绿色制造运行模式及其实施方法

第1章 绪论 1.1 制造业可持续发展模式——绿色制造 1.1.1 绿色制造的提出 17世纪末至18世纪初，伴随着蒸汽机的发明，**次工业革命拉开了序幕，人类开始步入工业化时代。工业社会创造了农业社会无法比拟的社会生产力。人类占用自然资源的能力大大提高，人类活动不再局限于地球表层，已拓展到地球深部及外层空间。科学技术与工业发展创造的新知识、新技术和新产品，极大地降低了人口死亡率，延长了人类寿命，促使世界人口急剧膨胀。工业社会创造了新的生活方式和消费模式，人类已不再满足基本的生存需求，而是不断追求更为丰富的物质与精神享受。但是，工业社会的发展严重依赖于资源，特别是不可再生资源和化石能源的大规模消耗，造成污染物的大量排放，导致自然资源的急剧消耗和生态环境的日益恶化[1，2]。预计到21世纪中叶，就静态指标来说，全世界的石油和天然气资源将趋于枯竭，若干金属矿物，如锰、铜、铅、铋、金、银等资源也将消耗殆尽。目前，全世界80多个国家的约15亿人口面临淡水不足的问题，其中26个国家的3亿人口完全生活在缺水状态，预计到2025年，全世界将有30亿人口缺水，涉及的国家和地区达40多个；全球500条主要河流正在不同程度的枯竭或受到污染[3]。酸雨污染带来的森林面积减少，温室效应带来的全球变暖，臭氧层破坏带来的紫外线伤害，土地沙漠化带来的植被破坏，物种灭绝带来的生物链缺失，垃圾成灾、地下水污染及大气污染带来的空气质量下降等环境问题也日益严重[4]。 自20世纪60年代以来，对人与自然关系的系统研究深刻揭示了工业繁荣背后人与自然的冲突[2]。1962年，美国生物学家Carson出版了。寂静的春天一书，用触目惊心的案例、生动的语言披露了大量使用杀虫剂对人与环境产生的危害，敲响了工业社会生态危机的警钟[5]。1968年4月，来自10个国家的科学家、教育家、经济学家、人类学家、实业家、文职人员，约30人聚集在罗马山猫科学院，成立了罗马俱乐部。经过努力，罗马俱乐部的科研小组对限制和决定地球发展的基本因素进行了研究，并于1972年公开发表了。增长的极报告中提出的的研究报告，报告中提出的“自然界的资源供给与环境容量无法满足外延式经济增长模式”的观点，深刻地警示了人们[6]。1972年，联合国人类环境会议发表了。人类环境宣言。，郑重声明人类只有一个地球，人类在开发和利用自然的同时，也应承担保护自然的义务[7]。1987年，世界环境与发展委员会提交了《我们共同的未来》的报告，的纲领性文件，在系统探讨了人类面临的一系列重大经济、社会和环境问题之后，正式提出了“既满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的能力构成危害”的可持续发展战略[8]。1992年，联合国环境与发展会议在里约热内卢召开，102位政府首脑参加了会议，会议通过了。里约环境与发展宣言。[9]和。21世纪议程。[10]两个纲领性文件，确立了生态环境保护与经济社会发展相协调、实现可持续发展的人类共同的行动纲领。2002年，在约翰内斯堡召开了联合国可持续发展世界首脑会议通过了。可持续发展世界首脑会议执行计划。确定“发展”仍是人类共同的主题，并进一步提出了经济、社会、环境是可持续发展不可或缺的三大支柱[11]。 制造业是创造人类财富的支柱产业，是人类社会物质文明和精神文明的基础，是将可用资源(包括能源)通过制造过程，转化为可供人们使用和利用的工业品或生活消费品的过程，它涉及国民经济的大量行业，如机械、电子、化工、食品、军工等。但是，制造业在将制造资源转变为产品的制造过程及产品的使用和处理过程中，同时产生废弃物(废弃物是制造资源中未被利用的部分，所以也称废弃资源)，废弃物是制造业对环境污染的主要根源。制造系统对环境的影响如图1.1所示。 图1.1 制造系统对环境的影响 图1.1中，虚线表示个别特殊情况下，制造过程和产品使用过程对环境直接产生污染(如噪声)，而不是废弃物污染。但是这种污染相对于废弃物带来的污染要小得多。 制造系统量大面广，因此对环境的总体影响很大。可以说，制造业一方面是创造人类财富的支柱产业，而另一方面又是当前环境污染的主要源头。因此，如何使制造业尽可能少地产生资源消耗和环境污染是当前环境问题的一个重要研究方向。于是一个新的概念——绿色制造(gren manufacturing)由此产生，并被认为是现代企业的必由之路。各国专家的研究普遍认为，绿色制造是解决制造业环境污染问题的根本方法之一，是实施环境污染源头控制的关键途径之一，其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。 1.1.2 绿色制造的定义和问题领域 综合现有文献的观点和研究，本书将绿色制造定义如下： 绿色制造是一种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[12~14]。 该定义体现出一个基本观点，即制造系统中导致环境污染的根本原因是资源消耗和废弃物的产生，因此在定义中体现了资源和环境两者不可分割的关系。 由上述定义可以得出，绿色制造涉及的问题领域有三个部分：一是制造问题，包括产品生命周期全过程；二是环境保护问题；三是资源优化利用问题。绿色制造就是这三部分内容的交叉，如图1.2所示。 图1.2 绿色制造所涉及问题领域的交叉状况 1.1.3 与绿色制造有关的现代制造模式 近年来，围绕制造系统或制造过程中的环境问题，已提出了一系列有关的制造概念和制造模式。除绿色制造外，与此类似的制造概念还有许多，如环境意识制造(environmentaly conscious manufacturing)、生态意识制造(ecologicaly conscious manufacturing)、清洁生产(cleaner production)等。 应该讲，这些概念的内涵越来越趋于一致，即如何从源头上减少制造业给自然环境带来的不利影响，实现人与自然的和谐发展。图1.3将这些相关的概念进行了大致归类，但实际上这种划分并不是绝对的。 图1.3 与环境有关的制造概念和制造模式 图1.3表明，与环境有关的制造概念和制造模式大致可分为四类或四个层次。**层次(底层)为环境无害制造。其内涵是该制造过程不对环境产生危害，但也无助于改善现有环境状况，或者说它是中性的。 第二层次包括清洁生产、清洁技术和绿色生产等。其内涵是这些制造模式不仅不对环境产生危害，而且应有利于改善现有环境状况。但是其绿色性主要指具体的制造过程或生产过程是绿色的，而不包括产品生命周期中的其他过程，如产品设计、使用和回收处理等。 第三层包括绿色制造、清洁制造、环境意识制造等。其内涵是产品生命周期的全过程(不仅包括具体的制造过程或生产过程，而且包括产品设计、售后服务及品寿命终结后处理等)均具有绿色性。 第四层次包括生态意识制造和生态尽责制造等。其内涵不仅包括产品生命周期的全过程具有绿色性，而且包括产品及其制造系统的存在及其发展均应与环境和生态系统协调，形成可持续发展系统。 1.1.4 绿色制造内涵的广义性 绿色制造内涵的广义性表现如下。 (1)绿色制造中的“制造”涉及产品整个生命周期，是一个“大制造”概念，同计算机集成制造、敏捷制造等概念中的“制造”一样。绿色制造体现了现代制造科学的“大制造、大过程、学科交叉”的特点。 (2)绿色制造涉及的范围非常广泛，包括机械、电子、食品、化工、军工等，几乎覆盖整个工业领域。 (3)绿色制造涉及的问题领域包括：制造问题、环境保护问题和资源优化利用问题。绿色制造是这三部分内容的交叉和集成。 (4)资源问题、环境问题、人口问题是当今人类社会面临的三大主要问题，绿色制造是一种充分考虑前两大问题的现代制造模式；从制造系统工程的角度来看，绿色制造是一个充分考虑制造业资源和环境问题的复杂的系统工程问题。 1.1.5 绿色制造理论体系框架 绿色制造的目标是面向产品生命周期全过程的，绿色制造的研究应该围绕产品生命周期展开，从而实现整个产品生命周期过程的节能降耗，以及环境影响*小化。由此建立的基于产品生命周期主线的绿色制造理论体系框架如图1.4所示。 图1.4 基于产品生命周期主线的绿色制造理论体系框架 基于产品生命周期主线的绿色制造理论体系框架的主要内容有：绿色制造的定义和内涵、绿色制造的三度理论、绿色制造的资源主线论、绿色制造的物流闭环特性、绿色制造的时间维特性(产品生命周期的外延)、绿色制造的空间维特性(制造系统空间的外延)、绿色制造的决策属性、绿色制造的集成特性等。 其中，每个理论要素的内涵都是从产品生命周期主线出发的：绿色制造的定义和内涵是指绿色制造的定义、问题领域及绿色制造内涵的广义性；绿色制造的三度理论是指在产品生命周期全过程中要协调考虑绿色度和发展度；绿色制造的资源主线论是指绿色制造的根本途径是优化制造资源在产品生命周期中的流动过程；绿色制造的物流闭环特性是指绿色制造的物流是一个围绕产品生命周期的闭环系统；绿色制造的时间维特性是绿色制造对传统产品生命周期的外延，实现产品多生命周期；绿色制造的空间维特性是指绿色制造需要从产品生命周期全过程所涉及的整个空间系统来综合考虑环境资源问题；绿色制造的决策属性是指绿色制造的六大决策目标(质量Q、时间T、环境E、资源R、服务S、成本C)，由其组成的绿色制造总体决策框架模型可以为绿色制造科学化、系统化的评价和决策提供依据和条件；绿色制造的集成特性指绿色制造是涉及产品生命周期的所有问题，覆盖产品生命周期的每一过程，包括制造、环境、资源三大领域，考虑经济效益、社会效益和生态效益的先进制造模式。 下面具体介绍每个理论要素。 1.绿色制造的定义和内涵 关于绿色制造的定义和内涵，详见1.1.2节与1.1.4节。 2.绿色制造的三度理论 以前面介绍的可持续发展的三度理论为依据，结合绿色制造的特点，形成绿色制造的三度理论，可用如图1.5所示的形式进行描述。 图1.5 绿色制造的三度理论示意图 由图1.5中可见，绿色制造顾名思义，可分解为“绿色”和“制造”。其中，制造的目的是创造财富，推动人类社会的发展，因此制造对应着发展度；结合制造业的