文章编号:1004-132Ⅹ(2000)01-0105-06
绿色制造的研究现状与发展趋势
刘 飞 教授
刘 飞 曹华军 何乃军
摘要:在总结国内外现有研究状况的基础上,建立了绿色制造的研究内
容体系框架;然后从绿色制造的全球化特征,社会化支撑系统、绿色制造涉及的系统技术和集成技术、绿色并行工程模式、人工智能和智能制造技术在绿色制造中的作用、绿色制造导致的新兴产业6个方面论述了绿色制造研究的发展趋势。
关键词:绿色制造;研究现状;环境;资源
中图分类号:TH 16 文献标识码:A
收稿日期:1999—10—08
基金项目:国家863高技术研究发展计划资助项目(863-511-941-005)
制造业将制造资源转变为产品的制造过程,以及产品的使用过程和废弃处理过程中,一方面消耗大量人类社会有限的资源,另一方面造成环境污染,是当前环境污染问题的主要根源。面对当前人类社会可持续发展的需要,制造业必须尽可能减少资源消耗和尽可能解决所带来的环境问题。有鉴于此,实施绿色制造势在必行。
绿色制造可定义如下
[1,2]
:绿色制造是一个综
合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式,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生命周期中,对环境负面影响最小,资源利用率最高,并使企业经济效益和
社会效益协调优化。
从上述定义可看出[2]
,绿色制造具有非常丰富和深刻的内涵。绿色制造实质上是人类社会可持续发展战略在现代制造业中的体现。
绿色制造的“制造”涉及到产品整个生命周期,是一个“大制造”的概念,并且涉及到多学科的交叉和集成,因此体现了现代制造科学的“大制造、大过程、学科交叉”的特点。
1 绿色制造的研究现状
绿色制造(Green M anufactur ing ,GM )又称环境意识制造(Environmentally Conscio us M an-ufacturing ,ECM )、
面向环境的制造(M anufactur-ing For Environment ,M FE )等。绿色制造有关内容的研究可追溯到80年代,但比较系统地提出绿色制造的概念、内涵和主要内容的文献是美国
制造工程师学会(SM E)于1996年发表的关于绿
色制造的专门蓝皮书《Green M anufacturing 》[1]
。1998年SM E 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[3]
,对绿色制造研究的重要性和有关问题又作了进一步的介绍。
绿色制造及其相关问题的研究近年来非常活跃。特别是在美国、加拿大、西欧等一些发达国家,对绿色制造及相关问题进行了大量的研究。
在美国,从一些国家重点实验室到国家研究中心,从东海岸的麻省理工学院到西海岸的Berkeley 加州大学,大量的研究工作正在进行,如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 。卡奈基美隆大学的绿色设计研究所从事绿色设计、管理、制造、法规制定等的研究和教育工作,并与政府、企业、基金会等广泛合作。不少企业也进行了大量研究,如1996年美国SM E 学会关于绿色制造研究的圆桌会议的大多数骨干是来自企业界的负责人或代表。美国AT&T 公司还在企业技术学报上发表了不少关于绿色制造的研究论文[4]
。美国国家科学基金会也对绿色制造中的相关问题的研究给予了高度重视和支持,如美国国家科学基金会1999年资助课题报告会(NSF De-sign &M anufacturing Grantees Conference)所报告的与绿色制造相关的研究课题就有十余项。在此届大会上,NSF 设计与制造学部主任Martin -Vega 博士在大会主题报告[5]中还指出了未来制造业面临的六大挑战性问题,环境相容性问题就是其中之一,而且指出目标就是减少制造过程中的废弃物和把产品对环境的影响降到最低限度;随后,M artin-Veg a 博士又提出未来的“十大关
绿色制造的研究现状与发展趋势——刘 飞 曹华军 何乃军
键技术”,其中包括“废弃物最小化加工工艺”。加拿大Windsor 大学建立了环境意识设计和制造实验室(ECDM lab)和基于WWW 的网上信息库,发行了International Journal of Environ-mentally Co nscious Design and M anufacturing 杂志。对环境意识制造中的环境性设计、生命周期分析(Life Cy cle Analysis ,LCA)等进行了深入的研究[6]
。ECDM lab 1995年开发了一套有关环境性设计的设计软件EDIT (Environmental Desig n Industr ial Tem plate)[7]。
在欧洲,国际生产工程学会CIRP 近几年每年均有不少论文对环境意识制造、多生命周期工程等与绿色制造本质一致的问题进行了研究[8]。英国CfSD (T he Centre for Sustainable Desig n )对生态设计、可持续性产品设计等进行了集中研究,并开展了有关的教育工作,发行了T he Jour-nal of Sustainable Pro duct Design 杂志。总之,绿色制造的研究正在国际上迅速开展。特别是近年来,国际标准化组织ISO 发布了有关环境管理体系的ISO 14000系列标准,推动着绿色制造的研究更加活跃和迅速发展。
在我国,近年来在绿色制造及相关问题方面也进行了大量的研究,国家自然科学基金和国家863/CIM S 主题均支持了一定数量的绿色制造方面的研究课题,已取得了不少研究成果。国家863/CIM S 主题还在中国现代集成制造系统网络(CIM SNet )开辟了绿色制造专题,对国内外绿色制造研究情况进行了综合介绍(http://w w )。国内不少高校和研究院所对绿色制造的理论体系、专题技术等都进行了大量的研究。国家环保局于1996年1月批准成立了国家环保总局华夏环境管理体系审核中心,专门负责ISO14000系列标准在我国的实施、培训工作以及同国际有关机构的交流。并建立了专门的网站——中国环境管理体系认证信息网。ISO14000环境管理体系标准引起了我国众多企业的重视,根据最新统计,截至1999年9月2日,厦门ABB 开关有限公司、上海高桥巴斯夫分散体有限公司、青岛海尔电冰箱股份有限公司等117家企业获得ISO14000标准认证。
2 绿色制造的研究内容体系
总结国内外已有的研究工作,可建立绿色制造的研究内容体系,见图1。2.1 绿色制造的理论体系和总体技术
绿色制造的理论体系和总体技术是从系统的角度,从全局和集成的角度,研究绿色制造的理论体系、共性关键技术和系统集成技术。
(1)绿色制造的理论体系 包括绿色制造的资源属性、建模理论、运行特性、可持续发展战略,以及绿色制造的系统特性和集成特性等。(2)绿色制造的体系结构和多生命周期工程 包括绿色制造的目标体系、功能体系、过程体系、信息结构、运行模式等。绿色制造涉及产品整个生命周期中的绿色性问题,其中大量资源如何循环使用或再生,又涉及产品多生命周期工程这一新概念。
(3)绿色制造的系统运行模式——绿色制造系统 只有从系统集成的角度,才可能真正有效地实施绿色制造。为此需要考虑绿色制造的系统运行模式——绿色制造系统[9]。绿色制造系统将企业各项活动中的人、技术、经营管理、物能资源、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的整体优化,达到产品上市快、质量高、成本低、服务好、有利于环境,并赢得竞争的目的。绿色制造系统的集成运行模式主要涉及绿色设计、产品生命周期及其物流过程、产品生命周期的外延及其相关环境等。
(4)绿色制造的物能资源系统 鉴于资源消耗问题在绿色制造中的特殊地位,且涉及绿色制造全过程,因此应建立绿色制造的物能资源系统,
中国机械工程第11卷第1-2期2000年2月
