第1章再制造与循环经济
1.1 循环经济、固体废物资源化、再制造的内涵与“双碳”目标
1.1.1 循环经济的内涵
循环经济的定义：以资源的高效利用和循环利用为核心，以“减量化、再利用、资源化”为原则，以低消耗、低排放、高效率为基本特征，符合可持续发展理念的一种经济增长模式。是对“大量生产、大量消费、大量废弃”的传统增长模式的根本变革。
以物质运动形式为着眼点进行分析，循环经济可简洁地表述为：是物质循环利用、高效利用的经济发展模式。从资源流程和经济增长对资源、环境影响的角度考虑，经济增长方式存在两种模式：一种是传统增长模式，即“资源－产品－废弃物”的单向式直线过程，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也就越大；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低的环境成本，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，促进资源永续利用。所以，循环经济是一种以资源的高效利用和循环利用为核心，以“减量化、再利用、再制造、再循环”为原则，以“低消耗、低排放、高效率”为基本特征，符合可持续发展理念的经济增长模式，是对“大量生产、大量消费、大量废弃”的传统经济模式的根本变革，产品再制造模式就可以实现产品从使用、到回收、到再制造的循环模式，见图1-1。
1.1.2 固体废物资源化的内涵
固体废物经过一定的处理或加工，可使其中所含的有用物质提取出来，继续在工、农业生产过程中发挥作用，也可使有些固体废物改变形式成为新的能源或资源。这种从固体废物中回收或制取有价值的物质和能源的做法被称为固体废物的资源化[1]（图1-2），或被称为固体废物的综合利用。固体废物以资源的形式循环利用是我们追求的目标。
1.1.3 维修的内涵
维修是指在产品的使用阶段，为了保持或恢复到良好技术状态及正常运行而采用的技术措施，常具有随机性、原位性、应急性。维修的对象是有故障的产品，多以换件为主，辅以单个或小批量的零（部）件修复，一般难以形成批量生产。维修后的产品多数在质量、性能上难以达到原机新品水平[3]。
1.1.4 再制造的内涵与“双碳”目标
再制造是以旧的机器设备为毛坯（core），采用专门的工艺和技术，对毛坯进行专业化修复或升级改造，使其质量特性不低于原型新品水平的过程（GB/T 28619—2012）。我国再制造奠基人徐滨士院士在《再制造与循环经济》一书中给出如下定义[4]：再制造是以机电产品全寿命周期设计和管理为指导，以废旧机电产品实现性能跨越式提升为目标，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，对废旧机电产品进行修复和改造的一系列技术措施或工程活动的总称。简单概括，再制造是废旧机电产品高技术修复和改造的产业化。再制造的重要特征是再制造产品的质量和性能要达到或超过新品，而成本仅是新品的50%左右，节能60%、节材70%、减少CO2排放80%，对资源环境贡献显著。
再制造产品不是二手产品，属于新品。由于在再制造过程中持续采用*新的技术、材料、工艺，其质量特性则完全可以超过原型新品。
再制造的对象—“产品”是广义的。可以是整体机器或零部件，也可以是设备、系统、设施；既可以是硬件，也可以是软件。从产品核心技术的指标和功能原理两个方面看再制造，可以分为三种形式。
（1）恢复性再制造：通过再制造，完全恢复原有技术系统的指标和功能；再制造后，新产品的质量特性不低于原型新品。目前绝大多数废旧机电产品的再制造，比如多种汽车零部件的再制造（图1-3），其模式为恢复性再制造。再制造产品的质保与新品一样，甚至有些产品的质保还高于新品。
（2）升级性再制造：再制造过程中，对核心技术系统进行升级；再制造后，主要技术系统的指标和功能得到升级或强化，新产品的某些质量特性可以高于原型新品。比如服务器再制造（图1-4），对于核心组件，包括主板、CPU、内存/缓存模块、存储硬盘等采用修复、更换、并联等方式实施再制造和性能升级，*终整个服务器的质量特性可以超过原型新品。服务器的再制造模式中，一部分为恢复性再制造，另外一部分（多数情况下）为升级性再制造。未来，持续开展升级性再制造可能成为再制造的主要模式。
（3）创新性再制造：再制造过程中，充分利用现有技术系统核心毛坯，通过创新设计，对于现有技术系统功能进行恢复、提升和创新，*终获得新的技术系统和新的技术指标，其中可以包括新的功能。比如大型民用客机改造为货运飞机（图1-5），属于大型复杂机电产品的再制造，完成客机改造货机的工程设计方案后，实施多个子系统的改造，多个专业、多个工种密切配合，*终完成废旧客机技术系统向货运飞机技术系统的全系统改造，飞机的核心功能由客运改造为货运，具备了大批量货物航空运输的功能，该模式为创新性再制造。
升级性再制造是再制造的高级形式，难度比较大，其基本方法是在再制造设计中融入相关学科的理论成果，提升产品的性能指标和功能，是普通的从事恢复性再制造的再制造商难以提供的高级别技术服务。例如，在家具的升级性再制造中，更多地采用定制化设计和增强符合人体工程学的增强功能来实施升级，使旧家具恢复基本功能、价值的同时还能增强功能、增加新的价值。
创新性再制造难度更大，其基本方法是在再制造设计中融入更多的跨学科理论与成果，实现新的功能、新的技术指标与新价值，是再制造的未来模式。
恢复性再制造、升级性再制造、创新性再制造这几种形式的有效融合将可能实现*大限度地保持耐用产品价值、降低原材料消耗，*大限度地减少能源消耗、温室气体（GHG）排放和工业废物产生，同时*大限度地提高从产品中全方位提取资源价值和功能价值，有力支撑高附加值产品的重复使用、多次使用。
创新性再制造的案例目前不多，如果我们善于去探寻，就会发现其实有大量案例，其本质上是创新性再制造，只是案例的展示形式不明显。
以美国太空探索技术公司（SpaceX）项目为例，火箭是一个典型的高精尖行业，专家荟萃。火箭在升空过程中，依次完成一级火箭、二级火箭的分离脱落，这是一个再正常不过的火箭推进过程。所以，从来没有工程师想过要去回收脱落的火箭，直到马斯克提出回收一级火箭、“制造出比别人更便宜的火箭，还可回收使用多次”的想法。从理论上讲，火箭的发射成本中，燃料的费用非常低。以“猎鹰9号”为例，单次发射费用为5400万美元，但燃料费只有20万美元，所以如果能回收一级火箭，单看表面数据，自然可以大大降低成本，因为火箭绝大部分成本都在一级（“猎鹰9号”一级带有9个发动机，二级只有1个）。并非火箭专家的马斯克，仅用数月时间就掌握了火箭推进的原理。2015年12月22日，一个震撼世人的消息传遍了世界各地：太空探索技术公司的“猎鹰9号”火箭，在运送轨道通信公司（ORBCOMM）11颗通信卫星进入轨道后，地面成功回收了返回的一级火箭，创造了人类太空史上当之无愧的第一。2021年5月10日，太空探索技术公司再一次成功发射第27批次星链Starlink-27任务，此次发射任务采用了第10次飞行的“猎鹰9号”B1051一级火箭（火箭经历了9次再制造），在发射飞行约9分钟后B1051一级火箭成功完成海上着陆回收，此次一级火箭的成功回收又一次刷新了太空探索技术公司记录，这是目前第一枚成功完成10发射与回收的一级火箭。回收脱落的火箭（图1-6）本质上是火箭技术系统的创新性再制造，其对象是包含核心火箭产品的火箭发射技术系统，也是产品，是一个大型复杂技术系统的再制造。
未来发展循环经济，升级性再制造、特别是创新性再制造的案例都是非常具有启发性的，目前虽然数量不多，但是它们代表着未来发展的一个重要方向，现有的存量如何持续处理？如果开展再制造设计和创新设计的融合，创新性再制造将为世界现有产品存量的持续利用、重复利用、循环利用提供令人兴奋的想象力、技术推动力和无限可能。
事实上，再制造毛坯内涵非常丰富，不仅可以是废旧零件、废旧产品，包括现有的所有存量、任何存量，一切物理产品、技术系统、工程（公路、铁路、桥梁、机场、楼宇、水库等）、各种物品、各种硬件、物理空间（如小镇、村庄、城市、河流、山脉等），不仅包含硬件，也包含程序、流程、模式等软件，任何形式的存量都可能成为再制造的毛坯。
例如：对于一座城市来说，具体的每一个老旧小区改造项目（图1-7）、每一个改造工程项目（图1-8），其实就是城市局部的再制造工程，而利用现有的城市硬件功能平台，充分挖掘潜在价值、升级其功能，尤其是通过创新赋予新的价值，就是城市级别的再制造与循环发展。对于一个人来说，不断提高其认识世界、改造世界的能力，不断树立新的奋斗目标，升级观念、认知能力、行为模式，就是人类自身认知思维系统的再制造。
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