报废汽车拆解线的实时调度方法研究

黄艰生 ， 周自强 ， 谭翰墨 ， 胡朝斌

（1.江苏华宏科技股份有限公司，江苏江阴214423；2.江苏省机电产品循环利用技术重点建设实验室，江苏常熟215500；（3.苏州市汽车绿色拆解智能装备技术重点实验室，江苏常熟215500）

报废汽车拆解线的实时调度方法研究

黄艰生1， 周自强2，3， 谭翰墨2， 胡朝斌2，3

（1.江苏华宏科技股份有限公司，江苏江阴214423；2.江苏省机电产品循环利用技术重点建设实验室，江苏常熟215500；（3.苏州市汽车绿色拆解智能装备技术重点实验室，江苏常熟215500）

报废汽车拆解线的作业模式与普通的生产线有很大不同，由于报废汽车车型、参数、车况都各不相同，很难用预先定义的工艺信息来指导实际操作。于是，各工位的作业效率很大程度上依赖于工人的经验知识，从而导致拆解线作业节拍降低并影响拆解效率。基于RFID技术构建了报废汽车拆解线生产调度系统的软硬件结构，并结合工艺数据库和知识库建立拆解线的实时调度系统，该方法有助于提高报废汽车拆解线的拆解效率，同时提高零部件的再利用率。

报废汽车；拆解线；生产调度；知识库

随着我国汽车保有量的不断增加，报废汽车的科学规范处理成为一个日益关注的社会问题[1-3]。报废汽车由于其品牌、车型众多，难以用统一规范的工艺文件来指导拆解作业过程，拆解工作很大程度上依赖于工人的技术素质。但如果将大规模拆解作业的生产过程完全依托于工人的经验性操作，其生产效率就会受到很大的影响。为此，尽可能利用信息化技术和平台，开发一种计算机辅助拆解工艺规划和管理系统，对于提高报废汽车拆解作业的规范化程度，提高拆解后零部件的再利用率都具有重要的影响。

在一般的工业生产领域中，对生产线调度已经进行了很多研究和应用。杨召凯等人对发动机生产线的平衡问题进行了研究[4]。顾嘉等人对装配线的瓶颈问题进行了研究，并结合仿真优化进行了分析[5]。在废旧产品的拆解方面，D·H·Lee等人从满足产能要求的角度对拆解过程的调度算法进行了研究[6]。H·J·Kim等人则对多品种废旧产品的拆解调度模型进行了研究[7]。Shwetank Avikal则对废旧产品拆解线的布局形式进行了研究[8]。这些研究基本是在离线状态下对拆解过程进行建模分析，而没有对拆解线的操作过程进行实时规划和调度。因此，在报废汽车这类产品结构较复杂的废旧产品的拆解线上进行生产工艺的实时规划和调度，具有现实的意义。它不仅能提高报废汽车拆解线上各工位的操作效率，使工人的操作不仅仅依赖于自身的工作经验，而是能从信息化平台上获得可靠的作业指导。

1 报废汽车的拆解工艺

从目前报废汽车拆解的工作模式来看，主要有基于拆解线的连续作业模式和离散多点作业模式[9]。其中，基于拆解线的连续作业模式适合于拆解量较大的拆解企业，而离散多点作业模式适合于拆解量较小的报废汽车拆解企业。

连续作业模式是通过在一条传输线上布置不同的拆解设备来完成报废汽车不同零部件的拆解（如图1所示），其工作单元的个数与生产能力的大小也是密切相关的。当拆解量很大时，一个拆解工作单元可以分解成数个小单元，如内饰件的拆解工位可进一步细化为座椅拆卸工位、方向盘拆卸工位和仪表拆卸工位，从而提高效率，相应设备的投资也会增加。而离散多点作业模式的拆解是通过多点分布的多功能拆解设备来完成报废汽车的拆解，且在每台设备上都能完成多种拆卸工作，因此只需通过少量的拆卸设备就能完成报废汽车的拆解工作。当报废汽车需要移动时，可通过叉车来进行。由于大部分的工作需要借助人工，因此其拆卸效率要低于连续作业模式。

图1 报废汽车拆解的连续作业模式

2 报废汽车拆解线调度系统的硬件结构

报废汽车拆卸线实时调度系统的硬件体系结构如图2所示。整个系统工作在企业计算机网络平台上，同时也和互联网保持信息联系。系统的数据服务软件工作在网络服务器上，在拆解线的每一个工位计算机上安装有终端数据交互软件，用来显示该工位的工艺信息。这些终端计算机通过企业网与服务器相联。

图2 报废汽车拆卸调度系统的硬件体系结构

每辆报废汽车进入拆解工作之前，先是由评估师通过手持式设备（平板电脑）以无线方式将车况的诊断信息输入服务器，同时生成一个序列号并存入RFID（Radio Frequency Identification Devices）芯片，评估师将该芯片通过磁性装置贴到报废汽车的车身侧面指定位置。当报废汽车进入拆解线后，安装在工位上的RFID读写器首先读出车辆的基本信息并向服务器发送该数据。然后由服务器中的拆解工艺规划系统根据拆解规则来推理出该车的拆解工艺数据，并将这些工艺数据显示在工位的数据显示屏上。操作工人可以直接阅读，也可以通过互动方式进一步了解相关信息。当所有的拆卸工作完成后，对报废汽车的车身需进行打包压缩（打包之前，RFID芯片被取下进行重复利用）。

3 报废汽车拆解线调度系统的软件结构

报废汽车拆卸线调度系统的软件结构如图3所示。系统的主体部分包括知识库部分，即拆解规则管理，以及车型数据库和拆解工艺规划模块，其中车型数据库主要记录和保存车型的主要零部件参数信息表。拆解工艺规划模块是根据产生式规则的推理机制来设计和实现的，用事先定义的部分破坏式拆卸规则来判断一些主要零部件的拆卸方式和所采用的工具类型。车况诊断模块用于记录车况的诊断参数并将其输入系统。此外，零部件订购信息是与互联网相联的数据接口，用于输入一些特殊零件的需求信息，以供系统进行处理。如引擎盖一般作为材料回收进行处理，即可以通过破坏式拆卸来操作。但如果有外部需求订单，则符合该要求的品牌车辆引擎盖需要通过无破坏方式进行拆卸，这种操作信息就需要及时地输出并显示到拆解线的操作工位上。

图3 报废汽车拆卸调度系统的软件结构

3.1 拆卸工艺的数据模型

拆解工艺数据模型的基本结构如图4所示。工艺数据模型包括报废汽车的可拆卸模型数据和拆解过程的操作信息数据。可拆卸模型包括零部件的材料属性、联接关系、联接强度、拆解工具等数据信息。其中零部件之间的联接强度是以模糊数来表示的。在按照预定义的规则进行推理时，对这些参数按照模糊数的运算法则进行计算和比较，从而得出合理的拆解工艺数据。零部件的拆解操作信息主要是以文本、图片和视频形式的数据文件。这些数据文件给出了拆解操作过程中的一些共性知识，如车门的破坏性拆解方法和车门的无破坏性拆解，这些数据文件可以被发送到工位上的显示装置上，来指导工人的实际作业过程。这些数据文件可以从系统的知识管理模块中进行添加和补充。

图4 拆解线工艺数据结构

3.2 拆解工位的信息管理与调度

为了便于拆解线上操作工人的信息获取，本研究通过上置式的大屏幕显示器来输出系统规划和调阅的拆解信息。当携带有RFID卡的报废汽车托盘到达某个拆卸工位后，工位上的读卡器读取报废汽车的基本信息，然后服务器根据预先定义的拆解规则来判定拆解操作的相关结果。例如，当报废汽车的散热器有严重破损，则该散热器没有再利用价值，只能作为材料进行回收。则此时给对应的拆解工作的拆解信息就包含了以下的信息：拆解利用目标，拆解方式、拆解工具。对于材料利用的零部件可以采用破坏方式来进行拆卸，从而提高劳动效率。而相应的操作方式和参考资料则由服务器从数据库中读取并显示到终端显示屏上。拆解信息包括视频、图形、文字组成，工人也能通过小键盘对拆解信息进行分类阅读和进一步查阅相关信息。工位终端的信息输出界面如图5所示。

图5 拆解工位的操作信息显示

除了显示拆解操作信息，系统也对不同工位上的拆解工具的准备和使用情况进行管理和调度，从而减少拆解作业过程中的辅助时间。上位机服务器在根据知识库推理拆解信息的同时，也对拆解工位上需要用到的拆解工具进行查询和选择。系统首先根据被拆解件的拆解目标和拆解方式，从工具库中选择合适的拆解工具以及相应的工具附件，如气动扳手上的工具头。对于一些使用情况较少的工具，则进一步给出该工具的工具编号，以及该工具所在的工具柜信息，从而使拆解线上的辅助人员能提前准备好工位上所需的工具，并对工具的使用状况进行跟踪和管理。通过工具上的RFID标签，可以对一些贵重工具进行跟踪和借用管理，对工具借用人、借用日期进行记录和管理，其功能关系如图6所示。

图6 工具管理与调度

4 结语

由于报废汽车车型众多，其拆卸过程的操作程序所包含的信息量也很多。设计一种完全智能的拆解工艺规划系统是不现实也是不必要的。从目前报废汽车拆解企业的实际状况来看，目前主要希望解决的是拆解过程的信息管理，同时对拆解过程的关键步骤提供提示性帮助。因此，充分利用计算机网络的信息管理功能和检索功能来完成报废汽车拆解线上的工艺规划与工艺管理是较为合理的。

[1]周自强，戴国洪，章泳健.适合中国国情的报废汽车拆解模式研究[J].江苏技术师范学院学报，2011，17(10)：18-21.

[2]刘志峰，张少亭.报废汽车拆卸回收的经济性分析[J].合肥工业大学学报，2009，32(3)：347-360.

[3]徐耀宗.基于CAMDS的汽车回收利用信息化管理[J].汽车工业研究，2011(5)：43-48.

[4]杨召凯，刘德忠，李志强.动机装配生产线平衡问题研究[J].机械设计与制造，2008(1)：215-217.

[5]顾嘉，廖栋霞，熊根良，等.装配生产线仿真与优化技术研究[J].机械设计与制造，2014，(5)：99-105.

[6]D H Lee，P Xirouchakisl，R Zust.Disassembly scheduling with capacity constraints[J].CIRP Annals-Manufacturing Technology，2002，51(1)：387-390.

[7]H J Kim，D H Lee，P Xirouchakis.Disassembly schedulin with multiple product types[J].CIRP Annals-Manufacturing Technology，2003，52(1)：403-406.

[8]Shwetank Avikal，Rajeev Jain，P K Mishra.A heuris tic for u-shapeddisassembly line balancing problems[J].MIT International Journal of Mechanical Engineering，2013，3(1)：51-56.

[9]Ziqiang ZHOU，Guohong DAI，Juan CAO.A novel application of pso algorithm to optimize the disassembly equipment layout of elv[J].International Journal of Simulation-Systems，Scienceamp;Technology，2016，17(9)：6.1-6.6.

2017－10－18）

《废旧家电资源化技术》书评

张松

（中华全国供销合作总社天津再生资源研究所，天津300191）

我国已成为家用电器的生产大国和世界家电的制造业基地，同时也正在成为废弃物产生大国。废旧家电中含有大量有色金属、黑色金属、高分子材料和无机非金属材料，不仅占用大量宝贵资源，而且对其不合理的处置和回收还会给环境造成极大污染。作者为了配合国家相关政策的出台和实施，本着为电子废弃物处理处置行业的发展提供科技支撑的意愿，在总结“江苏省电子废弃物利用与处置企业准入条件研究”、“国家科技支撑计划项目——废线路板全组分高值化清洁利用关键技术和示范”等项目研究成果的基础上，对我国和世界发达国家的废旧家电回收管理体系、废旧家电的资源性和资源化技术、典型模块化处理工艺、废旧家电中贵金属的回收和深加工、废旧家电中材料分析技术和二次污染减控技术等进行了较为系统的研究，将有关研究成果编著成书《废旧家电资源化技术》，《废旧家电资源化技术》可以供广大从事家电生产部门、科研部门及回收行业相关人员参考，也可以作为资源循环利用与环境保护领域工程技术人员参考用书，还可作为该领域在校师生的教学与科研用书。

本书“序”由中国工程院邱定蕃院士撰写，由江苏理工学院副院长、中国物质再生协会副会长、中国有色金属工业协会再生金属分会副会长和全国贵金属深加工及其应用专业委员会主任周全法主编，程洁红和陈娴任副主编，化学工业出版社出版。

家用电器生产行业是电子信息产业的重要组成部分。家用电器作为电子信息产业的物化形态，正以惊人的速度增加。大量生产和大量消费之后必然带来大量废弃。据统计，我国仅电视机、洗衣机、电冰箱、空调器、计算机等数大类家用电器的年报废量已经超过1.5亿台。各类电子废弃物每年产生量高达820万t，且以每年3%～5%的速率增长。家电生产凝结了大量的人类劳动和物质资源，废旧家电中含有大量的有色金属、黑色金属、高分子材料和无机非金属材料，对其进行回收利用，是发展的必然趋势。但是，废旧家电以及家电生产过程产生的电子废弃物，在高效率资源化利用之前，需要解决若干问题。

由于废旧家电的处理处置是广泛涉及电子、信息、材料、机械、环境等各方面知识的系统工程，引起全社会对废旧家电回收利用以及保护资源和环境的重视，该书是一本值得向再生资源及资源循环产业从业人员、环保人士、高校院所专家学者、相关专业师生、以及政府主管部门工作人员推荐的好书。

Research on real-time scheduling method for ELV disassembly line

HUANG Jiansheng1,ZHOU Ziqiang2,3,TAN Hanmo2,HU Chaobin2,3
（1.Jiangsu Huahong Technology Stock Co.,Ltd.Jiangyin 214423,China；2.Jiangsu Key Laboratory of Recycling and Reuse Technology for Mechanical and Electronic Products,Changshu 215500,China；3.Suzhou Key Laboratory of Intelligent Equipment Technology for ELV Recycling,Changshu 215500 China）

The operating mode of end of life vehicle disassembly line is different from the general product line.Because there are so many types of vehicle,the parameters and the states are all different.It is difficult to instruct the actual operation with pre-defined process information.Thus,the operating efficiency of work station relies on the worker's experience in a great extent.Consequently,the operation tempo of disassembly line will decrease and the efficiency of disassembly work will also be affected.In this paper,the hardware structure and software structure of scheduling system for end of life vehicle disassembly were presented based on the RFID technology.And then,the real time scheduling system was realized by combining the process database and knowledge base.This approach will help to improve the efficiency of end of life vehicle disassembly line.In the mean time,the rate of reuse of component will be increased.

:ELV;disassembly line;production scheduling;knowledge base

X734.2；TP391.9

A

1674-0912（2017）11-0032-04

江苏省科技支撑计划（工业部分）项目（BE2013060）

黄艰生（1961-），男，辽宁沈阳人，高级工程师，研究方向：绿色制造。