CN102880805B - 一种轿车产品的回收性能分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轿车产品的回收性能分析方法，其特征是首先计算轿车整车拆解难度指数D；然后计算轿车整车的综合回收指数R；再依次计算材料繁杂性指数U、计算整车回收经济性指数E、以及整车回收性能V_R。本发明方法用于对轿车拆解进行定量分析，使得人们可在轿车产品的样车试制阶段，完成对轿车产品的回收性能分析。

Description

一种轿车产品的回收性能分析方法

技术领域

本发明涉及机电产品的回收性能分析方法。具体是一种轿车产品的回收性能分析方法。

背景技术

欧洲地区先后出台了ELV（报废车辆指令）、WEEE（报废电子电气设备指令）、RoHS（关于限制在电子电器设备中使用某些有害成分的指令）等指令，用于促进和指导汽车环保技术和资源再生技术的研究与运用。2006年我国出台了《汽车产品回收利用技术政策》，对汽车整车的可回收率、可再利用率标准的执行提出了明确的时间表。2007年又着手调研汽车零部件中的有毒有害物质含量工作，提出《中国汽车产品有毒有害物调查及禁用物质管理建议》和《汽车可回收利用率和禁用物质认证管理办法》。

我国对于汽车产品的回收利用的目标分三个阶段，第一阶段目标：2010年起，所有国产及进口汽车的可回收利用率要达到80~85%左右，其中材料的再利用率不低于75~80%，同时还限制部分有毒有害成分的使用；第二阶段目标：2012年起，所有国产及进口汽车的可回收利用率要达到90%左右，其中材料的再利用率不低于80%；第三阶段目标：2017年起，所有国产及进口汽车的可回收利用率要达到95%左右，其中材料的再利用率不低于85%。因此，在未来很长一段时期内，国内外市场对于汽车产品回收性能的要求将会继续提高。

由于轿车产品属于复杂机电产品，每辆轿车均含有万余个零部件。而轿车生产企业在进行整车设计时，又往往忽略或较少考虑产品报废后的回收利用过程，致使轿车报废后难以拆解、回收经济性差、回收利用率低下，难以满足我国的相关法规以及国外市场的准入标准。目前，在轿车产品领域未见到有关面向回收性能综合分析方法的相关研究理论文献以及专利。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种轿车产品的回收性能分析方法。用于对轿车拆解进行定量分析，使得人们可在轿车产品的样车试制阶段，完成对轿车产品的回收性能分析。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案

本发明轿车产品的回收性能分析方法的特点是按如下过程进行：

(1)、计算轿车整车拆解难度指数D；

依据GB/T19515:2004对轿车样车的整车进行拆解，记录样车的拆解信息、计算整车拆解难度指数D；所述样车的拆解信息包括：(a)整车重量M_v；(b)拆解得到的零部件数量n，其中可再用零部件数量n_r；(c)每个拆解出的零部件重量M_i；(d)拆解得到第i个零部件的时间t_i；(e)拆解每个零部件时需拆解的联接方式的个数m_i；(f)拆解每个零部件时遇到的第j个联接方式的拆解难度η_j和联接系数λ_i；所述可再用零部件包含从整车上被拆解下来的再使用零部件与再利用零部件；所述再使用零部件是指轿车报废后仍能够针对其设计目的进行使用的零部件；所述再利用零部件是指轿车报废后的零部件经过再加工处理，能够针对其设计目的进行使用或者用于其他用途的零部件；所述拆解难度η_j以数值1、2、3和4表征，数值越大、拆解难度越大；则：整车拆解时间单个零部件的拆解难度指数整车零部件的拆解难度系数D_a：可再用零部件的比例K：K=n_r/n；整车拆解难度指数D=D_a×K；

(2)、计算轿车整车的综合回收指数R；

通过供应链或现有材料数据平台，采集整车的零部件回收信息，包括：(a)零部件重量M_i’；(b)零部件所含材料及组成比例；(c)材料的可回收性，由两种以上材料组成的零件其可回收性以其中含量较多的那种材料的可回收性代替；依据整车的拆解过程，将每个零部件的重量M_i’分别计入M_P、M_D、M_M、M_Tr、M_Te五个变量中，其中M_P为在回收预处理阶段考虑的材料质量，M_D为在拆解阶段考虑的材料质量，M_M为在金属分离阶段考虑的材料质量，M_Tr为在非金属残余物的处理阶段按可再利用材料考虑的材料质量，M_Te为在非金属残余物的处理阶段按能量回收考虑的材料质量；所述金属分离阶段、非金属残余物的处理阶段是针对拆解后的剩余部分进行的破碎、分选、材料回收与处理；由式(1)和式(2)分别计算样车整车的可再利用率R_cyc与可回收利用率R_cov：

$R_{\mathrm{cyc}}=\frac{(M_P+M_D+M_M+M_{\mathrm{Tr}})}{M_V}\×100\%---\left(1\right)$

$R_{\mathrm{cov}}=\frac{(M_P+M_D+M_M+M_{\mathrm{Tr}}+M_{\mathrm{Te}})}{M_V}\×100\%---\left(2\right)$

则：整车综合回收指数R：R=(R_cyc+R_cov)/2；

(3)、计算材料繁杂性指数U；

根据整车的零部件回收信息，统计整车在非金属残余物的处理阶段考虑的材料种类，计算材料繁杂性指数U：U=1-N_M/100，式中，N_M为非金属残余物的处理阶段所涉及的材料种类；

(4)、计算整车回收经济性指数E；

$E=w(2R_{\mathrm{cov}}-1)-\left(\frac{T\×S_C+d}{P}\right)---\left(3\right)$

式(3)中，w为汽车折损系数；R_cov为整车可回收利用率；T为整车拆解时间；S_C为单位拆解时间的成本；d为整车的末端处理费用；P为整车单位数量的制造成本；所述末端处理是

指包括金属分离、非金属残余物的处理阶段；所述汽车折损系数w为：

其中：ε为年折损率变化因子，取ε＝0.65，l为按相关法规规定的样车使用年限，dis为汽车年折损率；

(5)、计算整车回收性能V_R：

V_R=αD+βR+γU+δE        (4)

式(4)中，α为整车拆解难度指数D的权重；β为整车综合回收指数R的权重；γ为整车材料繁杂性指数U的权重；β为整车回收经济性指数E的权重；利用层次分析法确定α、β、γ和δ的数值，依式(4)计算得到的样车回收性能指数V_R值域为[0,1]，V_R值越趋近1表明整车回收性能愈佳。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明方法可以用于定量分析轿车产品的回收性能，在轿车产品的样车试制阶段，完成对轿车产品的回收性能分析，并进一步指导该产品的改进设计，提高其回收性能，从而缩短研发时间，降低设计成本和试验成本，提高汽车企业应对国外市场相关准入制度和国内相关法规政策的能力。

2、本发明方法采用并行方式，充分考虑到了影响轿车产品回收性能的因素，将可拆解性、可回收性、材料种类与材料相容性、回收经济性等结合起来，对轿车产品的回收性能进行综合分析，提出了具体的实施方法与流程。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为实施本发明方法中拆解场地布置图。

具体实施方式

通过本发明中的方法可在轿车产品完成设计之后、投入生产之前，即样车试制阶段，完成对轿车产品的回收性能分析，指导产品改进设计、提高回收性能，实现对轿车产品回收性能的预判，变传统先设计生产后回收性能分析为设计、回收性能分析平行进行，缩短了轿车产品的设计与开发时间，降低了设计成本和试验成本，提高了汽车企业应对国外市场相关准入制度和国内相关法规政策的能力。

如图1所示为一种轿车产品回收性能分析的方法流程图。

1、在充分考虑轿车产品拆解及回收等性能的前提下完成产品设计。

2、对样车进行拆解，记录样车相关拆解信息。

3、通过产品供应链或国内外现行材料数据平台，向供应商采集BOM中零部件回收信息。

4、依靠PDM系统中的产品BOM信息，将零部件拆解与回收信息与轿车产品BOM零部件信息相结合，建立基于产品BOM的产品回收信息BOM。

5、根据产品回收信息BOM计算整车拆解难度指数D、整车综合回收指数R、整车材料繁杂性指数U以及整车回收经济性指数E。

6、利用层次分析法（Analytic Hierarchy Process）确定各指数权重。

7、计算整车回收性能，对回收性能达到要求的产品可进行量产，否则对该产品进行改进设计。

具体按如下步骤进行：

第一步：在充分考虑轿车产品拆解及回收性能的前提下完成产品设计与样车试制，并对样车进行拆解，记录样车相关拆解信息并据此计算整车拆解难度指数D。

由于整车的拆解过程具有不可重复性，因此在对样车进行拆解时应依据产品BOM表和备件图等设计资料，以将产品拆解到零件层为目标，遵照相关安全事项对样车进行拆解。由于在整车拆解过程中，涉及到车辆拆解、零部件和材料存放以及拆解后有害物质、易燃易爆物的存放等问题。因此要把拆解车间合理地划分成几个工作区域，如图2所示，包括拆解区、工具存放区、零件存放区、危害物质存放区等。

1、记录车辆信息。包括该款车的设计型号、重量、技术参数。

2、拆解开始前，对会污染或有害于环境的物质、材料和零部件进行无害化和安全化处理：a、拆除蓄电池及液化气罐；b、直接引爆安全气囊或者拆除安全气囊组件后将其引爆；c、排空并用专门设备收集车内油液。

3、拆解时，按照由表及里、由附件到主机，并遵循先由整车拆解成总成，后由总成拆解成部件，再由部件拆解成零件的原则进行，对于某些可以再使用或者再利用的部件或总成，可以不做进一步拆解。其间，依据该轿车产品的BOM表及备件图对每个零部件进行拆解。在拆解前应对待拆解零部件进行拍照记录并对拆解过程进行录像，以备编制相关拆解手册。

4、对拆解下的零部件逐一进行称重、计数，与BOM表比对后以实际拆解数据为准，记录并参照GB/T19515:2004填写其所属的拆解阶段。

5、记录每个零部件的拆解难度与拆解时间。拆解每个零部件时需拆解的联接方式的个数m_i，第j个联接方式的拆解难度为η_j，联接系数为λ_j；η_j的数值由拆解人员给出，分别为1，2，3，4，其困难程度依次为容易，有一定难度，较难，极难。拆解人员根据拆解某一联接方式过程中所使用的工具、可达性以及拆解力来进行打分；由表1得到拆解每个零部件时联接系数λ_j的取值。同时，辅助拆解人员应记录拆解每个零部件时所用的拆解时间t_j，拆解时间应包括：a、拆解准备时间；b、实际拆解时间；c、卸下被拆解零部件时间。整车的拆解用时为：

$T=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{t}_i$

其中：n为拆解得到的零部件数量，t_i为拆解每个零部件时所用的拆解时间。

6、统计得到的可再用零部件数量n_r。

7、记录拆解每个零部件时所使用的工具、相应规格及拆解方法。

8、对完成拆解数据记录的零部件进行拍照、贴上标签并置于专门处存放。

9、计算整车的拆解难度，根据下式计算整车的拆解难度：

$S_i=\underset{j=1}{\overset{m_i}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_j{\mathrm{\η}}_j$

$D_a=1-\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{t_i}{T}{S}_i\right)/4n$

K=n_r/n

D=D_a×K；

因此，按照以上流程操作，当完成样车的拆解后，即可得到整车所有零部件的拆解信息并可计算出该轿车产品的拆解难度指数D。

第二步：通过产品供应链或国内外现行材料数据平台（CAMDS或IMDS，即：中国汽车材料数据系统，或国际材料数据系统；国际汽车大厂，如福特、克莱斯勒、丰田、日产和现代等，均使用IMDS作为供应商提交材料的标准模式；CAMDS由15家中国汽车企业联合推出，以适应颁布的《汽车产品回收利用政策》和强制性国家标准《汽车禁用物质要求》，可作为国内汽车企业供应商提交材料的标准模式），面向供应商采集BOM中的零部件信息，并根据第一步中对样车拆解过程中记录的拆解阶段信息计算整车综合回收指数R。

本发明中涉及的零部件信息应包括：

零部件重量M_i’；零部件材料及组成比例θ＝{θ₁,θ₂，θ₃…θ_x}，x为零部件中所含材料的种类数；材料的可回收性，由于轿车产品零部件种类和数量繁多，某些零件可能由多种材料组成且多为车用聚合物材料，由两种以上材料组成的零件其可回收性以其中含量较多的那种材料的可回收性代替。

将每个零部件的重量M_i’分别计入M_P、M_D、M_M、M_Tr、M_Te五个变量中，其中M_P为在回收预处理阶段考虑的材料质量，M_D为在回收拆解阶段考虑的材料质量，M_M为在金属分离阶段考虑的材料质量，M_Tr为在非金属残余物的处理阶段按可再利用材料考虑的材料质量，M_Te为在非金属残余物的处理阶段按能量回收考虑的材料质量；根据GB/T19515:2004，由下式计算整车综合回收指数R：

$R_{\mathrm{cyc}}=\frac{(M_P+M_D+M_M+M_{\mathrm{Tr}})}{M_V}\×100\%$

$R_{\mathrm{cov}}=\frac{(M_P+M_D+M_M+M_{\mathrm{Tr}}+M_{\mathrm{Te}})}{M_V}\×100\%$

R(R_cyc+R_cov)/2

第三步：依据零部件拆解阶段信息与零部件的材料可回收性，分析轿车产品材料种类繁杂性，计算材料繁杂性指数U。

由于轿车产品中所有的金属类材料都被认为是可以回收的，并且在整车拆解阶段中卸下的塑料件也被认为可以回收。因此对于那些未能拆解下来的非金属件，即统计材料质量属于M_Tr与M_Te的零件，将在非金属残余物处理阶段进行回收，其材料种类的多少将直接影响分选工艺与回收性能，计算材料繁杂性指数U：U=1–N_M/100，其中：N_M为非金属残余物处理阶段所考虑的材料种类。

第四步：分析该轿车产品的回收经济性能，计算样车回收经济性指数E。

$E=w(2R_{\mathrm{cov}}-1)-\left(\frac{T\×S_C+d}{P}\right)$

其中：w为汽车折损系数；R_cov为整车可回收利用率；T为整车拆解时间；S_C为单位拆解时间的成本；d为整车的末端处理费用；P为整车单位数量的制造成本；汽车折损系数其中：ε为年折损率变化因子，取ε＝0.65，l为按相关法规规定的样车使用年限，dis为汽车年折损率，按表2取值。

第五步：计算整车回收性能指数V_R：

V_R=αD+βR+γU+δE

其中，α为整车拆解难度指数D的权重；β为整车综合回收指数R的权重；γ为整车材料繁杂性指数U的权重；δ为整车回收经济性指数E的权重。

利用层次分析法（Analytic Hierarchy Process）确定整车拆解难度指数、整车综合回收指数、材料繁杂性指数和回收经济性指数各自的权重α、β、γ、δ的数值，以求得该轿车产品的回收性能指数V_R。回收性能指数V_R的值域应为[0,1]，该值越趋近1表明该轿车产品的回收性能愈佳，反之则回收性能愈差。

以某汽车企业生产的某款轿车为例，对其进行了拆解，以分析其回收性能。

在预处理过程中，拆解、释放或者收集车上蓄电池、所有液体（包括燃油、发动机油、变速器/齿轮箱油、助力转向油、冷却液、制动液、减振液、空调制冷液、风窗玻璃、清洗液）、机油滤清器、液化石油气(LPG)罐、压缩天然气(CNG)罐、轮胎、安全气囊、催化转换器等，并将这些零部件的重量计入M_P中。

在零部件拆解时，以整车中各总成/部件为单位，遵循“先易后难、从外到内、由总成到部件、由部件到零件”的原则进行拆解，将拆卸得到的零部件重量计入M_D中。

在金属分离阶段，当整车上大多数部件/总成和零件均已拆除，只剩下车身本体焊接总成和少量无法拆解、拆解成本过高的零件时，将剩余体送入切碎机系统流水线，先压扁，然后在多刃旋转切碎装置上切成碎块并通过各级分选装置得到金属类、塑料类和其他类材料碎片，将得到的金属类材料的重量计入M_M中。

在非金属残余物处理阶段，主要处理残存的非金属残余物，将可再利用的非金属残余物的总质量计入M_Tr中，将可用于能量回收的剩余物的总质量计入M_Te中。

在整车拆解过程中，表3为基本的拆解信息记录表，依据轿车产品的产品设计BOM和产品备件图对每一个零部件的拆解过程做出详尽的记录：零部件名称、零部件代号、上级零部件代号、所属阶段、设计重量、测定重量、装配数量、拆解工具、拆解工艺、拆解难度、拆解时间等。然后按照给出的计算流程，得到样车的回收性能。

表1拆解中零部件联接系数λ的取值

表2年折损率dis的取值

表3整车拆解信息记录表

Claims (1)

1.一种轿车产品的回收性能分析方法，其特征是按如下过程进行：

(1)、计算轿车整车拆解难度指数D；

依据GB/T19515:2004对轿车样车的整车进行拆解，记录样车的拆解信息、计算整车拆解难度指数D；所述样车的拆解信息包括：(a)整车重量M_V；(b)拆解得到的零部件数量n，其中可再用零部件数量n_r；(c)每个拆解出的零部件重量M_i；(d)拆解得到第i个零部件的时间t_i；(e)拆解每个零部件时需拆解的联接方式的个数m_i；(f)拆解每个零部件时遇到的第j个联接方式的拆解难度η_j和联接系数λ_j；所述可再用零部件包含从整车上被拆解下来的再使用零部件与再利用零部件；所述再使用零部件是指轿车报废后仍能够针对其设计目的进行使用的零部件；所述再利用零部件是指轿车报废后的零部件经过再加工处理，能够针对其设计目的进行使用或者用于其他用途的零部件；所述拆解难度η_j以数值1、2、3和4表征，数值越大、拆解难度越大；则：整车拆解时间T：单个零部件的拆解难度指数S_i：整车零部件的拆解难度系数D_a：可再用零部件的比例K：K＝n_r/n；整车拆解难度指数D＝D_a×K；

(2)、计算轿车整车的综合回收指数R；

通过供应链或现有材料数据平台，采集整车的零部件回收信息，包括：(a)零部件重量M_i’；(b)零部件所含材料及组成比例；(c)材料的可回收性，由两种以上材料组成的零件其可回收性以其中含量较多的那种材料的可回收性代替；依据整车的拆解过程，将每个零部件的重量M_i’分别计入M_P、M_D、M_M、M_Tr、M_Te五个变量中，其中M_P为在回收预处理阶段考虑的材料质量，M_D为在拆解阶段考虑的材料质量，M_M为在金属分离阶段考虑的材料质量，M_Tr为在非金属残余物的处理阶段按可再利用材料考虑的材料质量，M_Te为在非金属残余物的处理阶段按能量回收考虑的材料质量；所述金属分离阶段、非金属残余物的处理阶段是针对拆解后的剩余部分进行的破碎、分选、材料回收与处理；由式(1)和式(2)分别计算样车整车的可再利用率R_cyc与可回收利用率R_cov：

$R_{\mathrm{cyc}}=\frac{(M_P+M_D+M_M+M_{\mathrm{Tr}})}{M_V}\×100\%---\left(1\right)$

$R_{\mathrm{cov}}=\frac{(M_P+M_D+M_M+M_{\mathrm{Tr}}+M_{\mathrm{Te}})}{M_V}\×100\%---\left(2\right)$

则：整车综合回收指数R：R＝(R_cyc+R_cov)/2；

(3)、计算材料繁杂性指数U；

根据整车的零部件回收信息，统计整车在非金属残余物的处理阶段考虑的材料种类，计算材料繁杂性指数U：U＝1–N_M/100，式中，N_M为非金属残余物的处理阶段所涉及的材料种类；

(4)、计算整车回收经济性指数E；

$E=w(2R_{\mathrm{cov}}-1)-\left(\frac{T\×S_C+d}{P}\right)---\left(3\right)$

式(3)中，w为汽车折损系数；R_cov为整车可回收利用率；T为整车拆解时间；S_C为单位拆解时间的成本；d为整车的末端处理费用；P为整车单位数量的制造成本；所述末端处理是指包括金属分离、非金属残余物的处理阶段；所述汽车折损系数w为：

其中：ε为年折损率变化因子，取ε＝0.65，l为按相关法规规定的样车使用年限，dis为汽车年折损率；

(5)、计算整车回收性能V_R：

V_R＝αD+βR+γU+δE      (4)

式(4)中，α为整车拆解难度指数D的权重；β为整车综合回收指数R的权重；γ为整车材料繁杂性指数U的权重；δ为整车回收经济性指数E的权重；利用层次分析法确定α、β、γ和δ的数值，依式(4)计算得到的样车回收性能指数V_R值域为[0,1]，V_R值越趋近1表明整车回收性能愈佳。