中国再制造产业及再制造技术新进展
徐滨士
热 喷 涂 技 术2010 年 9 月
摘 要：再制造是实现节能减排的重要措施，是促进循环经济发展的有效途径。本文介绍了中国再制造的特色，阐述了近年来中国再制造产业的发展。在国家领导高度重视和相关政策大力支持下，近几年来我国的再制造产业获得了快速发展，已逐渐形成了具有中国特色的再制造模式，再制造成形技术的快速发展，初步形成了再制造质量保证体系。同时，提出了中国再制造产业面临的挑战，展望了中国再制造发展前景。
关键词∶节能减排；再制造产业；再制造技术；展望
在资源和环境成为社会发展焦点问题的大形势下，再制造工程获得了广泛的关注。再制造工程可使废旧资源中蕴含的价值得到最大限度的开发和利用，缓解资源短缺与资源浪费的矛盾，减少大量的失效、报废产品对环境的危害，是节约资源的重要手段。再制造工程，作为我国新世纪重点发展起来的新方向，以节约资源、节省能源、保护环境为特色，高度契合了国家构建循环经济的战略需求，并为其提供了关键技术支撑，大力开展再制造工程是实现循环经济、节能减排和可持续发展的主要途径之一[1-2]。
1 中国特色的再制造工程的内涵与特征
欧美等国的再制造是在原型产品制造工业基础上发展起来的，目前主要以尺寸修理法和换件修理法为主。随着科技迅速发展，这种再制造模式存在以下三方面的问题：一是旧件再制造率低，节能节材的效果差；二是难以提升再制造产品的性能；三是加工量大，环保效果不佳[3]。
中国特色的再制造工程可以简单概括为：再制造是废旧产品高技术修复、改造的产业化。中国特色的再制造工程是在维修工程、表面工程基础上发展起来的，主要基于寿命评估技术、复合表面工程技术、纳米表面技术和自动化表面技术，这些先进的表面技术是国外再制造时所不曾采用的。其重要特征是再制造产品的质量和性能不低于新品，成本只有新品的 50%，节能 60%，节材 70%，对环境的不良影响与制造新品相比显著降低。先进表面工程技术在再制造中的应用，可将旧件再制造率大幅度提高，使零件质量性能不低于原型新品水平。
鉴于再制造在节能减排和发展循环经济方面的巨大潜力，近年来，国家领导和政府给于了高度重视和大力支持，在不同工业领域备受关注，我国的再制造产业及相关再制造技术获得了快速发展。
2 中国再制造产业的新发展
自二十世纪末，笔者在国内率先倡导再制造工程并系统研究再制造工程理论与技术以来，中国的再制造产业已走过了 10 余年的路程，再制造企业也将逐步摆脱最初的面临技术、政策、管理、观念认识、规模发展等多种问题的困境，迎来了如今的国家倡导和大力支持、多行业竞相发展再制造的大好形势。
2.1 国家对再制造产业的重视和支持
2005 年，国务院颁发的 21、22 号文件均明确指出国家“支持废旧机电产品再制造”，并“组织相关绿色再制造技术及其创新能力的研发”。同年11 月，国家发改委等 6 部委联合颁布了“关于组织开展循环经济试点（第一批）工作的通知”，其中再制造被列为四个重点领域之一，我国发动机再制造企业“济南复强动力有限公司”被列为再制造重点领域中的试点单位。2006 年，前国务院曾培炎副总理就发展我国汽车零件再制造产业做出批示：“同意以汽车零部件为再制造产业试点，探索经验，研发技术。同时要考虑定时修订有关法律法规”。
2008 年，国家发改委组织了“全国汽车零部件再制造产业试点实施方案评审会”，对全国各省市40 余家申报单位中筛选出来的 14 家汽车零部件再制造试点企业进行了评审支持，包括一汽、东风、上汽、重汽、奇瑞等整车制造企业和潍柴、玉柴等发动机制造企业纷纷开始实施再制造项目。2009 年11 月，工业与信息化部启动了包括工程机械、矿采机械、机床、船舶、再制造产业集聚区等在内的 8大领域 35 家企业的再制造试点工作。
2009 年 1 月，《中华人民共和国循环经济促进法》正式生效，第 2、第 40、第 56 条中六次阐述再制造，为推进再制造产业发展提供了法律依据。
2009 年 4 月，国家发改委组织“全国循环经济座谈会暨循环经济专家行启动仪式”，作者向李克强副总理汇报我国再制造产业发展现状与对策建议，受到李克强副总理高度重视，他指出“今后要大力推进再制造新兴产业，建议把汽车零部件再制造进一步扩大到机床、工程机械等领域，同时注重再制造与改造相结合；并建议实施汽车下乡工程与再制造生产相结合，促进形成新的产业链”。2009 年 12 月8 日，中共中央政治局常委、国务院总理温家宝在中国工程院上报的《我国再制造产业发展现状与对策建议的报告》上做出重要批示：“再制造产业非常重要。它不仅关系循环经济的发展，而且关系扩大内需（如家电、汽车以旧换新）和环境保护。再制造产业链条长，涉及政策、法规、标准、技术和组织，是一项比较复杂的系统工程。工程院的建议请发改委会同工信部、商务部、财政部等有关部门认真研究并提出意见”。温家宝总理的批示，高屋建瓴地强调了再制造产业的重要性，从推动循环经济建设、扩大内需、保护环境三个方面阐述了发展再制造产业的重大意义，深刻地提出再制造是一项复杂的系统工程，需要各方面协同并对产业链的各环节认真研究，才能更好地促进我国再制造产业的发展。2009 年 12 月，工信部委托装备再制造技术国防科技重点实验室承担咨询项目《中国特色的再制造产业技术支撑体系和发展模式研究》，旨在推动中国特色的再制造产业模式的发展与规范化。
2010 年 2 月 20 日，国家发改委和国家工商管理总局确定启用汽车零部件再制造产品标志，目的在于更好地加强对再制造产品的监管力度，进一步推进汽车零部件再制造产业的健康发展。2010 年 3月 13 日，第十一届全国人大三次会议新闻中心专门安排了主题为“再制造与汽车产业的可持续发展”的集体采访活动。
2010 年 5 月，国家发改委、科技部、工信部、公安部、财政部、商务部等 11 个部委联合下发《关于推进再制造产业发展的意见》，指导全国加快再制造的产业发展，并将再制造产业作为国家新的经济增长点予以培育。
2010 年 6 月 11 日，由国家发展改革委和中国工程院主办、装甲兵工程学院承办的“全国再制造技术与经验现场交流会”在装甲兵工程学院召开。国家发改委、科技部、商务部等政府机关代表，各省市发改委/经信委代表，国家再制造企业，相关行业协会和高等院校、科研院所等共计 280 余位代表参会。有效推动了相关企业再制造产业的发展。2010 年 7 月 19 日，国务院法制办公布了《报废机动车回收拆解管理条例（征求意见稿）》向社会公开征求意见。其中明确规定拆解的汽车总成以及其他零配件可以交售给再制造企业，对再制造产业的发展将起到推波助澜的作用[4]。
上述法律条款以及党和国家领导人的指示精神，为再制造的发展注入了强大动力。可以说，我国已进入到以国家目标推动再制造产业发展为中心内容的新阶段，国内再制造的发展呈现出前所未有的良好发展态势。
2.2 自主创新的中国特色的再制造模式
再制造的基础理论和关键技术研究主要从上世纪末开始研究与实践，目前已经形成了“以高新技术为支撑，以恢复尺寸、提升性能的表面工程技术为手段，产学研相结合，既循环又经济”的中国特色的再制造模式。
该模式注重基础研究与工程实践结合，创新发展了中国特色的再制造关键技术，构建了废旧产品的再制造质量控制体系，保证了再制造产品性能质量和可靠性；注重企业需求与学科建设融合，提升企业与实验室核心竞争力；注重社会效益与经济效益兼顾，促进国家循环经济建设。中国特色的再制造模式的主要特色体现在如下几方面。
（1）技术手段的集约性。再制造是由维修工程和表面工程发展而来，又结合了力学、摩擦学、材料学等多学科理论，因此再制造的技术手段体现了集约性，既有传统的作为主体的维修技术、表面工程技术，又是新兴的无损检测、寿命评估预测、质量控制等先进技术。
（2）节能环保的实效性。中国特色再制造模式不同于国外换件修理和尺寸修理模式的主要创新在于引入了先进的表面工程技术作为再制造的主要技术手段，通过表面工程技术对零件的局部损伤进行“加法”修复，以恢复并提升零件的性能，最大限度地挖掘了废旧零件中蕴含的附加值，避免了回炉和再成形等一系列加工中的资源能源消耗和环境污染。
（3）再制造基础研究的前瞻性。采用超声波、涡流检测、金属磁记忆等无损检测技术与模拟评估手段，创新性地进行了国际前沿的再制造寿命评估基础研究，为再制造产品性能达到或超过原型新品奠定了坚实的理论基础。
（4）再制造关键技术的先进性。将自主研发的先进表面工程、纳米技术和自动化技术用于再制造生产，大大提升了再制造的品质，不仅使再制造产品的性能达到甚至超过新品，而且对资源、能源的节约和对环境的保护效果更为优异。现已成功开发了再制造寿命评估仪器及软件、自动化纳米电刷镀设备、自动化高速电弧喷涂设备、自动化等离子熔覆设备和智能纳米减摩自修复添加剂技术等，应用效果表明，先进表面工程技术在发动机再制造中的推广应用，大大提高了旧件利用率，降低了再制造成本，不仅使工厂获得了经济效益，还为国家节能、节材及保护环境做出了重要贡献。
（5）再制造工程应用的先导性。通过产学研的联合攻关为我国再制造企业发展提供了重要技术支撑。目前已形成了具有中国特色的再制造工程，引领着我国再制造技术的发展方向，并在国际上占有重要的一席之地。
2.3 再制造产品质量保证技术体系
再制造产品质量的衡量指标是再制造产品的性能不低于新品。再制造产品质量是再制造产业健康发展的根本保证，再制造技术的发展必须以确保再制造产品质量为支撑，因此研发再制造产品质量保证技术对促进再制造工程发展具有重大意义。我国经过十余年的探索研究，创新了再制造寿命评估理论，逐步建立了再制造产品质量保证技术体系。
其实，再制造产品质量关系到再制造生产的每一个环节，尤其再制造生产中采用的再制造成形和检测评价是确保再制造产品质量的关键环节。其中，针对再制造成形之前的再制造毛坯无损评估以及针对再制造成形之后的再制造产品无损评价和再制造产品应用考核是确保再制造产品质量的至关重要。
再制造中的检测评价主要是再制造寿命评估。再制造寿命评估包含再制造前的再制造毛坯（废旧零部件）寿命评估和再制造后的再制造产品（再制造零部件）寿命预测两部分内容。废旧零部件寿命评估是通过对废旧零件的剩余寿命评估，回答废旧零部件能否再制造、能再制造几次（剩余疲劳寿命是否足够）的问题，是保证再制造毛坯质量的重要途径。创新性利用金属磁记忆对再制造毛坯剩余寿命评估进行探索研究，发现了金属磁记忆信号与废旧零部件所受疲劳载荷大小与历史、残余应力和应力集中之间的关系以及废旧零部件磁畴与载荷和磁记忆信号之间的关系，初步构建出表征铁磁性废旧零部件疲劳裂纹萌生寿命模型及裂纹扩展寿命模型，并初步实现了发动机气门杆、连杆、曲轴等重要零部件损伤和寿命的检测评估，为再制造质量控制提供了理论基础。通过对零部件疲劳损伤规律的研究，提出疲劳寿命是机械零部件寿命的核心，深入研究了典型零部件疲劳损伤累积、疲劳应力集中裂纹萌生和扩展规律；并借助涡流检测、超声检测、金属磁记忆检测多种无损检测技术手段，实现零部件内部和表面应力集中与裂纹的无损检测，为再制造毛坯剩余寿命评估提供了检测技术和理论指导[5- 6]。
再制造产品寿命预测是通过对再制造产品表面涂层质量和服役寿命评估，保证再制造产品性能不低于新品。再制造产品的结构疲劳寿命以原结构件疲劳寿命为基础。重点攻克了再制造涂层接触疲劳寿命和磨损寿命预测理论，并指出再制造涂层接触疲劳寿命与原结构基体材料密切相关。创新性地将实验力学和声发射理论进行综合集成，通过解决典型声发射信号特征参量的甄选及其指代信息分析，获得真实准确的反映再制造零件表面涂层内部微裂纹萌生、扩展及断裂等实验力学信息，初步实现对再制造零件表面涂层寿命演变规律的把握，建立了再制造零件涂层的抗接触疲劳损伤失效模型。
再制造产品台架试验及实车考核是综合考核再制造产品性能的重要途径。在实验室研究结果基础上，针对在选定的再制造材料、工艺和技术规范下获得的再制造零部件，通过台架试验和实车考核，对再制造产品进行整体综合评价，获得充足的剩余寿命实车考核数据，确保再制造产品能够重新服役一个完整的寿命周期。
针对再制造产业发展，为使不同企业在生产中均能够确保再制造产品质量，应当制定相关行业再制造产品和技术标准。目前，已成立了全国绿色制造技术标准化技术委员会再制造分技术委员会、全国产品回收利用基础与管理标准化技术委员会、全国激光修复技术标准化技术委员会等多个研究再制造相关标准的标准化委员会，在不同行业领域推动再制造标准化工作，为推动再制造产业健康发展不懈努力。
3 再制造成形技术发展
再制造成形技术是再制造生产得以开展的关键技术支撑，先进的再制造成形技术也是获得合格再制造产品的技术保障。
由于再制造的对象是经过服役而报废的各种零件，其损伤失效形式复杂多样，残余应力、内部裂纹和疲劳层的存在导致寿命评估与服役周期复杂难测，再制造还要在保持废旧零（部）件材质和形状基本不变的前提下，采用高技术恢复原产品的尺寸标准、达到或超过原产品的性能指标、实现原产品的功能升级，同时也采用正规化、规模化的加工手段，因此加工工艺更为复杂。
近年来，国内多家企业和科研机构在再制造技术研发和推广应用方面，开展了大量探索，取得丰硕成果，研发出了纳米复合表面工程技术、能束能场再制造技术、粉末冶金成形技术等不同再制造技术手段。其中，装备再制造技术国防科技重点实验室根据再制造产品失效特征和质量性能不低于新品的标准要求，通过多年研究与实践，自主创新了多项中国特色的再制造技术。
（1）自动化纳米颗粒复合电刷镀技术纳米电刷镀技术是自主研发的一项先进的再制造技术，纳米刷镀层与不含纳米颗粒的金属刷镀层相比，耐磨性能提高 1.5 倍、抗温性由 200°C 提高到 400°C、抗接触疲劳性能由 105周次提高到 106周次，显著延长零件使用寿命，并成功应用于飞机发动机叶片、汽车发动机连杆、凸轮轴和缸体的再制造[7]。但由于手工纳米电刷镀生产效率低、劳动强度大，针对重载汽车发动机连杆和缸体缸筒再制造难题和产业化生产需求，自主研发了发动机连杆自动化纳米电刷镀专用设备和气缸筒自动化纳米电刷镀专用设备，实现了镀液连续供应和循环利用、纳米电刷镀再制造工艺过程综合监控。生产应用表明，生产率提高 5～10 倍，再制造消耗材料仅为该零件本体重量的 1％～2％，费用是新品价格的1/10，实现了废旧零件再制造的需求。并且镀液循环利用，废水集中处理，实现全过程的绿色化要求。
（2）纳米减摩智能自修复添加剂技术研制的摩擦副损伤原位自修复添加剂已在济南复强动力有限公司的设备、及发动机台架上进行试车考核试验，同时在安徽定远进行了实车试验。试验结果证明，该技术可实现对早期磨损表面的轻度微损伤进行原位动态自修复，对零件表面形貌进行优化，显著提高零件表面硬度和光洁度，进而改善润滑状况，延长零部件的使用寿命，并节约燃油3%～7%，降低润滑油温度 40%，显著延长换油周期，节能减排效果明显。
（3）自动化高速电弧喷涂技术
自主研发了自动化高速电弧喷涂技术，采用机器人或操作机的操作臂夹持喷枪，通过红外温度场监测和编程控制高速电弧喷枪实现各种规划路径，实时反馈调节喷涂工艺参数，实现自动喷涂作业的智能控制。该技术结合新开发的 FeAl 和 FeAlMn系粉芯丝材制备出的喷涂层，结合强度高，硬度高，耐磨损性能好，已成功应用于废旧斯太尔发动机缸体的再制造，已完成再制造量 200 多台。采用自动化电弧喷涂技术再制造单件发动机缸体时间由手工的 1.5 小时缩短为 20 分钟，喷涂效率提高 4.5 倍。
（4）自动化微束等离子熔覆技术
自主创新设计了 70KHz 高频逆变微束等离子电源，高于目前通常采用的 20KHz 逆变频率，从而减少了设备的体积，提高了系统的响应特性，使得微束等离子弧的工作更加稳定。利用该技术对发动机废旧排气门密封锥面进行再制造后的气门变形量小，表面硬度恢复到新品数值，力学性能满足要求，成本仅为新品的 1/5。
（5）再制造无损检测评估技术及其仪器设备废旧零部件损伤状态无损检测与评估是再制造质量控制体系的重要内容。研究了汽车发动机缸体、曲轴、连杆、气门杆等不同再制造零部件的多种无损检测评估技术（涡流、超声、金属磁记忆、声发射等），并研制出了高频涡流无损检测仪（气门杆、连杆等，通用性强）、高穿透力超声无损检测仪（曲轴等，通用性强）、缸体涡流/磁记忆综合无损检测评估仪、金属磁记忆寿命评估仪、纳米复合刷镀层无损测厚仪等，初步实现了发动机连杆、曲轴、发动机缸体等重要零部件损伤和无损检测评估，为再制造产品质量不低于新品的质量控制体系提供了有力保障。相关技术和仪器设备已在济南复强动力有限公司再制造生产线上应用试验，为再制造毛坯质量控制体系提供了技术支撑。
4 我国再制造产业发展尚需面对的挑战
目前，国家对再制造高度重视和大力扶持，越来越多的企业致力于发展再制造，科研单位的研究投入力度不断加大，可以说，我国的再制造产业发展迎来了良好发展机遇，但是，也应看到，机遇与挑战并存，在国家宏观政策为再制造的发展提供重大机遇的同时，我国再制造产业发展仍面临诸多挑战。
在大众认识层面，再制造作为一个新的理念还没有被人们广泛认识，消费者没有真正认识到使用再制造产品的好处，不少制造企业对发展再制造产业积极性不高，没有看到再制造对企业可持续发展的深远影响。
在物流回收层面，目前我国仍然禁止废旧发动机进口，且国务院 307 号令强制规定报废汽车五大总成必须回炉冶炼，这些政策从根本上堵死了发动机等再制造旧件的来源，切断了再制造企业的原材料，是当前制约再制造产业发展的“瓶颈”。近来，为了推动再制造产业有序、健康、顺利发展，国家政府正在探讨 307 号令修订工作。
在关键技术层面，当前有限的以发动机再制造为主要应用对象的关键技术无法完全满足短期内迅速扩张的各个再制造行业（如工程机械、机床等再制造）对再制造关键技术的多层次需求。为此，需要政府和各行业加大投入，通过产学研结合，不断丰富和创新再制造技术手段。
在再制造模式层面，国内还有相当多的再制造企业，因引进国外再制造生产线，故仍简单地套用着国外的尺寸修理模式和换件修理模式，对具有中国特色的“尺寸恢复、性能提升”模式认识不足；在中试平台层面，由于缺乏中间转换环节，如国家工程中心、再制造中试基地等，实验室里研发的再制造关键技术未经中试，直接应用于再制造生产线，影响了生产效率和可靠性。在安全监管方面，还没有相应的市场准入制度来对再制造企业进行管理，也还没有对再制造产品实行强制性的产品认证、标志标识、产品信息备案等制度。
今后几年中，必须迎难而上，应对挑战，突破瓶颈，切实落实好温总理的指示精神，牢牢抓住再制造发展难得的大好机遇，实现再制造产业的重大突破。
5 结束语
（1）再制造是实现节能减排和发展循环经济的重要途径。再制造的重要特征是再制造产品质量和性能不低于新品，有些还能超过新品，成本只是新品的 50%，节能 60%，节材 70%，对环境的不良影响显著降低。中国特色的再制造工程具有更显著的社会效益。
（2）国家领导高度重视再制造产业发展，指出再制造是发展循环经济、扩大内需和环境保护的重要途径。近年来，我国再制造产业获得了快速发展，再制造产业前景广阔。但是，我国的再制造产业发展仍面临诸多挑战。
（3）再制造质量保证体系、先进的再制造理论和技术是确保再制造产品质量和性能指标的关键。近年来，我国已自主研发出了多种再制造成形技术，初步构建了再制造质量保证体系，在再制造寿命评估理论和技术方面进行了深入研究。但是，现有的再制造技术不能满足再制造产业发展需要，为此，需要政府机构、企业和科研单位共同努力，产学研结合，推动再制造技术和产业健康快速发展。
参考文献略
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