发展再制造工程 促进构建循环经济

　　发展再制造工程 促进构建循环经济
　　徐滨士
　　装甲兵工程学院
　　装备再制造技术国防科技重点实验室

　　1 制造业对社会的两重性
　　制造是财富的源泉。制造业是国民经济的物质基础和产业主体，是国家竞争力的重要体现，也是国家安全的重要保障。制造业已成为我国国民经济的重要组成部分，其工业增加值占国民生产总值（GDP）的35.30%。中国已跨入世界制造大国行列，工业增加值居世界第四位，约为美国的1/4，日本的1/2，与德国接近。
　　在制造业带动下，20世纪全球经济得到高速发展。与此同时，因对资源和能源的高度依赖，制造业造成了全球资源和能源的快速消耗与极端缺乏；而且制造业的高排放和高废弃产物也造成了全球环境恶化。据统计，制造业是所有产业中最大的资源使用者，也是最大的环境污染源之一。全球70%以上的污染物来自制造业。制造业每年约产生55亿吨无害废物和7亿吨有害废物。2000年，美国、欧洲和日本各约有1100万、900万和600万辆汽车报废。2005年，中国汽车保有量将达到3500万辆，2010年将达4700万辆，且每年报废的汽车将超过200万辆。1998年美国淘汰了2000万台电脑，但只有11％的零部件被再利用。据预测，2005年起，每一台新电脑投放市场就有一台旧电脑沦为垃圾；今后10年内将有15亿台电脑被淘汰。
　　2 循环经济在我国的发展
　　发展是硬道理，但决不能因一代人的发展而耗竭子孙后代的资源。因此，循环经济成为社会健康发展的必然选择。从2003年起，国家采取了一系列措施推动循环经济的发展。
　　2003年9月，党的十六届三中全会指出：“今后我国社会经济发展模式必须进一步规范，应以科学发展观为指导，以优化资源利用为核心，以提高资源生产率和降低废弃物排放为目标，以技术创新和制度创新为动力，逐步建立与我国基本国情相适应的发展循环经济的宏观调控体系和运行机制，加快建设资源节约型和生态保护型社会。”
　　2004年9月中旬，党的十六届四中全会通过的《中共中央关于加强党的执政能力建设的决定》中进一步明确提出：“重视节约资源、保护环境和安全生产，大力发展循环经济，建设节约型社会。”
　　2004年9月下旬，在“全国循环经济工作会议”上，国家发改委主任马凯作了“贯彻和落实科学发展观，大力推进循环经济发展”的主题报告，代表国家对我国发展循环经济的重要性、紧迫性，以及总体思路和主要措施进行了详细阐述，并明确指出今后的国家投资将重点向具有循环经济特色的产业或企业倾斜。
　　2004年11月，全国政协副主席、中国工程院徐匡迪院长在上海“世界工程师大会”上，创造性地提出了关于建设我国循环经济的“4R”发展战略（Reduce减量化，Reuse再利用，Recycle再循环，Remanufacture再制造）。
　　徐匡迪院长指出：“在新世纪里，工程科学要从单纯追求规模、效益转向建设‘4R’的循环经济的方向。大力推进‘4R’是实现可持续发展的重要内容和必然选择。追求‘4R’的最终目标是实现循环经济，用尽可能少的资源满足经济社会发展的需求，通过节约、回收和利用废旧资源，使尚未被充分利用的价值得到开发和使用，产生新的经济和社会效益。”
　　2004年12月，在“中央经济工作会议”上，胡锦涛总书记强调：“在当前和今后相当长的一个时期里，全国经济建设必须坚决扭转高消耗、高污染、低产出的状况，全面转变经济增长方式。要坚持开发与节约并举，把节约放在首位，大力发展循环经济，逐步构建节约型的产业结构和消费结构，走出一条具有中国特色的节约型发展道路。”
2005年3月7日，全国政协十届三次会议专门举行了关于节约型社会的记者招待会，四位政协常委与国内外记者就我国发展节约型社会的紧迫性、必然性和优越性展开了热烈讨论。
　　2005年3月22日，在最新出版的《2004科技中国》一书中，工程院徐匡迪院长再次指出：“减量化、再利用、再循环、再制造，工程科技的4R发展要为循环经济做贡献。”
　　3 循环经济的内涵
　　从资源流程和经济增长对资源、环境影响的角度考察，经济增长方式存在着两种模式：一种是传统增长模式，即“资源—产品—废弃物­­­”的单向直线过程，这意味着创造的财富越多，消耗的资源就越多，产生的废弃物也就越多，对资源、环境的负面影响就越大；另一种是循环经济模式，即“资源—产品—废弃物—再生资源”的反馈式循环过程，可以更有效地利用资源和保护环境，以尽可能小的资源消耗和环境成本，获得尽可能大的经济效益和社会效益，从而使经济系统与自然生态系统的物质循环过程相互和谐，促进资源能源的永续利用。
　　概括地说，循环经济是一种以资源的高效利用和循环利用为核心、以 “4R”（减量化、再利用、再循环、再制造）为原则，以低消耗、低排放、高效率为基本特征的社会生产和再生产活动。循环经济的实质是以尽可能少的资源消耗、尽可能小的环境代价实现最大的发展效益。循环经济是对传统经济“大量开采、大量消费、大量废弃”发展模式的重大变革。
　　循环经济可以看成是“废物经济”、“效率经济”和“生态经济”的集合体。废物经济主要指对废旧资源的循环利用，涉及到“4R”中的再利用和再循环；效率经济是指对资源能源的节约使用和高效利用，以及对废旧产品附加新一轮劳动创造后使其具有更高的价值，涉及到“4R”中的减量化和再制造；而生态经济是指把经济社会发展看成是“经济-社会-生态”三者统一的整体，用以提高资源和能源的使用合理性，降低废物的排放量和污染程度，减少原生制造，它涵盖了“4R”的全部，但以再制造为主要代表。
　　4 再制造工程
　　4.1 再制造工程的内涵
　　作为循环经济“4R”原则中最活跃、最先进的要素之一，再制造得到了快速发展。再制造是指以产品全寿命周期理论为指导，以废旧产品实现跨越式发展为目标，以优质、高效、节能、节材、环保为准则，以先进技术和产业化生产为手段，来修复、改造废旧产品的一系列技术措施或工程活动的总称。简言之，再制造工程是废旧产品高科技维修的产业化。再制造的对象―“产品”是广义的。它既可以是装备、设备、系统、设施，也可以是其零部件；既包括硬件，也包括软件。
　　再制造的重要特征是再制造产品的质量和性能达到甚至超过新品，成本只为新品的50%，节能60%，节材70%，对环境的不良影响显著降低。
　　产品从论证、设计、制造、使用、维修，直至报废的全过程所花费的费用称为全寿命周期费用。传统观念往往注重对占全寿命周期费用20-30％的产品前半生(论证、设计、制造阶段)的研究，而却忽视了对占全寿命周期费用70-80％的产品后半生(使用、维修、报废阶段)的研究。再制造就是以产品后半生为研究对象，提升、改造废旧产品的性能，使废旧产品重获生命力。图1为再制造在产品全寿命周期中的位置，图2为再制造体系框架。

　　4.2 再制造工程的发展
　　发达国家的工业化发展较快，废旧产品的处理问题也暴露得较早，因而对废旧产品进行再制造的实践历程也较长。
　　至90年代，美国已建立起了汽车再制造的“3R”体系(再利用Reuse，再循环Recycle，再制造Remanufacture)。
　　1996年，美国出版了对再制造产业的研究报告《再制造业：潜在的巨人》。报告显示，1996年，美国专业再制造公司达73000个，年销售额超过530亿美元，直接雇员48万人。预计到2005年，再制造雇佣员工100万，年销售额1000亿美元；到2010年，保证100%再制造产品性能达到或超过原产品；到2020年，美国再制造业基本实现零浪费，并确保再制造产品的高质量和优质服务。
　　图3(a)、(b)分别为美国1996年再制造业与钢铁业销售额与雇员数的比较，可见再制造业的销售额与钢铁业相当，但雇员数却高于钢铁业一倍，充分展示了再制造业拉动国民经济，提高就业率的巨大作用。

　　美军是最大的再制造受益者，美军车辆和武器通常使用再制造部件，节约了制造费用，延长了装备寿命，提高了装备的作战能力。美军B-52轰炸机于1961-1962年生产，1980年、1996年两次再制造改造后，性能得到极大提高，预计服役年限可到2030年。
　　我国对再制造工程的探索从上世纪90年代开始，但将再制造工程作为一门学科与产业体系加以全面研究并推广，则是从1999年开始的。
　　1999年6月，在西安召开的“先进制造技术”国际会议上，我们发表了《表面工程与再制造技术》的学术论文，在国内学术会议上首次提出了“再制造”的概念。
　　1999年12月，在国家自然科学基金委机械学科“十五”前沿及优先资助领域研讨会上，我们提出的“再制造工程技术及理论研究”被列为国家自然科学基金机械学科发展前沿与优先发展领域，并于2002年获得了国家自然科学基金的重点资助。
　　2004年11月和2005年1月，国家自然科学基金委机械学科在两次召开国家机械学科“十一五”前沿及优先资助领域研讨会， “资源循环型制造与再制造”又受到了基金委和专家的充分肯定，再制造研究有望在“十一五”期间继续得到重点资助。
　　2000年3月，在瑞典哥德堡召开的第15届欧洲维修国际会议上，我们发表了题为《面向21世纪的再制造工程》的会议论文，这是我国学者在国际上首次发表“再制造”论文。
　　2000年12月，12位院士及12名专家完成了《绿色再制造工程及其在我国应用的前景》咨询报告，中国工程院将此报告呈报国务院。国务院办公厅批转国务院10部委研究参阅。
　　2001年5月，总装备部批准建设我国首家再制造领域的国家级重点实验室--装备再制造技术国防科技重点实验室，挂靠装甲兵工程学院。2003年6月，实验室通过了总装备部和国防科工委的联合验收，现已投入正常运转。
　　2002年6月，在第184次香山科学会议上，题为“绿色再制造材料成形加工关键技术及其基础”的特邀大会报告引起了与会科学家的广泛重视，认为再制造工程的研究与发展“利在当代，功在千秋”。2003年9月，在第210次香山激光科学会议上，“激光制造技术在再制造工程中的应用及其发展前景”一文引起激光界的高度关注，会议认为，再制造将成为激光业今后重点开拓的三大方向之一。
　　2003年7月，总装备部决定对全军车辆维修制度进行改革，今后将在发动机再制造的基础上开展车辆维修。2005年3月总装备部又启动了坦克发动机的再制造试验研究工作。
　　2003年8月，在温家宝总理亲自主持下，科技部和中国工程院在制定我国2020年中长期科学技术发展规划第三主题《制造业发展科技问题研究》时，将 “机械装备的自修复与再制造”列为十九项关键技术之一，由装备再制造技术国防科技重点实验室负责论证。2004年7月，温家宝总理听取了主题汇报并基本表示肯定。2004年9月，再制造与自修复已作为制造领域的优先发展主题和关键技术进入正在拟定中的《国家中长期科技发展规划纲要》。
　　2004年12月，经总装备部批准，装甲兵工程学院成立了“装备再制造工程系”，这是我国第一个再制造工程专业系。
　　2005年3月1日，根据全国人大常委会副委员长路甬祥的指示，中国机械工程学会、中国汽车工程学会等四大学会150余位领导、专家到装甲兵工程学院参观再制造的发展情况。国家发改委领导也专程出席。我做了《发展再制造工程，建设节约型社会》的专题报告。
　　4.3 再制造工程能够创造巨大价值的原因
　　（1）机器各部件的使用寿命不相等
　　再制造具有潜在价值的根本原因是机器中各部件的使用寿命不相等，而且每个零件的各工作表面的使用寿命也不相等。
　　在一部机器中通常固定件的使用寿命长，如箱体、支架、轴承座等，而运转件的使用寿命短。在运转件中，承担扭矩传递的主体部分使用寿命长，而摩擦表面使用寿命短。不与腐蚀介质接触的表面使用寿命长，而与腐蚀介质直接接触的表面使用寿命短。这种各零部件的不等寿命性和零件各工作表面的不等寿命性，往往造成由于机器中部分零件以及零件上局部表面失效而使整个机器不能使用。再制造的着眼点是把没有损坏的零部件继续使用，把有局部损伤的零件通过再制造加工继续使用，这样就挖掘出了废旧机电产品中蕴含的附加值，起到节省资金、节能、节材、保护环境的效果。

表1 发动机三种资源化形式所占比例

　　表1和图4是对废旧斯太尔发动机各零部件损坏情况的检测分析结果。表1中把废旧发动机的零件分为三类，即可直接再利用的、经过再制造加工后可以再使用的以及当前只能通过再循环作为原材料使用的。
　　由表1可以看出，一台废旧斯太尔发动机以零件数量分析，85.7%的零件都具有继续使用的条件，而它们的价值占了90.1%。
　　（2）可再制造产品中蕴含有高附加值
　　一部机器、一个零件制造时的成本，由原材料成本、制造时的劳动力成本、能源消耗成本和设备工具损耗成本构成。其中，后三项成本称为相对于原材料成本的成品附加值（见图5所示）。以汽车发动机为例，原材料的价值只占15%，而成品附加值却高达85%（见图6）。
　　发动机原始制造和再制造过程中的能源消耗、劳动力消耗和材料消耗的对比见图7。图中说明再制造过程中由于充分利用了废旧产品中的附加值，因而能源消耗只是新品制造中的50%，劳动力消耗只是新品制造中的67%，原材料消耗只是新品制造中的11.1%～20%。
　　（3）再制造技术优于原始制造
　　一部机电产品制造出来以后，经过若干年后才达到报废，而这期间科学技术迅速发展，新材料、新技术、新工艺不断涌现，对废旧机电产品进行再制造时可以吸纳最新的研究成果，既可以提高易损零件、易损表面的使用寿命，又可以对老产品进行技术改造，使它的整体性能跟上时代的要求。

　　再制造技术优于原始制造技术体现在两个方面，一是先进表面工程技术的应用，二是先进信息化技术的应用。机电产品的故障往往是个别零件失效造成的，而零件失效往往是由于局部表面造成的，腐蚀从零件表面开始，摩擦磨损在零件表面发生，疲劳裂纹由零件表面向里延伸。如果应用表面工程技术将机械产品中那些易损零件的易损表面的失效期延长，则产品的整体性能就可以得到提高。现在表面工程技术发展非常迅速，已在传统的单一表面工程技术基础发展了复合表面工程技术，进而又发展到以微纳米技术与传统表面工程技术相结合的纳米表面工程技术阶段，纳米表面工程中的纳米电刷镀、纳米等离子喷涂、纳米减摩自修复添加剂等已进入到实用化阶段，纳米表面工程技术在再制造产品中的应用使零件表面的耐磨、耐蚀、抗疲劳等性能大幅度提高，成为再制造中的关键技术之一。
　　机电产品被淘汰除了因磨损、腐蚀造成的失效外，还有个重要原因就是其信息化程度太低，远远落后于时代的快速发展。此时产品虽然仍具有完整的机械、力学等性能，但由于无法进行精密控制、智能加工等高新要求，不得不被淘汰。在这种情况下，通过再制造性能升级改造，将落后的信息化系统改造升级为所在时代最先进的系统，就会使面临淘汰的机电产品重获生命力。
　　再制造的特性决定了再制造生产中能敏锐地不断吸纳最先进的表面工程技术和信息化技术等，使得再制造产品的性能不断提升、成本不断下降，以赢得用户的信赖，增强市场竞争力。而对于机电产品的原始制造而言，即使仍然在进行生产，也很少吸纳新材料、新技术、新工艺等方面的成果，因为调整工艺流程，更换工装设备是一件很不容易的事情。制造商只是把新的科技成果引入到下一代的产品中，不轻易改动老产品的制造技术和工艺。
　　上述技术差别，成为再制造产品的性能可以达到甚至超过新品的主要原因。
　　5. 国内再制造产业的发展现状及建议措施
　　1. 创造有利于再制造发展的政策环境
　　(1) 产业政策
　　政府应取消对再制造的歧视性政策，鼓励再制造产业的发展，并明确再制造的主管部门。同时也应提高再制造产业的准入门槛，禁止并淘汰落后的、高消耗的装备与工艺，充分体现走新型工业化道路的特色。
　　(2) 标准战略
　　我国加入世贸组织仅两年时间，但围绕标准、专利、知识产权的贸易纠纷却不断出现。应该认识到，再制造作为世界新兴产业，其标准、技术法规、环保生态要求、知识产权等尚未成形，我国再制造部门应充分重视标准体系的研究，掌握标准战略的主动权。
　　2. 规范、建立旧零部件回收和再制造产品销售体系，建立以服务于汽车生产厂商，以品牌汽车维修站为服务网络的再制造产品应用体系，加强产品跟踪与售后服务。
　　3. 加强对再制造产品市场流通的监督管理，建立再制造产品生产、销售、使用的档案，防止假冒伪劣产品扰乱正常市场秩序。
　　4. 提升和完善发动机再制造的关键技术。
　　目前我国发动机再制造公司与国外同行业相比有自己的特色，特别是在表面再制造技术应用方面，但总体水平仍有一定差距，需要继续提升和完善发动机再制造技术水平，以达到国际一流水平。例如，需要深入开展废旧零部件寿命评估、质量检测、清洁生产、信息化物流管理及表面工程技术的拓展应用等工作，以提高再制造发动机的质量。
　　5. 加强人才队伍建设
　　人才队伍建设是再制造发展的战略目标，包括：(1)既要吸引人才，又要对人才进行战略整合，形成人才拳头群，发挥群体优势；(2)既要培养研究型人才，还要培养高素质的再制造企业家和行政管理人才；(3)大力造就一大批掌握当代最新科技知识，具有熟练操作技能的再制造高级技师人才队伍。
　　6. 发展和推动民营再制造业
　　改革开放20多年来，民营企业发展迅速，已与国有企业、外资企业成三足鼎立之势。随着再制造成为我国走可持续发展道路的新的战略方向，应鼓励不同属性资本，尤其是民间资本投向再制造；要吸引科技人员、留学回国人员创办科技型中小再制造企业。以机制、体制优势和创新活力旺盛见长的民营企业一旦进入再制造业，必将会整体推动再制造产业的蓬勃发展。
　　7. 处理好综合集成与自主创新的关系
　　综合集成是指通过对现有成熟的分散技术进行综合、交叉、复合、优化而取得的技术进步；自主创新则指通过自身探索而得到的具有自主知识产权的原创性技术进步。
　　限于我国当前国力及再制造业尚未做大做强的实际情况，近期的再制造关键技术研究宜以综合集成为主，力所能及地进行一些自主创新；待再制造业充分发展后，在继续做好综合集成的基础上大力推动自主创新。此外，须做好再制造关键技术的产业化转化工作，支持发展庞大的再制造企业群。
　　8. 建立多元化的再制造经费投入体制
　　(1) 积极争取政府的基金支持。再制造作为重要的工业部门，应该享有与制造业相同的争取政府基金支持的权力。再制造部门也应充分发挥主动性，积极争取国家各级资金或基金的支持；(2) 鼓励再制造企业自身加大投资力度。通过政策导向作用，鼓励企业建立技术中心，加大研究经费投入，使再制造企业成为开发的主体；(3) 建立联合开发机制。借鉴发达国家经验，建立联合开发机制，以培育和建立再制造业与其它行业之间、再制造业内不同企业之间、再制造企业和用户之间、再制造企业与大学之间的长期合作关系，进一步拓宽再制造的投融资渠道。
　　9. 重视再制造文化建设
　　文化也是核心竞争力。企业文化是企业科技发展的精神动力与氛围保障。上世纪八十年代，日本和德国制造业迅猛崛起的重要原因之一，就是他们非常重视企业文化，通过企业文化推动经济高速发展。再制造作为我国一项新兴产业，发展历史很短，如何营造具有中国特色的现代再制造文化，造就一支热爱再制造并为之献身的庞大技术队伍，是一个值得我国政府和再制造企业家认真考虑的大课题。
　　结论
　　制造是财富的源泉，制造业是国民经济的物质基础和产业主体。但是，粗放的制造业也造成了资源的过度消耗。为了保持国家的健康、可持续发展，我国从2003年开始大力倡导发展循环经济。
　　循环经济的核心是资源、能源的高效利用和循环利用，其原则是减量化、再利用、再循环、再制造（4R）。再制造是循环经济中最活跃、最先进的因素。
　　再制造是废旧产品高科技维修的产业化。再制造的重要特征是再制造产品质量和性能达到或超过新品，成本却只是新品的50%，节能60%，节材70%，对环境的不良影响显著降低。
　　以微纳米技术、信息技术等为代表的高新技术，对再制造的发展具有显著的促进作用，如微纳米技术促进产生了用于再制造加工的纳米表面工程技术，信息化技术促进产生了用于再制造精确控制的智能数控技术。
　　再制造产业在国民经济建设中应发挥越来越重要的作用。再制造产业的健康发展需要国家政策的扶持、民众的认可及再制造从业人员的努力。