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从系统角度透析绿色制造运行模式

2009-02-24 18:01:00作者：谷振宇刘飞李聪波曹华军来源：

摘要该企业较好的实施效果验证了通过六视图能够对绿色制造运行模式做出整体的描述，该运行模型可以为企业实施绿色制造提供参考。 ...

0 引言

    绿色制造是人类社会可持续发展战略和循环经济模式在现代制造业中的具体体现，也是《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》中关于制造业领域发展的三大思路之一。近年来，国内外对此进行了广泛的研究，取得了大量的研究成果。绿色制造的概念、内涵以及理论体系框架等已初步形成。

    随着消费者环境意识的不断增强，特别是一系列环保法律、法规和标准的发布与实施，使得绿色制造的应用和实施对制造业的可持续发展显得越来越重要。因此，需要对可支持制造企业实施绿色制造的运行模式进行研究。Roberts针对澳大利亚昆士兰州的工业发展情况，提出了一系列建设工业生态园的原则和规划方法；Pleshette等从产品生命周期的角度对生态产业链的构成和运行机制进行了研究，并结合电子产业进行了探讨；Hemel等对中小企业实施绿色设计的障碍和激励因素进行了深入细致的分析，并提出了解决方案；Alberto等对企业实施绿色制造的策略进行了分析；Timothy等对欧洲、日本和美国等绿色制造发展情况和实施情况进行了分析和总结，并提出了一些实施绿色制造的建议；刘飞等研究了绿色制造的一系列集成特性，由此提出绿色集成制造系统，并论述了绿色集成制造系统的系统构成框架；蒋志强等围绕绿色设计和物流两个主线对绿色制造的实施模式进行了探讨。

    纵观国内外的研究，虽然取得了不少成果，但大多都是针对特定地域、特定行业和企业，从某个特定角度来分析和描述绿色制造的运行模式，尚需从系统的角度，通过多视图来全面理解和描述一般意义上的绿色制造的运行模式，并建立一种一般性模型以供制造企业在实施绿色制造时进行参考和借鉴。鉴于此，本文在借鉴现有研究成果和总结前期研究工作的基础上，对绿色制造运行模式进行了较为系统的探讨，并结合某机床制造企业进行了应用研究。

    1 绿色制造的运行模式

    1．1绿色制造运行模式的含义

    绿色制造运行模式说明了如何实施绿色制造的问题，并描述了这一问题解决方案的架构和运行机制。具体来讲，绿色制造运行模式指应用绿色制造技术的生产组织和技术系统的形态与运作方式。它以实现对环境负面影响极小，资源利用率极高，并使企业经济效益和社会效益协调优化为目标，以人、组织、技术、管理相互结合为实施手段，通过信息流、物料流、能量流和资金流的有效集成，使得产品能够上市快、质量高、成本低、服务好、满足绿色性要求，以赢得市场竞争。绿色制造运行模式与绿色制造系统密切相关。绿色制造运行模式反映了绿色制造系统在运行过程中所遵循的规律及其表现形态，同时也只有从系统的角度，才能真正认识运行模式，并有效实施绿色制造。

    1．2绿色制造运行模式的六视图描述

    绿色制造运行模式是描述绿色制造运行特征的一组模型的集合。这些模型全面、系统地描述了运行模式的功能、结构、特性与运行方式。研究绿色制造的运行模式，目的在于更加系统深入地认识和分析绿色制造运行模式的本质特征，进而建立绿色制造运行的参考模型，并基于所建立模型进行运行模式的规划设计与实施、系统改进和优化运行。由于运行模式的复杂性，如果只从某一角度来分析绿色制造运行模式，则难以反映绿色制造运行模式的各个方面的特性以及各个方面之间内在的有机联系，只有采用多视图才能对绿色制造运行模式做出整体的描述。在吸收、总结相关研究成果的基础上，本文从功能、产品生命周期、制造过程、资源流、环境影响、系统结构等6个视图切入(图1)，对绿色制造运行模式进行了较为系统的阐述。

    1．2．1 功能视图

    功能视图旨在描述绿色制造系统和功能构成，分为系统整体功能、系统构成要素功能和各个运行过程阶段功能三部分。整体功能和目标是要实现经济效益和可持续发展效益协调最大化。构成要素功能是根据不同的功能构成分析方法来分析系统构成要素，并从静态的角度考察它们的功能。各个运行过程阶段功能是根据系统目标运行的过程阶段，从动态的角度考察它们的功能。

    1．2．2 产品生命周期

    产品生命周期视图是绿色制造运行模式的一个主线视图，它描述了贯穿产品生命周期的全过程。通过对生命周期范围和内容进行界定，就可以明确产品生命周期中每一个过程的输入和输出，从而对能量和原材料的使用以及废弃物对环境的影响进行定量分析，也包括定性地确认并分析生命周期中可能产生的主要影响。

1．2．3 制造过程视图

    制造过程视图描述了绿色制造系统运行完整的活动链。过程视图揭示了产品从市场调研、需求分析和产品方案设计等信息形式经过一系列技术管理过程以及相互关联的活动转化为能够满足消费者需求的真实产品到产品报废、回收处理及再制造的整个过程。过程视图是描述绿色制造运行模式的另一个主线视图，它与产品生命周期视图都描述了产品的生产加工、销售和回收处理及再制造等过程，但两者对这些过程描述的角度不同，考察的内容也不同。产品生命周期视图考察的是生命周期中各阶段的输入输出，进而对环境和生态影响等进行分析。而过程视图，则关注的是由何主体通过何手段处理何问题实现何目的的过程本身。

    1．2．4 结构视图

    结构视图描述了保障系统运行的技术结构和组织构成。为保障系统运行，一方面必然以一定的技术手段和信息系统作为支撑，另一方面人发挥着至关重要的主要作用。而人所发挥的作用就是通过组织来实现。因此，结构视图分成两部分，一是与系统功能实现相关的技术结构和信息系统的构成，二是系统运行中与经营管理相关的组织构成和组织方式。

    1．2．5 资源试图

    制造系统中的资源又称为制造资源，可分为狭义制造资源和广义制造资源。狭义制造资源主要指物质资源，包括物料(原材料、坯件、半成品等)能源、设备等；广义制造资源除了包括物质资源之外，还包括资金、技术、信息、人力等。通过对系统运行全过程中资源流动的分析和建模，可以分析资源消耗状态及其影响因素，从而指导我们从总体的角度提高系统资源利用率。

    1．2．6 环境影响视图

    环境影响视图描述了系统运行过程中各种活动对环境的影响。通过对系统运行过程中对环境可能造成的影响进行分析、预测和评估。就可以提出预防或者减轻不良环境影响的对策和措施。

    1．3 绿色制造运行模式的层次模型

    基于上述对绿色制造运行模式的分析和描述，笔者们建立一种4层结构的绿色制造运行模型，如图2所示。4层之间紧密联系，形成一个有机的整体。其中，目标层是功能视图的映射，它明确了系统的环境目标。有了明确的目标，就能够结合企业自身的特点，采用相应的绿色制造技术，推进绿色制造的实施，进而逐步实现经济效益、社会效益和生态效益的协调优化。产品生命周期主线层和产品设计主线层分别对应于产品生命周期视图和制造过程视图。信息系统支持层描述了结构视图中与系统功能实现相关的技术结构和信息系统的构成，同时它也体现了功能视图中的系统构成要素功能。绿色制造运行模式结构中的资源流和环境影响则分别蕴含于产品生命周期过程主线层和产品设计主线层中，通过这两个过程分析和建模可对资源流动和环境影响进行分析和评估，而功能视图中的各个运行过程阶段功能也在这两个过程运行中得以体现。

    2 绿色制造运行模式的应用

    2．1绿色制造运行模式应用的总体思路

    2．1．1 三维分类细化

    上述分析是从系统的角度对绿色制造运行模式进行的一般性描述，而不同行业，不同功能的企业实施绿色制造的运行模式是不同的。因此，很难建立一种通用、具有可实施性的运行模式。为了更方便地实施绿色制造，首先必须对运行模式进行分类细化。我们采用空间维、行业维、功能维的三维分类法对运行模式进行分类。首先，根据国民经济行业分类法，分析和研究不同行业实施绿色制造的共性特征，抽象和整合一组特征型行业(行业维)；然后，分别针对特征型行业中零部件加工配套型、产品制造型和混合型制造功能企业(功能维)，从车间、企业、产业链(空间维)三个层次对运行模式进行合理设计和细化。

    2．1．2实施战略

    实施绿色制造涉及面广，实施过程十分复杂，且投入也比较大。企业可以采取系统分析、总体规划、分步实施、重点突破的实施战略。

    2．2应用案例

    基于上述对绿色制造运行模式的分析以及应用的总体思路，以某机床制造企业绿色制造实施的具体应用作为案例进行说明。

    2．2．1 运行模式的类型

    根据三维分类法，该企业实施绿色制造的运行模式的类型如表l所示。

    2．2．2实施目标

    该企业首先结合行业特点、企业实际情况以及市场需求制定了发展绿色制造的规划，通过对产品生命周期和产品设计两条主线的分析，针对机床原辅材料消耗大，使用过程中环境影响大等特点，明确了两个重点突破的目标：①提高产品的绿色性；②增强对废弃产品回收再处理的管理。

    2．2．3产品生命周期主线的废弃机床回收再处理

    机床大多是因为加工精度和功能不能达到要求而报废，而其床身、立柱、主轴和回转工作台等很多部件都未达到设计使用寿命，但却随着机床的报废而损坏或锈蚀，浪费了大量的钢、铁等材料。为了提高资源的重复利用率，该企业加强了报废机床回收再处理的管理，其流程如图3所示。报废机床回收后，先进行性能测试和功能分析。对于可以进行功能改造的报废机床，进行数字化改造，改进其功能；对于不能进行功能改造的报废机床，则进行拆卸。其中，可重用的部件则重复利用，不能重用的部件则根据其材料能否再生进行分别处理。

    2．2．4 产品设计主线的滚齿机产品的绿色化设计和改进

    滚齿机产品的绿色化设计和改进的目的是提高滚齿机的绿色使用性，减少使用过程中对操作者和环境的影响，其设计流程如图4所示。通过对滚齿机产品的绿色化设计和改进，主要实现了：①传统滚齿机产品的数控化设计和改进，在性能提升的同时，明显降低了能耗和噪声；②能实现高速、高效干式滚切加工，避免了冷却液污染；③对称的床身结构，排屑器能从床身中部迅速地将炙热的切屑排除，改善了工作环境；④全密封护罩，大开度的推拉式防护门，并配置油雾收集器，使原来油烟弥漫的加工现场变得清洁环保。

    2．3 实施效果

    一方面通过绿色化设计和改进，成功开发了拥有自主知识产权的经过绿色性改进的滚齿机床YKS3112，在市场上取得了良好的销售业绩；另一方面加强报废机床回收再处理，循环利用了废旧资源。绿色制造的实施为企业带来了较好的经济效益，并树立了良好的企业形象，取得了较好的实施效果。

    3 结论

    (1)绿色制造运行模式就是指应用绿色制造技术的生产组织和技术系统的形态与运作方式。鉴于绿色制造运行模式的复杂性，可以通过功能视图、产品生命周期视图、制造过程视图、结构视图、资源视图、环境影响视图等6个视图对绿色制造运行模式进行较为系统的描述。4层结构的绿色制造运行模型，可以对企业实施绿色制造提供参考和借鉴。对运行模式的深入理解和系统描述将会对进一步系统、完整地分析绿色制造运行模式提供参考和指导。

    (2)如何实施和运作绿色制造，这是一个系统性和综合性都很强的问题。企业可以首先根据三维分类法对运行模式进行细化，然后根据企业实际制定相应的实施策略。其中，制定发展规划和明确目标是绿色制造在企业成功实施的关键，规划的重点是结合企业自身特点对产品生命周期主线和产品设计主线上的重点环节提出解决方案，然后进行分步实施。