綠色制造的集成特性和綠色集成制造系統(tǒng)

作者: 2013年07月22日 來源: 瀏覽量:
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引言綠色制造(GreenManufacturing),又稱環(huán)境意識制造(EnvironmentallyConsciousManufacturing)、面向環(huán)境的制造(MFE)等,近年來的研究非?;钴S。1996年,美國制造工程師學會(SME)發(fā)表了關(guān)于綠色制造的專門藍皮書《Gr

引言

   綠色制造(Green Manufacturing),又稱環(huán)境意識制造(Environmentally Conscious Manufacturing)、面向環(huán)境的制造(MFE)等,近年來的研究非?;钴S。1996年,美國制造工程師學會(SME)發(fā)表了關(guān)于綠色制造的專門藍皮書《Green Manufacturing》,提出綠色制造的概念,并對其內(nèi)涵和作用等問題進行了較系統(tǒng)介紹;1998年,SME又在國際互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)表了“綠色制造的發(fā)展趨勢”的網(wǎng)上主題報告;美國Berkeley 加州大學不僅設(shè)立了關(guān)于環(huán)境意識設(shè)計和制造的研究機構(gòu),而且還在國際互聯(lián)網(wǎng)上建立了可系統(tǒng)查詢的綠色制造專門網(wǎng)頁Greenmfg;國際生產(chǎn)工程學會(CIRP)近年發(fā)表了不少關(guān)于環(huán)境意識制造和多生命周期工程的研究論文;美國AT&T和許多企業(yè)也以企業(yè)行為投入大量研究。特別是近年來,國際標準化組織(ISO)提出了關(guān)于環(huán)境管理的14000系列標準后,推動著綠色制造研究的發(fā)展??梢院敛豢鋸埖卣f,綠色制造研究的強大綠色浪潮,正在全球興起。?國內(nèi)這方面的研究正在急起直追。近年來,對綠色制造及其相關(guān)的資源問題和能源問題進行了較多的研究。?綠色制造的研究雖然已在迅速開展,但是由于“綠色制造”本身的提出和研究歷史較短,現(xiàn)有的研究大多停留在概念研究、認識研究、一般談觀點和方法的階段,許多問題還有待于深入。特別是綠色制造需要從系統(tǒng)的角度、集成的角度來考慮和處理有關(guān)問題。為此,本文試圖在這方面進行初步的探索。

1 綠色制造的內(nèi)涵

由于綠色制造的提出和研究歷史很短,其概念和內(nèi)涵尚處于探索階段,至今還沒有統(tǒng)一的定義。綜合現(xiàn)有文獻,特別是借鑒美國制造工程師學會的藍皮書的觀點和我們所作的研究,綠色制造的基本內(nèi)涵可描述如下:綠色制造是一個綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模式,其目標是使得產(chǎn)品從設(shè)計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個產(chǎn)品生命周期中,對環(huán)境的影響(負作用)最小,資源效率最高。

2 綠色制造的集成特性

2.1 綠色制造的問題領(lǐng)域及其集成特點

從綠色制造的定義可知,綠色制造涉及的問題領(lǐng)域包括三部分:(1)制造領(lǐng)域,包括產(chǎn)品生命周期全過程;(2)環(huán)境領(lǐng)域;(3)資源領(lǐng)域。綠色制造就是這三大領(lǐng)域內(nèi)容的交叉和集成。

2.2 綠色制造的主要內(nèi)容及其集成特點

綠色制造的內(nèi)容涉及產(chǎn)品整個生命周期的所有問題,主要應(yīng)考慮的是“五綠”問題。“五綠”問題應(yīng)集成考慮。其中綠色設(shè)計是關(guān)鍵,這里的“設(shè)計”是廣義的,它不僅包括產(chǎn)品設(shè)計,也包括產(chǎn)品的制造過程和制造環(huán)境的設(shè)計。綠色設(shè)計在很大程度上決定了材料、工藝、包裝和產(chǎn)品壽命終結(jié)后處理的綠色性。

2.3 綠色制造的綜合效益

綠色制造不僅是一個社會效益顯著的行為,也可能是取得顯著經(jīng)濟效益的有效手段。例如,實施綠色制造,最大限度地提高資源利用率,減少資源消耗,可直接降低成本;同時,實施綠色制造,減少或消除環(huán)境污染,可減少或避免因環(huán)境問題引起的罰款;并且,綠色制造環(huán)境將全面改善或美化企業(yè)員工的工作環(huán)境,既可改善員工的健康狀況和提高工作安全性,減少不必要的開支;又可使員工們心情舒暢,有助于提高員工的主觀能動性和工作效率,以創(chuàng)造出更大的利潤;另外,綠色制造將使企業(yè)具有更好的社會形象,為企業(yè)增添了無形資產(chǎn)。因此,對待綠色制造,不應(yīng)該被動地遵守政府或社會道德方面作出的規(guī)定,而應(yīng)該把綠色制造看作是一種戰(zhàn)略經(jīng)營決策,即實施綠色制造對企業(yè)是一種機遇,而不是一種不得已而為之的行為。例如,最近有的城市規(guī)定汽車尾氣排放量超過一定量者,不能進入主城區(qū)。這樣,這類汽車在主城區(qū)的市場不得不讓出來,而給尾氣排放量小的汽車廠帶來了機遇。?當然,綠色制造本身需要一定的投入,從而增加了企業(yè)的成本。因此,根據(jù)實際情況,對綠色制造的效益與成本進行對比分析,從而確定綠色制造的經(jīng)濟效益。綜上所述,綠色制造的效益是社會效益和經(jīng)濟效益的集成。

2.4 綠色制造系統(tǒng)中的信息集成

綠色制造系統(tǒng)除了涉及普通制造系統(tǒng)的所有信息及其集成考慮外,還特別強調(diào)與資源消耗信息和環(huán)境影響信息有關(guān)的信息應(yīng)集成地處理和考慮,并且將制造系統(tǒng)的信息流、物料流和能量流有機地結(jié)合,系統(tǒng)地加以集成和優(yōu)化處理。

2.5 綠色制造的過程集成

綠色制造所揭示的概念表明,綠色制造覆蓋了產(chǎn)品生命周期的每一過程,是基于數(shù)據(jù)庫及其數(shù)據(jù)交換標準的產(chǎn)品多生命周期的集成。

2.6 綠色制造的集成功能目標體系

綠色制造的功能目標應(yīng)是多方面的。此功能目標模型簡稱TQCSE模型,其中T表示時間,Q表示質(zhì)量,C表示成本,S表示服務(wù),E表示環(huán)境。E是指采用綠色制造技術(shù),能最大限度地消除環(huán)境負影響,提高環(huán)境效益。值得注意的是,傳統(tǒng)的功能目標不包含目標E,只是將其相關(guān)功能分散于T、Q、C、S四個目標之中。但隨著科技的進步及社會的發(fā)展,一方面,制造業(yè)已成為環(huán)境問題的主要源頭,另一方面,ISO14000的實行使得各國制造業(yè)必須重視環(huán)境問題。因此,環(huán)境目標已發(fā)展成為與T、Q、C、S目標同等重要,乃至更加重要的功能目標之一。另外,TQCSE模型還表明,T、Q、C、S、E是相互關(guān)聯(lián)的,它們構(gòu)成了一個綠色制造功能目標的有機體系。 從長遠看,綠色制造的TQCSE模型有可能發(fā)展成為TQCSER模型,如圖5所示,這里R表示資源。這是因為人類的資源將越來越有限,企業(yè)從社會效益考慮,必須盡可能減少資源消耗。

2.7 綠色制造的社會化集成特性

綠色制造是個復(fù)雜的系統(tǒng)工程,需要全社會的參與和社會化的集成。如:

法律行為、政府行為和企業(yè)行為的集成綠色制造本身是一種企業(yè)行為,但要使企業(yè)真正將綠色制造作為自覺的企業(yè)行為、法律行為和政府行為,必須先行一步。?綠色制造涉及的法律行為和政府行為首先是立法和行政法規(guī)的問題。當前,這方面的法律和行政規(guī)定對綠色制造行為還不能形成有力的支持,對相反行為的懲罰力度也不夠。例如,一些企業(yè)通過大量消耗資源和犧牲環(huán)境可取得很大利潤;環(huán)境污染方面的懲罰力度不夠,企業(yè)即便承擔罰款也照??扇〉美麧?,因而對防治環(huán)境污染積極性不高。立法問題現(xiàn)在已愈來愈受到各個國家的重視,關(guān)于環(huán)境污染和資源消耗的一些法規(guī)已經(jīng)和正在出臺,例如,我國正在起草《中華人民共和國資源綜合利用法》,將對資源優(yōu)化利用和綜合利用問題作出法律上的規(guī)定。這將有力地推動綠色制造的實施。?其次,政府還可制定經(jīng)濟政策,用市場經(jīng)濟的機制對綠色制造實施導(dǎo)向。例如,制定有效的資源價格政策,利用經(jīng)濟手段對不可再生資源和雖可再生但開采后會對環(huán)境產(chǎn)生影響的資源(如樹木)嚴加控制,使企業(yè)和人們不得不盡可能減少直接使用這類資源,轉(zhuǎn)而開發(fā)其它替代資源。城市的汽車廢氣污染是一個十分嚴重的問題,政府可以對每輛汽車年檢時,測定廢氣排放水平,收取高額含污染廢氣排放費。這樣,含污染廢氣排放量大的汽車自然沒有銷路,市場機制將迫使汽車制造廠生產(chǎn)綠色汽車。

企業(yè)、產(chǎn)品、用戶三者之間的新型集成關(guān)系

企業(yè)要真正有效地實施綠色制造,必須考慮產(chǎn)品壽命終結(jié)后的回收和處理,這就可能形成企業(yè)、產(chǎn)品、用戶三者之間的新型集成關(guān)系。有人建議,需要回收處理的主要產(chǎn)品(汽車、冰箱、空調(diào)、電視機等),用戶只買了其使用權(quán),而企業(yè)擁有所有權(quán)而且必須進行產(chǎn)品報廢后的回收處理。

3 綠色集成制造系統(tǒng)的提出

由綠色制造的內(nèi)涵和綠色制造的集成特性可知,綠色制造是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。它的一系列集成特性表明,集成是綠色制造的關(guān)鍵特性。由于人類可持續(xù)發(fā)展的需要,現(xiàn)代制造系統(tǒng)必須是綠色制造系統(tǒng);另一方面,綠色制造的集成特性要求綠色制造系統(tǒng)必然是一個集成制造系統(tǒng)。?綜上所述,本文提出了“綠色集成制造系統(tǒng)”這一新概念,并將其定義如下:

綠色集成制造系統(tǒng)(Green Integrated Manufacturing System,GIMS)是一種可持續(xù)發(fā)展的企業(yè)組織、管理和運行的新模式。它綜合運用現(xiàn)代制造技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)、管理技術(shù)和環(huán)境技術(shù),將企業(yè)各項活動中的人、技術(shù)、經(jīng)營管理、物能資源和生態(tài)環(huán)境,以及信息流、物料流、能量流和資金流有機集成,并實現(xiàn)企業(yè)和生態(tài)環(huán)境整體優(yōu)化,從而達到產(chǎn)品上市快、質(zhì)量高、成本低、服務(wù)好、環(huán)境影響小,使企業(yè)贏得競爭,取得良好經(jīng)濟效益和社會效益。

4 綠色集成制造系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成框架

從系統(tǒng)功能角度看,一般說來,綠色集成制造系統(tǒng)(GIMS)包括管理信息系統(tǒng)、綠色設(shè)計系統(tǒng)、制造過程系統(tǒng)、質(zhì)量保證系統(tǒng)、物能資源系統(tǒng)、環(huán)境影響評估系統(tǒng)等六個功能分系統(tǒng),計算機通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫/知識庫系統(tǒng)等兩個支持分系統(tǒng)以及與外部的聯(lián)系。?下面對八個分系統(tǒng)中,與綠色制造直接相關(guān)的幾個分系統(tǒng)作一簡要說明。

綠色設(shè)計系統(tǒng)

GIMS中的綠色設(shè)計系統(tǒng),除包括一般現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)(CIMS)中的工程設(shè)計自動化系統(tǒng)的有關(guān)內(nèi)容(如CAD、CAPP、CAM等)外,還特別強調(diào)綠色設(shè)計。綠色設(shè)計是指在產(chǎn)品及其生命周期全過程的設(shè)計中,充分考慮對資源和環(huán)境的影響,在考慮產(chǎn)品的功能、質(zhì)量、開發(fā)周期和成本的同時,優(yōu)化各有關(guān)設(shè)計因素,使產(chǎn)品及其制造過程對環(huán)境的總體影響減到最小。綠色設(shè)計又稱為面向環(huán)境的設(shè)計(Design for Environment,DFE)。

物能資源系統(tǒng)

物能資源系統(tǒng)主要包括以下三方面內(nèi)容:

面向環(huán)境的產(chǎn)品材料選擇 面向環(huán)境的產(chǎn)品材料選擇就是要在產(chǎn)品設(shè)計中盡可能選用對生態(tài)環(huán)境影響小的材料,即選用綠色材料。

面向產(chǎn)品生命周期和多生命周期的物流系統(tǒng),如圖8所示。
能量流系統(tǒng) 能量流系統(tǒng)包括能量的種類、消耗狀況(各消耗環(huán)節(jié)的構(gòu)成、利用率、損耗率等)、對環(huán)境的影響等。

制造過程系統(tǒng)

制造過程系統(tǒng),除包括一般現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)中制造自動化系統(tǒng)的有關(guān)內(nèi)容外,還特別強調(diào)綠色性的制造過程,即清潔化生產(chǎn)過程。

環(huán)境影響評估系統(tǒng)

環(huán)境影響評估體系的內(nèi)容主要包括:

制造過程物料資源的消耗狀況;
制造過程能源的消耗狀況;
制造過程對環(huán)境的污染狀況;
產(chǎn)品使用過程對環(huán)境的污染狀況;
產(chǎn)品壽命終結(jié)后對環(huán)境的污染狀況。

5 結(jié)論

綠色制造是人類可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在制造業(yè)中的體現(xiàn)。本文揭示了綠色制造的一系列集成特性,在此基礎(chǔ)上提出了GIMS這一新概念;GIMS是一種可持續(xù)發(fā)展的企業(yè)組織、管理和運行的新模式。它綜合運用現(xiàn)代制造技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)、管理技術(shù)和環(huán)境技術(shù),將企業(yè)各項活動中的人、技術(shù)、經(jīng)營管理、物能資源和生態(tài)環(huán)境,以及信息流、物料流、能量流和資金流有機集成,并實現(xiàn)企業(yè)和生態(tài)環(huán)境整體優(yōu)化,從而達到產(chǎn)品上市快、質(zhì)量高、成本低、服務(wù)好、環(huán)境影響小,使企業(yè)贏得競爭,取得良好經(jīng)濟效益和社會效益;本文還建立了GIMS的系統(tǒng)構(gòu)成框架,它包括六個功能分系統(tǒng)和兩個支持分系統(tǒng)。

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