先进制造业的制造模式—绿色制造

维普资讯 http://www.cqvip.com 第２４卷第４期　水利电力机械　Ｖｏ１．２４　Ｎｏ．４　２００２年８月　ＷＡＴＥＲ　Ｃ０ＮＳＥＲＶＡＮＣＹ＆Ｅ【正ＣＴＲＩＣ　ＰＯＷＥＲ　ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ　Ａｕｇ．２００２　・综合・　先进制造业的制造模式——绿色制造　Ｔｈｅ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ－一ｇｒｅｅｎ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　储开宇　（华北电力大学机械系，河北保定０７１００３）　摘要：介绍了绿色制造的内涵和研究领域，讨论了绿色制造的专题技术，阐述了绿色制造的延伸领域和发　展趋势。　关键词：绿色制造；制造业；２１世纪　中图分类号：ｘ３８：Ｆ４０７　文献标识码：Ｃ　文章编号：１００６—６４４６（２ＯＯ２）Ｏ４—００４２—０３　０　引言　１绿色制造的提出　随着科学技术飞速发展，人类文明和进步达到　了较高的境界。所有这一切都是人力资源开发自然　制造业是国民经济的支柱产业。它既为人类创　资源的产物，而其中制造业占有极其重要的地位。　造新的物质文明，同时又是消耗资源的大户，是产生　一方面，制造业把原料转化成各种各样的产品，直接　环境污染的源头产业，并正在对人类的生存与发展　或间接地为人类的衣、食、住、行服务；另一方面，制　造成严重威胁。因此，进入２０世纪９ｏ年代以来，为　造业在将制造资源转变为产品的制造过程中以及在　了适应人类社会可持续发展的要求，如何最大程度　产品的使用和处理过程中，大量消耗掉了人类社会　地利用资源和最低限度地产生废弃物，已成为政府、　几千年甚至上亿年才能形成的有限自然资源并对环　制造企业界和学术界最关心的问题。于是，各国的　境造成严重污染。据统计，造成环境污染的排放物　环境战略经历了一场新的转折，全球性的产业结构　有７０％以上来自制造业，它们每年约产生出５５亿吨　出现调整，一种集资源优化利用与环境保护治理于　一体的新的制造模式——绿色制造（Ｇｒｅｅｎ—Ｍａｎｕｆａｃ—　无害废物和７亿吨有害废物。今天，当我们享受着　ｔｕｒｅ，ＧＭ）由此提出，这就是向资源利用合理化，废弃　高科技成果之际，却不得不面对着整个地球的资源　物生产少量化，对环境无污染、少污染的方向发展的　短缺、环境恶化、生态系统失衡等全球性危机。如：　绿色战略趋势。　（１）已查明石油、天然气、煤分别只够用４０年、６０年、　１８５年；（２）人类人口急剧增长，预计２０５０年全球人　２绿色制造的概念和研究领域　口将达８９亿，粮食和食品供应将出现大范围的短缺　绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率　现象，地球上１／３的人们面临缺水；（３）环境的污染　的现代制造模式，绿色制造的概念和内涵正在不断　与生态平衡的破坏越来越严重，世界上１０％～１５％　发展和完善。绿色制造的目标是使得产品在从设　的物种将在今后３０年内灭绝，８０％的树林正遭受砍　计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周　伐。如果人类再不关注生态环境，留给人类自己的　期中，对环境的负影响最小，资源利用率最高。绿色　将只有灭亡。鉴于此，如何使制造业减少资源消耗　制造从产品设计阶段就开始考虑防止污染问题，以　和尽可能少地产生环境污染，是２１世纪制造科学面　绿色的工艺、设备和严格的科学管理为手段，使废弃　临解决的重大问题ｌ】』。　物最少化，并尽可能地使废弃物资源化和无害化，从　收稿日期：２００２—０３—２１　作者简介：储开宇（１９６３），男，江苏东台人，华北电力大学机械系副教授，从事机械制造理论及设计的教学和研究工作　维普资讯 http://www.cqvip.com 第２４卷第４期　储开宇：先进制造业的制造模式——绿色制造　・４３・　而使企业经济效益和社会效益达到最优。　不能仅考虑其绿色性，还必须考虑产品的功能、质　ＧＭ的研究领域主要包括３项内容和２个层次　量、成本等多方面的要求，这些更增添了面向环境的　的全过程控制。３项内容是指绿色资源、绿色生产　产品材料选择的复杂性。选择材料应遵循以下几个　过程、绿色产品。涉及的领域是环境、资源优化和产　原则：优先选用可再生材料和回收材料；尽量选用低　品制造。２个层次的全过程控制：一是指具体的制　消耗、少污染的材料；尽量选用环境兼容性好的材料　造过程即物料转化过程控制、充分利用资源、减少环　及零部件，避免选用有害和有辐射性的材料。　境污染、实现具体绿色制造过程控制；二是指在产品　３．３绿色工艺规划技术　设计、制造、装配、包装、运输、使用以及报废后回收　大量的研究和实践表明，产品制造过程中的工　处理的整个产品生命周期中，每个环节均充分考虑　艺方案，对物料、能源消耗以及周围环境都有直接影　资源和环境问题，以实现最大限度地优化利用资源　响。产品制造过程的工艺方案不一样，物料和能源　和减少环境污染。　的消耗将不一样，对环境的影响也不一样。绿色工　资源、环境、人口是当今人类社会面临的三大主　艺规划就是要根据制造系统的实际，尽量研究和采　要问题，尤其是环境和资源问题，不仅是确保经济社　用物料和能源消耗少、废弃物少、对环境污染小的工　会可持续发展的基本条件，而且直接涉及到人类的生　艺方案和工艺路线。　存质量，因此保护生态环境，节约资源、合理使用资源　３．４绿色包装技术　是保证人类社会持续发展的长期战略。绿色制造是　包装技术已成为一个研究热点，各种包装材料　一种充分考虑前两大问题的一种现代制造模式。　占据了废弃物的很大份额。绿色包装技术就是从环　３绿色制造的专题技术　Ｊ　境保护的角度出发，摒弃那些求新求异的消费理念，　优化产品包装方案，使得资源消耗和废弃物产生最　绿色制造的理论是在满足产品的物理目标时，　少。使包装做到按“３Ｒ１　Ｄ”（Ｒｅｄｕｃｅ减量化、Ｒｅｕｓｅ回　还应满足环境目标。它要求在产品的整个寿命周期　收重用、Ｒｅｃｙｃｌｃ循环再生和Ｄｅｇｒａｄａｂｌｅ可降解）的原　内把产品的基本属性和环境属性紧密结合。绿色制　则实施。　造的技术主要涉及５个方面，简称“五绿”，即绿色设　３．５绿色处理技术　计、绿色材料、绿色工艺、绿色包装和绿色处理。　产品生命周期终结后，应及时进行回收处理。　３．１绿色设计技术　若不回收处理，将造成资源浪费并导致环境污染。　产品的绿色设计是以环境资源保护为核心概念　目前的研究认为面向环境的产品回收处理是个系统　的设计过程，是指在产品及其生命周期全过程的设　工程，从产品设计开始就要充分考虑这个问题，并作　计中，充分估计到对资源和环境的影响，并在充分考　系统分类处理。产品寿命终结后，回收处理可以有　虑如何满足产品的功能、质量、开发周期和成本的同　多种不同的处理方案，各种方案的处理成本和回收　时，优化各有关设计因素，使得产品及其制造过程对　价值都不一样，需要对各种方案进行分析与评估，以　环境的总体影响和资源消耗减到最小。绿色设计是　效益最大化、重新利用的零部件尽可能多、废弃部分　一种综合了面向对象技术、并行工程、寿命周期设计　尽可能少为目标，确定出最佳的回收处理方案。该　等的一种全新设计方法，它包含了产品从概念形成　方案使得整个产品回收处理过程的资源利用率尽可　到生产制造、使用乃至废弃后的回收、再用及处理、　能高、环境污染尽可能小，从而以最少的成本代价，　处置的各个阶段。绿色设计是“五绿”中的关键，又　获得最高的回收价值。　称为面向环境的设计（Ｄｅｓｉｇｎ　ｆｏｒ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＤＦＥ），　主要包括以下几方面内容：面向环境的产品结构设　４绿色制造理念的延伸领域［３］　计、产品材料选择设计和制造环境设计（或重组）；面　可以相信，随着公众生态意识的提高，随着国家和　向制造和装配设计；面向拆卸设计；回收性设计；绿　世界有关环境保护法律和规定的进一步完善，绿色制　色产品的生命周期分析等。　造、清洁制造、绿色产品、环境材料等概念将越来越被　３．２绿色材料选择技术　大家所接受，绿色制造厂家将在世界市场竞争中占有　在开发绿色产品时，绿色材料选择技术是一个　十分有利的地位，绿色产品将更容易占领市场。　系统性和综合性很强的复杂技术。一是绿色材料尚　（１）工业产品已向绿色制造进展。现在，政府和　无明确界限，实际中选用很难处理；二是选用材料，　企业界已逐步认识到，工业生产对环境质量的损害，　维普资讯 http://www.cqvip.com ・４４・　水利电力机械　２００２年８月　不仅严重影响企业的名声，而且不利于市场竞争，并　博斯在为１９７２年斯德哥尔摩“人类环境会议”提供　成为企业发展的一个制约因素。因此，工业界正在　的材料《只有一个地球》中指出：地球上各环境要素　积极推行清洁生产，大力采取降低物质、能源消耗，　是相互依存、牵制的，地球环境的任何部分也都相互　减少污染物排放等措施。一些污染重的工业被称为　联系、制约，任何国家或国家集团都不可能脱离地球　“夕阳产业”，正在走向没落。相反，有利于改善环境　却又独享其舒适的环境，各国必须同舟共济。这就　的工业和产品正在蓬勃发展，被称之为“朝阳产业”，　是国际社会普遍承认的地球整体性原则。跨国公司　展现了强大的生命力，引人注目。　和集团、各种企业问的合作已成潮流，全球制造已成　（２）农业经济已向绿色经济变化。为了适应国　为制造技术发展的趋势。它从另一侧面反映出绿色　际市场的激烈竞争和发展的新特点，各国都重视绿　制造的研究和应用将愈来愈体现全球化的特征和趋　色产品的生产和开发，大力推广生态农业，并把那些　势。　有污染的农产品排斥在国门外。如我国对欧盟茶叶　５．２社会化　的出口，由于残留农药问题而被禁止。现在，各国都　绿色制造的研究和实施需要政府、企业和公民　制定了“作物综合管理”计划和符合绿色产品要求的　等全社会的共同努力和参与，政府要立法和制定行　其它计划，这些计划的宗旨是选择对环境危害小的　政法规、经济政策，用市场经济的机制对绿色制造实　农药和化肥，同时还需改良土壤结构，保护野生动植　施导向。例如，制定有效的资源价格政策，利用经济　物资源，追求绿色产品。　手段使得企业和人们不得不尽可能减少对环境的污　（３）科技发展已向绿色科技变革。环境保护正　染。当前，这方面的法律和行政法规对绿色制造行　在推动一场技术革命，即绿色科技是当今国际社会　为还不能形成有力的支持。立法问题现在已愈来愈　发展的一种趋势。要想保持对资源的持久利用，就　受到各个国家的重视。企业要真正有效地实施绿色　必须改变过去那种耗竭型的工业发展模式，加速科　制造，必须考虑产品寿命终结后的处理，建立企业、　技进步。没有技术的保障，资源的持久利用是不可　产品、用户三者之间的新型集成关系。公民也要加　能的。　强环保知识学习，提高环境保护意识。　（４）消费水平已向绿色商品转变。所谓“绿色商　５．３集成化　品”，是指那些从生产到使用、回收处置的整个过程　绿色制造涉及的问题领域包括３部分：一是制　有特定的环保要求，对生态环境无害或损害极小，并　造问题，包括产品生命周期全过程；二是环境影响问　有利于资源的再生回收的产品。据有关资料表明，　题；三是资源优化问题。绿色制造就是这三部分内　８２％的德国人和６０％的荷兰人在超市购物时，会考　容的交叉和集成。要真正有效地实施绿色制造，必　虑所选购的商品是否会污染环境；７７％的美国消费　须从系统的角度和集成的角度来考虑和研究绿色制　者表示企业的环保形象会影响他们的购买意向；　造中的有关问题。绿色制造的集成功能目标体系、　６６％的英国人愿支付更高的价格购买绿色产品，欧　产品和工艺设计与材料选择系统的集成，用户需求　州市场有４０％的消费者更喜欢购买绿色商品。因　与产品使用的集成，绿色制造的问题领域集成，绿色　此，这就促进社会再生产的各个环节，从生产至流通　制造系统中的信息集成，绿色制造的过程集成等集　再到消费，无不以“绿色”为追求目标。　成技术的研究将成为绿色制造的重要研究内容ｌ２ｊ。　（５）国际贸易已向绿色经济倾斜。在国际贸易　５．４并行化　上，保护环境越来越成为一个重要准则。进人２０世　并行工程（Ｃｏｎｃｕｒｒｅｎｔ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ），又称为“同步　纪８０年代后，随着“绿色潮流”不断高涨，国际市场　工程”（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）。美国防御分析研究　消费需求出现变化，不注重绿色消费的出口产品，逐　所Ｒ３３８报告中提出的并行工程的定义为：并行工程　渐成为国际贸易中的抵制对象。进人２０世纪９０年　是一种系统方法，以集成的并行的方式设计产品及其　代后，许多国家陆续推出更为严厉的环保法规，使非　相关的过程（包括制造过程和支持过程），这种方法力　环保产品面临更为严峻的考验。　求使产品开发人员从设计一开始就能考虑到产品从　５绿色制造的发展趋势　概念形成到产品报废处理的整个产品生命周期里的　所有因素，包括质量、成本、作业调度、用户需求、环境　５．１全球化　影响、资源消耗等。不仅实现产品设计优化，而且使　英国经济学家Ｂ・沃德和美国微生物学家Ｋ・杜　整个产品开发过程优化Ｌ４Ｊ。（下转第５５页）　维普资讯 http://www.cqvip.com 第２４卷第４期　孔梦荣，等：基于组件的软件工程实现软件产业的工业化　・５５・　新角色。　目前，组件生产商正在成长壮大，组件市场已初步　形成，基于ｗ出的组件代理人也可见到。随着软件产业　工业化的发展，将形成这样的一种产业模式，即组件生产　商专门生产组件，然后再由组件零售商等组件管理者将　它们拿到市场上销售，系统集成商则根据自己应用系统　的需求进行组件的采购、集成和组装。　分析　ＣＢＳＥ开发过程中主要涉及到组件开发和组件　组成２部分。而ＣＢＳＥ重点又集中在通过组件的接　口而组成的产品上。因此必须对多个组件的合成品　的功能进行设计。　３总结　通过大量的基于组件的软件开发实例可以看　到，用ＣＢＳＥ方法与传统的开发方法相比，工作量及　代码长度都大幅度的降低和减少。一些国际知名公　司的资料表明，软件复用率最高可达到９ｏ％；上市　时间可缩短至原来的２０％～５０％；软件产品缺陷密　度可减少至１０％～２０％；软件产品的维护费用可减　少至１０％～２０％；软件产品的开发总费用可减少至　１５％～７５％，其中７５％是针对长期项目的，包括开发　可复用费用及支持复用的费用。　基于组件复用的软件开发过程和传统的一切从　头开始的软件开发过程有着实质性的不同，我们需　要对软件开发的各个方面进行重新思考。软件复用　的推广与发展所面临的不只是技术问题，还涉及到　众多的非技术因素。如何鼓励开发人员积极生产软　部件；如何管理软部件以及组件的商业化；开发人员　的组织，开发工作的管理，开发人员知识的更新；创　造性和工程化的关系；知识产权问题；保守商业秘密　的问题；复用前期投入的经济考虑以及标准化问题　等等都很重要。　（编辑：李建乐）　’～’’～、’～’’～、’～、’～、’～、’～、・　Ｉ　Ｉ　ｆ　．　Ｉ　Ｉ　ｌ　编码　Ｉ　ｌ　Ｉ　单元测试　Ｉ　ｌ　组装测试　ｌ　ｌ　系统测试　ａ瀑布模型　ｂ　ＣＢＳＥ模型　图５软件开发过程　、’　、’　、’　、’　、’　、’　、’　、’　、’　、’　、’　、’　、’　、’～、’～’’　、’～、’～、’～、’～、’　’’～’’～’’（＇’‘，●～’●～，’～’’　’’　、’～’●～、●（、’～、’～、●　（上接第４４页）　５．６信息化　绿色并行工程涉及一系列关键技术，包括绿色　并行工程的协同组织模式、协同支撑平台、绿色设计　的数据库和知识库、设计过程的评价技术和方法、绿　色并行设计的决策支持系统等？绿色并行　］　程将可　能成为绿色产品开发的有效模式　５．５智能化　绿色设计是一个多特征、多变量、多目标且具有　大量不确定性因素的决策过程，在这种情况下，基于　知识系统、模糊系统和神经网络等的人工智能和智　能制造技术，将在绿色制造研究中发挥重要作用。　绿色制造的决策目标体系是现有制造系统　ｃｓ（即　产品上市时间Ｔ、产品质量Ｑ、产品成本Ｃ和为用户　提供的服务ｓ）目标体系与环境影响Ｅ和资源消耗　Ｒ的集成，即形成了　ｃｓＲＥ的决策目标体系。要　优化这些目标，是一个难于用一般数学方法处理的　十分复杂的多目标优化问题，需要用人工智能方法　来支持处理。另外，绿色产品评估指标体系及评估　专家系统，利用神经网络可以使数据收集、检索完善　化，使评估过程的优化以及设计的智能化。因此，要　实现未来的智能绿色设计和制造，人工智能和智能　制造技术是不可缺少的。　信息化将使绿色制造不断得到创新与发展．当　今的时代是信息时代。２０世纪有许多重大科技成　果，但没有哪一项技术对整个社会影响象信　皂、技术　这样大。绿色制造过程中的信息流无处不在、无时　不在，是最活跃的。物质流与能源流在信息流指挥　下运动。信息获得、信息处理、信息流动将在绿色制　造中发挥越来越重要的作用，信息技术与绿色制造　的结合是制造业重要的发展趋势之一。　绿色制造对未来制造业的发展至关重要。近年　来国内外对绿色制造已作了许多的研究。总结绿色　制造的现有研究，全球化、社会化、集成化、并行化、　智能化和信息化将是绿色制造的重要发展趋势：　参考文献：　［１］张薯．绿色一２１世纪的挑战一可持续发展的战略［Ｊ：．机　电一体化，１９９８，（２）：４～７．　［２］刘飞，曹华军，何乃军．绿色制造的研究现状与发展趋势　［Ｊ］．中国机械工程，２０００，（２）：１０５～１１０．　［３］晓理．世界环保产业的发展趋势及发展我国环保产业的　思考［Ｊ］．产业博览，２０００，（３）：４１～４２．　［４］岳文辉，陈文锋，刘素，等．绿色制造中的并行工程　Ｊ：．　湘潭矿业学院学报，２０００，（３）：５２～５６．　（编辑：李建乐）