绿色制造概论

第一章绿色制造概述第一章绿色制造概述01.1绿色制造的概念与内涵11.1.1绿色制造的提出11.1.2绿色制造的定义和问题领域11.1.3与绿色制造有关的现代制造模式21.1.4绿色制造内涵的广义性31.1.5绿色制造的效益特征31.2国内外绿色制造研究状况与企业实践41.2.1国外绿色制造技术状况及发展趋势41.2.2国内绿色制造技术研究现状评述61.2.3企业绿色制造实践71.3发展绿色制造的意义、必要性81.4绿色制造的体系结构和研究内容101.4.1绿色制造的体系结构101.4.2绿色制造的研究内容体系111.4.2.1绿色制造的理论体系和总体技术121.4.2.2绿色制造的专题技术131.4.2.3绿色制造的支撑技术131.5与绿色制造相关的概念141.5.1可持续发展战略141.5.1.1可持续发展战略的提出与定义141.5.1.2可持续发展战略的本质特征151.5.1.3我国实施可持续发展战略的必要性161.5.2产业生态学171.5.2.1产业生态学的形成与发展171.5.2.2产业生态学概念和基本思想181.5.2.3产业生态学的实践工业生态园191.5.3产品生命周期理论201.1绿色制造的概念与内涵1.1.1绿色制造的提出环境、资源、人口是当今人类社会面临的三大问题。特别是环境问题，其恶化程度与日 俱增，正在对人类社会的生存与发展造成严重威胁。有人把全球性的环境问题的严峻程度以 及人类社会对环境问题的意识比喻第三次世界大战。战争将有两种结局：一是人类对当前的 环境问题认识不足，不采取果断措施，继续以牺牲环境来求得经济发展的高速度，这实质是 一条自掘坟墓、人类自己毁灭自己的道路。另一种是人类从传统的观念束缚下挣脱出来，反 思自己，树立崭新的环境观念，采取有力措施，走绿色文明之路，从而创造出人与环境和谐 共存、发展的新局面。毫无疑问，人类当然希望是第二种结局。随着全球环境的日益恶化，人们对环境问题的研究已愈来愈重视。近年来的研究和实践 使人们认识到环境问题绝非是孤立存在的，它和资源、人口两大问题有着根本的内在联系。 特别是资源问题，它不仅涉及人类世界有限的资源如何利用，而且它又是产生环境问题的主 要根源。于是，近年来一个新的概念已提出：最有效地利用资源和最低限度地产生废弃物， 是当前世界上环境问题的治本之道。制造业是将可用资源（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 或生活消费品的产业。它涉及到国民经济的大量行业，如机械、电子、化工、食品、军工等 等。制造业是创造人类财富的支柱产业，其功能是通过制造系统来实现的。制造业在将制造资源转变为产品的制造过程中和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（其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小得多。）由于制造系统量大面广，因而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，但同时又是当前环境污染的主要源头。有鉴于此，如何使制造业尽可能 少地产生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（Green Manufacturing）1，2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。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。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作者们所作的研究，本书将绿色制造定义如下: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。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，因而本绿色制造的定义中体现了资源和环境两者不可分割的关系。由上述定义可得出绿色制造涉及的问题领域有三部分，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。环境保护制造问题资源优化利一 用绿色制造图1-2绿色制造的问题领域交叉状况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，与此相类似的制造概念还有许多，如环境意识制造、清洁生产、生 态意识制造等等。为了区别绿色制造与其它概念，并进一步明确绿色制造的技术范围，将其 中的主要模式大致归类，如图1 -3所示。绿色性生态意识制造(Ecologically conscious manufacturing)生态尽责制造(Ecologically conscientious manufacturing)绿色制造(Green manufacturing)清洁制造(Clean Manufacturing)环境负责制造(Environmentally responsible manufacturing)环境意识制造(Environmentally conscious manufacturing)环境尽责制造(Environmentally conscientious manufacturing)清洁生产(C lean Production)清洁技术(Clean Manufacturing) 绿色生产(Green Production)环境无害制造(Environmentally neutral manufacturing)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。第一层次（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，而且还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，如设计、产品使用和回收处理等。第三层包括绿色制造、清洁制造、环境意识制造等。其内涵是指产品生命周期的全过程 （即不仅包括具体的制造过程或生产过程，而且还包括产品设计、售后服务及产品寿命终结 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 可持续性发展系统。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为： 绿色制造中的“制造”涉及到产品整个生命周期，因而是一个“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。 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。 绿色制造涉及的问题领域包括三部分：一是制造问题；二是环境保护问题；三是 资源优化利用问题。绿色制造是这三部份内容的交叉和集成。 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一种现代制造模式；从制造系统工程的观点，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。当前人类社会正在实施全球化的可持续发展战略，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。1.1.5绿色制造的效益特征20世纪及其以前的制造企业（以下简称传统制造企业）的追求目标几乎是唯一的（近年 来稍有改变），即追求最大的经济效益，如图1-4a所示。企业为了追求最大的经济效益，有 时甚至不惜牺牲环境效益；另外对资源消耗问题也主要算经济帐，而很少考虑人类世界有限 的资源如何节约问题。企业效益目标经济效益企业效益目标经济效益21世纪是生态经济时代，正如人才、企业文化等成为企业的无形资产，单纯算经济帐 不能体现其价值一样，企业的环境效益状况关系到企业可持续发展，因此，绿色制造的实施 要求企业既要考虑经济效益，更要考虑社会效益（包括环境效益和可持续发展效益等），于是 21世纪实施绿色制造的企业（简称绿色制造企业）追求的效益目标将从单一的经济效益优 化变革到经济效益和社会效益协调优化，如图1-4b所示。社会b）绿色制造企业效益目标a）传统制造企业效益目标图1-4企业效益目标变革经济效益是企业存在与发展的基本条件。但是，新的市场环境赋予了企业取得满意经济 效益较过去更加丰富的途径。绿色制造企业追求的社会效益主要关注环境效益或可持续发展效益。因为环境对经济具 有支持作用，可以从三个方面来理解：a）环境提供了经济活动中所必需的原材料和能源，包括不可再生资源、可再生资源和 半可再生资源；b）环境具有吸收、容纳、降解社会经济活动中所排放废弃物的功能，即环境具有自净 能力。这一功能具有公共特征，存在于市场交换关系之外。但是环境承载力是有限的；c）环境向个体和社会提供了自然服务，这涉及到经济活动过程与环境间物质和能量的 直接性物理交换（生态和气候保护、物质材料的循环和能量的流动、生物差异等）及个体直 接的福利效益（休闲、健康、美学等）。协调优化强调经济效益与社会效益之间存在着有机的联系。a）社会经济再生产过程以社会环境资源的再生产过程为前提条件，而社会环境资源的 再生产过程又受到经济再生产过程的影响，并对其具有约束作用，污染物的产生和自然资源 的消耗以及环境质量状况是经济与环境的结合部；b）环境具有有限的自净能力和资源再生能力，它决定了在一定条件下环境所能容纳、 降解污染物的能力和为社会经济发展提供资源和能源的能力，如果社会经济活动产生的环境 污染以及对资源和能源的消耗与环境承载能力相协调，就能充分的利用环境的自净能力与环 境资源再生能力，达到环境与经济的协调发展。绿色制造的实施是缓解经济与环境矛盾、实现经济与环境协调发展的关键。1.2国内外绿色制造研究状况与企业实践6, 91.2.1国外绿色制造技术状况及发展趋势绿色制造（Green Manufacturing）,又称环境意识制造 （Environmentally Conscious Manufacturing）、面向环境的制造（MFE）等。国际上，绿色制造有关内容的研究可追溯到20 世纪80年代，但比较系统的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（SME）于1996年发表的关于绿色制造的专门蓝皮书Green Manufacturing1 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（TrendsofGreen Manufacturing，对绿色制造研究的重要性和有关问题又做了进一步的介绍。近年来，绿色制造及其相关问题的研究非常活跃。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，而且还在国际互连网上建立了可系统查询的绿色制造专门网页 Greenmfg,卡奈基梅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SME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公司在企业技术学报上发表了不少关于绿色制造的研究论文。美国国家科学基金 会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 Design & Manufacturing Grantees Conference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-VegaWi 在大会主题报告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， Martin-VegaW 士又提出未来的“十大关键技术”，其中包括“废弃物最小加工工艺”。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 Environmentally Conscious Design and Manufacturing杂志。对环境意识制造中的环境性设计、生命周期分析(Life CycleAnalysis, LCA)等进行了深入的研究。ECDM lab 1995年开发了一套有关环境性设计软件 EDIT (Environmental Design Industrial Template在欧洲，国际生产工程学会CIRP近几年均有大量论文对环境意识制造和多生命周期工 程等绿色制造本质问题进行研究。英国CfSD(The Center for Sustainable Design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 The Journal of Sustainable Product Desig杂志。国际电子电器工程师协会(IEEE)和日本生态设计(EcoDesign)协会联合发起，在松下、 Sony、IBM、丰田等多家跨国公司赞助下，International symposium on Environmentally Conscious Design and Inverse Manufacturing国际研讨会迄今已成功举办了 3届，对环 境意识制造和逆向制造技术展开了讨论。欧洲、日本、美国等发达国家的许多跨国公司都制 定了绿色制造实施目标和措施，开展节能、降耗、产品生命周期评估(LCA)、环境审核、绿 色产品开发等具体工作，如日本本田公司2001年曾提出“到2003年将全面实施绿色制造” 的口号。特别是，近年来随着ISO14000环境管理体系系列标准、OHSAS18000职业健康与安 全卫生标准系列、绿色产品标志认证等的颁布，企业环境管理和绿色制造的研究更加活跃。 截至2002年底，已有118个国家49462家企业已经获得ISO14001环境管理体系认证。可以 不夸张地说，环境保护和绿色制造研究形成的强大绿色浪潮，正在全球兴起。绿色制造技术的发展宏观趋势体现在以下几个各方面：1) 绿色制造正朝着标准化、政策化、法律化的方向发展由于传统企业长期以来忽视了环境和职业健康方面投入，认为这方面的投入与效益不相 关，因此绿色制造在企业的实施既要依靠市场引导，同时也需要通过标准化、政策化和法律 化等手段强制推行。目前国际标准化组织和许多发达国家都纷纷推出绿色制造方面的标准、 政策和法律，如ISO14000环境管理体系系列标准、英国标准协会、挪威船级社等颁布的 OHSAS18000职业健康安全管理体系系列标准、德国的“蓝色天使”绿色产品标志计划、美 国和加拿大联合推出的环境与公共卫生(EPH)产品认证制度等等。2) “绿色贸易壁垒”促使着绿色制造技术的全球化发展随着中国加入WTO,世界经济的一体化，传统的非关税壁垒被逐步削减，绿色贸易壁垒 以鲜明的时代特征正日益成为国际贸易发展的主要关卡。绿色贸易壁垒包括环境进口附加 税、绿色技术标准、绿色环境标准、绿色市场准入制度、消费者的绿色消费意识等方面的内 容。将环保措施纳入国际贸易的规则和目标，是环境保护发展的大趋势，但同时也客观上导 致了绿色贸易壁垒的存在。为了突破绿色贸易壁垒，积极参与全球化贸易的竞争，扩大本国 产品的出口，绿色制造技术研究不再是公众环境意识强的发达国家的专利，而受到世界各国 的普遍关注和重视，正朝着全球化的方向发展。我国许多专家纷纷提出突破“绿色贸易壁垒”的措施，如积极实施ISO14000和环境标 志认证、积极参与国际环境公约和国际多边协定中环境条款的谈判以及要加强环境经济政策 的研究和制定等。专家们也普遍认为，提高科技和生产力水平是突破绿色贸易壁垒的基本措 施之一，应该大力发展绿色制造技术，开发出绿色产品，走清洁生产的路子。3) 绿色制造技术的集成特性愈来愈突出绿色制造不仅仅意味着环保、健康，而是一种新时代突显绿色环保的先进制造模式，是 时代进步的特征，愈来愈表现出多方面的集成特性。效益目标集成：绿色制造表现出制造企业经济效益和社会效益的集成，具体表现为制造 时间(Time)、产品质量(Quality)、制造成本(Cost)、资源消耗(Resource consumption) 和环境影响(Environmental impact)各目标的集成。组织模式集成：绿色制造组织模式的集成主要体现为其社会化属性。绿色制造技术作为 可持续发展战略在制造业的体现，其研究和发展不是哪一方面的责任，而是企业、政府、非 盈利组织、高校、消费者共同的职责，是一个社会化的问题，需要提高全社会的环境意识， 群策群力推动绿色制造技术的发展和应用。技术集成：绿色制造技术逐步发展成为一个交叉技术学科，即环境工程领域技术、制造 工程领域技术、管理工程技术的交叉。4）绿色产品制造业正在带动着传统产业的更新换代“绿色”是产品开发和制造的一种创新理念。随着公众环境意识的增强，以及一系列环 境技术标准和绿色产品认证的出台，这种创新理念逐步市场化、效益化。一项调查结果显示： 瑞典85%的消费者愿意为环境的清洁而支付较高价格；加拿大80%的消费者愿多付10%的价 格购买对环境有益的产品；40%的欧洲消费者喜欢购买环境标志产品而放弃传统产品；综合 北京、武汉、成都、广州四地绿色消费调查结果，我国愿意为环境改善而支付高价格的消费 者略低于8%。从调查结果可以看出，绿色产品在国际市场上相对于传统产品具有强劲市场 竞争力。我国消费者的意识虽然相对落后，但由于基数大，仍不可小视，同样孕育着强大的 未来市场潜力。由于绿色产品制造采用的是面向产品全生命周期的一体化制造模式，涉及原 材料生产、产品设计、制造与装配、包装、销售、使用、回收处理等多个制造环节，因此在 国际国内市场的驱动下，绿色产品制造业的蓬勃发展，将全面带动着我国传统产业的变革， 实现良性的产业更新换代。5）绿色制造带来的新兴产业正在兴起一批新的产业正在不断兴起，如环保装备制造产业、产品回收和处理及逆向物流产业、 再制造业、绿色制造实施咨询业、环境标准认证业等等。此外，实施绿色制造的软件产业也 正在形成，如国际市场上已有近几十种关于绿色设计的商用软件。这些软件包括数据库软件， 如卡内基梅隆大学的Koning；生命周期分析软件，如荷兰Pre公司的SimaPro，斯坦福大 的LASeR；以及ECOBilan公司的TEAM及其数据库DEAMS等等。1.2.2国内绿色制造技术研究现状评述在我国，近年来在绿色制造及相关问题方面进行了一些研究。重庆大学和武汉科技大学合作，承担了国家863项目（“绿色制造的资源流模型和实施 关键技术研究”、“绿色制造的集成运行模式和实用评估技术”、“面向绿色制造的工艺规划关 键使能技术及应用支持系统研究”等）和国家自然科学基金项目（“绿色制造的理论体系和 决策支持技术研究”、“制造系统资源消耗模型和资源消耗特性的研究”等）多项，初步建立 了绿色制造的理论体系和技术体系，对制造系统物料和能源资源优化利用以及面向绿色制造 的工艺规划方面进行较为深入的研究工作，开发了一套“面向绿色制造的工艺规划应用支持 系统”（著作权登记号:2003SR9386），并在中国现代集成制造系统网络（CIMSNet）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。清华大学承担了国家自然科学基金重点项目“机电产品绿色设计理论及方法”，对机电 产品绿色设计中的理论、技术和方法进行了较深入的研究。清华大学为创建绿色大学，已将 绿色工程技术列为优先发展和支持项目，在美国“China Bridge”基金和国家自然科学基金 会的支持下，已与美国“Texas Tech University”先进制造实验室建立了关于绿色设计技 术研究的国际合作关系，对全生命周期建模等绿色设计理论和方法进行系统研究，取得一定 进展。机械科学研究院已完成了国家科委“九五”攻关项目一一清洁生产技术选择与数据库 的建立、机械工业基金项目一一绿色设计技术发展趋势及对策研究。围绕机械工业中九个行 业对绿色技术需求和绿色设计技术自身发展趋势进行了调研，提出了一种适合机械工业的绿 色设计技术发展体系，同时还进行了车辆的拆卸和回收技术的研究。目前正在开展国家自然 科学基金项目“环境绿色技术评价体系的研究”。以环境保护绿色技术评价体系为研究载 体，将ETV评价技术导入机械制造业的绿色设计、绿色制造，建立制造业的绿色概念、描述方法和ETV评价体系。上海交通大学针对汽车开展可回收性绿色设计技术的研究，与Ford公司合作，研究中 国轿车的回收工程问题；与内贸部中国物资再生利用华东分公司合作，撰写了 “探讨中国汽 车销售、维修、二手车交易及回收利用一条龙管理模式的可行性报告”；与法国柏林工业大 学IWF研究所建立了合作关系，在废弃工业品回收方面展开了研究工作。装甲兵工程学院徐滨士院士近年来对绿色再制造技术展开了不少的研究工作，承担了 自然科学基金项目再制造设计基础与方法，对再制造设计中的基础理论和问题进行研究。 在总装备部的支持下，成立了 “装备再制造技术国防科技重点实验室”。其他高校和研究机构，如合肥工业大学、华中理工大学等对绿色制造的理论体系、专题 技术等也进行了不少的研究。目前，国内研究与欧洲、日本、美国等发达国家相比其差距主要表现为：（1）消费者的观念的差距一项调查结果显示：瑞典85%的消费者愿意为环境的清洁而支付较高价格；加拿大80% 的消费者愿多付10%的价格购买对环境有益的产品；40%的欧洲消费者喜欢购买环境标志产 品而放弃传统产品；综合北京、武汉、成都、广州四地绿色消费调查结果，我国愿意为环境 改善而支付高价格的消费者略低于8%。从调查结果可以看出，绿色产品在国际市场上相对 于传统产品具有强劲市场竞争力，而我国消费者的环境意识相对落后。（2）绿色制造的教育、环境意识普及方面存在差距在国外许多著名大学都有关于工业生态和绿色制造方面的专门的教育计划，如耶路大学 工业环境管理教育计划、挪威理工大学的工业生态学教育、丹麦技术大学的工业生态学教育、 卡内基梅隆大学的绿色设计创新计划。此外加州大学伯克利分校的绿色设计与制造协会、阿 拉巴马大学的绿色制造中心等也都面向全校学生开列了绿色制造方面的专门课程体系。目前 我国关于绿色制造方面的教育还处于起步和探索阶段。（3）企业意识相对落后由于我国大多数企业对绿色制造不太了解，有些了解的一般都认为绿色制造就是搞环保 的，在企业实施绿色制造不但不会带来效益，可能还会带来不少的麻烦。甚至有些已经获得 ISO14000环境管理体系认证的企业也没有真正认识到绿色制造的价值，他们往往虽然获得 认证，但实际上在产品开发和生产都没有太大的改观，使得环境管理认证仅仅成为一张证书 而已。而国际上很多企业都将绿色制造作为优先发展战略之一，甚至认为在不久的将来，无 论从工程还是商务与市场的角度，绿色制造都将成为工业界最大的战略挑战之一。目前已有 很多跨国企业都纷纷制定了具体的绿色制造战略，争做绿色制造先锋，创造行业标准，如德 国的西门子公司、日本的丰田和日立公司、美国的福特集团等。（4）技术研究方面的差距由于研究积累少，资金人力投入不足，企业不够重视，绿色制造在国内还属起步阶段， 很多研究主要集中在理论、概念与结构框架性的探索研究，还没有深入到制造业的生产实践 中去，对制造业的影响仍比较小。有不少文献对许多专门技术，如绿色加工技术、拆卸性设 计技术、产品生命周期评估技术、绿色回收处理技术进行了介绍，但与这些技术有关的实用 关键技术、应用案例、实用化的软件工具等的报道很少。1.2.3企业绿色制造实践一些跨国公司的绿色制造实施情况如表1 1所示。表1-1 一些跨国公司的绿色制造实施情况3公司名称实施绿色制造的目标实施绿色制造的具体措施实施绿色制造面临 的问题德国 西门 子公 司1）所有的工厂建立起环境 管理体系；2）建立内部环境审计系统；3）加强环境协调性产品设计，并集成环境保护的方法 到各个领域；4）优先选择获得环境管理 体系认证的供应商。1）改善材料和机械加工过程；2）生成无铅和无氯的产品；3）在降低成本的基础上，进行面向环 境的产品设计；4）回收和利用报废的电器产品；5）对实施ISO14001没有具体的政策， 但要根据顾客的要求制订正规的环 境规范；6）实施产品生命周期评估。1）由于公司生产的 产品本身属高能量 消耗产品，市场的 扩大会导致能耗成 指数地增长；2）软件的更新将导 致硬件的过早淘汰 和报废，造成环境 污染的增加。日本丰田公司1）在所有的分厂内改善环 境，减少能量和资源的消耗；2）不仅加工中实施绿色制 造，也要把绿色方法应用到 商业中去；3）在开发符合法规要求的 清洁燃料的发动机和技术 领域，保持领先地位。1）为450家供应商建立了环境米购的 规范；2）高度重视加工过程中的油漆工艺；3）在减少和消除垃圾废弃物方面取得了持续性的进步；4）减少加工过程中的废弃物；5）对废弃物和污染物建立了内部的 标准。需要进一步实施绿 色制造来保持公司 在清洁燃料的发动 机和技术领域的领 先地位美国福特公司1）确立 “ Triple bottom line ”政策，即公司战略服 务于经济、环境和社会。2）在全球的范围内，获取 ISO14001的认证。1）减少汽车制造过程中能量的消耗；2）开发和使用重量轻的材料生产汽 车，减少汽车使用中对能量的消耗；3）成立了一个产品生命周期小组， 进行产品生命周期的研究，包括生命 周期的清单分析，以及环境影响；4）加强产品的可回收性，在产品中 使用可回收的材料。如何在各个分公司 内部建立一个统一 的环境管理体系， 又能保持各个分公 司的独立性和差异 性。日本日立 公司1）所有日立公司的子公司 都要获取ISO14001的认证；2）到2010年减少20%的能 量消耗，减少90%的废弃物。1）无铅焊接的研究；2）回收评价方法的研究，目的是给产 品设计者提供一个可以评估产品回 收性的工具；3）举办逆向制造研讨会，以及研究信 息交互系统。在各个领域都制订 一个面向环境设计 和制造的规范。1.3发展绿色制造的意义、必要性（1）绿色制造是实施制造业环境污染源头控制的关键途径，是二十一世纪制造业实现可 持续发展的必由之路解决制造业的环境污染问题有两大途径：末端治理和源头控制。但是通过十多年的实践 发现：仅着眼于控制排污口（末端），使排放的污染物通过治理达标排放的办法，虽在一定时 期内或在局部地区起到一定的作用，但并未从根本上解决工业污染问题。其原因在于：1）随着生产的发展和产品品种的不断增加，以及人们环境意识的提高，对工业生产所 排污染物的种类检测越来越多，规定控制的污染物（特别是有毒有害污染物）的排放标准也越 来越严格，从而对污染治理与控制的要求也越来越高，为达到排放的要求，企业要花费大量的资金，大大提高了治理费用，既使如此，一些要求还难以达到。2）由于污染治理技术有限，治理污染实质上很难达到彻底消除污染的目的。因为一般 末端治理污染的办法是先通过必要的预处理，再进行生化处理后排放。而有些污染物是不能 生物降解的污染物，只是稀释排放，不仅污染环境，甚至有的治理不当还会造成二次污染； 有的治理只是将污染物转移，废气变废水，废水变废渣，废渣堆放填埋，污染土壤和地下水， 形成恶性循环，破坏生态环境。3）只着眼于末端处理的办法，不仅需要投资，而且使一些可以回收的资源（包含未反应 的原料）得不到有效的回收利用而流失，致使企业原材料消耗增高，产品成本增加，经济效 益下降，从而影响企业治理污染的积极性和主动性。4）实践证明：预防优于治理。根据日本环境厅1991年的报告，“从经济上计算，在污 染前采取防治对策比在污染后采取措施治理更为节省”。例如就整个日本的硫氧化物造成的 大气污染而言，排放后不采取对策所产生的受害金额是现在预防这种危害所需费用的10倍。 以水俣病而言，其推算结果则为100倍。可见两者之差极其悬殊。据美国EPA统计，美国用于空气、水和土壤等环境介质污染控制总费用（包括投资和运 行费），1972年为260亿美元（占GNP的1%），1987年猛增至850亿美元，80年代末达到 1200亿美元（占GNP的2.8%）。如杜邦公司每磅废物的处理费用以每年2030%的速率增加， 焚烧一桶危险废物可能要花费3001500美元。即使如此之高的经济代价仍未能达到预期的 污染控制目标，末端处理在经济上已不堪重负。综上所述，发达国家通过治理污染的实践，逐步认识到防治工业污染不能只依靠治理排 污口（末端）的污染，要从根本上解决工业污染问题，必须“预防为主”，实施源头控制，将 污染物消除在生产过程之初（产品设计阶段），实行工业生产全生命周期控制。70年代末期 以来，不少发达国家的政府和各大企业集团（公司）都纷纷研究开发少废、无废技术，开辟污 染预防的新途径，把推行绿色制造、清洁生产及其它面向环境的设计和制造技术作为经济和 环境协调发展的一项战略措施。（2）绿色制造是21世纪国际制造业的重要发展趋势绿色制造是可持续发展战略思想在制造业中的体现，致力于改善人类技术革新和生产力 发展与自然环境的协调关系，符合时代可持续发展的主题。美国政府已经意识到绿色制造将 成为下一轮技术创新高潮，并可能引起新的产业革命，于19992001年，在美国国家自然 科学基金和国家能源部的资助下，美国世界技术评估中心（WTEC）成立了专门的“环境友好 制造（即绿色制造）”技术评估委员会，对欧洲、日本有关企业、研究机构、高校在绿色制 造方面的技术研发、企业实施和政策法规等的现状进行了实地调查和分析，并与美国的情况 进行对比分析，指出美国在多方面已经落后的事实，提出绿色制造发展的战略措施和亟待攻 关的关键技术3。制造与技术新闻期刊在一篇题为“Green Manufacturing Is A Strategic Priority （绿色制造是优先发展战略）”的头条报道中指出：在不久的将来，无论从工程还 是商务与市场的角度，绿色制造都将成为工业界最大的战略挑战之一。目前已有很多跨国企 业都纷纷在不同程度上开始推行绿色制造战略，开发绿色产品，如德国的西门子公司、日本 的丰田和日立公司、美国的福特集团等。在这样一个经济全球化时代，跨国企业战略和发达国家发展战略往往代表着一种新的技 术创新和产业变革方向。当前，在新一轮绿色技术浪潮中，欧洲、日本、美国等国家和他们 的企业已经启航，预示着新一轮技术创新和产业变革竞争的开始。（3）绿色制造是实现国民经济可持续发展战略目标的重要技术途径之一江泽民同志在十六大报告中将实现可持续发展战略作为全面建设小康社会的三大目标 之一，目标指出“可持续发展能力不断增强，生态环境得到改善，资源利用效率显著提高， 促进人与自然的和谐，推动整个社会走上生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展道路。” 由此可见，绿色制造是实现国民经济可持续发展战略目标的重要技术途径之一。另外，根据美国世界技术评估中心（WETC）的环境友好制造最终报告3，衡量一个国家国民经济发展所造成的环境负荷总量时，可以参考如下公式进行分析：环境负荷=人口 x羿x环境负荷（1-1）I 人口） GDP J国内生产总值（GDP）是指一个国家或地区范围内的所有常住单位，在一定时期内生产 最终产品和提供劳务价值的总和。式（1-1）中，“人口 ”为国民数量；“GDP/人口 ”为人均 GDP，反映人国民生活水平；“环境负荷/GDP”反映了创造单位GDP价值给环境带来的负 荷。根据党的“十五大”提出的远景发展目标战略规划，从20世纪末进入小康社会后，国 民经济将分2010、2020、2050三个发展阶段，逐步达到现代化的目标。国内生产总值将继 续保持7%左右的增长速度，到2010年翻一番；人口总量到2000、2010、2020和2050年分 别控制在13亿、14亿、15亿和16亿。因此，以2000年为基准并维持环境负荷总量的不变， 根据上述公式可以计算出2010年、2020年和2050年的单位GDP的环境负荷的递减情况， 如表1-2所示。表1-2今后50年单位GDP的环境负;荷的递减情况年度2000201020202050人口增长倍数11.0771.1541.231人均GDP增长倍数11.8273.35423.934单位GDP的环境负荷递 减倍数10.5080.2580.034因此，如果维持国民经济发展所造成的资源消耗和环境影响不变，即与2000年持平， 那么到2050年，我们国家单位GDP的环境负荷要降为现在的1/30 ！以汽车制造为例，到2010、 2020、2050年，生产一辆汽车所消耗的资源、能源和对环境的污染应减少为现在环境负荷 的0.508 （约1/2）、0.258（约1/4）、0.034 （约1/30），其压力是非常大的。因此，为了改 善我国国民经济的发展质量，实现国家可持续发展战略，实施绿色制造，减少制造业资源消 耗和环境污染已势在必行。（4）绿色制造技术将带动一大批新兴产业，形成新的经济增长点绿色制造的实施将导致一大批新兴产业形成，如：1）绿色产品制造产业制造业不断研究、设计和开发各种绿色产品以取代传统的资源消耗和环境影响较大的产 品，将使这方面的产业持续兴旺发展。2）实施绿色制造的软件产业企业实施绿色制造，需要大量实施工具和软件产品，如产品生命周期评估系统（LCA）、 计算机辅助绿色设计系统、绿色工艺规划系统、绿色制造的决策支撑系统、ISO14000国际 认证的支撑系统等，将会推动一批新兴软件产业的形成。3）废弃产品回收处理产业随着汽车、空调、计算机、冰箱、传统机床设备等产品废旧和报废，一大批具有良好回 收利用价值的废弃产品需要进行回收处理，再利用或再制造，由此将导致新兴的废弃物流和 废弃产品回收处理产业。回收处理产业通过回收利用、处理，将废弃产品再资源化，节约了 资源、能源，并可以减少这些产品对环境的压力。1.4绿色制造的体系结构和研究内容1.4.1绿色制造的体系结构绿色制造技术涉及产品整个生命周期，甚至多生命周期，主要考虑其资源消耗和环境影响问题，并兼顾技术、经济因素，使得企业经济效益和社会效益协调优化，其技术范围和体系结构框架如图1-5所示4。两个目标绿色制造绿色资源绿色原材料绿 色 能 源三项内容绿色生产来源丰富便于利用便于回收利用耗能省环保性好储量丰富可再生绿色设计绿色生产设备绿色生产技术两个过程绿色生产环境节省能源节省物料物料转化过程产品生命周期片蜀呈I 产品保护环境便于回收利用符合人机工程图1-5绿色制造的体系结构绿色制造包括两个层次的全过程控制、三项具体内容和两个实现目标。两个层次的全过程控制，一是指具体的制造过程即物料转化过程，充分利用资源，减少 环境污染，实现具体绿色制造的过程；另一是指在构思、设计、制造、装配、包装、运输、 销售、售后服务及产品报废后回收整个产品周期中每个环节均充分考虑资源和环境问题，以 实现最大限度地优化利用资源和减少环境污染的广义绿色制造过程。三项内容是用制造系统工程的观点，综合分析产品生命周期从产品材料的生产到产品报 废回收处理的全过程的各个环节的环境及资源问题所涉及的主要内容。三项内容包括：绿色 资源、绿色生产和绿色产品。绿色资源主要是指绿色原材料和绿色能源。绿色原材料主要是 指来源丰富（不影响可持续发展），便于充分利用，便于废弃物和产品报废后回收利用的原 材料。绿色能源，应尽可能使用储存丰富，可再生的能源，并且应尽可能不产生环境污染问 题。绿色生产过程中，对一般工艺流程和废弃物，可以采用的措施有：开发使用节能资源和 环境友好的生产设备；放弃使用有机溶剂，采用机械技术清理金属表面，利用水基材料代替 有毒的有机溶剂为基体的材料；减少制造过程中排放的污水等。开发制造工艺时，其组织结 构、工艺流程以及设备都必须适应企业的“向环境安全型”组织化，已达到大大减少废弃物 的目的。绿色产品主要是指资源消耗少，生产和使用中对环境污染小，并且便于回收利用的 产品。1.4.2绿色制造的研究内容体系总结国内外已有的研究和作者们所作的工作，可建立绿色制造的研究内容体系5，如图1-6所示。下面对图1-6的内容体系进行说明。绿色制造的理论体系绿色制造的理论体系和总体技术绿色制造的体系结构和多生命周期工程绿色制造的系统运行模式一绿色制造系统绿色制造的物能资源系统绿色制造的研究内容体系绿色制造的专题技术绿色制造的支撑技术绿色设计技术绿色材料选择技术绿色工艺规划技术绿色包装技术绿色处理技术绿色制造的数据库和知识库制造系统环境影响评估系统绿色ERP管理模式和绿色供应链绿色制造的实施工具图1-6绿色制造的研究内容体系框架1.4.2.1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。主要包括：(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 及到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，又涉及到产品 多生命周期工程这一新概念。(3) 绿色制造的系统运行模式一一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 统运行模式一一绿色制造系统。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，且涉及到绿色制造全过程，因此应建立绿 色制造的物能资源系统，并研究制造系统的物能资源消耗规律、面向环境的产品材料选择、 物能资源的优化利用技术、面向产品生命周期和多生命周期的物流和能源的管理与控制等问 题。作者们综合考虑绿色制造的内涵和制造系统中资源消耗状态的影响因素，构造了一种绿 色制造系统的物能资源流模型g。1.4.2.2绿色制造的专题技术绿色制造的专题技术是相对于总体技术而言。绿色制造中的专题技术主要包括绿色设 计、绿色材料选择、绿色工艺规划、绿色包装、绿色回收处理等。(1) 绿色设计技术绿色设计又称面向环境的设计(Design for Environment)。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，在充分考虑产品的功能、质量、 开发周期和成本的同时，优化各有关设计因素，使得产品及其制造过程对环境的总体影响和 资源消耗减到最小13。(2) 绿色材料选择技术绿色材料选择技术又称面向环境的产品材料选择，是一个系统性和综合性很强的复杂问 题。一是绿色材料尚无明确界限，实际中选用很难处理。二是选用材料，不能仅考虑产品的 功能、质量、成本等方面要求，还必须考虑其绿色性，这些更增添了面向环境的产品材料选 择的复杂性。美国卡奈基梅龙大学Rosy提出了基于成本分析的绿色产品材料选择方法，它 将环境因素融入材料的选择过程中，要求在满足工程(包括功能、几何、材料特性等方面的 要求)和环境等需求的基础上，使零件的成本最低。(3) 绿色工艺规划技术大量的研究和实践表明，产品制造过程的工艺方案不一样，物料和能源的消耗将不一样， 对环境的影响也不一样。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。Bekerley大学的Sheng.P 等提出了一种环境友好性的零件工艺规划方法口，这种工艺规划方法分为两个层次：基于 单个特征的微规划，包括环境性微规划和制造微规划，和基于零件的宏规划，包括环境性宏 规划和制造宏规划。应用基于Internet的平台对从零件设计到生成工艺文件中的规划问题 进行集成。在这种工艺规划方法中，对环境规划模块和传统的制造模块进行同等考虑，通过 两者之间的平衡协调，得出优化的加工参数。(4) 绿色包装技术绿色包装技术的主要内容是面向环境的产品包装方案设计，就是从环境保护的角度，优 化产品包装方案，使得资源消耗和废弃物产生最小。目前这方面的研究很广泛，但大致可以 分为包装材料、包装结构和包装废弃物回收处理三个方面。当今世界主要工业国要求包装应 做到的“3R1D” (Reduce减量化、Reuse回收重用、Recycle循环再生和Degradable可降解) 原则。我国包装行业“九五”至2010年发展的基本任务和目标中提出包装制品向绿色包装技 术方向发展，实施绿色包装工程，并把绿色包装技术作为“九五”包装工业发展的重点，发 展纸包装制品，开发各种代替塑料薄膜的防潮、保鲜的纸包装制品，适当发展易回收利用的 金属包装及高强度薄壁轻量玻璃包装，研究开发塑料的回收再生工艺和产品。(5) 绿色处理技术产品生命周期终结后，若不回收处理，将造成资源浪费并导致环境污染。目前的研究认 为面向环境的产品回收处理问题是个系统工程问题，从产品设计开始就要充分考虑这个问 题，并作系统分类处理。产品寿命终结后，可以有多种不同的处理方案，如：再使用、再利 用、废弃等，各种方案的处理成本和回收价值都不一样，需要对各种方案进行分析与评估， 确定出最佳的回收处理方案，从而以最少的成本代价，获得最高的回收价值，即进行绿色产 品回收处理方案设计。评价产品回收处理方案设计主要考察三方面：效益最大化、重新利用 的零部件尽可能多、废弃部分尽可能少。1.4.2.3绿色制造的支撑技术(1) 绿色制造的数据库和知识库研究绿色制造的数据库和知识库，为绿色设计、绿色材料选择、绿色工艺规划和回收处 理方案设计提供数据支撑和知识支撑。如：绿色设计的目标就是如何将环境需求与其它需求有机地结合在一起。比较理想的方 法是将CAD和环境信息集成起来，以便使设计人员在设计过程中象在传统设计中获得有关技 术信息与成本信息一样能够获得所有有关的环境数据，这是绿色设计的前提条件。只有这样 设计人员才能根据环境需求设计开发产品，获取设计决策所造成的环境影响的具体情况，并 可将设计结果与给定的需求比较对设计方案进行评价。由此可见，为了满足绿色设计需求， 必须建立相应的绿色设计数据库与知识库，并对其进行管理和维护。(2) 制造系统环境影响评估系统环境影响评估系统要对产品生命周期中的资源消耗和环境影响的情况进行评估，评估的 主要内容包括：制造过程物料的消耗状况、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等。制造系统中资源种类繁多，消耗情况复杂，因而制造过程对环境的污染状况多样、程度 不一、极其复杂。如何测算和评估这些状况，如何评估绿色制造实施的状况和程度是一个十 分复杂的问题。因此，研究绿色制造的评估体系和评估系统是当前绿色制造的研究和绿色制造的实施均 面临急需解决的问题。当然此问题涉及面广，问题复杂，尚有待于作专门的系统研究。(3) 绿色ERP管理模式和绿色供应链在实施绿色制造的企业中，企业的经营和生产管理必须考虑资源消耗和环境影响及其相 应的资源成本和环境处理成本，以提高企业的经济效益和环境效益。其中，面向绿色制造的 整个产品生命周期的绿色MRP II/ERP管理模式及其绿色供应链是重要研究内容。(4) 绿色制造的实施工具研究绿色制造的支撑软件，包括计算机辅助绿色设计、绿色工艺规划系统、绿色制造的 决策支持系统，ISO14000国际认证的支撑系统等。1.5与绿色制造相关的概念1.5.1可持续发展战略1.5.1.1可持续发展战略的提出与定义10恩格斯在自然辩证法中告诫人们：“不要过分陶醉于我们人类对自然界的胜利，对 于每一次这样的胜利自然界都对我们进行了无情的报复”。恩格斯在对科学技术进行了多年 研究后表达了这样一个思想：人类的生活和生产离不开自然环境，都要与环境进行物质交流 和能量传递，这种交流和传递必须符合生态规律，生态破坏必然威胁到人类社会的生存和发 展。这就为今天的人类社会选择发展道路指明了方向一一实现人与自然的和谐统一。在20世纪，飞速发展的工业经济给人类带来了高度发达的物质文明，但也带来了诸多 的环境问题，人类生存环境开始陷入危机：生态环境恶化，廉价资源趋于耗竭，全球性环境 问题危及人类生存安全。如何实现社会的、自然的协调发展，使人类社会进入一个更高的文 明境界，人类社会面临着严峻的挑战。20世纪80年代末在世界经济陷入持续滞胀的窘迫态 势下，人类全面总结自己发展的历程，重新审视自己的经济社会行为，提出了一一种新的发 展思路和发展战略一一可持续发展战略。它强调指出：决策者必须在制定政策时，确保经济 增长绝对建立在它的生态基础上，确保这些基础受到保护和发展，以使它可以支持长期的 增长。1992年，联合国在巴西里约热内卢举行的“环境与发展大会” 183个国家和70个国 际组织的代表一致同意改变传统发展模式，走可持续发展之路。目前，可持续发展观念已渗透到自然科学和社会科学诸领域。它要求人们要珍惜自然环 境和资源，