第十六章 绿色制造

生产与运作管理河南科技大学管理学院工商管理系王凤科[e-mail]生产与运作管理第16章绿色制造•了解绿色技术的产生与内涵、绿色产品的概念与阶段特点和每阶段的工作内容；•认识绿色制造的研究现状、内涵及其要求；•熟悉绿色设计的概念与特点、分类；•掌握绿色工艺实现途径、规划技术、选择原则；•认识再制造工程的发展现状、概念和基本内容；•了解绿色包装的材料与技术，改进产品结构与包装。绿色技术ￜ背景在生态允许的限度内求生存背景兼顾或平衡社会发展、经济增长和生态环境等诸多因素•绿色技术：西方称之为“环境友善技术”，是能够最大限度地节约资源和能源，减少环境污染，有利于人类生存而使用的各种现代技术、工艺和方法的总称。其内涵表现为以下几个方面：–作为一种现代技术体系，绿色技术并非专指某一种技术或产业部门的技术；–绿色技术是一种无害于人类赖以生存的自然环境的“无公害或少公害”技术；–绿色技术生产出来的产品有利于人类健康和福利，有利于人类文明的进步。绿色技术ￜ内涵•概念：在产品生命周期全过程中，能符合特定环境的要求，对生态环境无害或危害很少，而生产中资源利用率最高，能源消耗最低的产品。•绿色产品的生命周期包括：–确定绿色产品的概念和指标，并按此完成规划及设计开发过程；–产品制造或生产过程；–产品使用过程以及使用中的维修、服务过程；–废弃淘汰产品的回收、再用、处理和处置过程。绿色产品ￜ概念•绿色标准：–产品的生产周期全过程中资源和能源利用少；–产品在使用过程中低能耗，不会对使用者造成污染性危害，也不会产生新的污染物；–产品使用后可以分解拆卸，尽量减少零部件，使原材料合理使用。绿色产品ￜ标准•概念：绿色制造又称为环境意识制造和面向环境的制造，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，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。绿色制造ￜ概念•绿色制造涉及的问题领域有三部分：–制造问题，包括产品生命周期全过程。–环境保护问题。–资源优化利用问题。•绿色制造就是三部分内容交叉部分，如图所示：绿色制造ￜ概念制造问题环境问题资源利用问题绿色制造绿色制造研究主要是沿着产品生命周期阶段发展，集中于研究内容的扩展及其相关支撑技术的系统深入研究两方面。目前的主要研究主要方向有：设计制造回收使用绿色设计及相关技术清洁生产及相关技术绿色产品回收再利用工艺及技术绿色供应链及生态工业园技术整体与各阶段评价与决策绿色制造ￜ研究现状•绿色制造是“大制造”：绿色制造中的“制造”涉及到产品整个生命周期，因而同计算机集成制造、敏捷制造等概念中的“制造”一样，是一个“大制造”概念。•绿色制造范围广：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。•绿色制造重视资源和环境问题：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。绿色制造从制造系统工程的观点出发，是一种充分考虑前两大问题的一种现代制造模式，是充分考虑制造业资源和环境问题的复杂的系统工程问题。绿色制造ￜ内涵•绿色制造作为一种先进制造模式，它强调在产品生命周期全过程中采取绿色措施，从而尽可能地减少产品在整个生命周期中对环境和人体健康的负面影响，提高资源和能源的利用率，所谓产品生命周期全过程，是指从地球环境（土地、空气和海洋）中提取材料，加工制造成产品，并流通给消费者使用。产品报废后经拆卸、回收和再循环将资源重新利用的整个过程。如下图所示：绿色制造ￜ内容体系绿色制造ￜ内容体系•由图可以看出，绿色产品的生命周期可大致分为五个阶段：–原材料绿色制备阶段–产品绿色设计与清洁生产阶段–产品的绿色流通阶段–产品绿色使用阶段–产品再资源化阶段绿色制造ￜ内容体系•绿色制造的内容及其相互关系可以包括：绿色设计、清洁生产、绿色包装、绿色运输、再资源化技术及企业环境管理等内容。•其中，绿色设计是绿色制造的核心，它在企业硬件、软件、组织机构、管理模式的支持下，不断地同产品生命周期的其他阶段以及外部环境因素交换信息，通过信息的反馈与控制实现产品的清洁生产、绿色消费、绿色回收处理及再利用。绿色制造ￜ内容体系绿色制造ￜ内容体系绿色制造各部分的主要内容如下：1）企业环境管理–①企业可持续发展策略；②ISO14000环境管理标准认证；③环境信息统计分析及综合管理；④企业环境管理内审；⑤产品生命周期的废物管理；⑥可回收件标志和管理等。2）绿色设计–①绿色产品的技术、经济、环境模型；②绿色设计中的材料选择技术；③产品均衡寿命设计；④产品长寿命设计；⑤节能设计；⑥面向环境的设计；⑦人机工程设计；⑧可拆卸性设计；⑨面向环境的数据库系统开发技术；⑩生命周期评价；⑾并行工程及人工智能的应用；⑿绿色设计工具与平台等。绿色制造ￜ内容体系3）清洁生产–①生产过程能源优化利用；②生产过程资源优化利用；③生产过程环境状况检测；④生产过程的劳动保护等。4）绿色包装–①包装材料的选择；②包装结构；③包装的清洁生产；④包装物的再资源化技术等。5）绿色运输–①最佳运输路线及运输方案设计；②物料、仓储的优化设计；③安装调试过程的节能；④安装调试中的节省资源等。绿色制造ￜ内容体系6）绿色材料–①可降解材料的开发；②材料的轻量化设计；③材料的长寿命设计；④绿色材料的生命周期评价；⑤绿色材料数据库开发等。7）绿色能源–①可再生能源的应用；②新能源的开发；③传统能源的清洁使用；④能源的生命周期评价；⑤绿色能源数据库开发等。8）再资源化技术–①废物管理系统；②废物无公害处理；③废物循环利用；④报废产品的拆卸及分类；⑤报废产品及零件的再制造及重用等。绿色制造ￜ内容体系•绿色产品评价指标题体系由产品的基本属性、环境属性、资源属性、能源属性、经济属性及社会属性组成。绿色制造在生产绿色产品的过程中，要求做到以下几个方面：–宜人性：尽量减少和消除产品在制造和使用过程中对人体的危害；–节省资源：能源、材料、人力。–延长产品的生命周期。–可回收性。–清洁性：产品在制造和使用过程中对环境少污染和无污染。绿色制造ￜ要求•绿色制造正朝着标准化、政策化、法律化的方向发展；•“绿色贸易壁垒”促使着绿色制造技术的全球化发展；•绿色制造技术的集成特性愈来愈突出，主要表现在以下几个方面：–效益目标集成；–组织模式集成；–技术集成；–绿色产品制造业正带动着传统产业的更新换代；–绿色制造带来的新兴产业正在兴起。绿色制造ￜ发展趋势•绿色设计，通常也称为生态设计、环境设计、生命周期设计或环境意识设计等，是指在产品全生命周期内，着重考虑产品环境属性（可拆卸性、可回收性、可维护性、可重复利用性等），并将其作为设计目标，在满足环境目标要求的同时，保证产品应有的功能、使用寿命、质量等。•绿色设计源于传统设计，将“3R”（reduce，reuse，recycling）直接引入产品开发阶段，并提倡无废物设计。绿色设计ￜ概述绿色设计ￜ概述•绿色设计将产品的生命周期拓展为从原材料制备到产品报废后的回收处理及再利用，从而有助于真正实现产品“从摇篮到坟墓（CradletoGrave）”的绿色化。•绿色设计在系统论的基础上，利用并行工程的思想，将环境、安全性、能源、资源等因素集成到产品的设计活动当中，有助于实现产品生命周期中“预防为主，治理为辅”的绿色设计战略，从根本上达到保护环境、保护人体健康和优化利用资源与能源的目的。绿色设计ￜ内涵•绿色设计拓展了产品的生命周期；•绿色设计是并行闭环设计；•绿色设计有利于保护环境，维护生态系统平衡；•绿色设计是可以在不同层次上进行的动态设计过程。绿色设计ￜ特点•面向可维护性的设计•面向节能的设计•面向可回收的设计•面向可拆卸的设计绿色设计ￜ种类•资源利用最佳原则–在资源选用时，应充分考虑资源的再生能力，避免因资源的不合理使用而加剧资源的稀缺和造成资源枯竭危机，从而制约生产的可持续发展。因此，设计中应尽可能选择可再生资源。–在设计上，应尽可能保证资源在产品的整个生命周期中得到最大限度的利用，力争使资源的回收利用和投入比率趋于1。–对于确因技术水平限制而不能回收、再生、重用的废弃物，应能够自然降解，或便于安全的最终处理，以免增加环境的负担。绿色设计ￜ环境协调原则•能量利用最佳原则–在选用能源类型时，应尽可能选用太阳能、风能等清洁型可再生能源。优化能源结构，尽量减少汽油、煤油等不可再生能源的使用，以有效减缓能源危机。–通过设计，力求使产品全生命周期中能量消耗最少，使有效能量与总能耗之比趋于1，以减少能源的浪费。同时，减少由于这些浪费的能量造成的振动、噪声、热辐射以及电磁波等对环境产生污染。绿色设计ￜ环境协调原则污染极小化原则–绿色设计应彻底抛弃传统的“先污染、后治理”的末端治理方式。在设计时，就充分考虑如何使产品在其全生命周期中对环境的污染最小，考虑如何消除污染源，从根本上消除污染。确保产品在其全生命周期中产生的环境污染接近于零，是绿色设计的理想目标。安全宜人化原则–绿色设计不仅要求从产品的制造和使用环境以及产品的质量和可靠性等方面，考虑如何确保生产者和使用者的安全，而且还要求产品符合人机工效学、美学等有关原理，以使产品安全可靠、操作性好、舒适宜人。也就是说，绿色设计不仅要求所设计的产品在其全生命周期过程中对人们的身心健康造成伤害最小，还要求给产品的生产者和使用者提供舒适宜人的作业环境。绿色设计ￜ环境协调原则•绿色工艺，是指技能提高经济效益，又能减少环境影响的工艺技术，实现途径可通过：–改变原材料投入–改变生产工艺或制造技术–加强对自然资源使用以及空气、土壤、水体和废弃物排放的环境评价绿色工艺ￜ实现途径绿色工艺ￜ主要问题问题对各种不同工艺方案的复杂性作出评估不同废弃物的环境影响评价•绿色工艺规划就是要根据制造系统的实际，尽量研究和采用物料和能源消耗少、废弃物少、对环境污染小的工艺方案和工艺路线。应遵循以下原则：–适应性原则：制造工艺种类与加工对象所需的各特征属性要求相匹配；–最优化原则：满足其加工对象各特征属性要求下的最优工艺种类；–发展性原则：有利于生产和社会的可持续发展；–综合平衡原则：加工过程各种要素的整体优化；–系统化原则绿色工艺ￜ规划技术•能够循环复用、再生利用或降解腐化，且在产品的整个生命周期中对人体及环境不造成公害的适度包装，称为绿色包装。绿色包装ￜ定义•包装多属一次性消费品，寿命周期短，废弃物排放量大。据统计，包装废弃物年排放量在重量上约占城市固定废弃物的1/3，而在体积上则占1/2，且排放量以每年10％的速度递增，从而使包装废弃物对环境的污染问题日益突出，引起世界公众及环保界的高度重视。•环保界对减少包装废弃物的污染提出了三方面的意见：一是应尽量不用或少用包装；二是应尽量回收包装；三是凡不能回收利用的可以生物分解，不危害公共环境。•“绿色包装”作为有效解决包装与环境的一个新理念。在20世纪80年代末90年代出也涌现出来。这个新概念也称为“无公害包装”。绿色包装ￜ来源•实行包装减量化(reduce)。•包装应易于重复利用(reuse)，或易于回收再生(recycle)。•包装废弃物可以降解腐化(degradable)。•包装材料对人体和生物应无毒无害。•包装制品从原材料采集、材料加工、产品制造、产品使月、废弃物回收再生，直至最终处理的生命周期全过程均不应对人体及环境造成公害。绿色包装ￜ内涵•A级绿色包装：指废弃物能够循环复用、再生利用或降解腐化，含有毒物质在规定限量范围内的适度包装。•AA级绿色包装：指废弃物能够循环复用、再生利用或降解腐化，且在产品整个生命周期中对人体及环境不造成公害，含有毒物质在规定限量范围内的适度包装。绿色包装ￜ分级标准绿色包装ￜ内容绿色包装设计传统包装设计绿色包装设计以人为中心，保护商品为目的满足人的需求和解决包装问题为出发点弱化包装物的资源和能源消耗忽略包装废弃物对环境的影响•着重考虑产品的环境属性（回收、降解、重复利用）•满足环境目标的同时，保证包装的应有功能•面向商品的全生命周期选