再制造与气象雷达维修

来源:用户上传      作者: 朱晓聪

　　摘要：本文介绍了再制造工程的科学内涵，及其在气象雷达维修上的应用，指出了维修与再制造工程的区别及维修业的发展前景，分析再制造的主要技术和气象雷达再制造的主要操作流程及应用现状，并针对气象雷达装置再制造的应用及发展空间做出了探讨。
　　关键词：再制造工程　气象雷达　表面技术
　　
　　再制造就是让旧的机器设备重新焕发生命活力的过程。它通过旧的设备为原型，采用特殊的技术和工艺，在原有制造的基础上创造次新的产品，而且再次制造出来的产品在质量和性能都将达到或者超过原先的产品。从20世纪90年代开始，美国就着手建立具有循环经济特色的工业发展体系――3R体系，即Recycle再循环、Reuse再利用、Remanufacture再制造；而日本则着手建立了废旧资源利用的环保战略――3R战略，即Reuse再利用、Reduce再减量、Recycle再循环。随着中国经济的发展，从21世纪初，中国开始做出了建设节约型社会、发展循环经济的重大决策，核心为节约能源和资源的循环经济战略――4R(Reduce，Reuse，Recycle，Remanufacture)。4R战略中再制造的废旧资源利用率更高，作用也更显著。而从气象雷达这种大型高科技产品的制造与维修市场来看，我国有大量的气象雷达装备进入维修期，需要大修甚至报废，对气象雷达装备进行再制造符合4R经济增长模式，也对走低投入、高效益的高科技产品制造道路具有重要意义。
　　
　　1、气象雷达再制造的可行性评价
　　1.1再制造工程在气象雷达维修中的应用意义
　　1.1.1再制造能充分挖掘废旧气象雷达的可利用的价值
　　气象雷达的报废是指其使用周期的终结。气象雷达的使用周期可分为物质使用周期、技术使用周期和经济使用周期。在高尖新技术飞速发展的今天，气象雷达技术、经济使用周期常常远短于其物质使用周期。一些大排污、高耗能及低科技含量和低性能的过时气象雷达会被市场淘汰，或被政府或企业部门强制报废，而再制造技术能充分挖掘废旧气象雷达的可利用价值，拓展其经济、技术时空。
　　传统的气象雷达周期是从论证、设计、制造、使用，到报废为止，其经济流是一个开放的系统。而再制造技术的使气象雷达具有了绿色使用周期，即“从研制到使用，到故障，再到再生”，从而使气象雷达使用到故障后可以通过回收再制造得到再生或改造，其经济流是一个闭环系统。气象雷达再制造是延长其使用周期，实现绿色使用周期的最有效、最经济的方法。再制造技术能使气象雷达的使用周期成倍地延长，而且制造代价比新制产品低得多。再制造的目标是要最大限度的加大旧零件的回收利用的次数和回用率，尽量降低再循环和环保加工处理的比率，延长产品设备的使用寿命，减少对废旧产品对环境的污染。
　　
　　1.1.2再制造工程是对绿色设计和先进制造技术的补充和发展
　　再制造工程以高新技术为手段，充分利用废旧设备的价值，节约能源和资源，降低对环境的破坏，且在制造过程不会对环境有污染，因而具有很高的绿色度。先进的生产技术装备要求生产周期的各个阶段应统一考虑，并且创建有效的反馈体系，实现循环。废旧气象雷达的回收是构成气象雷达循环生产利用的关键性步骤，因而绿色制造中既要做好气象雷达的共性设计，又要做好其再制造性设计，包括可拆卸性、模块化、通用性、可再制造加工性、材料再利用性、性能升级性等。气象雷达的基本属性是由设计过程体现的，再制造既扩充了绿色设计的内涵，又对其提出了新的条件。
　　
　　1.1.3再制造工程这种新维修模式对现有雷达维修业的重大意义
　　再制造气象雷达既包括性能与质量达到或高于原产品修复品，也包括升级、改造的换代产品。通过再制造用最低的资源消耗和成本对落后雷达设备进行升级。就好像通过新的科学技术将老式手枪改造为先进的灵巧手枪，这将是使气象雷达适应高技术要求的一个重要方法。由于再制造气象雷达要经受使用考验，并要粉碎人们关于“复制品质量低”的定向看法，因而再制造气象雷达要以价优质优取胜，即再制造必定通过高新表面工程技术和其它先进加工技术，以现代化管理手段和生产方式、严格的质量检查管理组织生产'使再制造气象雷达性能、质量尽可能高于原产品，经济上更具优势，价格为原来的40％-60％。
　　目前全世界上最大的再制造产品受益者是美国军队庀的雷达和其他设备广泛的使用再制造产品，这样不仅减少了雷达系统和设备的研制经费，同时延长了其使用周期和可修复性。美军从再制造中取得经济效益的实例是B-52H型轰炸机，该机型从1948年开始设计，到1999年已有37年历史。该轰炸机在1980年和1996年进行了两次再制造改造，使其使用周期预计延长至2030年，增长了一倍左右的使用寿命。
　　再制造技术的应用引起美国国防部的高度重视。在克林顿总统正式宣布采取的一项国家计划―国家纳米技术计划NNI中，将重点锁定为研制高强度和高硬度、质轻、高安全性，同时具有自行修复的纳米材料。
　　通过利用高新表面技术的再制造改造升级落后的气象雷达和设备，使之适应高新技术的发展，同样是我国现代化建设的一条必经之路。我国的气象雷达和设备的基础较为薄弱，通过再制造工程使落后的装备与时俱进的引入新材料、新技术、新工艺，大幅提升了其技术性能，比设计制造新型装备要效益高、见效快。
　　再制造工程要求新研制的气象雷达和设备充分做好再制造性设计，在材料、结构、工艺等多方面为气象雷达和设备的改造、修复、升级做好准备。再制造工程在应用表面工程技术和先进制造技术对落后气象雷达和设备进行再制造的时候，又能促进新型的雷达技术研发，为新型气象雷达的制造提供新理论、新概念、新方法和新技术，缩短新气象雷达的研制周期。总而言之，先进的再制造技术有利于研究经费节约、雷达寿命的延长，再制造工程是落实科学发展观，实现科技强国的重要手段。
　　
　　1.2气象雷达再制造的可行性分析
　　雷达技术的飞速发展和气象雷达的特殊工作环境使雷达装备的技术更新周期日趋缩短，在对废旧退役气象雷达实施再制造进行经济决策时，一般考虑如下4种情况：带有升级性的再制造；带有恢复性的再制造；进行应急型再制造；进行改造型再制造。选出最小总费用方案是决策的主要任务。对气象雷达再制造实行经济决策分析，这对后续的再制造产业链提供了总方针性的意见。气象雷达的回收处理、拆卸加工和再制造都会造成经济损失，气象雷达的再制造过程必须全面考虑这些问题，从而才能到达良好的质量和可观的经济效益。
　　通过对各零部件的价值和再制造的过程进行分析，得出废旧气象雷达装备通过再制造技术所能取得的综合经济效益和效率为：
　　SUM=Vm-Cs-Cd-Cm　(1)
　　E=(Vm-Cs-Cd-Cm)/Vm　(2)
　　式中E为再制造经济效率、SUM为综合经济效益、Vm为再制造价值、cd为更新报废零件成本、cs为回收成本、Cm为再制造成本。
　　由上式可知，再制造过程中经济效率和总效益的提高，必定要涉

及再制造价值的提高，回收成本的减少、更新报废零件和再制造成本的降低。
　　对于一般的再制造产品，如今公认的价值为全新产品价值的55％，因此，可以确定气象雷达的再制造价值为常数。换句话说，提高气象雷达的再制造经济总效益，只有通过回收成本的减少、更新报废零件和再制造成本的降低来实现。而且气象雷达的回收费用、运输费用和存贮成本组成了回收成本cs。对于废旧雷达，其回收费用由回收商或军工厂根据各行业的规定确定，基本保持不变。而运输成本由回收企业或工厂选择为最低费用。存贮成本由生产计划与回收量的误差产生。以气象雷达这种特殊的大型高科技产品作为再制造对象，对气象雷达进行再制造处理，一定是对价值高的主要器件进行再制造，而对于价值低的普通部件则进行报废处理。报废方式主要是回收原焚烧、回收材料或填埋，而气象雷达的报废零件的成本cd通常也是可预知的定值；再制造成本Cm则主要包括清洗、拆卸以及修复等的费用。气象雷达的再制造过程中要采取较多的表面技术，可降低再制造成本。目前再制造产品的价格约为相同新产品的55％，扣除其它的费用，若制造成本高于新产品的27.5％，则该技术应用的经济性不强。
　　有分析可得，可以推出气象雷达再制造的经济界限是：
　　Vm)Cs+Cd+Cm
　　只有满足这个条件，再制造技术在气象雷达维修上的应用才是具有经济效益的。
　　
　　2、气象雷达再制造的主要加工技术
　　2.1利用热喷涂技术纳米涂层与纳米减摩自修复技术提高雷达适应性能
　　热喷涂是指将喷涂材料加工到熔融状态，利用高速气流对其进行雾化处理，然后喷射在零件表面，形成喷涂层，是重要的表面加工技术之一。热喷涂技术在可广泛应用到气象雷达的维修和再制造过程中，可有效地恢复雷达驱动装置的磨损并增强其抗磨损性能，可加强气象雷达电源在空中受潮湿空气影响的抗腐蚀性，并且不影响器件的零件原尺寸及表面特性。
　　气象雷达装置中有大面积的外露表面，必须要经得住长时间的运转。纳米涂层与纳米减摩自修复技术的材料以纳米粉体为基础，通过先进的工艺手段，在固体表面进行改性、强化，赋予新的表面功能，并自修复其损伤的表面。
　　
　　2.2利用再制造毛坯快速成形技术对天线馈线再制造
　　可以是利用气象雷达有废旧的天线或者馈线作为再制造的毛坯，根据堆积／离散成形原理，利用autoCAD辅助软件确定零件模型的几何信息，采用激光同轴扫描技术和积分原理进行金属材料的熔融堆积，使其快速成型，制作出与原报废的天线或馈线相同性能的产品，既缩短了生产周期，又有效地利用了废旧材料。常用的技术包括三维实体造型、金属直接快速成形、再制造计算机辅助工程系统等几项主要技术。
　　
　　2.3利用修复热处理技术完成气象雷达机身破损的修复
　　当气象雷达机身产生形变或裂痕等破损时，可以根据破损部分机身的性能变化规律与显微组织，利用计算机软件模拟仿真，提出相应的修复热处理工艺，在机身允许的受热变形限度内，经过恢复维修其内部显微组织结构，从而恢复机身的使用性能。其中用到的主要方法有重新奥氏体化并辅以适当的冷却技术恢复显微组织、重新回火使绝大部分己有的微裂纹被碳化物颗粒通过“搭桥”而自愈合等。
　　
　　2.4利用应急快速维修技术实现快速维修
　　由于气象雷达必须具有较强的实时性和可靠性，当发生突发故障时必须要进行及时的处理，而再制造技术可以利用研制的适应于高负荷、超低温、强辐射等苛刻条件下使用的防腐、耐磨化学涂料，特别是适用于突发故障的冷焊、粘接、堵漏、扣合等快速应急抢修技术，提高气象雷达可靠性。
　　(1)研究气象雷达的受创特点及气象装备的突发的故障规律，建立应急维修专家系统。
　　(2)开发适应高湿度、高负荷、强辐射等苛刻条件下使用的耐磨、防腐蚀化学粘涂材料(复合型胶粘剂、纳米胶粘剂、特种功能胶粘剂)；研究粘接剂涂层的衰变特性；研究快速固化机理和技术，如紫外线固化、微波固化技术等；重点开发适用于潮湿腐蚀及突发损伤的粘接、冷焊、扣合、堵漏等应急快速抢修技术。
　　(3)研究提高气象雷达自修复的作业应急保障技术，开发通用化、小型化、标准化、智能化、数字化的靠前抢修配套工具和仪器，开发多种现场方案。
　　
　　2.5对过时气象雷达装置进行性能升级
　　是利用高新技术，采用模块化、标准化设计，通过局部修改产品的设计或连接、局部制造等方法，对过时产品进行技术改造，使产品的使用性能与技术性能得到提高，实现性能升级，适合于新的服役环境或条件，延长废旧产品及零部件的技术寿命和经济寿命。
　　
　　3、结语
　　再制造工程是从传统的高消耗、高投入、高污染的发展模式，向提高资源利用率、提高生产效率、减小废物产出的可持续绿色发展模式转变的重要技术方法之一。气象雷达再制造技术在我国具有广阔的应用前景，但是要得到全社会的支持和认同，还需要一个很长的过程，需要科研人员与社会各界人员共同做出持久、不懈的努力。

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