行被动地再制造生产和质量优化控制，在一定程度上改善了再制造产品的生产效益和市场青睐度，然而并没有从根本上改变顾客对再制造产品质量的顾虑以及小批量的再制造生产现状。本文在借鉴相关文献研究的基础上，从面向技术服务的角度提出了主动再制造的回收策略，从源头上减小再制造毛坯的不确定性。

面向服务的再制造生产模式是与客户签订协议，企业低价销售产品给用户，用户使用一定年限后，将未到使用寿命周期的产品返还给企业，企业再制造后，以更低的价格再次出售给客户，这种操作模式相当于企业出售给客户的是服务，而非产品，客户节省了资金，得到了服务，企业充分利用了产品的价值，获得了想要的利润。这种面向服务的再制造模式既消除了客户对再制造产品质量的顾虑，又节约了资源，实现了绿色发展，是一种可持续发展的新道路。

在面向服务的再制造模式下，产品回收的时间亟需解决，回收时间过早，产品价值未得到充分利用，浪费资源；回收时间太晚，毛坯的不确定性增大，再制造难度大，难以形成大批量生产。鉴于此，本文展开了面向服务的主动再制造回收策略的研究。

1　回收决策模型

1.1浴盆曲线

浴盆曲线是用来描述零部件的失效率随服役时间变化的关系曲线，浴盆曲线分为三个阶段：第一阶段为故障初发期，由于设备的磨合需要一段时间，因此一般故障率较高，经过调试和运转，故障率逐渐降低；第二阶段为正常运行期，但由于不规范操作、维修保养不当等原因，偶尔也会导致随机故障发生，这一阶段，故障率曲线近似为一水平直线；第三阶段为耗损故障期，由于零部件的磨损、腐蚀以及疲劳等原因造成故障率上升。

1.2决策模型

威布尔分布在产品及零部件的寿命预测、可靠性方面得到了广泛的运用。通过两参数的威布尔分布事先估计出给定可靠度下零件疲劳耗损的开始时间Ls，而此时并不是最佳的主动再制造时机，因为这一时间点Ls处于浴盆曲线的第三阶段，即使可靠度满足要求，然而在此阶段零部件经历了一定程度的磨损，也可能经历了多次维修，不能确定是否可以通过再制造回复原有的性能，而传统意义上的被动再制造模式就是在这一阶段进行再制造回收，因此在这个时间点进行再制造并不是最佳选择。为了改变这一现状，找到主动再制造回收的时间点显得十分关键。

再制造度是零部件可再制造程度的描述。通过拟合再制造度和已服役寿命的关系可以得到最优再制造度下的已服役寿命Lu；比较Lu和Ls的大小，如果Lu小于Ls，满足可靠度要求和最优再制造度的约束，可以认为在Lu点是主动再制造的最佳时机。其回收决策模型如图1所示。

图1　回收决策模型

2　寿命预测

威布尔分布能充分反映材料缺陷和应力对疲劳寿命的影响，因此非常适合再制造零部件的寿命预测。由于三参数威布尔分布的模型比较复杂，而且计算较为繁琐，因此采用两参数威布尔分布模型，并利用最小二乘法对零部件的可靠性进行预测，其具体计算过程可以参照文献［5］。威布尔分布的数学描述如下：

失效分布函数：

概率密度函数：

可靠度函数：

故障率函数：

数学期望：

方差：

上式（1）～（6）中：β＞0为形状参数，通常在［1，7］间取值，形状参数是最重要的参数，决定分布密度曲线的基本形状。η＞0为尺度参数。其中尺度参数起放大或缩小曲线的作用，但不影响分布的形状。

3　映射模型

在传统的被动再制造模式下，由于毛坯的质量千差万别，因此，被动再制造零部件的再制造度呈现高度的随机性，主动再制造以浴盆曲线为理论指导，在服役零部件进入浴盆曲线的第三阶段前，由于零部件的性能基本完好无损，除发生随机故障外，可认为各零部件的再制造度大致相同，因此关键的问题是找到在哪一个服役寿命的时间点使得再制造度值最大，最有利于再制造，这对于再制造企业来说至关重要。因此，建立再制造度和已服役寿命的映射模型非常关键。

4　结束语

本文提出了一种面向服务的主动再制造决策模型，通过威布尔分布和再制造度与已服役寿命的映射模型，能够得到主动再制造的最佳时间点，但并没有给出具体的映射模型和算例仿真，还有待进一步的研究。此外，由于面向服务的主动再制造模式必然涉及到多周期的生产优化问题，这也是未来的研究方向。

［1］刘明周，刘从虎，邢玲玲，等.面向质量目标的再制造复杂机械产品装配分组优化配置方法［J］.机械工程学报，2014，50（8）：150-155.

［2］马祖军，张殿业，代颖.再制造逆向物流网络优化设计模型研究［J］.交通运输工程与信息学报，2004，2（2）：53-58.

［3］Ferguson M，Guide V D，Koca E，et al.The Value of Quality Grading in Remanufacturing［J］.Production&Opera tions Management，2009，18（3）：300-314.

［4］万延花，陈伟达.需求不确定的再制造批量决策［J］.系统管理学报，2012，21（2）：270-274.

［5］徐微，胡伟明，孙鹏.基于两参数威布尔分布的设备可靠性预测研究［J］.中国工程机械学报，2013，11（2）：112-116.

The Proactive Remanufacturing Take-Back Strategy for Service Oriented

WANG Qi-feng，LUO Li
（School of Engineering Machinery of Chang'an University，Xi'an Shaanxi 710064，China）

To reduce the effect of remanufacturing uncertainty of returned parts and realize the lot-sizing production，a proactive remanufacturing take-back strategy for service oriented was proposed.The approach is based on the bathtub curve of component failure rate.According to the reliability demand we employs weibull distribution to obtain the remaining life of parts.a model that represents the relationship of remanufacturing degree and used life of parts was formulated to get the optimal used life of items.By comparing the value of used life and the remaining life of parts the take-back decision was made whether the used life of part is the optimal timing for providing service of remanufacturing.Then the improved goods was provided for customers to use it.

proactive remanufacturing；service pattern；weibull distribution；life prediction；take-back strategy

TH16

B

1672-545X（2016）08-0238-03

2016-05-18

王其锋（1991-），男，湖北荆州人，在读硕士研究生；研究方向：制造系统集成与优化。