废旧零部件可再制造质量评价与分类研究*

李 丽，金嘉琦，姜兴宇，宋博学

(沈阳工业大学 机械工程学院，沈阳 110870)

废旧零部件可再制造质量评价与分类研究*

李 丽，金嘉琦，姜兴宇，宋博学

(沈阳工业大学 机械工程学院，沈阳 110870)

围绕再制造机床质量不稳定的问题，建立了废旧机床再制造全过程的质量模型，反映了质量特性的传递与映射，并识别出导致质量不稳定的关键过程。并针对废旧零部件回收质量不确定的问题，提出了一种基于多指标区间数的可拓综合评价与分类方法:将回收质量分为三个等级,从经济可行性、质量可行性和绿色可行性三方面建立可再制造质量评价指标体系；采用区间数物元描述废旧零部件;改进序关系分析法，将区间数与群组判断结合，确定客观合理的指标权重；构建综合关联函数，确定废旧零部件的质量等级与可再制造度。最后，通过某废旧机床导轨的再制造实例，验证了该方法的可行性和有效性。该方法能够科学合理地对废旧零部件进行质量评价与分类，并为后续的再制造工艺决策提供理论依据。

机床再制造；全过程质量模型；可再制造质量评价；综合关联函数；序关系分析法

0 引言

机床再制造是我国发展循环经济和推进再制造产业发展的重点领域。机床再制造以废旧零部件作为毛坯件，其回收质量的不确定性是再制造机床质量不稳定的源头。由于废旧零部件的损伤形式和损伤程度具有多样性，导致难以对其可再制造性进行快速有效的评价[1]。目前我国大多数机床再制造企业在废旧机床拆解后，一般凭借有经验的操作工人，对废旧零部件的可再制造性进行主观判断并分类，缺乏科学的分析方法[2]。因此，对废旧零部件的回收质量(可再制造质量属性)进行科学评价与分类，是保证机床再制造质量的首要前提。

目前，国内外学术界从整机层面对废旧产品的可再制造性评价进行了较为广泛的研究[2-6]。文献[7]从剩余寿命的角度、文献[8]从服役时间的角度对废旧零部件的可再制造性进行评价，存在着评价指标单一、计算复杂的不足；文献[9]从经济可行性、质量可行性、资源可行性和环境可行性四方面进行废旧零部件的可再制造性评价，对各评价指标精确赋值，采用层次分析法确定权重，存在计算量大、评价主观偏差较大等不足。文献[1]建立了基于实例推理的评价模型，但需要强大数据库支持。

综上所述，目前缺少针对废旧机床再制造全过程的质量形成机理分析，鲜见以质量的观点对废旧零部件的可再制造性进行评价，缺少更为客观有效的废旧零部件可再制造质量评价和分类方法。对此本文基于质量的观点，建立了废旧机床再制造全过程质量模型，并针对废旧零部件回收质量不确定的问题，提出了一种基于多指标区间数的可拓综合评价与分类方法。

1 废旧机床再制造全过程质量模型

本文研究了质量特性在废旧机床再制造全过程中的传递和映射，构建了废旧机床再制造全过程质量模型(如图1所示)。该模型能够反映废旧机床回收质量、用户需求、再制造过程质量与再制造机床质量之间的转化映射关系。

图1 废旧机床再制造全过程质量模型

再制造是以废旧机床为起点的，与传统机床制造相比，增加了回收、拆卸、清洗、检测、再制造质量决策、废旧零部件再制造加工、再装配等活动(工序)。为了简化并优化过程的识别，该质量模型将废旧机床再制造的全过程分为三大子过程：再制造预处理过程、再制造设计过程和再制造生产过程。在再制造实践过程中，将再制造的质量目标“提升再制造机床的综合性能”分解落实到每一过程，优化活动的顺序，把下一活动(工序)作为上一活动(工序)的用户，并对关键的过程特征参数进行控制。对于无法满足再制造机床综合性能指标的过程，则需要进行优化甚至重组，这样才能保证再制造质量，更好地满足用户需求。

另外，该模型清晰识别出导致再制造机床质量不稳定的关键过程(用深色标识)，包括废旧零部件质量评价与分类、再制造工艺方案决策、废旧零部件再制造加工、再装配等过程。由此可见，废旧零部件质量评价与分类是保证最终再制造机床质量的首要前提。

2 废旧零部件可再制造质量属性分析

再制造过程就其本质而言，是将废旧零部件(不合格件)转变为再制造零部件(合格件)的一系列可拓变换。可拓学是用形式化工具，从定性与定量的角度研究不相容问题的转化，是解决具有“外延不明确”决策问题的一种拓展创新方法[10]。在可拓学中，关联函数是定量化描述事物属于某一类程度的工具[11]。因此，本文在构建综合评价指标体系的基础上，采用综合关联函数，对废旧零部件进行可再制造质量评价与分类。

本文以质量的观点，将废旧零部件的回收质量(可再制造质量属性)分为三个类别(等级)：

①可重用类(A级)：该类别的零部件其形状尺寸、性能等基本符合再制造产品的要求，可通过简单处理后直接重用；

②可再制造类(B级)：该类别的零部件磨损正常，能够通过再制造工艺使其性能恢复，达到再制造产品的要求；

③可循环类(C级)：该类别的零部件存在明显缺陷，性能指标达不到再制造产品的要求，或者再制造价值较低，一般作为原材料回收或者环保处理。

采用综合关联函数对废旧零部件可再制质量进行评价，可系统地考虑各评价指标，不仅能确定待评价零部件的质量等级，便于分类处理，也可区分出“可再制造的程度”，为后续的再制造工艺决策提供理论依据。例如，同属于B级的可再制造废旧零部件，关联函数值越大者表示所需的再制造工艺越简单、加工时间越短。

3 废旧零部件可再制造质量的可拓综合评价与分类方法

3.1构建废旧零部件可再制造质量综合评价指标体系

由于再制造机床与同类新机床存在市场挤兑效应，能否通过机床再制造获得利润，是机床厂是否进行废旧机床再制造的关键因素。另外，再制造机床的质量是再制造企业在市场竞争中取胜的重要因素，而再制造零部件的质量直接影响再装配的质量以及再制造机床的最终质量。再制造技术只是实现质量的手段，而再制造产品的质量才是用户需求的根本，是竞争力所在。

有鉴于此，本文以提升再制造机床的市场竞争力为出发点，兼顾经济效益与环境效益，即从经济可行性、质量可行性和绿色可行性三方面，建立废旧零部件可再制造质量评价的指标体系，如图2所示。

图2 废旧零部件可再制造质量评价指标体系

3.2确定废旧零部件的经典域、节域和待评价物元

(1)确定该类废旧零部件的经典域，即每一可再制造质量等级Qi(i=1,2,3)关于各个决策指标Cj的取值范围为Vij=[aij,bij]，且aij

式中，Q1对应的是A级(可重用)、Q2对应的是B级(可再制造)、Q3对应的是C级(可循环)。

(2)确定该类废旧零部件的节域

(3)确定待评价废旧零部件的区间数物元

由于废旧零部件的损伤形式、损伤程度、损伤数量等具有不确定性，其再制造工艺路线也具有不确定性[12]，采用区间数表示废旧零部件的评价指标值是非常适合的。

3.3基于G1与群体协商结合的可再制造质量评价指标权重确定方法

序关系分析法(G1)能够充分体现专家的意愿，并无需一致性检验，对指标个数没有限制，具有强保序性，与常用的AHP等方法相比，计算量成倍减少，更为简单直观实用[13]。为了克服传统点赋值权重的主观偏差、以及单一专家判断的片面不足，本文对序关系分析法进行改进，将区间数与群组判断结合，以得到更为客观合理的评价指标权重。

(1)确定指标序关系

设有L(L≥3)位专家，即构成专家集Z={z1,z2,…,zL}。由于知识背景等方面的原因，不同专家给出的指标序关系、重要性比值区间并不相同。

记第l(l=1,2,…,L)位专家给出的n个指标序关系为Cl1≻Cl2 ≻…≻Cln。

(2)给出相邻指标重要性的比较判断

设专家给出评价指标Ck-1与Ck的重要程度之比为：

ak=ωk-1/ωk，k=2,3,…n

(1)

若专家给出的ak为区间数，记为ak⊗=[akL,akR],且akL

表1 ak赋值参考表

(3)计算指标权重区间

(2)

根据式(1)可知，

ωl(k-1)=alkωlk,k=n,n-1,…,3,2

(3)

(4)计算群体协商权重

为了兼顾大多数专家的意见，缩小决策的主观偏差，在群体协商时往往需要权重总偏差η(εj)尽可能地小，以确定较为客观的指标协商权重。构造极小化权重总偏差的规划模型为：

(4)

其中，

(5)

(6)

3.4 构建综合关联函数

(1)针对待评价的废旧零部件物元Ro，建立第i个质量等级关于第j个指标的关联函数：

(7)

式中,

(8)

(9)

(2)计算Ro关于各质量等级Qi的综合关联度

(10)

(3)确定可再制造度与可再制造质量等级

若Ki0 (R0)=maxi=1,2,3Ki(vj)，则Ki0 (R0)为P0的“可再制造度”，Qi0为P0的“可再制造质量等级”。

4 应用实例

导轨是废旧机床再制造最重要的零部件之一，导轨的精度和耐磨性在很大程度上决定了机床的加工精度、精度保持性和使用寿命。某机床集团再制造事业部对一批废旧车床P实施再制造，本文以某废旧导轨P0的可再制造质量评价为例，对所提出的方法进行验证。

4.1 经典域与节域的确定

首先从经济可行性、质量可行性和绿色可行性三方面建立废旧导轨可再制造质量评价指标体系，其中纵向直线度C2、纵向平行度C3属于“精度”指标；硬度C4属于“表面性能”指标；精度保持性(耐磨性)C5属于“可靠性”指标[14]，导轨精度保持时间的长短是衡量机床使用寿命的重要指标。

综合大量废旧导轨样本的实际检测数据、以及导轨再制造实践经验和质量检验标准，由三位专家协商给出各评价指标关于各可再制造质量属性(等级)的经典域，如表2所示。

根据表2中各质量等级评价指标的量值范围， 得到该批废旧导轨P可再制造质量等级的节域为:

表2 废旧导轨可再制造质量评价指标体系与经典域

4.2 待评价物元的确定

对废旧导轨P0的各项指标值进行检测或评价，得到物元为:

4.3 指标权重的确定

专家Z1给定的指标序关系为C1≻C2≻C3≻C5≻C4≻C6≻C7≻C8，相应的重要性比值区间判断为ω1/ω2=[1.0,1.1],ω2/ω3=[1.0,1.1],ω3/ω5=[1.0,1.1],ω5/ω4=[1.1,1.2],ω4/ω6=[1.2,1.4],ω6/ω7=[1.1,1.2],ω7/ω8=[1.3,1.4]；

专家Z2给定的指标序关系为C1≻C6≻C5≻C2≻C3≻C4≻C7≻C8，相应的重要性比值区间判断为ω1/ω6=[1.1,1.2],ω6/ω5=[1.0,1.1],ω5/ω2=[1.0,1.1],ω2/ω3=[1.0,1.1],ω3/ω4=[1.2,1.4],ω4/ω7=[1.3,1.4],ω7/ω8=[1.1,1.2]；

专家Z3给定的指标序关系为C2≻C3≻C5≻C4≻C1≻C6≻C7≻C8，相应的重要性比值区间判断为ω2/ω3=[1.0,1.1],ω3/ω5=[1.0,1.1],ω5/ω4=[1.2,1.4],ω4/ω1=[1.1,1.2],ω1/ω6=[1.2,1.4],ω6/ω7=[1.1,1.2],ω7/ω8=[1.0,1.1]。

步骤3:根据式(4)～式(6)求解极小化权重总偏差规划模型，得到:

ε={-0.098,-0.015,-0.005, 0.046,
0.057, -0.171, -0.102,-0.012}；

根据式(6)计算得到τ={0.18, 0.21, 0.20, 0.15, 0.20, 0.12, 0.08, 0.07}；

归一化处理后，得到各指标的群体协商权重序列为ω={0.15, 0.17, 0.16, 0.12, 0.17, 0.10, 0.07, 0.06}。

4.4 评价结果与分析

根据式(7)～式(9)，计算各评价指标关于三个质量等级的关联度，根据式(10)计算待评价导轨P0关于各质量等级Qi的综合关联度，计算结果如表3所示。

表3 待评价废旧导轨可再制造质量等级综合评价表

由Ki0 (R0)=maxi=1,2,3Ki(vj)=1.87可知，废旧导轨P0的“可再制造度”为1.87，属于B级，表明可再制造，该评价结果与再制造实际相符。

另外，将导轨P0与P中其他可再制造的废旧导轨比较发现，P0的可再制造度较高，反映出其所需的再制造工艺相对简单、再制造加工时间较短，验证了本方法的可行性和有效性。

5 结束语

本文围绕再制造机床质量不稳定的问题，建立了废旧机床再制造全过程的质量模型，反映了回收质量、用户需求、再制造过程质量和再制造机床质量之间的映射转化关系，有利于以再制造全过程的视角进行质量控制，对再制造机床综合性能的提升具有重要意义。

另外，本文针对废旧零部件回收质量不确定问题，提出了一种基于多指标区间数的可拓综合评价方法，并通过废旧导轨再制造实例验证。该方法不仅能科学评定废旧零部件的质量等级，以便分类处理，也可区分出“可再制造的程度”，反映再制造工艺的复杂性和所需加工时间的长短，可为后续的再制造工艺决策提供科学的理论依据。

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(编辑李秀敏)

ResearchonQualityEvaluationandClassificationforusedPartsRemanufacturing

LI Li, JIN Jia-qi, JIANG Xing-yu, SONG Bo-xue

(School of Mechanical Engineering, Shenyang University of Technology,Shenyang 110870,China)

Aimed at the problem of unstable quality of remanufactured machine tools, a total process quality model for the old machine tools remanufacturing was established, which can reflect the transmission and mapping of quality characteristics and identify the key process with unstable quality. In view of the quality uncertainty of used parts, an extensive comprehensive evaluation and classification method based on interval numbers and multiple index was proposed. The recycled quality of used parts was divided into three grades. A quality evaluation index system for used parts remanufacturing was constructed from three feasibility aspects of quality, economy and environment. The used part evaluated was described with a matter element. Rank correlation analysis method was improved with interval numbers and group judgment to determine the objective and reasonable index weight. Then the comprehensive related function was constructed to determine the grade of the used part and its degree of remanufacturability. Finally, a remanufacturing case of used machine tool guide rail in a plant was provided to verify the feasibility and validity of the method proposed. The method can evaluate scientifically the quality of used parts for remanufacturing thus to classify them. It can also provide some theoretical basis for the subsequent remanufacturing process decision-making.

machine tools remanufacturing; total process quality model; quality evaluation for remanufacturing; comprehensive related function; rank correlation analysis method

TH17；TG506

：A

1001-2265(2017)09-0045-05

10.13462/j.cnki.mmtamt.2017.09.012

2016-11-17；

：2016-12-20

国家自然科学基金资助项目(51305279)；十二五国家科技支撑计划项目(2015BAH47F02)

李丽(1978—)，女，沈阳人，沈阳工业大学讲师，博士研究生，研究方向为质量工程、再制造设计，(E-mail)lili2000@sut.edu.cn。