摘要：工程機械量多面廣，是再制造的重要對象。再制造是廢舊產品高技術修復、改造的產業化，是從維修工程和表面工程發展而來。再制造關注的是產品的廢舊階段，賦予廢舊產品新的壽命，具有顯著的節能減排效果。通過開發多種先進的表面工程技術，如納米表面工程技術、自動化表面工程技術，為再制造提供了更豐富的技術支撐。介紹再制造在國內外的新發展。中國的再制造發展迅速，與國際社會廣泛交流與合作，中國已成為世界再制造中心之一。
工程機械是對各類用于工程建設的施工機械的總稱，廣泛用于建筑、水利、電力、道路、礦山、港口和國防等工程領域。工程機械量大面廣，開展工程機械再制造勢在必行且潛力很大。目前，北美的工程機械已經要求全部實現再制造，并建立了嚴格的制度，即工程機械產品的制造商必須負責對其售出使用5年或運行1萬h的工程機械進行全部回收和再制造，并在回收的同時向消費者返還產品價格50%的費用。美國卡特彼勒公司已先后在美國、英國、法國、墨西哥和中國等7個國家建立了14個再制造工廠。
1 再制造的產生與特色
20世紀90年代，美國從產業角度建立了3R體系（再利用Reuse、再循環Recycle、再制造Remanufacture）；日本從環境保護的角度也建立了3R體系（減量化Reduce、再利用Reuse、再循環Recycle）。中國在總結世界各國經驗的基礎上，創造性地提出具有中國特色的4R體系（減量化Reduce、再利用Reuse、再循環Recycle、再制造Remanufacture）。
再制造是指以裝備全壽命周期理論為指導，以實現廢舊裝備性能提升為目標，以優質、高效、節能、節材、環保為準則，以先進技術和產業化生產為手段，進行修復、改造廢舊裝備的一系列技術措施或工程活動的總稱[1]。簡言之，再制造是廢舊裝備髙技術修復、改造的產業化。再制造的重要特征是：再制造后的產品質量和性能不低于新品，有些還超過新品，成本只是新品的50%，節能60%，節材70%，對環境的不良影響顯著降低，有力促進資源節約型、環境友好型社會的建設�？珊唵胃爬椋�“兩型社會”、“五六七”。
國外再制造主要采用換件修理法或尺寸修理法。換件修理法是將損傷零件整體更換為新品零件；尺寸修理法是將失配的零件表面尺寸加工修復到可以配合的范圍，如缸套-活塞環磨損失效后，通過鏜缸的方法恢復缸套的尺寸精度，再配以大尺寸的活塞環以完成再制造。我國的再制造是在維修工程、表面工程基礎上發展起來的，主要基于表面工程、納米表面工程和自動化表面工程技術，不僅準確恢復廢舊產品的尺寸精度，而且顯著提升其性能，最重要的是資源利用率高，能源消耗少，節能減排效果非常明顯。具有鮮明中國特色的自主創新技術，已達到國際先進水平。
2 再制造對節能減排的貢獻
產品從論證、設計、制造、使用、維修，直至報廢的全過程所花費的費用稱為全壽命周期費用。傳統觀念往往注重對占全壽命周期費用20%-30%的產品前半生（論證、設計、制造）的研究，而卻忽視了對占全壽命周期費用70%-80%的產品后半生（使用、維修、報廢）的研究。再制造以產品后半生為研究對象，提升、改造廢舊產品的性能，使廢舊產品重獲生命力。
再制造是對產品全壽命周期的延伸，再次陚予了廢舊產品新的壽命周期，大大延長了產品的使用時間。此外，再制造解決了許多復雜的理論與技術難題，使它既具有節能節材的“節約型”特色，又具有保護環境的“友好型”特色。
再制造的“節約型”特色體現在：
1）節約材料與加工能耗，據對我國第一家再制造領域的循環經濟示范試點企業濟南復強再制造公司的數據統計，若每年再制造5萬臺斯泰爾發動機，則可節省3.825萬t金屬，回收附加值16.15億元，可節電7250萬度，實現利稅1.45億元，減少CO2排放3000t[2]；
2）節省機械運行維護費用，經對再制造的納米減摩自修復添加劑運用效果的統計，若在1000臺斯太爾重型卡車上推廣該技術，1年（行駛5萬km）即可節約柴油800t左右，約合400萬元；節約潤滑油50t，約合60萬元；節約機件磨損、維修成本等200萬元，共節省經費660萬元。
再制造的“友好型”特色體現在：
1）減少對環境的污染，廢舊零部件因被直接用作再制造的“毛坯”而避免了材料回爐對環境造成的二次污染；再制造零部件因具有近凈成形的特征而減少了后續制造加工過程（鑄、鍛、焊、車、銑、磨）的能源、設備消耗和加工過程對環境的污染；
2）減少固體垃圾、提高裝備的綠色環保水平，如：通過再制造可把尾氣排放為“歐0”級的斯太爾發動機提升至“歐Ⅱ”級標準；報廢裝備因可以再制造，避免了成為固體垃圾而造成環境污染[3]。
3 用于再制造的表面工程技術
再制造的優異效果需要有關鍵技術予以支持。表面工程技術是再制造的關鍵支撐技術。我們在傳統表面工程技術基礎上，開發了性能更優異的納米表面工程技術和自動化表面工程技術，前者充分利用了納米顆粒的小尺寸效應，大大提高了再制造產品的表面性能；后者適應了再制造生產對批量化、自動化的迫切需求，在提高生產率的同時進一步提高了再制造產品的質量。上述技術均已應用于國家首批示范試點企業濟南復強再制造公司的汽車發動機再制造生產線。
3.1 納米表面工程技術
微納米技術是21世紀出現的三大高新技術之―。整體納米化技術的應用估計還需二三十年時間。在現階段，我們將納米顆粒彌散分布在表面涂層內，使納米材料與傳統表面工程技術得到融合，發揮納米材料的優異效果，開發了具有自主知識產權的納米表面工程技術。
3.1.1 納米顆粒復合電刷鍍技術[5-6]
通過在普通電刷鍍液中添加納米陶瓷顆粒，并解決納米顆粒在鹽溶液中的團聚傾向和非導電的納米陶瓷顆粒與金屬實現共沉積等兩大技術難題，實現了納米顆粒與基體金屬之間牢固的化學鍵結合，從而依靠納米顆粒的特殊性能大幅度提高了電刷鍍層的力學、摩擦學等性能。針對汽車發動機的關鍵零部件如曲軸、凸輪軸和連桿，利用納米顆粒復合電刷鍍技術制備的納米顆粒復合電刷鍍層提高了零件的耐高溫、耐磨損和抗疲勞性能。尤其突出的是，該技術成功完成了進口飛機發動機壓氣機葉片的再制造，使葉片抗微動磨損性能顯著提高，30011臺架試驗驗證滿足要求，再制造費用僅是從國外進口技術實施維修費用的1/10，突破了維修技術瓶頸，獲得了顯著的效果。
3.1.2 納米熱噴涂技術[7]
以現有熱噴涂技術為基礎，通過噴涂納米結構顆粒粉末或含納米結構顆粒的絲材得到具有納米結構涂層的新技術稱為納米熱噴涂技術。我們利用自行開發的高效能超音速等離子噴涂設備（HEPJ）制備了各種高熔點的納米結構陶瓷或金屬陶瓷涂層，涂層以納米晶為主，同時輔以亞微米晶。納米熱噴涂層的結合強度、致密性和其它綜合性能顯著提高。對于同一種美國產Al2O3/TiO2納米復合粉末，分別利用HEPJ和美國等離子噴涂設備Metco.9M制備納米結構涂層。結果表明，國產噴涂設備制備的納米結構涂層的硬度和結合強度分別是美國噴涂設備制備涂層的1.5倍和2.5倍。該技術目前已用于軍用車輛發動機再制造生產線。
3.1.3 納米減摩自修復添加劑技術[8]
納米減摩自修復添加劑技術是一種通過摩擦化學作用，在摩擦副表面形成具有減摩潤滑和自修復功能的固態修復膜，達到磨損和修復的動態平衡，從而在不停機、不解體狀況下實現磨損表面減摩和自修復的技術。擁有自主知丨只產權的納米減摩自修復添加劑時6在6缸吉普車發動機中進行了300h耐久性臺架試驗，結果使發動機功率提高了6%，轉矩提高了2%，油耗下降了6%；在青島交運巴士公司的3輛公交車上進行了15000km的應用試驗，提高發動機輸出功率2%~5%，節約燃油3%-6%，降低尾氣排放30%-50%；在20輛重載車輛發動機上進行了一年半的實車考核，改善了活塞與氣缸的密閉性，曾經存在燒機油現象的發動機明顯好轉，機油壽命延長50%，換油周期延長1倍。
3.2 自動化表面工程技[9]
再制造過程是產業化、批量化的生產加工過程。為了更好地適應再制造的產業化要求，表面工程技術必須從手工操作發展到自動化操作。我們重點開發了自動化高速電弧噴涂技術、自動化納米顆粒復合電刷鍍技術和半自動化微弧等離子熔覆技術，進一步提高了表面涂層的性能和再制造質量。
3.2.1 自動化高速電弧噴涂技術[10]
利用操作機夾持噴槍，通過編程實現噴涂過程的路徑規劃，實時反饋調節噴涂工藝參數，按照設定路徑實現自動化的噴涂作業。該技術用于重載汽車發動機缸體、曲軸箱體等重要零件的再制造，單件發動機箱體的再制造時間由手工操作的1.5h縮短為20min，效率提高4.5倍。曲軸、缸體等零件的再制造，其材料消耗為零件本體重量的0.5%，費用投人不超過新品價格的10%。再制造曲軸還減少了新曲軸制造中的400℃條件下8h的碳氮共滲工序，節約了大量能源。
3.2.2 自動化納米顆粒復合電刷鍍技術[11]
通過解決刷鍍過程中鍍液連續供給和循環利用、鍍覆過程的實時監控等關鍵難題，實現了納米顆粒復合電刷鍍工藝的自動化，研制出了用于斯太爾汽車發動機連桿再制造的自動化納米顆粒復合電刷鍍專機，可一次性完成4〜6件發動機連桿的電刷鍍，并使單件作業時間由60min縮短為5min，效率提高10倍以上。再制造連桿所需的能源消耗和材料消耗為新品連桿的50%和10%，成本僅為新品連桿的10%。自動化納米電刷鍍再制造連桿的耐磨性是同類手工電刷鍍連桿的2倍左右。
3.2.3 半自動化微束等離子弧熔覆技術[12]
微束等離子弧具有高電流密度、小熱量輸人的特點，解決了中小零部件弧焊修復時因熱量輸人大而引起變形的問題，而且熔覆層與基材為冶金結合，可以抵抗沖擊、交變載荷。按發動機以前的修理規范，氣門密封錐面磨損超差后，只能做報廢處理。該技術的出現，實現了廢舊氣門的再制造，再制造后氣門變形量小，表面硬度恢復到磨損前的數值，質量超過了新品。每只新品排氣門價值70元，而再制造一個廢舊排氣門的成本約為10元。
4 再制造在國內外的新發展
4.1 再制造在國外的發展
再制造在歐美等發達國家已有幾十年的發展歷史，在廢品回收責任制、再制造產品質量保證、再制造產品銷售和售后服務等方面都已形成了較完善的制度。
4.1.1 廢品回收責任制
歐盟要求廠家為其產品對環境造成的影響負責，相關垃圾的回收和處理費用由廠家承擔。日本政府制定政策，要求制造商、零售商和消費者分擔產品回收費用，即消費者出回收費，零售商負責收集，制造商要對廢舊產品進行回收利用。北美工程機械市場提高了國際交易的門檻，要求制造商在出售產品的同時，也必須承擔回收責任，應拿出銷售額的50%回收廢舊產品。
4.1.2 再制造產品的質量保證
歐美國家對再制造產品的質量保證有嚴格要求，再制造產品必須在質量、性能、售后服務上達到與新品一樣的水平。對再制造產品實施與新品一樣的管理，包括質量標準、企業準入門檻、稅收政策等。針對再制造行業的特殊性，政府部門還制定了與再制造產品相關的廣告、標識以及知識產權等方面的規定。
4.1.3再制造的經濟效益
制造商開展再制造，已成為新的經濟增長點。美國卡特彼勒公司開展工程機械再制造，不僅沒有影響新品銷售，反而因能夠為用戶提供更廉價的再制造零部件而大大增強了其競爭力，銷售收人增長更快。1996年，美國專業化再制造公司達73000家，年銷售額530億美元，直接雇員48萬人[13]；2005年，美國再制造產業產值已超過800億美元，其中汽車和工程機械再制造占2/3以上，約500億美元。
4.2 再制造在國內的發展
我國再制造產業發展相對較晚，但發展勢頭很好，目前已成為世界上最重要的再制造中心之一。近5年來有代表性的再制造事例有：
1）2005年7月，國務院頒布的21、22號文件明確表示國家將“支持廢舊機電產品再制造”，并把“綠色再制造技術”列為“國務院有關部門和地方各級人民政府要加大經費支持力度的關鍵、共性項目之一”；11月，國家發改委等6部委聯合公布了國家首批循環經濟示范試點領域及企業名單，再制造成為4個重點領域之一，濟南復強再制造公司被列為再制造重點領域中的試點單位；
2）2006年，時任國務院副總理曾培炎就發展我國汽車零部件再制造產業做出重要批示:“同意以汽車零部件為再制造產業試點，探索經驗，研發技術；同時要考慮定時修訂有關法律法規”；
3）2007年，根據曾培炎副總理的指示，國家發改委組織開展了國內汽車零部件再制造產業試點的系列工作，并委托中國汽車工業協會牽頭，成立了由原機械工業部部長何光遠和徐濱士院士為顧問的專題研究小組；
4）2008年3月，閏家發改委批準全國14家企業作為新一輪“汽車零部件再制造產業試點企業”，其中包括一汽、東風、上汽、重汽和奇瑞等整車制造企業和濰柴、玉柴等發動機制造企業;6月，國家標準化管理委員會批準成立“全國綠色制造標準化技術委員會再制造分技術委員會”，由裝備再制造技術國防科技重點實驗室作為秘書處掛靠單位和委員會籌建單位，目前該實驗室正在積極開展“再制造術語標準、技術工藝標準、性能檢測標準、質量控制標準，以及關鍵技術標準”等相關工作；
5）2009年1月，《中華人民共和國循環經濟促進法》正式生效，標志著再制造已進人國家法律�！堆h經濟促進法》第四十條指出：“國家支持企業開展機動車零部件、工程機械、機床等產品的再制造和輪胎翻新”；并規定“銷售的再制造產品和翻新產品的質量必須符合國家規定的標準，并在顯著位置標識為再制造產品或者翻新產品”；4月，國家發改委組織發布了全國統一的汽車零部件再制造產品標志。
4.3 再制造的國內外合作
4.3.1 科研合作
2005年，我們與波蘭華沙理工大學聯合承擔了中波政府合作項目《先進材料再制造成形技術》；2007年，與英國伯明翰大學聯合承擔了中英自然科學基金合作項目《復合再制造技術提髙重載齒類件接觸疲勞壽命及其機理研究》；2008年，我們吸收英國伯明翰大學參加國家自然科學基金重點項目《機電產品可持續性設計與復合再制造的基礎研究》。
4.3.2 交流平臺合作
2003年，我們與美國史蒂文理工大學建立起再制造信息交流平臺，雙方共享中美兩國的再制造政策與技術信息。2006年，與英國伯明翰大學以及英國最大的再制造公司李斯特派特公司達成協議，三方共同建立“國際再制造技術生產實驗室”，由我們提供主要技術。該實驗室的建立為再制造的產、學、研的國際化交流搭建了平臺。
4.3.3 技術合作
2004年，英國李斯特派特公司引進我們的納米自修復添加劑M6，在英國本土進行了600h發動機臺架試驗。結果表明：M 6具有優異的耐沖擊性能和承載性能，可使發動機燃油消耗降低3.6%，降低摩擦副零部件的磨損達50%。2006年，英國路虎（Land-Rover）公司委托我們對其路虎汽車發動機鋁合金缸蓋進行再制造。鋁合金再制造是一項國際性的難題，我們利用先進的高速電弧噴涂技術及激光表面熔覆技術，開發了專用成形材料，成功完成了鋁合金缸蓋的再制造。英方的臺架試驗及實車考核結果表明，再制造的路虎發動機鋁合金缸蓋的綜合質量達到了新品質量。
4.3.4 學術合作
2005年，由中、美、德3國自然科學基金委員會共同主辦的“第三屆可持續制造國際研討會”（ International Workshopon Sustainable Manufacturing）在中國上海召開，中國成為第一個承辦可持續制造與再制造領域國際高層會議的發展中國家；再制造是大會的主要議題。2008年，由中國設備管理協會、歐洲國家維修聯盟、巴西維修協會共同主辦的“第四屆世界維修大會”（ The 4th World Congress on Maintenance）在中國海南召開，來自世界30多個國家的350余位代表參會。這是首次在中國舉辦的世界級維修大會，再制造成為本次大會的重要專題。徐濱士院士擔任這兩次國際會議的大會主席及執委會主任。
5 結論
（1）再制造是廢舊產品高技術修復、改造的產業化。再制造的重要特征是再制造產品質量和性能不低于新品，有些還能超過新品，成本只是新品的50%，節能60%，節材70%，對環境的不良影響顯著降低。再制造是實現節能減排的重要手段。
（2）國際市場越來越嚴格的市場準入制度使得我國開展工程機械再制造勢在必行，同時我國的工程機械再制造潛力巨大。
再制造優異的節能減排效果是依賴先進的表面工程技術實現的。在傳統表面工程技術基礎上，我們先后自主研發了納米表面工程技術和自動化表面工程技術，為再制造提供了更豐富的技術手段。
（3）再制造已融入國家的社會經濟發展之中，是構建循環經濟的支撐要素，中國已成為國際再制造中心之一，在國際再制造領域發揮著重要作用。
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