绿色制造的集成特性和绿色集成制造系统

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引言
绿色制造(Green Manufacturing),又称环境意识制造(Environmentally Conscious Manufacturing)、面向环境的制造(MFE)等，近年来的研究非常活跃。1996年，美国制造工程师学会(SME)发表了关于绿色制造的专门蓝皮书《Green Manufacturing》，提出绿色制造的概念，并对其内涵和作用等问题进行了较系统介绍；1998年，SME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；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Greenmfg；国际生产工程学会(CIRP)近年发表了不少关于环境意识制造和多生命周期工程的研究论文；美国AT&T和许多企业也以企业行为投入大量研究。特别是近年来，国际标准化组织(ISO)提出了关于环境管理的14000系列标准后，推动着绿色制造研究的发展。可以毫不夸张地说，绿色制造研究的强大绿色浪潮，正在全球兴起。?国内这方面的研究正在急起直追。近年来，对绿色制造及其相关的资源问题和能源问题进行了较多的研究。?绿色制造的研究虽然已在迅速开展，但是由于“绿色制造”本身的提出和研究历史较短，现有的研究大多停留在概念研究、认识研究、一般谈观点和方法的阶段，许多问题还有待于深入。特别是绿色制造需要从系统的角度、集成的角度来考虑和处理有关问题。为此，本文试图在这方面进行初步的探索。
1 绿色制造的内涵
6 Y; K3 G% i: S由于绿色制造的提出和研究历史很短，其概念和内涵尚处于探索阶段，至今还没有统一的定义。综合现有文献，特别是借鉴美国制造工程师学会的蓝皮书的观点和我们所作的研究，绿色制造的基本内涵可描述如下：绿色制造是一个综合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)最小，资源效率最高。
2 绿色制造的集成特性
2.1 绿色制造的问题领域及其集成特点
从绿色制造的定义可知，绿色制造涉及的问题领域包括三部分：(1)制造领域，包括产品生命周期全过程；(2)环境领域；(3)资源领域。绿色制造就是这三大领域内容的交叉和集成。
2.2 绿色制造的主要内容及其集成特点
" |1 b7 i4 V8 _# A& d绿色制造的内容涉及产品整个生命周期的所有问题，主要应考虑的是“五绿”问题。“五绿”问题应集成考虑。其中绿色设计是关键，这里的“设计”是广义的，它不仅包括产品设计，也包括产品的制造过程和制造环境的设计。绿色设计在很大程度上决定了材料、工艺、包装和产品寿命终结后处理的绿色性。
: K4 _& Y% R3 \; l" R! ?5 P# I# G2.3 绿色制造的综合效益
. Z  j4 T' E, p+ `绿色制造不仅是一个社会效益显著的行为，也可能是取得显著经济效益的有效手段。例如，实施绿色制造，最大限度地提高资源利用率，减少资源消耗，可直接降低成本；同时，实施绿色制造，减少或消除环境污染，可减少或避免因环境问题引起的罚款；并且，绿色制造环境将全面改善或美化企业员工的工作环境，既可改善员工的健康状况和提高工作安全性，减少不必要的开支；又可使员工们心情舒畅，有助于提高员工的主观能动性和工作效率，以创造出更大的利润；另外，绿色制造将使企业具有更好的社会形象，为企业增添了无形资产。因此，对待绿色制造，不应该被动地遵守政府或社会道德方面作出的规定，而应该把绿色制造看作是一种战略经营决策，即实施绿色制造对企业是一种机遇，而不是一种不得已而为之的行为。例如，最近有的城市规定汽车尾气排放量超过一定量者，不能进入主城区。这样，这类汽车在主城区的市场不得不让出来，而给尾气排放量小的汽车厂带来了机遇。?当然，绿色制造本身需要一定的投入，从而增加了企业的成本。因此，根据实际情况，对绿色制造的效益与成本进行对比分析，从而确定绿色制造的经济效益。综上所述，绿色制造的效益是社会效益和经济效益的集成。
2.4 绿色制造系统中的信息集成
5 a' k7 J0 y! C- o) I% Z9 U绿色制造系统除了涉及普通制造系统的所有信息及其集成考虑外，还特别强调与资源消耗信息和环境影响信息有关的信息应集成地处理和考虑，并且将制造系统的信息流、物料流和能量流有机地结合，系统地加以集成和优化处理。
9 T" ?6 d& n# b2.5 绿色制造的过程集成
9 Z* ~! x' c) A0 X7 P% n- Q绿色制造所揭示的概念表明，绿色制造覆盖了产品生命周期的每一过程，是基于数据库及其数据交换标准的产品多生命周期的集成。
0 b' J8 c3 \5 X% H& U2.6 绿色制造的集成功能目标体系
0 W  q9 |- Z/ y/ i2 W绿色制造的功能目标应是多方面的。此功能目标模型简称TQCSE模型，其中T表示时间，Q表示质量，C表示成本，S表示服务，E表示环境。E是指采用绿色制造技术，能最大限度地消除环境负影响，提高环境效益。值得注意的是，传统的功能目标不包含目标E，只是将其相关功能分散于T、Q、C、S四个目标之中。但随着科技的进步及社会的发展，一方面，制造业已成为环境问题的主要源头，另一方面，ISO14000的实行使得各国制造业必须重视环境问题。因此，环境目标已发展成为与T、Q、C、S目标同等重要，乃至更加重要的功能目标之一。另外，TQCSE模型还表明，T、Q、C、S、E是相互关联的，它们构成了一个绿色制造功能目标的有机体系。 从长远看，绿色制造的TQCSE模型有可能发展成为TQCSER模型，如图5所示，这里R表示资源。这是因为人类的资源将越来越有限，企业从社会效益考虑，必须尽可能减少资源消耗。
4 u! C3 k6 d1 u! E, f6 h2.7 绿色制造的社会化集成特性
绿色制造是个复杂的系统工程，需要全社会的参与和社会化的集成。如：
法律行为、政府行为和企业行为的集成绿色制造本身是一种企业行为，但要使企业真正将绿色制造作为自觉的企业行为、法律行为和政府行为，必须先行一步。?绿色制造涉及的法律行为和政府行为首先是立法和行政法规的问题。当前，这方面的法律和行政规定对绿色制造行为还不能形成有力的支持，对相反行为的惩罚力度也不够。例如，一些企业通过大量消耗资源和牺牲环境可取得很大利润；环境污染方面的惩罚力度不够，企业即便承担罚款也照常可取得利润，因而对防治环境污染积极性不高。立法问题现在已愈来愈受到各个国家的重视，关于环境污染和资源消耗的一些法规已经和正在出台，例如，我国正在起草《中华人民共和国资源综合利用法》，将对资源优化利用和综合利用问题作出法律上的规定。这将有力地推动绿色制造的实施。?其次，政府还可制定经济政策，用市场经济的机制对绿色制造实施导向。例如，制定有效的资源价格政策,利用经济手段对不可再生资源和虽可再生但开采后会对环境产生影响的资源(如树木)严加控制，使企业和人们不得不尽可能减少直接使用这类资源，转而开发其它替代资源。城市的汽车废气污染是一个十分严重的问题，政府可以对每辆汽车年检时，测定废气排放水平，收取高额含污染废气排放费。这样，含污染废气排放量大的汽车自然没有销路，市场机制将迫使汽车制造厂生产绿色汽车。
企业、产品、用户三者之间的新型集成关系
企业要真正有效地实施绿色制造，必须考虑产品寿命终结后的回收和处理，这就可能形成企业、产品、用户三者之间的新型集成关系。有人建议，需要回收处理的主要产品(汽车、冰箱、空调、电视机等)，用户只买了其使用权，而企业拥有所有权而且必须进行产品报废后的回收处理。
2 A. z- F5 w' O* J( K1 A3 绿色集成制造系统的提出
由绿色制造的内涵和绿色制造的集成特性可知，绿色制造是一个复杂的系统工程。它的一系列集成特性表明，集成是绿色制造的关键特性。由于人类可持续发展的需要，现代制造系统必须是绿色制造系统；另一方面，绿色制造的集成特性要求绿色制造系统必然是一个集成制造系统。?综上所述，本文提出了“绿色集成制造系统”这一新概念，并将其定义如下：
绿色集成制造系统(Green Integrated Manufacturing System,GIMS)是一种可持续发展的企业组织、管理和运行的新模式。它综合运用现代制造技术、信息技术、自动化技术、管理技术和环境技术，将企业各项活动中的人、技术、经营管理、物能资源和生态环境，以及信息流、物料流、能量流和资金流有机集成，并实现企业和生态环境整体优化，从而达到产品上市快、质量高、成本低、服务好、环境影响小，使企业赢得竞争，取得良好经济效益和社会效益。
* \: S5 Y$ G7 s( j8 t$ s. ]& r4 绿色集成制造系统的系统构成框架
( R" d8 N' `  ], K0 H从系统功能角度看，一般说来，绿色集成制造系统(GIMS)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六个功能分系统，计算机通信网络系统和数据库/知识库系统等两个支持分系统以及与外部的联系。?下面对八个分系统中，与绿色制造直接相关的几个分系统作一简要说明。
) M; I6 J( w  l, F7 I绿色设计系统
5 z5 f0 G3 ^; {# v% QGIMS中的绿色设计系统，除包括一般现代集成制造系统(CIMS)中的工程设计自动化系统的有关内容(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(Design for Environment，DFE)。
物能资源系统
" D( _6 r$ n8 ^% I6 K9 v- W- w物能资源系统主要包括以下三方面内容：
( l- j% k0 u  k% \; `! G面向环境的产品材料选择 面向环境的产品材料选择就是要在产品设计中尽可能选用对生态环境影响小的材料，即选用绿色材料。
9 S# m1 {, [7 Z3 _/ m1 s面向产品生命周期和多生命周期的物流系统，如图8所示。
+ s  U0 N/ p7 p6 Z$ a能量流系统 能量流系统包括能量的种类、消耗状况(各消耗环节的构成、利用率、损耗率等)、对环境的影响等。
1 ^  ?8 |6 O) k9 {/ y9 E制造过程系统
. q; j  `" G: L  f% n" C制造过程系统，除包括一般现代集成制造系统中制造自动化系统的有关内容外，还特别强调绿色性的制造过程，即清洁化生产过程。
3 ]3 M! V1 I* ^环境影响评估系统
环境影响评估体系的内容主要包括：
0 ]4 L5 @3 [1 a* Q制造过程物料资源的消耗状况；
制造过程能源的消耗状况；
制造过程对环境的污染状况；
产品使用过程对环境的污染状况；
产品寿命终结后对环境的污染状况。
5 结论
绿色制造是人类可持续发展战略在制造业中的体现。本文揭示了绿色制造的一系列集成特性，在此基础上提出了GIMS这一新概念；GIMS是一种可持续发展的企业组织、管理和运行的新模式。它综合运用现代制造技术、信息技术、自动化技术、管理技术和环境技术，将企业各项活动中的人、技术、经营管理、物能资源和生态环境，以及信息流、物料流、能量流和资金流有机集成，并实现企业和生态环境整体优化，从而达到产品上市快、质量高、成本低、服务好、环境影响小，使企业赢得竞争，取得良好经济效益和社会效益；本文还建立了GIMS的系统构成框架，它包括六个功能分系统和两个支持分系统。
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