摘要：航空公司退役的飛機一般會被出售、出租或者拆解，但是由于老舊飛機的適航安全性、燃油經(jīng)濟性都無法與新設(shè)計的飛機相比，退役飛機往往找不到合適的買家或承租人，這樣拆解飛機就成為了唯一的解決之道。拆解工作通常包括對飛機零部件的翻新、維修、取證、出租或轉(zhuǎn)售，機身蒙皮、隔框、長桁等結(jié)構(gòu)部件的金屬材料回收，復(fù)合材料的回收和掩埋等。
飛機拆解回收獲得的收益，使飛機持有人在獲利的同時省去了存放飛機的費用，加速了資金的周轉(zhuǎn)。但是航空業(yè)對于飛機的退役和零部件的回收利用并沒有一個公認(rèn)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，隨意的拆解或棄置那些處于非安全存放狀態(tài)的飛機將帶來一系列的風(fēng)險，比如飛機上殘余滑油、液壓油、燃油等油液對機坪環(huán)境的危害；一些二手零部件不受控制而變成“流氓部件”，沖擊正常的航材備件市場；未經(jīng)過恰當(dāng)?shù)倪x擇就把拆下的零部件全部銷毀；各種混雜的金屬未經(jīng)分類，導(dǎo)致金屬回收率很低等。
目前監(jiān)管部門還沒有出臺退役飛機的處理和監(jiān)管條例，致使大多數(shù)退役飛機找不到自己的歸宿。有的被贈送給一些教學(xué)和培訓(xùn)機構(gòu)，作為客艙服務(wù)和應(yīng)急撤離的演練場所；有的被一些專業(yè)廢品處理公司收購，挑揀出有價值的金屬材料后，留下一大堆廢棄物。現(xiàn)代飛機的機體結(jié)構(gòu)金屬材料主要是鋁、鋅、銅合金的混合體。
根據(jù)一個專門的飛機拆解公司巴爾騰循環(huán)利用集團（Bartin Recycling Group）稱，飛機結(jié)構(gòu)的金屬組合物中含有65?75％的鋁合金，10％的鋼，3％的鈦， 2％的銅。航空鋁合金絕大部分是鍛造鋁合金，通常是是2XXX系列和7XXX系列合金，與其他鋁合金相比具有更低的雜質(zhì)含量。這些合金的成分含有大量的銅和鋅，這說明相比其他系列，這些鋁合金的市場價值更高。
眾所周知，從鋁土礦中生產(chǎn)鋁，是一種高能耗的過程，并且需要消耗大量的不可再生自然資源。此外，這個過程中還會產(chǎn)生廢氣，廢水，副產(chǎn)物和固體廢物的排放。與初級鋁生產(chǎn)相比，再生鋁的生產(chǎn)會有許多優(yōu)勢，因為它降低了材料消耗的能源，水，土地占用，廢物處理，空氣和水的排放量。與初級鋁生產(chǎn)的過程相比，再生鋁的生產(chǎn)（鋁回收）至少能節(jié)約80到95%的能源，減少90%固體廢棄物和廢氣的排放（CO2，氟化物，SO2）。圖1為航空鋁合金再循環(huán)圖。
圖1為航空鋁合金再循環(huán)圖
那么，如何能夠高效的從退役飛機的機身結(jié)構(gòu)上分類揀選出各種鋁合金呢？本文將基于線性程序模型，以經(jīng)濟收益作為目標(biāo)函數(shù)，探索最優(yōu)化拆解方案。
一、飛機拆解概述
飛機拆解大致可以分成以下三個步驟：
首先，從飛機的凈化開始：清除航空煤油、滑油、液壓油、電池和導(dǎo)線等。然后收集可以重復(fù)使用的飛機零部件，主要是高價周轉(zhuǎn)件，例如發(fā)動機、APU、計算機、座椅、作動筒等。最后是飛機機身、機翼“殘骸”的處理，主要涉及金屬材料回收和復(fù)合材料掩埋等。
以國內(nèi)三大航為例，截至2015年底，作為亞洲最大航空公司，南航集團機隊規(guī)模達(dá)到667架；國航集團擁有飛機590架，東航股份公司擁有551架飛機。
三大航空公司通過不斷引進(jìn)新飛機，退役老飛機，保持機齡年輕化和燃油經(jīng)濟性。在2015年，南航集團新增飛機58架，退出飛機3架；國航集團引進(jìn)新飛機66架，退役飛機16架；東航集團引進(jìn)飛機合計80架，退出飛機42架。
據(jù)統(tǒng)計，近年來國內(nèi)飛機退役架數(shù)逐年遞增，下表為2013年至2015年國內(nèi)空客A320系列和波音737系列機隊的飛機退役架數(shù)。
根據(jù)波音公司預(yù)測，隨著波音737MAX 和空客A320neo 等燃油效率更高的新一代飛機陸續(xù)交付，預(yù)計未來20 年全球?qū)⑿枰?7000架新飛機，與此同時將迎來一股老舊飛機的“退役潮”。據(jù)飛機回收協(xié)會（AFRA）預(yù)計，未來十年每年退役的飛機數(shù)量將達(dá)到1000 架。甚至有些機構(gòu)預(yù)測，到2033 年會有12500架飛機退役。圖4為飛機拆解產(chǎn)出鏈。
二、算法和模型描述
在本文中，拆解通常與分解有關(guān)。因此必須精確地區(qū)分兩種不同的活動。分解是一種將裝配件或子裝配件的組件分開的一種活動。另一方面，即使一個部件由一個單獨的部件組成，其也可以被拆解成多個部分。用于拆解退役飛機等產(chǎn)品的設(shè)備不僅僅限于裝配件和子裝配件的概念。這就是拆分順序形成不受限于接頭類型和緊固件類型的原因。本文中提出的算法是基于拆解順序的形成而非分解的順序。
算法描述
該算法始于拆解順序的形成。即使拆解非常耗費時間，也能很容易制定拆解圖，因為對產(chǎn)品進(jìn)行構(gòu)思之后，裝配件、子裝配件和組件都是已知的。在拆解過程中，因為其不受限于分解的可能性，所以所有產(chǎn)品的實體是未知的。因此，拆解順序的形成必須基于后續(xù)拆解活動的可行性，進(jìn)而符合我們對產(chǎn)品的認(rèn)識和可用的技術(shù)資源。
根據(jù)技術(shù)和幾何限制，每種順序的形成都要達(dá)到最大分解水平。分解屬于一種切變操作，將一種元素分成兩種或多種元素。一旦拆解順序形成，則每一順序都將在二元線性程序中按照計劃予以執(zhí)行。對于各個順序，該模型決定了擬議順序的最佳分解水平及其利潤率。使用給定的算法，得出最佳的完整或不完整的拆解順序。
使用此種方法最大的不便是，用收集所需的產(chǎn)品知識來詳述拆解順序是非常困難的，但是擬議的算法以最佳的方式減少了順序的數(shù)量，并且可以處理使用期間由于產(chǎn)品變更導(dǎo)致的EOL產(chǎn)品狀態(tài)的不確定性。該算法的主要結(jié)構(gòu)可以用于任何分解或拆解順序的形成和優(yōu)化，但是二元線性程序僅適用于可以拆解，但不受限于其自身的分解的機身和產(chǎn)品。最終，該算法還可以用于產(chǎn)品的某一部分而非整個產(chǎn)品。
線形程序模型描述
如果碎片整理是一種成本效益較高的方式，那么剛剛提出的數(shù)學(xué)優(yōu)化模型為航空工業(yè)飛機的關(guān)鍵鋁部件的回收利用提供了機會。
該模型決定了在分解其部件前，必須先拆分飛機實體或直接拆分實體。同時，該模型還能夠確定需要分解的部件，以及升級回收的材料的成分。
為方便理解，使用“實體”一詞，而非使用裝配件和子裝配件。圖5為拆解邏輯，圖6從拆解順序（拆解樹狀圖）和其組件名稱方面對此進(jìn)行了說明。做出如下五種假設(shè)：
1）根據(jù)氣流分選、磁分選和LIBS進(jìn)行分選，按照其類別分對鋁進(jìn)行分選
2）剪切時間與分解實體的組件數(shù)量成線性關(guān)系
3）組件分解時間與其體積成線性關(guān)系
4）組件的分選時間與期體積成線性關(guān)系
5）剪切、切碎和分選操作的費用取決于用戶（cd、cs、ct）。
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