1.柔性再制造升级

柔性再制造是以先进的信息技术、再制造技术和管理技术为基础，通过再制造系统的柔性、可预测性和优化控制，最大限度地减少再制造产品的生产时间，优化物流，提高对市场的响应能力，保证产品的质量，实现对多品种、小批量、不同退役形式的末端产品进行个性化再制造^［6，7］。

再制造升级采用柔性再制造系统来进行，对于提高再制造升级效益和升级后产品质量等具有重要意义。典型的柔性再制造升级系统一般由三个子系统组成，分别是再制造升级加工系统、物流系统和控制与管理系统，其构成框图及功能特征如图5-5所示。三个子系统的有机结合，构成了一个再制造升级系统的能量流（通过再制造升级工艺改变工件的形状和尺寸）、物料流（主要指工件流、刀具流、材料流）和信息流（再制造升级过程的信息和数据处理）。

图5-5 柔性再制造升级系统的构成框图及功能特性

（1）再制造升级加工系统 实际执行老旧产品的结构升级改造或性能提升等工程加工工作，把工件从废旧毛坯升级为性能和功能先进的再制造升级产品的执行系统，主要有数控机床、表面加工等加工设备，系统中的加工设备在工件、刀具和控制三个方面都具有可与其他子系统相连接的标准接口。从柔性再制造升级系统的含义可知，加工系统的性能直接影响着柔性再制造升级系统的性能，且加工系统在柔性再制造升级系统中又是耗资最多的部分，因此恰当地选用加工系统是柔性再制造升级系统成功与否的关键。

（2）物流系统 用以实现毛坯件及加工设备的自动供给和装卸，以及完成工序间的自动传送、调运和存储工作，包括各种传送带、自动导引小车、工业机器人及专用起吊运送机等。

（3）控制与管理系统 包括计算机控制系统和系统软件。前者用以处理柔性再制造系统的各种信息，输出控制CNC机床和物料系统等自动操作所需的信息，通常采用三级（设备级、工作站级、单元级）分布式计算机控制系统，其中单元级控制系统（单元控制器）是柔性再制造系统的核心。后者用以确保柔性再制造系统有效地适应中小批量多品种生产的管理、控制及优化工作，包括根据使用要求和用户经验所发展的专门应用软件，大体上包括控制软件（控制机床、物料储运系统、检验装置和监视系统）、计划管理软件（调度管理、质量管理、库存管理、工装管理等）和数据管理软件（仿真、检索和各种数据库）等。

2.柔性再制造升级系统的技术模块

根据再制造升级生产工艺步骤，可知柔性再制造升级系统主要包括以下技术模块。

（1）柔性再制造升级加工中心 再制造升级加工主要包括对缺损零件的再制造恢复及升级，所采用的表面工程技术是再制造升级中的主要技术和关键技术。再制造升级加工中心的柔性主要体现在加工设备可以通过操作指令的变化而变化，以对不同种类零部件的不同失效模式，都能进行自动化故障检测，并通过逆向建模，实现对失效件的科学自动化再制造升级加工恢复。

（2）柔性预处理中心 再制造升级毛坯到达再制造工厂后，首先要进行拆解、清洗和分类，这三步是再制造升级加工和装配的重要准备过程。对不同类型产品的拆解、不同污染情况零件的清洗以及零件的分类贮存，都具有非常强的个体性，也是再制造升级过程中劳动密集的步骤，对其采用柔性化设计，主要是增强设备的适应性及自动化程度，减少预处理时间，提高预处理质量，降低预处理费用。

（3）柔性物流系统 废旧产品由消费者运送到再制造升级工厂的过程称为逆向物流，其直接为再制造升级提供毛坯，是再制造升级的重要组成部分。但柔性再制造升级系统中的物流主要考虑废旧产品及零部件在再制造升级系统内部各单元间的流动，包括零部件再制造升级前后的储存、物料在各单元间的传输时间及方式、新零部件的需求及调用、零部件及产品的包装等，其中重要的是实现不同单元间及单元内部物流传输的柔性化，使相同的设备能够适应多类零部件的传输，以及经过重组后能够适应新类型产品再制造升级的物流需求。理想的柔性再制造升级物流系统具有传输多类物品、可调的传输速度、离线或实时控制能力、可快速重构、空间占用小等特点。

（4）柔性管理决策中心 柔性管理决策中心是柔性再制造升级系统的神经中枢，具有对各单元的控制能力，可通过数据传输动态、实时地收集各单元数据，形成决策，发布命令，实现对各单元操作的自动化控制。通过柔性管理决策中心，可以实现再制造升级企业的各要素，如人员、技术、管理、设备、过程等的实时协调，对生产过程中的个性化特点迅速响应，形成最优化决策。其主要是利用各单元与决策中心之间的数据线、监视设备来完成数据交换。

（5）柔性装配及检测中心 对再制造升级后所有零部件的组装及对再制造升级产品性能的检测，是保证再制造升级产品质量和市场竞争力的最后步骤。采用模块化设备，可以增加对不同类型产品装配及性能检测的适应性。

3.柔性再制造升级系统的应用

在开发用于再制造升级的柔性生产系统时，不仅要考虑各单元操作功能的完善，而且要考虑到该单元或模块是否有助于提高整个生产系统的柔性；不仅要改善各单元设备的硬件功能，还要为这些设备配备相应的传感器、监控设备及驱动器，以便能通过决策中心对它们进行有效控制。同时，系统单元间还应具有较好的信息交换能力，实现系统的科学决策。通常柔性再制造升级系统的建立需要考虑两个因素：人力与自动化，而人是生产中最具有柔性的因素。如果在系统建立中单纯强调系统的自动化程度，而忽略人的因素，在条件不成熟的情况下实现自动化的柔性再制造升级系统，则可能所需设备非常复杂，并会使产品质量的可靠性降低。所以，在一定的条件下，采用自动化操作与人工相结合的方法建立该系统，可以保证再制造升级工厂的最大利润。

图5-6所示是再制造升级工厂内部应用柔性再制造升级系统的框架示意图。由图可知，当废旧产品进入到再制造升级厂后，首先进入物流系统，并由物流系统向柔性管理决策中心进行报告，并根据柔性管理中心的命令，进行仓储或者直接进入预处理中心；预处理中心根据决策中心的指令选定预处理方法，对物流系统运输进的废旧产品进行处理，并将处理结果上报决策中心，同时将处理后的产品由物流系统运输到仓库或者进入再制造升级加工中心；再制造升级加工中心根据决策中心的指令选定相应的再制造升级方法，并经过对缺损件的具体测量形成具体生产程序并上报决策中心，由决策中心确定零部件的自动化再制造升级恢复或改造方案，然后将恢复后的零部件根据决策中心的指令由物流系统运输到仓库或者装配检测中心；装配检测中心在接收到决策中心的指令后，将物流系统运输进的零部件进行装配和产品检测，并将检测结果报告给决策中心，并由物流系统将合格成品运出并包装后进行仓储，不合格产品根据决策中心指令重新进入再制造升级相应环节。最后是物流系统根据决策中心指令及时从仓库中提取再制造升级产品投放到市场。柔性管理决策中心在整个柔性系统中的作用是中央处理器，不断地接受各单元的信息，并经过分析后向各单元发布决策指令。

柔性再制造升级的柔性化还体现在设备的可扩充、可重组等方面。实现柔性再制造升级系统的设备柔性化、技术柔性化、产品柔性化是一个复杂的系统工程，需要众多的先进信息技术及设备的支持和先进管理方法的运用。

图5-6 柔性再制造升级系统框架示意图^［7］

4.再制造升级保障资源的柔性分配

再制造升级保障资源消耗和再制造升级保障任务执行状态的关系可以用数学表达式f（S，T，R，Q）表示，表明再制造升级保障执行任务状态S在持续时间T后，消耗R类产品保障资源的数量为Q。在再制造升级保障管理控制系统中，再制造升级保障资源由资源Agent负责查询、管理和分配，如图5-7。(www.daowen.com)

图5-7 再制造升级保障资源柔性分配描述^［8］

1）当有新升级任务添加到再制造升级保障任务库时，触发再制造升级保障管理控制系统派生任务Agent。

2）任务Agent向与之相关联的资源Agent发送资源需求请求。资源需求是由再制造升级保障管理控制系统工作流引擎在实例化任务或在动态执行任务时发出的请求，描述了执行某种任务（或某个具体任务）需要具有何种能力的资源（或某个具体资源）来完成。

3）资源Agent负责管理资源的动态变化信息（新资源的添加、消耗资源的修改和删除），并将变化的结果更新到产品保障资源库中。

4）资源Agent根据任务Agent的资源需求请求，形成查询语句，在再制造升级保障资源库中进行资源查询。如果资源不能满足保障任务执行的要求，则通知保障管理控制系统申请补充资源；如果资源能满足升级保障任务执行的要求，则根据查询结果进行资源分配。

5）资源Agent根据资源柔性分配模型库中的分配模型来进行资源分配。资源柔性分配模型库是一个动态的数据库，描述了在某些约束条件下，哪些资源具有执行某种类型任务的资格，也描述了在某些情景下，限制哪些资源不具有被分配到某些任务的资格。

6）资源Agent将资源分配结果与任务Agent进行资源绑定，由再制造升级保障管理控制系统统一调度后，完成资源分配。

5.再制造升级保障资源柔性分配建模^［8］

在保障资源柔性分配过程中，需要首先建立资源分配模型。以再制造升级车间为例，建立其再制造升级保障资源柔性分配模型。一个车间的再制造升级保障系统有：①M个再制造升级分队，每个再制造升级分队有一个容量为E_k（k∈［1，M］）的升级设备库，有Q种类型的再制造升级设备，每种设备有规定的工作时间T_q（q∈［1，Q］）；②一个集中的再制造升级工作区，其工位数Y有限；③N个有时间要求的再制造升级任务，任务可以分解为一系列的子任务，任务i包含的子任务数为S i，令P＝

式中　TF_k———第k个再制造升级分队的设备资源开始空闲时刻；

T_i———任务i（i∈［1，N］）的最迟必须完成时刻；

TE_i———任务i的期望完成时刻；

W_i———任务i延迟完成的惩罚系数（表示任务延迟完成造成的利益损害）。

一些再制造升级保障任务有明确的劳动定额，可以由工作量通过计算确定其完成时间；另外一些再制造升级保障任务，虽没有劳动定额，根据以往的统计数据也可以基本确定其完成时间。但有些产品保障任务，由于存在难以准确估计的影响因素，完成时间只能视为随机变量，一般采用下述三点时间估计法确定这类不确定性任务的完成时间：①最乐观时间a，指在特别顺利的情况下完成此项任务所需时间，它是根据经验判断的。这种特别顺利的情况一般假定为在所有可能出现的情况中约占1％，即完成此任务所有时间ξ（随机变量）小于或等于a的概率满足P［ξ≤a］＝1％。②最悲观时间b，指在特别不顺利的情况下完成此项任务所需时间，通常亦假定P［ξ≥a］＝1％。③最可能时间c，指完成此任务最可能需要的时间。

许多任务完成时间近似服从β分布，这样，在三点时间估计情况下，任务期望完成时间t和标准偏差σ分别由式（5-9）、式（5-10）计算，表示N个任务的所有子任务之和。

再制造升级保障资源的柔性分配问题是：科学配置M个再制造升级分队的设备资源，使得目标函数Z最优，即完成任务时间最短。目标函数Z的数学表达式如下

假设TS_ij和t_ij分别表示任务i的第j个子任务J_ij(i∈[1，N]，j∈[1，S_i])的任务开始时间和任务持续时间，T_ijq(q<Q)表示完成J_ij子任务使用第q种设备的时间；C_ijk“二l表示J_ij子任务分配在第k个修理分队上执行；C_ijk=o表示J_ij子任务未分配在第k个修理分队上执行；Y_i(t) =1表示在时刻t任务i占用一个T位；Y_i(t) =0表示在时刻t任务i不占用一个下位。目标函数Z的约束条件描述为

其中：式(5-11)表示任何一个子任务只能在一个再制造升级分队执行；式(5-12)表示所有任务的第一个子任务起始时间均大于o；式(5-13)称为工作区约束，表示在时刻2任务占有的工作区数不会大于再制造升级分队有限的工作区数y；式( 5-14)称为设备约束，表示在再制造升级分队A上执行任务所需的设备总数不大于再制造升级设备库的容量E+，int为大于参数的取整函数；式(5-15)中的两个子任务S，，和S。。是在同一个再制造升级分队执行，该式表示在一个再制造升级分队不会同时执行一个以上的任务；式(5-16)表示任何一个任务只能在完成上一个子任务后，才能执行下一个子任务。