綠色製造

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綠色製造(Green Manufacturing,GM)

目錄

綠色製造概述

  綠色製造(Green Manufacturing),又稱環境意識製造(Environmentally Conscious Manufacturing,ECM)、面向環境的製造(Manufacturing For Environment,MFE)和清潔製造等。

  綠色製造是一個綜合考慮環境影響和資源效率的現代製造模式,其目標是使產品從設計、製造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個產品生命周期中,對環境的影響 (負作用)最小,資源效率最高(圖1)。

Image:绿色制造中产品生命周期.jpg

  圖1 綠色製造中產品生命周期

  近年來對綠色製造的研究非常活躍。1996年,美國製造工程師學會(SME)發表了關於綠色製造的專門藍皮書《Green Manufacturing》,提出綠色製造的概念,並對其內涵和作用等問題進行了較系統介紹;1998年,SME又在國際互聯網上發表了“綠色製造的發展趨勢”的網上主題報告;美國加州大學伯克利分校不僅設立了關於環境意識設計和製造的研究機構,而且還在國際互聯網上建立了可系統查詢的綠色製造專門網頁Greenmfg;國際生產工程學會 (CIRP)近年發表了不少關於環境意識製造和多生命周期工程的研究論文;美國AT&T和許多企業也以企業行為投入大量研究。特別是近年來,國際標準化組織(ISO)提出了關於環境管理的14000系列標準後,推動著綠色製造研究的發展。可以毫不誇張地說,綠色製造研究的強大綠色浪潮,正在全球興起。國內這方面的研究正在急起直追。近年來,對綠色製造及其相關的資源問題和能源問題進行了較多的研究。綠色製造的研究雖然已在迅速開展,但是由於“綠色製造”本身的提出和研究歷史較短,現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,許多問題還有待於深入。特別是綠色製造需要從系統的角度、集成的角度來考慮和處理有關問題。

綠色製造的內涵

  由於綠色製造的提出和研究歷史很短,其概念和內涵尚處於探索階段,至今還沒有統一的定義。綜合現有文獻,特別是借鑒美國製造工程師學會的藍皮書的觀點和我們所作的研究,綠色製造的基本內涵可描述如下:綠色製造是一個綜合考慮環境影響和資源效率的現代製造模式,其目標是使得產品從設計、製造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個產品生命周期中,對環境的影響(負作用)最小,資源效率最高。

  綠色製造從產品設計階段就開始考慮資源和環境問題, 以綠色工藝, 綠色材料以及嚴格、科學的管理, 使廢棄物最少, 並儘可能使廢棄物資源化、無害化, 從而使企業經濟效益和社會效益達到最優。圖2所示為綠色生態型製造企業模型。可以看到, 綠色製造作為先進的現代製造模式是一個“大製造”的概念。綠色製造的“製造”是物質從自然來到自然去的可持續發展的無窮迴圈的一個環節, 是構成廣義綠色物質世界的大通道, 是面向產品全生命周期的製造。因此, 綠色製造涉及到多學科的交叉和集成, 體現了現代製造學科的“大製造、大過程、學科交叉”的特點。

Image:为绿色生态型制造企业模型.jpg

  圖2 所示為綠色生態型製造企業模型

綠色製造的集成特性

  1、綠色製造的問題領域及其集成特點

  從綠色製造的定義可知,綠色製造涉及的問題領域包括三部分:(1)製造領域,包括產品生命周期全過程;(2)環境領域;(3)資源領域。綠色製造就是這三大領域內容的交叉和集成(圖3)。

Image:绿色制造集成.jpg

  圖3 綠色製造集成

  2、綠色製造的主要內容及其集成特點

  綠色製造的內容涉及產品整個生命周期的所有問題,主要應考慮的是“五綠” (綠色設計、綠色材料選擇、綠色工藝規劃、綠色包裝、綠色處理)問題。“五綠”問題應集成考慮,其中綠色設計是關鍵,這裡的“設計”是廣義的,它不僅包括產品設計,也包括產品的製造過程和製造環境的設計。綠色設計在很大程度上決定了材料、工藝、包裝和產品壽命終結後處理的綠色性。

  3、綠色製造的綜合效益

  綠色製造不僅是一個社會效益顯著的行為,也可能是取得顯著經濟效益的有效手段。例如,實施綠色製造,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,實施綠色製造,減少或消除環境污染,可減少或避免因環境問題引起的罰款;並且,綠色製造環境將全面改善或美化企業員工的工作環境,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,有助於提高員工的主觀能動性和工作效率,以創造出更大的利潤;另外,綠色製造將使企業具有更好的社會形象,為企業增添了無形資產。因此,對待綠色製造,不應該被動地遵守政府或社會道德方面作出的規定,而應該把綠色製造看作是一種戰略經營決策,即實施綠色製造對企業是一種機遇,而不是一種不得已而為之的行為。例如,最近有的城市規定汽車尾氣排放量超過一定量者,不能進入主城區。這樣,這類汽車在主城區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,綠色製造本身需要一定的投入,從而增加了企業的成本。因此,根據實際情況,對綠色製造的效益與成本進行對比分析,從而確定綠色製造的經濟效益。

  綜上所述,綠色製造的效益是社會效益和經濟效益的集成。

  4、綠色製造系統中的信息集成

  綠色製造系統除了涉及普通製造系統的所有信息及其集成考慮外,還特別強調與資源消耗信息和環境影響信息有關的信息應集成地處理和考慮,並且將製造系統的信息流、物料流和能量流有機地結合,系統地加以集成和優化處理。

  5、綠色製造的過程集成

  綠色製造所揭示的概念表明,綠色製造覆蓋了產品生命周期的每一過程,是基於資料庫及其數據交換標準的產品多生命周期的集成。

  6、綠色製造的集成功能目標體系

  綠色製造的功能目標應是多方面的。此功能目標模型簡稱TQCSE模型,其中T表示時間,Q表示質量,C表示成本,S表示服務,E表示環境。E是指採用綠色製造技術,能最大限度地消除環境負影響,提高環境效益。值得註意的是,傳統的功能目標不包含目標E,只是將其相關功能分散於T、Q、C、S四個目標之中。但隨著科技的進步及社會的發展,一方面,製造業已成為環境問題的主要源頭,另一方面,ISO14000的實行使得各國製造業必須重視環境問題。因此,環境目標已發展成為與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是相互關聯的,它們構成了一個綠色製造功能目標的有機體系。從長遠看,綠色製造的TQCSE模型有可能發展成為TQCSER模型,這裡R表示資源。這是因為人類的資源將越來越有限,企業從社會效益考慮,必須儘可能減少資源消耗。

  7、綠色製造的社會化集成特性

  綠色製造是個複雜的系統工程,需要全社會的參與和社會化的集成。如:

  (1) 法律行為、政府行為和企業行為的集成

  綠色製造本身是一種企業行為,但要使企業真正將綠色製造作為自覺的企業行為、法律行為和政府行為,必須先行一步。綠色製造涉及的法律行為和政府行為首先是立法和行政法規的問題。當前,這方面的法律和行政規定對綠色製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,一些企業通過大量消耗資源和犧牲環境可取得很大利潤;環境污染方面的懲罰力度不夠,企業即便承擔罰款也照常可取得利潤,因而對防治環境污染積極性不高。立法問題現在已愈來愈受到各個國家的重視,關於環境污染和資源消耗的一些法規已經和正在出台,例如,我國正在起草《中華人民共和國資源綜合利用法》,將對資源優化利用和綜合利用問題作出法律上的規定。這將有力地推動綠色製造的實施。其次,政府還可制定經濟政策,用市場經濟的機制對綠色製造實施導向。例如,制定有效的資源價格政策,利用經濟手段對不可再生資源和雖可再生但開采後會對環境產生影響的資源(如樹木)嚴加控制,使企業和人們不得不儘可能減少直接使用這類資源,轉而開發其它替代資源。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製造廠生產綠色汽車。

  (2)企業、產品、用戶三者之間的新型集成關係

  企業要真正有效地實施綠色製造,必須考慮產品壽命終結後的回收和處理,這就可能形成企業、產品、用戶三者之間的新型集成關係。有人建議,需要回收處理的主要產品(汽車、冰箱、空調、電視機等),用戶只買了其使用權,而企業擁有所有權而且必須進行產品報廢後的回收處理。

綠色集成製造系統的提出

  由綠色製造的內涵和綠色製造的集成特性可知,綠色製造是一個複雜的系統工程。它的一系列集成特性表明,集成是綠色製造的關鍵特性。由於人類可持續發展的需要,現代製造系統必須是綠色製造系統;另一方面,綠色製造的集成特性要求綠色製造系統必然是一個集成製造系統。綜上所述,本文提出了“綠色集成製造系統”這一新概念,並將其定義如下:

  綠色集成製造系統(Green Integrated Manufacturing System,GIMS)是一種可持續發展的企業組織、管理和運行的新模式。它綜合運用現代製造技術、信息技術、自動化技術、管理技術和環境技術,將企業各項活動中的人、技術、經營管理、物能資源和生態環境,以及信息流、物料流、能量流和資金流有機集成,並實現企業和生態環境整體優化,從而達到產品上市快、質量高、成本低、服務好、環境影響小,使企業贏得競爭,取得良好經濟效益和社會效益。

綠色集成製造系統的系統構成框架

  從系統功能角度看,一般說來,綠色集成製造系統(GIMS)包括管理信息系統、綠色設計系統、製造過程系統、質量保證系統、物能資源系統、環境影響評估系統等六個功能分系統,電腦通信網路系統和資料庫/知識庫系統等兩個支持分系統以及與外部的聯繫。下麵對八個分系統中,與綠色製造直接相關的幾個分系統作一簡要說明。

  1、綠色設計系統

  GIMS中的綠色設計系統,除包括一般現代集成製造系統(CIMS)中的工程設計自動化系統的有關內容(如CADCAPPCAM等)外,還特別強調綠色設計。綠色設計是指在產品及其生命周期全過程的設計中,充分考慮對資源和環境的影響,在考慮產品的功能、質量、開發周期和成本的同時,優化各有關設計因素,使產品及其製造過程對環境的總體影響減到最小。綠色設計又稱為面向環境的設計 (Design for Environment,DFE)。

  2、物能資源系統

  物能資源系統主要包括以下三方面內容:

  (1)面向環境的產品材料選擇 面向環境的產品材料選擇就是要在產品設計中儘可能選用對生態環境影響小的材料,即選用綠色材料。

  (2)面向產品生命周期和多生命周期的物流系統

  (3)能量流系統 能量流系統包括能量的種類、消耗狀況(各消耗環節的構成、利用率、損耗率等)、對環境的影響等。

  3、製造過程系統

  製造過程系統,除包括一般現代集成製造系統中製造自動化系統的有關內容外,還特別強調綠色性的製造過程,即清潔化生產過程。

  4、環境影響評估系統

  環境影響評估體系的內容主要包括:

  (1)製造過程物料資源的消耗狀況;

  (2)製造過程能源的消耗狀況;

  (3)製造過程對環境的污染狀況;

  (4)產品使用過程對環境的污染狀況;

  (5)產品壽命終結後對環境的污染狀況。

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