21世纪制造业的绿色变革与创新-

第36卷第l期 机 械 工 程 学 报 v0I．36№1 2000年1月 CHINESEJOURNALOFMECHANICALENGINEERINGJ蚰 2000 21世纪制造业的绿色变革与创新” 刘 飞 (重庆大学制造工程研究所重庆400044) 摘要制造业一方面是创造人类财富的支柱产业，但同时叉给^类社会带来十分严竣的资源诮耗问题和环境影响 问题。为此实施绿色制造已势在必行。绿色制造将导致21世纪制造业的一系列变革和创新，包括企业追求日标 和决策属性的变革，产品生命周期的外延及多生命周期工程的出现、制造系统体系结构的创新、一大批新兴产业的 形成等等。 叙词：绿色制造制造业2l世纪环境 中圈分类号：THl86)(38 O前言 人类社会正在步人2l世纪。回首即将过去的 加世纪，制造业已成为创造人类财富的支柱产业， 是人类社会物质文明和精神文明的基础；但是，另一 方面，制造业在将制造资源转变为产品的制造过程 中以及产品的使用和处理过程中，消耗掉了大量人 类社会有限的资源并对环境造成严重污染。有鉴于 此，如何使制造业减少资源消耗和尽可能少地产生 环境污染是21世纪制造科学面临解决的重大问题。 对此重大问题，人们已经开始高度重视。如：美国国 家基金会(NsF)设计与制造学部主任Manin—vem 博士在1999年NSF嘶印＆^Iallufactu五nRGrantees ∞如reⅡce的大会主题 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 Ll一中提出了未来制造业 到2020年面临的6太挑战性问题，环境相容性问题 就是其中之一，而且指出目标就是减少制造过程的 废弃物和产品环境影响到最低限度。随后，Manin— ve目博士又提出未来的“十大关键技术”，其中“废 弃物最小化加工工艺”又是其中之一。以上可见，21 世纪的制造业实施绿色制造已势在必行。 绿色制造(creenM∞u‰t11Ii雌)，近年来的研究 发展迅速。如：美国制造工程师学会(sME)自1996 年发表了关于绿色制造的兰皮书(GI”n M∞I-‰tllIing)口-后，1998年又在国际互联网上发表 了“绿色制造的发展趋势”的网上主题报告oJ。美国 Berkeley加州大学不仅设立了关于环境意识设计和 制造的研究机构，而且还在国际互联网上建立了可 系统查询的绿色制造专门网页Gree—妇。国际生产 工程学会cIRP近几年均有不少论文对环境意识制 * 国家断”clMs主题资助项目(683—5IJ一94I一∞5)，19990810 啦到韧稿．19螂25收到修改稿 造和多生命周期工程等与绿色制造本质一致的问题 进行了研究【4“j，美国AT＆T和许多企业以企业行 为投^大量研究”J。特别是近年来，国际标准化组 织啪提出了关于环境管理的1加00系列标准，如 1柏01【8J，14040【91后，推动着绿色制造的研究更加活 跃和迅速发展。 绿色制造的概念和内涵正在不断发展和完善。 1996年sME兰皮书(GreenManufac【L_五ng)i2一和作者 们所作的有关研究¨“，均提出过绿色制造的有关定 义。本文进一步将绿色制造的定义完善如下：绿色 制造是一个综台考虑环境影响和资源效率的现代制 造模式，其目标是使得产品从设计、制造、包装、运 输、使用到报废处理的整个产品生命周期中，对环境 的影响(负作用)为零或者极小，资源消耗尽可能小， 并使企业经济效益和社会效益协调优化。 从上述定义可看出，绿色制造具有非常深刻的 内涵，其要点主要有： (1)绿色制造涉及的问题领域包括3部分：一是 制造问题，包括产品生命局期全过程；二是环境影响 问题；三是资源优化问题。绿色制造就是这三部分 内容的交叉和集成。 (2)绿色制造中的“制造”涉及到产品整个生命 周期，是一个“大制造”概念，同计算机集成制造、敏 捷制造等概念中的“制造”一样。绿色制造体现了现 代制造科学的“大制造、大过程、学科交叉”的特点。 (3)由于绿色制造是一个面向产品生命周期全 过程的大概念，因此近年提出的绿色设计、绿色工艺 规划、清洁生产、绿色包装等可看成是绿色制造的组 成部分。 (4)资源、环境、人口是当今人类社会面临的三 大主要问题，绿色制造是一种充分考虑前两大问题 的一种现代制造模式。 万方数据 机械工程学报 第36卷第l期 (5)当前人类社会正在实施全球化的可持续发 展战略，绿色制造实质上是人类社会可持续发展战 略在现代制造业的体现。 l 2l世纪制造业的绿色变革与创新 R 绿色制造是面向21世纪的现代制造模式。它 的实施将带来21世纪制造业的一系列重要变革和 创新(本文称之为绿色变革与创新)，主要包括： 1．1 制造企业追求目标的变革 20世纪及其以前的制造企业(以下简称传统制 造企业)的追求目标几乎是惟一的(近年来稍有改 变)，即追求最大的经济效益。企业为了追求最大的 经济效益，有时甚至不惜牺牲环境效益；另外对资源 消耗问题也主要算经济帐，而很少考虑人类世界有 限的资源如何节约问题。 绿色制造的实施要求企业既要考虑经济效益， 更要考虑社会效益(包括环境效益和可持续发展效 益等)，于是企业追求的目标从单一的经济效益优化 变革到经济效益和社会效益协调优化，如图1所示。麓f酬汐 固 图1制造企业追求目标的变革 1．2制造系统决策属性的变革 无论绿色制造还是传统制造均存在着大量复杂 的决策问题。决策问题所考虑和归结的目标，称为 决策属性。对传统制造，人们考虑的决策属性主要 可归结为4个：产品的市场响应时间r、质量p、成 本c和服务s，这就是当前广为流传的叩∞问题。 对绿色制造，显然只考虑上述4个决策属性是 不够的，而应该把环境影响E和资源消耗R作为重 要因素加以考虑。为此，绿色制造的决策属性一共 有6个，如图2所示。 图中各决策属性旁边的箭头表示追求的决策属 性的变化方向，即尽可能短(快)的市场响应时间，尽 可能高的产品质量，尽可能低的产品成本，尽可能好 的产品服务，尽可能小的环境影响和尽可能低的资 源消耗。 1．3产品多生命周期工程的出现 “产品多生命周期”起源于“产品生命周期”概 念。所谓产品生命周期是指本代产品从设计、制造、 c上 图2绿色制造的央策属性体系 装配、包装、运输、使用到报废为止所经历的全部时 间。而产品多生命周期则不仅包括本代产品生命周 期的全部时问，而且还包括本代产品报废或停止使 用后，产品或其有关零部件在换代包括下一代、再下 一代等多代产品中的循环使用和循环利用的时间 (以下统称为回用时间)。这里的“循环使用”是指将 旧产品或其零部件直接或经整修后用在新产品中， 而“循环利用”则是指将旧产品或其零部件转换成新 产品的原 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 。 产品多生命周期工程是指从产品多生命周期的 时间范围内来综合考虑环境影响、资源综合利用问 题和产品寿命问题的有关理论和工程技术的总称， 其目标是：在产品多生命周期时间范围内，使产品回 用时间晟长，对环境的负影响晟小，资源综台利用率 最高。 产品多生命周期工程的体系结构可用图3描述 如下。 1．4制造系统体系结构的创新 制造系统体系结构随制造系统类型、发展阶段 等各方面的不同而不同。以近年来比较先进的制造 系统(如cIMs)为例，其系统构成一般包括管理信息 系统(MIs)、工程设计系统(EDs)、质量保证系统 (OAs)、制造自动化系统(MAs)等4个功能分系统和 计算机通信网络系统及数据库系统等2个支撑分系 统。 绿色制造的实施将导致制造系统体系结构的重 大改进和创新，于是一种创新的制造系统——绿色 集成制造系统¨⋯，将在21世纪出现。 从系统功能角度看，一般说来绿色集成制造系 统包括管理信息系统、绿色设计系统、制造过程系 统、质量保证系统、物能资源系统、环境影响评估系 统等6个功能分系统，计算机通信网络系统和数据 库／知识库系统等2个支持分系统以及与外部的联 系，如图4所示。 在上述8个分系统中，仅就与现有制造系统区 别较大的几个分系统作一简要说明如下。 万方数据 2000年1月 刘飞：2l世纪制造业的绿色变革与创新 9 并行式●色一盘量t设计 IL⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一．．J 图3基于绿色制造的产品多生命周期工程体系结构图 l市插茸毫、请曹量寿蕾直 ／／I#鼻 f蕾_ 图4绿色集成制造系统的系统构成 (1)绿色设计系统 绿色集成制造系统中的绿色设计系统除包括一 般集成制造系统(cIMs)中的工程设计自动化系统 的所有内容(如cAD、cAPP、cAM等)外，还特别强调 绿色设计。 绿色设计是指在产品及其生命周期全过程的设 计中，充分考虑对资源和环境的影响，在充分考虑产 品的功能、质量、开发周期和成本的同时，优化各有 关设计因素，使得产品及其制造过程对环境的总体 影响减到最小。绿色设计又称为面向环境的设计 (DFE．Desi印forEnvironmmt) (2)物能资源系统 物能资源系统主要包括：面向环境的产品材料 选择；面向产品生命周期和多生命周期的物流系统； 能量流系统等。 (3)制造过程系统 制造过程系统除包括一般集成制造系统 (cIMs)中制造自动化系统的所有内容外，还特别强 调绿色性的制造过程即清洁化生产过程。 (4)环境影响评估系统 环境影响评估系统是建立在计算机通信网络和 数据库／知识库基础上的一个评估系统，用于对企业 产品开发战略、产品设计、制造生产过程实施静态和 动态评估，以确保制造系统及其产品生命周期和多 生命周期中，对环境影响最小。 1．5一大批新兴产业的形成 绿色制造的实施将导致一大批新兴产业形成。 除了目前大家已注意到的环保装备制造产业和废弃 物回收处理的服务产业外，另有两大类产业值得特 别注意。 (1)绿色产品制造产业 制造业不断研究、设计和开发各种绿色产品以 取代传统的资源消耗和环境影响较大的产品，将使 这方面的产业持续兴旺发展。 (2)实施绿色制造的软件产业 企业实施绿色制造，需要大量实施工具和软件 产品，如计算机辅助绿色设计系统、绿色工艺规划系 统、绿色制造的决策支撑系统、Is014000国际认证的 支撑系统等，将会推动一类新兴软件产业的形 成。 以上仅是21世纪制造业的绿色变革和创新的 部分举例。当然可能的绿色变革和创新还远不止上 述这些，但限于篇幅，不再赘述。 2结论 绿色制造是2l世纪的制造业可持续发展模式。 绿色制造的实施将导致2I世纪制造业的一系列变 万方数据 10 机械工程学报 第36卷第1期 革和创新：制造企业的追求目标将由单一的经济效 益目标变革成经济效益和社会效益协调优化的多目 标；制造系统决策属性变量将由时间、质量、成本和 服务的四要素拓展到时间、质量、成本、服务、环境影 响和资源消耗的6要素；产品生命周期将外延并导 致多生命周期工程这一制造新概念的出现；制造系 统的体系结构将发生重大改变而导致绿色集成制造 系统这一新模式的运行；绿色产品制造业和实施绿 色制造的支撑软件业等一大批新兴产业将要形成。 参考文献 1 Mamn—Ve萨LA．DMIⅡ：P缸，p陀螂ll，andfIl恤 阵[spec6慨KqR印0rI，1999NsFD髓研＆M卸Ilktllri“g GmIIteesQm^珊nce，k9A峨eIes，UsA，1999 2 Mdn吐sA，‰曲RT．G蛳nmall山ct面“g．ⅡeBrhn， UsA：socjely。fM∞山c岫gEen静neen，1996 3 DI曲eN． ‰由 ；“gre吼m卸I血ctu血g．CASA／SME ‰}IⅡolo甜‰础，Aug，1998【htlp：／／www．帅e．org) 4 z吲R，G丑dⅢG．“re—cyclenI枷咄蚂衄i珊咖巾enlfor 硷一。ycker曲eeriT|g．Anllals0f山ecIRP，1997，46(1)： 撕1—354 5 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Ⅱmn血tII^rIg试UbeimPemtiverortI-e21nc衄nlrym帅ukhlrj“g i11d嘣esThei。plement0f目陀enm丑11ldⅡc山d‘培wi¨瑚ulbin日 洲j鹪ofcI-ar‘g髑andinnovali衄s0ft}le|naIlI曲cu-ring砌u盘血sin tlle21s【c即lu叮，whichiIlclude廿比ch帅ge8ofpu吼li“B酽akh omyeco㈣ic胡bene6t∞integm埘op6mi锄Ⅱon0feconomjc丑l b鲫剖丑and鼢cjalb蚰柚t，lI．ec‰g韩oftl】ed蒯sjo，，一makj。蜡 舸but黜如n山etlI僦(Til】le，QIlm畸，c吲)Iotl】e6ve(啊眦， Qu“竹，c惦t．Envi巾rm"n“impacLandRe80眦忧㈣Ⅲp【ion)， the删e啷ionorpr甜uctlife。ycle刊叩emtionofpmdllctⅢIIIfl— Iifecycleen画肿edng，thei咖叫“蚰 0f 山e architecuI障0f man血ctll工i“g8yg时峭，t}le抽呻t如n0falotof删indu商幅t甜 ㈣ -哂rwords：Greenm锄u缸咖商“gM蛐uk枷rIgiT．d倒嘴 Twer竹一曲cenhlryE1wj帅nment 作者筒升刘飞，1948年出生。重庆大学制造工程研究所所长、博 士、教授、博士生导师．国家缓突出贡献中青年专家，《机槭工程学报》 编委会副主任。主要研究方向为制造系境工程和制造自动化。获 部、省级以上成果奖lo余项，发表论文160多篇，出版著作7本。 万方数据 21世纪制造业的绿色变革与创新* 刊名： 机械工程学报 英文刊名： CHINESE JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING 年，卷(期)： 2000,36(1) 被引用次数： 86次 本文读者也读过(1条) 1. 刘飞.曹华军.LIU Fei.CAO Huajun 绿色制造的理论体系框架[期刊论文]-中国机械工程2000,11(9) 引证文献(85条) 1.胡亚军.高鹏飞 机械加工工艺规划过程中的影响因素分析及措施浅析[期刊论文]-科技创业家 2011(4) 2.顾建东 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