发展先进绿色再制造技术和产品，突破面向工程化应用的再制造专用材料、废旧重型装备高值关键件绿色清洗、高效再制造工艺设备、微/无损检测评估方法、再制造质量评价等关键技术，强化废旧重型装备再制造基础理论和核心技术，推进废旧高值关键件梯次利用，支撑循环经济有序发展，是今后我国制造业及工科院校教育的重点研究课题。
《重型装备高值关键件再制造技术与应用》总结了作者团队近些年在重型装备高值关键件再制造理论、材料、技术、应用等方面取得的研究成果。第1章介绍再制造的内涵与发展趋势。第2章介绍掘进、冶金、海洋领域重型装备及其典型高值关键件的情况。第3章介绍再制造专用粉体材料的内涵、制备方法和发展趋势。第4章介绍废旧重型装备高值关键件绿色激光清洗的基本原理、平台搭建、试验验证与评价情况。第5章介绍高效再制造成形方法的核心构件设计和工艺验证。第6章介绍再制造用微/无损检测技术、损伤识别、评价方法。第7章介绍再制造的质量评价体系、“创新型”商业推广模式和应用案例。

第1章 绪论
在过去的一个世纪里，人类社会的物质财富积累达到了前所未有的高度。这一成就的取得，很大程度上得益于科技的飞速进步和工业化的广泛推广。然而，这种高速的经济发展模式也带来了一系列严峻的环境和资源问题。制造业作为现代经济的核心支柱，不仅消耗了大量的自然资源，而且产生了大量的废弃物，其中包括55亿吨的无害废弃物和7亿吨的有害废弃物。这些废弃物的排放量占据了全球污染总量的70% 以上。这种对资源的过度开采和对环境的破坏，已经使得人类的发展模式与地球的自然承载能力之间出现了不可忽视的矛盾，并对全球的可持续发展构成了严重的威胁。
循环经济是一种全新的经济增长模式。它强调在经济活动中*大限度地减少资源的输入和废弃物的输出，并通过遵循“减量化（reduce）、再制造（remanufacture）、再利用（reuse）、再循环（recycle）”的原则，以实现资源的闭环流动和高效利用。这种模式不仅关注经济效益，更强调生态效益和社会效益的统一，旨在通过技术创新和管理创新，推动经济系统与自然生态系统的和谐共生［1，2］。
再制造作为循环经济的一个重要组成部分，涉及对旧产品的回收、检测、修复和再利用。再制造的过程包括对旧产品的拆解，对可修复部件的清洗、修复和更换，以及对修复后的部件进行性能测试，确保其达到甚至超过原有产品的性能标准。通过这一过程，不仅能够有效地延长产品的使用寿命，节约大量的原材料和能源，还能够减少二氧化碳等温室气体的排放，从而实现“双碳”目标的双重效益。推动再制造工程的发展，对于构建资源节约型和环境友好型社会具有重要意义。循环经济和再制造不仅有助于实现经济的可持续发展，还有助于保护和改善人类的生存环境。随着技术的进步和社会意识的提高，循环经济和再制造将在全球范围内得到更广泛的应用和推广，为构建绿色、低碳、循环、可持续的全球经济体系做出重要贡献。通过促进再制造的发展，我们能够有效应对资源的有限性和环境问题，实现经济增长与环境保护的有机结合，推动全球向更加可持续的发展路径转型。
1.1 再制造概述
1.1.1 再制造
1. 再制造的含义
再制造作为一种循环经济模式，正在受到越来越多人的关注和重视。中国国家标准《再制造 术语》（GB/T 28619—2012）对再制造作出了如下定义：对再制造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。再制造是一个系统化的过程，它包括收集使用过的产品、彻底拆解、详细检测与评估、彻底清洁与必要的表面处理、修复或更换关键部件、重新组装、严格测试以及提供质量保证等环节。这个过程旨在将旧产品恢复到与新产品相媲美甚至更优的性能水平，同时实现资源的高效循环利用和环境保护。再制造不仅关注产品的功能恢复，更注重性能的提升和质量的保证，确保再制造的产品能够满足现代市场的需求，并为消费者提供***高的选择。
2. 再制造与维修、翻新的区别
再制造、维修和翻新是处理旧产品的不同方法，它们在目的、深度和结果上有所区别。再制造是一个深入的过程，涉及对产品进行彻底的拆解、检测、修复和升级，目标是使产品性能恢复到甚至超过原始设计标准，提供与新产品相媲美的质量和性能，并通常伴随有质量保证。维修通常是对产品进行局部修复或更换损坏部件，以恢复其基本功能，但不一定能达到原始性能水平，且通常不涉及对整个产品的全面升级。翻新则介于两者之间，它可能包括对产品外观和一些关键部件的修复和更换，以改善其外观和提高部分性能，但通常不涉及对产品进行全面的性能提升和质量保证。简而言之，再制造追求的是性能和质量的全面恢复和提升，维修关注的是功能恢复，而翻新则侧重于外观和部分性能的提升。
3. 再制造技术及其运作模式
再制造技术是一种高度专业化和系统化的工程方法，它通过一系列精密的技术手段和工程流程，使旧产品焕发新生，达到节能减排和资源循环利用的目的。再制造技术涵盖了拆解、检测、清洗、表面处理、修复、部件更换、重新组装和质量测试等多个环节。每个环节都有其*特的技术方法和应用场景，确保旧产品能够恢复到甚至超过原始性能和质量标准。这些技术方法的综合应用，不仅实现了资源的高效循环利用和环境保护，还为市场提供了高***的产品，推动了可持续发展。再制造技术的不断发展和创新，必将进一步提升其在各个行业中的应用价值和影响力。
再制造的运作模式是多样化的，它们根据不同的行业需求、产品特性和市场环境而设计，旨在实现资源的高效利用和环境的可持续发展。再制造的运作模式主要包括原厂再制造、第三方再制造、用户再制造和网络平台再制造等。每种模式都有其*特的特点和优势，同时也面临着不同的挑战和机遇。
再制造作为一种绿色、高效的工程方法，不仅能够实现资源的高效利用和环境的可持续发展，还能够为社会带来经济效益和社会效益，具有广阔的应用前景和重要的战略意义。
1.1.2 再制造与全生命周期理论
再制造是一种在全生命周期理论（life cycle theory，LCT）框架下实现资源循环利用和环境保护的关键策略。全生命周期理论注重产品从设计、生产、使用直到报废的整个生命周期管理，而再制造则是这一过程中至关重要的环节，特别是在产品的退役阶段，通过对退役产品进行修复、更新或重新制造，使其重新获得使用价值，从而延长产品的生命周期，减少资源消耗和环境负担。
全生命周期理论强调产品生命周期的各个阶段，包括设计、制造、使用、维护和报废，每一个阶段都需要综合考虑经济效益、环境影响和社会责任。
在设计阶段，企业需要采用生态设计理念，确保产品在整个生命周期内的资源利用效率*大化，环境影响*小化。再制造理念在这一阶段就要被纳入考虑，通过设计可拆卸、易修复和模块化的产品，为后续的再制造过程打下基础。
在制造和使用阶段，全生命周期理论要求企业不断优化生产工艺和资源管理，减少废料和污染物的产生，同时提高产品的耐用性和维修性。再制造在这一过程中起到了关键作用，通过对使用中的产品进行维护和更新，确保其性能和可靠性，延长其使用寿命。这不仅降低了新产品的需求，减少了原材料和能源的消耗，还有效减少了废旧产品对环境的影响。
当产品进入报废阶段，再制造就成为全生命周期管理中的重要一环。传统的废旧产品处理方式通常包括填埋和焚烧，这不仅浪费了大量的可再利用资源，还对环境造成严重污染。再制造通过对退役产品进行拆解、清洗、检测和修复，将其恢复到原有的性能水平，甚至是升级改造，使得这些产品可以重新投放市场，继续发挥其使用价值。这一过程中，企业不仅可以节约大量的原材料和生产成本，还能够减少废弃物的产生以及减少对环境的污染。
再制造与全生命周期理论的结合，不仅在环境保护方面具有显著优势，还在经济和社会效益方面展现了巨大潜力。再制造过程可使资源得到节约，成本得到降低，从而使得企业能够在激烈的市场竞争中保持成本优势，提高盈利能力。同时，再制造产业的发展也创造了大量的就业机会，促进了循环经济的发展，为社会的可持续发展作出了重要贡献。
1.2 再制造的发展趋势
1.2.1 再制造与循环经济
循环经济是一种强调物质循环利用和高效利用的经济发展模式，其核心理念是通过资源的有效循环来降低环境负担，实现经济的可持续发展。从资源流程和经济增长对资源、环境影响的角度来看，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，这种模式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，这种模式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，促进资源永续利用。
因此，循环经济是一种以资源的高效利用和循环利用为核心的经济增长模式，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，既符合可持续发展理念，也是对“大量生产、大量消费、大量废弃”的传统经济模式的一次根本变革。
从广义的物资循环利用角度出发，再制造既可以划归为再利用，也可以划归为资源化。根据循环利用过程中节能、节材和保护环境的效益，再制造通常被划归为再利用的范畴。再制造是以废旧机电产品为对象，在保持零部件材质和形状基本不变的前提下，运用高技术进行修复，以及新的科技成果进行改造加工的过程。虽然再制造也要消耗部分能源、材料和劳力，但它充分挖掘了成型零件中的材料、能源和加工附加值，使再制造产品的性能达到或超过新品，而成本仅为新品的50%，节能60%，节材70%，环保显著改善。
以循环利用的对象来分类，再制造可以被归类为资源化。再制造和再循环都是以废旧机电产品为对象，通过加工将废旧产品变废为宝。由于再循环（如金属回炉冶炼、塑料重融、纸张溶解、贵金属化学萃取等方式）消耗较多能源，而得到的产物仅为原材料，再制造应被视为资源化中的*选途径。
物质资源和能量的循环利用是循环经济的表面表现形式。实际上，在经济活动中存在四个层次的循环经济：
（1）废弃物资源的能源回收利用。这是循环经济的*低层次。在实践中表现为对废弃物进行回收分类，对含有能量的有机废弃物进行焚烧以回收其内部蕴含的能量。发达国家*早采用这种循环经济模式，并通过不断的技术研究与开发，逐步解决了废弃物焚烧过程中产生的污染问题。
（2）废弃物作为物质资源的再生利用。在物质循环利用方面，这一层次比**层次的循环经济具有更高的效率。例如，用废钢铁炼钢节省了大量的铁矿石和炼铁所需的能源；废旧塑料经过分类改性后，可以与新塑料材料混合制造塑料产品，从而替代部分新塑料原料。然而，这种形式的资源循环利用受限于资源随再生利用次数增加而产生的性能衰减，不能无限进行下去。
（3）废弃物中有用成分的全面分类回收。这一层次的循环经济将废弃物中的所有有用成分全面回收，并根据每种成分的物理和化学性能，将其作为原材料制造新的产品。例如，高炉瓦斯灰作为炼铁过程中的废弃物，*初级的循环利用是用于制造建材。通过新技术，企业*先将高炉瓦斯灰中的金属成分（如铁、锌、铟、锗、镓等）全部回收，*终剩余物才用于制造建材。这一层次的循环经济*大化了废弃物的经济价值，代表了循环经济的高级形式。
（4）废旧产品重要零部件的功能性循环，即再制造。再制造是循环经济的*高境界。其实践形式是对旧的重要零部件进行回收，经过内部探伤检测，对无内部缺陷的零部件的工作部位进行再生修复，形成与原来的新零部件具有同等功能或更高功能的新零部件，实现产品零部件功能的再生循环利用。这不仅节省了制造新零部件所需的原材料，还简化了制造新零部件的复杂过程和能源消耗，大大降低了制造成本，因而具有*高的资源效率、生产效率、能源效率、经济效率和环境效率。
循环经济是一种新的发展理念，是一种新的生产方式，是一系列的产业形态。发展循环经济不仅是坚持以经济建设为中心的体现，更是用发展来解决资源约束和环境污染问题的现实途径。为了推动循环经济的发展，我们需要从以下几个方面着手：
（1）政策支持。政府应制定和实施支持循环经济和再制造产业发展的政策和法规，如提供税收优惠、资金支持和技术研发支持，鼓励企业开展再制造和循环利用活动。加强对再制造产品的质量监管和市场监督，确保再制造产品的质量和安全，提升消费者对再制造产品的认可度和接受度。
（2）技术创新。企业应积极开展再制造和循环利用技术的研发和应用，提升再制造产品的质量和性能。通过采用先进的制造技术和设备，如激光清洗、激光修复和智能制造，提高再制造过程的效率和精准度，确保再制造产品的质量和性能可以达到或超过原有产品。
（3）教育宣传。通过广泛的教育和宣传活动，提升公众对循环经济和再制造的认识，改变传统的消费观念，树立资源循环利用和可持续发展的理念。可以通过学校教育、媒体宣传和社区活动等多种形式，普及循环经济和

目录
丛书序一
丛书序二
丛书前言
序
前言
第1章 绪论 1
1.1 再制造概述 2
1.1.1 再制造 2
1.1.2 再制造与全生命周期理论 3
1.2 再制造的发展趋势 4
1.2.1 再制造与循环经济 4
1.2.2 智能再制造体系 6
1.2.3 再制造的政策支持及发展趋势 8
参考文献 11
第2章 重型装备典型高值关键件 12
2.1 掘进行业重型装备及其典型高值关键件 12
2.1.1 掘进行业重型装备 12
2.1.2 掘进机刀盘 15
2.1.3 掘进机主轴承 18
2.2 冶金行业重型装备及其典型高值关键件 22
2.2.1 冶金行业重型装备 22
2.2.2 中宽厚板主传动万向轴 23
2.2.3 热轧卷取机卷筒 26
2.3 海洋钻采行业重型装备及其典型高值关键件 28
2.3.1 海洋钻采行业重型装备 28
2.3.2 HY90DB 绞车 31
2.3.3 TC675 天车 33
2.4 海洋船舶行业重型装备及其典型高值关键件 34
2.4.1 海洋船舶行业重型装备 34
2.4.2 船用柴油机*轴 35
2.4.3 船用推进轴 37
参考文献 39
第3章 面向严苛服役环境的再制造专用粉体材料 40
3.1 再制造专用粉体材料 40
3.2 再制造专用粉体材料的性能要求 41
3.3 再制造专用粉体材料制备方法 43
3.3.1 机械粉碎法 43
3.3.2 雾化制粉法 44
3.3.3 固相合成法 48
3.3.4 液相合成法 51
3.3.5 气相合成法 55
3.3.6 包覆法 55
3.4 面向重型装备的再制造专用材料 56
3.4.1 金属基/陶瓷增强相复合材料的高通量制备与表征 56
3.4.2 金属基/陶瓷增强相复合材料的性能研究 57
3.4.3 面向关键件服役要求的再制造专用材料筛选 65
3.5 再制造专用材料的发展趋势 66
参考文献 67
第4章 废旧重型装备高值关键件绿色激光清洗技术 68
4.1 严苛环境下典型厚污染物的绿色表面清洗机理 68
4.1.1 激光清洗的物理去除模型 68
4.1.2 烧蚀去除机理 77
4.1.3 热应力去除机理 84
4.2 自动化绿色激光清洗平台及控制搭建 88
4.2.1 大型冶金轴件激光清洗装备 88
4.2.2 基于3D 视觉的清洗工艺跟踪反馈模型 92
4.3 智能成套激光清洗装备研制及可靠性验证 99
4.3.1 成套清洗设备的参数设计 99
4.3.2 整机开发及可靠性验证 111
4.4 绿色表面清洗质量与效果评价 113
4.4.1 清洗质量评价软件设计 113
4.4.2 软件验证 118
参考文献 119
第5章 再制造成形关键技术及装备 121
5.1 纳米电刷镀技术 121
5.1.1 纳米电刷镀笔设计与开发 121
5.1.2 新型镀笔设计方案 123
5.1.3 电化学微增材再制造工艺设计 125
5.2 热喷涂技术 126
5.2.1 低温高速火焰喷涂技术 126
5.2.2 工艺参数对火焰束流的影响 128
5.2.3 低温高速火焰喷涂非晶纳米晶涂层特征分析 131
5.3 激光熔覆技术 137
5.3.1 激光熔覆技术的基本原理和工作过程 137
5.3.2 环形激光熔覆加工头设计开发 138
参考文献 142
第6章 严苛环境下重型装备损伤检测与评价技术 143
6.1 常用在役设备损伤检测技术 143
6.1.1 涡流检测技术 143
6.1.2 微米压入技术 147
6.1.3 超声波导杆损伤识别系统研究 160
6.1.4 深层阵列涡流裂纹检测技术 163
6.2 基于数据挖掘的损伤识别技术 171
6.2.1 特征提取算法介绍 171
6.2.2 机器学习算法介绍 174
6.2.3 模型训练与结果比较 177
6.2.4 超参数寻优 178
6.3 新兴损伤检测技术及其试验验证 180
6.3.1 太赫兹检测技术 180
6.3.2 太赫兹时域光谱技术的缺陷检测与成像 183
6.3.3 太赫兹时域光谱技术的损伤评价验证 188
参考文献 190
第7章 再制造产品质量评价、推广模式及应用案例 200
7.1 再制造产品质量评价指标体系的确立 200
7.1.1 原则及构建过程 200
7.1.2 单一指标公式设计 201
7.1.3 质量可靠性指标 203
7.1.4 再制造技术指标 205
7.1.5 环境效益指标 207
7.1.6 经济效益指标 209
7.2 再制造产品质量评价流程 211
7.2.1 综合评价模型结构 211
7.2.2 评价对象分析 212
7.3 基于模糊综合评价法的再制造产品质量评价体系构建 215
7.3.1 常规综合评价法与赋权法 215
7.3.2 评价算法模型 216
7.3.3 模糊综合评价法 218
7.3.4 改进层次分析法 220
7.4 “创新型”再制造商业推广模式的建立 223
7.4.1 “创新型”再制造商业化推广模式的构建 223
7.4.2 “创新型”再制造商业化推广模式的实施 229
7.5 再制造应用案例 237
7.5.1 掘进装备再制造应用案例 237
7.5.2 冶金装备再制造应用案例 241
7.5.3 海洋装备再制造应用案例 242
参考文献 242