淺析汽車回收利用的正向設(shè)計(jì)

韋小華，徐清魁，賈美霞

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

淺析汽車回收利用的正向設(shè)計(jì)

韋小華，徐清魁，賈美霞

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

汽車工業(yè)飛速發(fā)展的同時(shí)也給我們帶來了巨大的環(huán)境壓力，國家先后出臺了一系列的法規(guī)與政策，鼓勵(lì)汽車使用易于回收再利用的環(huán)保新材料，并提出了具體的管理要求來約束汽車產(chǎn)業(yè)。文章著重研究了我國目前的實(shí)際情況，并從材料的選擇、回收設(shè)計(jì)要求、回收計(jì)算等方面進(jìn)行詳細(xì)分析，以便企業(yè)建立一套完整的正向設(shè)計(jì)流程，確保汽車產(chǎn)品減少環(huán)境污染的同時(shí)滿足回收相關(guān)要求。

汽車；材料；回收

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2016.10.037

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)10-115-04

前言

目前我國已成為世界汽車第二大生產(chǎn)國、第二大消費(fèi)市場和第一大潛在市場，2014年底我國汽車保有量達(dá)1.54億輛，根據(jù)預(yù)測，至2020年我國汽車保有量將超過2億輛。按照成熟市場報(bào)廢汽車占汽車保有量6%～8%的水平計(jì)算，2015年我國報(bào)廢汽車量將達(dá)到900萬輛，2020年將達(dá)到1200萬輛，報(bào)廢量巨大，這些報(bào)廢車輛如果僅僅作為廢品處理，將產(chǎn)生600萬-900萬噸的廢品，這不僅浪費(fèi)了資源，而且還會污染和損害環(huán)境，報(bào)廢汽車的環(huán)境管理課題顯得越來越緊迫。

1、有關(guān)車輛回收利用的認(rèn)證要求

1.1 3 C認(rèn)證

2014版3C規(guī)則，即CNCA-C11-01：2014《強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證實(shí)施規(guī)則 汽車》于2015年1月1日正式實(shí)施，已將禁用物質(zhì)和回收利用計(jì)算納入管控。

a）M1和N1汽車的禁限物質(zhì)應(yīng)符合GB/T 30512《汽車禁用物質(zhì)要求》的要求，即汽車及其零部件產(chǎn)品中每一種均質(zhì)材料中的鉛、汞、六價(jià)鉻、多溴聯(lián)苯和多溴二苯醚的質(zhì)量百分比不超過0.1%，鎘的質(zhì)量百分比不超過0.01%。

b）汽車和掛車的可再利用率和可回收利用率應(yīng)按GB/T 19515《道路車輛可再利用性和可回收利用性計(jì)算方法》的規(guī)定進(jìn)行計(jì)算，并要求填報(bào)各個(gè)階段（預(yù)處理、分解等）的重量。

1.2 公告認(rèn)證

工信部發(fā)布的《汽車有害物質(zhì)和可回收利用率管理要求》（征求意見稿）明確M1類車自2016年1月1日起將可回收利用率、可再利用率及禁限用物質(zhì)納入公告管理，強(qiáng)制執(zhí)行，并要求新車公告下發(fā)后六個(gè)月內(nèi)發(fā)布《拆解手冊》，并向工信部報(bào)送《汽車有害物質(zhì)信息表》。

1.3 環(huán)境標(biāo)志認(rèn)證

已率先增加回收利用和禁限物質(zhì)的要求，即標(biāo)準(zhǔn)HJ 2532 -2013《環(huán)境標(biāo)志產(chǎn)品技術(shù)要求 輕型汽車》中要求除豁免清單以外的所有零部件不得使用鉛、汞、六價(jià)鉻、鎘；離合器片中不得含石棉纖維物質(zhì)；2015年1月1日起汽車可回收利用率≥95%，可再利用率≥85%。

2、汽車回收利用正向設(shè)計(jì)

新車型的研發(fā)是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，以至于它需要幾百號人花費(fèi)上3、4年左右的時(shí)間才能完成，不同的汽車企業(yè)其汽車的研發(fā)流程有所不同，江淮汽車根據(jù)公司實(shí)際情況梳理出特有的NAM流程產(chǎn)品開發(fā)體系，并持續(xù)改進(jìn)與優(yōu)化。

NAM流程將復(fù)雜的整車、整機(jī)產(chǎn)品及過程開發(fā)按照縱向異步、橫向同步逐級分解，形成若干個(gè)最小技術(shù)單元（即節(jié)點(diǎn)交付物），并基于“交付物簽發(fā)”和“節(jié)點(diǎn)門審核”建立研發(fā)過程的評價(jià)體系，以精準(zhǔn)的流程管理技術(shù)實(shí)現(xiàn)研發(fā)從概念設(shè)計(jì)到產(chǎn)品目標(biāo)的達(dá)成。

通過在NAM流程中建立汽車回收利用正向設(shè)計(jì)的子流程，滿足我國《汽車產(chǎn)品回收利用技術(shù)政策》、機(jī)動車強(qiáng)制性認(rèn)證（3C）及將出臺政策法規(guī)中對汽車回收利要求；同時(shí)滿足出口歐盟等地認(rèn)證需求，所包含的各階段如圖1所示。

2.1 目標(biāo)設(shè)定

應(yīng)充分識別與回收相關(guān)的現(xiàn)行有效法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)，并預(yù)判其兩至三年的發(fā)展趨勢，以便作為新產(chǎn)品的研發(fā)輸入。同時(shí)在整車目標(biāo)規(guī)定時(shí)需要明確新產(chǎn)品的可回收性目標(biāo)，主要包括回收率指標(biāo)、禁限用物質(zhì)含量、拆解性三個(gè)方面。

2.2 回收利用設(shè)計(jì)

2.2.1 材料的選擇

汽車產(chǎn)品在設(shè)計(jì)生產(chǎn)時(shí)就要充分考慮到產(chǎn)品報(bào)廢后的可拆和易拆解性，遵循如下原則：

a）避免采用對環(huán)境有污染、對人體健康有危害的材料；

b）對汽車材料認(rèn)可時(shí)確保材料可以實(shí)現(xiàn)無害化處理，且這種材料不需要采用特殊回收處理技術(shù)；

c）盡量減少材料使用的種類，尤其是塑料的種類要嚴(yán)格控制，一般主要塑料不超過9種；內(nèi)飾件主要塑料嚴(yán)格控制在3種內(nèi)，其中1～2種塑料的百分比之和在90%以上；

d）及時(shí)地推動新型環(huán)保材料、新工藝、新技術(shù)的應(yīng)用；

e）避免或減少易腐蝕、易老化等材料的應(yīng)用；

f）增加低合金材料使用量，推動鋁合金、銅合金、鎂合金等材料的使用，減少金屬板材件的使用量等；

g）減少非金屬材料的種類，使用常見的汽車材料；

h）總成件設(shè)計(jì)中，零件及其螺栓、卡扣等連接件使用的材料盡量屬于同種材料或同一族材料或相容性比較好的材料；

i）增加可再生材料、熱塑性材料的使用量，減少PVC和熱固性塑料的使用量；

j）非金屬材料選用時(shí)，密度在1.0g/cm3～1.3 g/cm3的材料選用時(shí)不要過于集中，即在該密度范圍內(nèi)選擇的材料要有一定密度梯度，梯度差要在0.1 g/cm3以上。

2.2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為提高產(chǎn)品的回收利用效率，在汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循如下要求：

a）減少零件種類。采用模塊化設(shè)計(jì)，零件功能合并，減少零件的個(gè)數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)件個(gè)數(shù)、種類，規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)件的尺寸和形狀；

b）緊固件使用。在不影響零件設(shè)計(jì)性能的前提下，設(shè)計(jì)中零件之間的緊固方式、連接方式都采用可拆解形式，盡可能地減少不可拆解的焊接、鉚接、膠粘接等；

c）裝配優(yōu)化設(shè)計(jì)?？紤]影響裝配效果的因素，如考慮裝配零件的個(gè)數(shù)和裝配步驟，優(yōu)化裝配的路線、方向和零件的裝配空間等；

d）總成設(shè)計(jì)。在不影響零部件整體性能的情況下，多采用對稱性結(jié)構(gòu)，充分考慮裝配斜面、引導(dǎo)槽、定位等易裝配和易拆解的設(shè)計(jì)模式；

e）拆解優(yōu)化設(shè)計(jì)。零件設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到零件拆解時(shí)的路線，方向以及拆解的先后順序，工具的可達(dá)性，避免設(shè)計(jì)成必須采用特殊工具才可以拆解的零件；

f）建議在零部件設(shè)計(jì)時(shí)，采用模塊優(yōu)化設(shè)計(jì)、集成設(shè)計(jì)，把非金屬件和含有害物質(zhì)等零部件設(shè)計(jì)成一次性可拆解的模塊；

g）全面考慮零件使用壽命的影響因素，設(shè)計(jì)出滿足部分拆解或全拆解的零件，以使零件后期的再使用或再制造，進(jìn)而提高汽車可回收率。

2.2.3 技術(shù)要求

a）非金屬零件標(biāo)識要求

非金屬材料零部件（塑料件大于100g，橡膠件大于200g）應(yīng)有明確的標(biāo)識，以企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)明確標(biāo)識內(nèi)容、字體、粘貼位置、粘貼方法等（示例見圖2），設(shè)計(jì)部門應(yīng)將標(biāo)識要求在圖紙、技術(shù)協(xié)議及相關(guān)文件中體現(xiàn)。

b）禁限物質(zhì)要求

應(yīng)根據(jù)全球汽車申報(bào)物質(zhì)清單GADSL（Global Automo -tive Declarable Substance List）、REACH、ROHS以及其他相關(guān)要求（如國家標(biāo)準(zhǔn)限用鉛（Pb）、汞（Hg）、鎘（Cd）及六價(jià)鉻（Cr6+）等），結(jié)合公司實(shí)際情況，整理出企業(yè)內(nèi)部的禁限物質(zhì)清單，并根據(jù)社會發(fā)展情況及時(shí)更新維護(hù)。之后設(shè)計(jì)部門應(yīng)對清單中的物質(zhì)要求在圖紙、技術(shù)協(xié)議及相關(guān)文件中體現(xiàn)，供應(yīng)商需要提供物質(zhì)合規(guī)承諾書，針對高風(fēng)險(xiǎn)零部件還需提供物質(zhì)檢測報(bào)告，同時(shí)整車廠對供應(yīng)商提供物質(zhì)超過清單中的限值要求需制定相應(yīng)處罰措施。

2.3 物質(zhì)采集與計(jì)算

2.3.1 內(nèi)部信息系統(tǒng)

為了更好應(yīng)對回收利用相關(guān)認(rèn)證，通過信息化手段基于全供應(yīng)鏈系統(tǒng)（包含二三級供應(yīng)商及材料供應(yīng)商）采集材料和物質(zhì)信息，進(jìn)行“兩率一單”的計(jì)算及報(bào)表的生成，因此要求汽車整車廠需要通過內(nèi)部信息系統(tǒng)與外部CAMDS（中國汽車材料數(shù)據(jù)系統(tǒng)）連通，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)采集、計(jì)算與申報(bào)。

在設(shè)計(jì)階段，供應(yīng)商通過CAMDS發(fā)送外購件物質(zhì)信息，下載至內(nèi)部信息系統(tǒng)由設(shè)計(jì)人員確認(rèn)；自制件由設(shè)計(jì)人員通過內(nèi)部信息系統(tǒng)填報(bào)物質(zhì)信息。

通過內(nèi)部信息系統(tǒng)完成回收率的計(jì)算和有毒有害物質(zhì)分析，若不符合要求及時(shí)整改，確保回收利用滿足公告和3C的要求。

2.3.2 物質(zhì)采集與計(jì)算流程

通過內(nèi)部信息系統(tǒng)完成車型的物質(zhì)采集與計(jì)算流程，主要包括BOM導(dǎo)入、任務(wù)分配、數(shù)據(jù)填報(bào)、審批流程、計(jì)算與分析五方面。

a）BOM導(dǎo)入

總布置人員負(fù)責(zé)在內(nèi)部信息系統(tǒng)中錄入車型的BOM結(jié)構(gòu)，BOM結(jié)構(gòu)一般要求分解到二三級；在能夠保證物質(zhì)成分確信的基礎(chǔ)上也可到總成級。

b）任務(wù)分配

BOM結(jié)構(gòu)根據(jù)職能職責(zé)分配至對應(yīng)專業(yè)模塊，由各專業(yè)模塊分配至具體設(shè)計(jì)人員，也可根據(jù)項(xiàng)目要求進(jìn)行分配。

c）數(shù)據(jù)填報(bào)

自制件由設(shè)計(jì)人員直接通過內(nèi)部信息系統(tǒng)采集，采集的材料、重量、禁限物質(zhì)含量等回收信息應(yīng)準(zhǔn)確、完整。

外購件由設(shè)計(jì)人員通過內(nèi)部信息系統(tǒng)向CAMDS發(fā)送數(shù)據(jù)采集通知，同時(shí)確定數(shù)據(jù)采集的期限，若設(shè)計(jì)人員熟悉外購件回收信息時(shí)可直接自行填報(bào)；外購件由供應(yīng)商根據(jù)數(shù)據(jù)采集通知完成數(shù)據(jù)的采集，材料、重量、禁限物質(zhì)含量等回收信息應(yīng)準(zhǔn)確、完整，提交至設(shè)計(jì)人員進(jìn)行確認(rèn)。

d）審批流程

自制件和外購件的數(shù)據(jù)采集表按照校對、審核、批準(zhǔn)等程序進(jìn)行，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

e）回收計(jì)算

物質(zhì)采集完成后，總布置人員通過內(nèi)部信息系統(tǒng)計(jì)算出車型的回收率，分析整車的禁限物質(zhì)。

2.4 驗(yàn)證與整改

根據(jù)回收率計(jì)算和禁限物質(zhì)分析的結(jié)果，與設(shè)定的目標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證，若不符合目標(biāo)要求，可選擇車型一級總成的回收率數(shù)值進(jìn)行分析，優(yōu)先選擇回收率低的10個(gè)一級總成進(jìn)行整改（主要為更換部分材料），將整改的零部件物質(zhì)進(jìn)行重新采集與計(jì)算，確保回收率和有毒有害物質(zhì)符合要求。

2.5 供應(yīng)商管理

供應(yīng)商管理部門在OTS認(rèn)證時(shí)，需要對供應(yīng)商數(shù)據(jù)采集表完成情況納入總績效考評，同時(shí)還需提交相應(yīng)的檢測報(bào)告及相關(guān)的回收文件。對于一級供應(yīng)商還需對其二、三級供應(yīng)商的回收數(shù)據(jù)及檢測報(bào)告進(jìn)行管理與提交。

3、實(shí)車驗(yàn)證

通過某款小型卡車上，按照上述流程進(jìn)行1384個(gè)零部件的物質(zhì)采集，第一輪計(jì)算未達(dá)到目標(biāo)要求，通過選擇發(fā)動機(jī)、變速箱等達(dá)標(biāo)率低的一級總成進(jìn)行整改，切換環(huán)保材料等手段，重新采集整改件的數(shù)據(jù)，第二輪計(jì)算滿足目標(biāo)要求，見表1。

表1 某小卡回收計(jì)算數(shù)據(jù)

4、結(jié)論

報(bào)廢汽車回收管理是一項(xiàng)政策性強(qiáng)、技術(shù)復(fù)雜、涉及面廣的工作，需要各有關(guān)部門的通力協(xié)作，才能把這項(xiàng)工作不斷推進(jìn)下去，現(xiàn)在國家已經(jīng)開始采取措施，加強(qiáng)對報(bào)廢汽車的回收管理。

作為我們汽車制造企業(yè)來說，其責(zé)任就是及時(shí)了解國家政策，執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)、法律、法規(guī)，并不斷加大對新技術(shù)的研發(fā)投入，針對可回收性、再利用性強(qiáng)的材料性能開展專業(yè)研究，爭取用新型材料代替原來的鉛、汞、鎘和六價(jià)鉻等高危害材料，也就是說在設(shè)計(jì)階段就對零部件材料進(jìn)行全供應(yīng)鏈采集和分析，源頭評估，即汽車整車廠需要基于全供應(yīng)鏈（包含二三級供應(yīng)商及材料供應(yīng)商）采集所有零部件的材料及物質(zhì)信息，通過內(nèi)部信息系統(tǒng)與外部CAMDS連通，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)采集、計(jì)算與申報(bào)，確保滿足相關(guān)政策法規(guī)要求，同時(shí)對于拆解性技術(shù)加以研究與運(yùn)用，提高零部件的拆解性，從這兩方面著手建立企業(yè)合適的回收正向設(shè)計(jì)體系，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和汽車工業(yè)的發(fā)展，可以預(yù)見，汽車對環(huán)境的污染必將會越來越小。

[1] 吳衛(wèi).汽車標(biāo)準(zhǔn)化[M].天津:中國汽車技術(shù)研究中心,200603.

[2] 強(qiáng)毅.機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量[M]. 北京:機(jī)械科學(xué)研究總院, 200705.

[3] 陸葉強(qiáng).汽車材料[M].北京:人民交通出版社,2001.

[4] 金銀.汽車使用維修大全[M].北京:中國商業(yè)出版社,1994.

三款改進(jìn)方案中，方案1的流量系數(shù)最大，滾流比最小，方案2的流量系數(shù)最小，滾流比最大，而方案3的流量系數(shù)及滾流比均適中，相比原機(jī)進(jìn)氣道，最大升程下方案3的流量系數(shù)降低了13.7%，滾流比提高了186%。

對于增壓發(fā)動機(jī)，進(jìn)氣道進(jìn)口壓力大于環(huán)境壓力，氣流通過壓氣機(jī)壓縮進(jìn)入缸內(nèi)，流量系數(shù)對最終進(jìn)氣量的影響并不明顯[3]，有資料顯示，流量系數(shù)降低15%，最終的進(jìn)氣量并無明顯變化[4]。同時(shí)非直噴機(jī)型由于不必考慮燃油霧化、濕壁及油束導(dǎo)向等因素，滾流比也不必做得過大，以防止吹熄火花塞點(diǎn)火，造成失火。故確定方案3為最終方案。

7、結(jié)論

穩(wěn)態(tài)CFD分析數(shù)據(jù)顯示，相比原機(jī)進(jìn)氣道，改進(jìn)方案的流量系數(shù)降低了13.7%，滾流比提高了186%，對于增壓機(jī)型，在流量系數(shù)降低可接受范圍內(nèi)，滾流比得到了很大的提高，說明氣道優(yōu)化的設(shè)計(jì)方向及結(jié)構(gòu)參數(shù)的調(diào)整是正確的。

出口垂直于燃燒室的結(jié)構(gòu)形式的進(jìn)氣道，其進(jìn)氣門上下流速均較大，可以實(shí)現(xiàn)較高的流量系數(shù)，但由于上下兩股氣流的相互抵消，無法獲得較高的滾流比。

進(jìn)氣道出口與燃燒室傾斜一定角度布置，有利于滾流的形成，且有研究表明在一定范圍內(nèi)傾角與滾流比成正比。

進(jìn)氣道下部的收口結(jié)構(gòu)對滾流比的影響較大，收口越大、滾流比越大，但流量系數(shù)越小。

穩(wěn)態(tài)CFD計(jì)算簡便、精度可信，其結(jié)果對氣道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義，但由于發(fā)動機(jī)的工作過程是多維多相的復(fù)雜瞬變過程，為得到點(diǎn)火時(shí)刻的缸蓋流動狀態(tài)，瞬態(tài)CFD分析是必要的。

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The Forward Design Of Automobile Recycling

Wei Xiaohua, Xu Qingkui, Jia Meixia
（Anhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd., Anhui Hefei 230601 )

The rapid development of the auto industry has also given us tremendous pressure on the environment, the state has promulgated a series of regulations and policies to encourage the cars use easy recycling and reuse of environmental protection new materials, and put forward the concrete management request to restrict the automobile industry. This paper focuses on the present situation in China, analyzed in detail from the choice of materials, recycling design, recycling calculation, so that the enterprises should establish a complete set of forward design process, ensure the automotive products to reduce environmental pollution at the same time to meet the relevant requirements of recycling policy.

Automobile; Material; Callback

U462.1

A

1671-7988(2016)10-115-04

韋小華，（1983.11-），男，工程師。本科，就職于安徽江淮汽車股份有限公司，一直從事國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)方面的研究、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系的完善、標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)與運(yùn)用。