制造技术的智能化突出了在制造诸环节中,以一种高度柔性与集成的方式,借助计算机模拟的人类专家的智能活动,进行分析、判断、推理、构思和决策,取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动。同时,收集、存储、处理、完善、共享、继承和发展人类专家的制造智能。目前,尽管智能化制造道路还很漫长,但是必将成为未来制造业的主要生产模式之一。 8、“绿色”是CIMS未来发展的必然趋势
“绿色”是从环境保护领域中引用来的。人类社会的发展必将走向人类社会与自然界的和谐。人与人类社会本质上也是自然世界的一个部分,部分不能脱离整体,更不能对抗与破环整体。因此,人类必须从各方面促使人与人类社会同自然界和谐一致,制造技术也不能例外。
制造业的产品从构思开始,到设计阶段、制造阶段、销售阶段、使用与维修阶段,直到回收阶段、再制造各阶段,都必须充分计及环境保护。所谓环境保护是广义的,不仅要保护自然环境,还要保护社会环境、生产环境,还要保护生产者的身心健康。在此前提与内涵下,还必须制造出价廉、物美、供货期短、售后服务好的产品。作为“绿色”制造,产品还必须在一定程度上是艺术品,以与用户的生产、工作、生活环境相适应,给人以高尚的精神享受,体现着物质文明、精神文明与环境文明的高度交融。每发展与采用一项新技术时,应站在哲学高度,慎思“塞翁得马,安知非祸”,即必须充分考虑可持续发展,计及环境文明。制造必然要走向“绿色”制造。 9、CIMS的标准化
在制造业向全球化、网络化、集成化和智能化发展的过程中,标准化技术(STEP、EDI和P-LIB等)已显得愈来愈重要。它是信息集成、功能集成、过程集成和企业集成的基础。
绿色制造Green Manufacturing
定义: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。
绿色制造,又称环境意识制造(Environmentally Conscious Manufacturing)、面向环境的制造(Manufacturing For Environment)等。它是一个综合考虑环境影响和资源效益的现代化制造模式,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产品生命周期中,对环境的影响(负作用)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。绿色制造这种现代化制造模式,是人类可持续发展战略在现代制造业中的体现。 ? 技术概述
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绿色制造技术是指在保证产品的功能、质量、成本的前提下,综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式。它使产品从设计、制造、使用到报废整个产品生命周期中不产生环境污染或环境污染最小化,符合环境保护要求,对生态环境无害或危害极少,节约资源和能源,使资源利用率最高,能源消耗最低。
绿色制造模式是一个闭环系统,即原料-工业生产-产品使用-报废-二次原料资源,从设计、制造、使用一直到产品报废回收整个寿命周期对环境影响最小,资源效率最高,也就是说要在产品整个生命周期内,以系统集成的观点考虑产品环境属性,改变了原来末端处理的环境保护办法,对环境保护从源头抓起,并考虑产品的基本属性,使产品在满足环境目标要求的同时,保证产品应有的基本性能、使用寿命、质量等。
? 现状及国内外发展趋势 国外现状
国外不少国家的政府部门已推出了以保护环境为主题的“绿色计划”。1991年日本推出了“绿色行业计划”,加拿大政府已开始实施环境保护“绿色计划”。美国、英国、德国也推出类似计划。目前,在一些发达国家,除政府采取一系列环境保护措施外,广大消费者已热衷于购买环境无害产品的绿色消费的新动向,促进了绿色制造的发展。产品的绿色标志制度相继建立,凡产品标有“绿色标志”图形的,表明该产品从生产到使用以及回收的整个过程都符合环境保护的要求,对生态环境无害或危害极少,并利于资源的再生和回收,这为企业打开销路、参与国际市场竞争提供了条件。如德国水溶油漆自1981年开始被授予环境标志(绿色标志)以来,其贸易额已增加20%。德国目前已有60种类型3500个产品授予环境标志,法国、瑞士、芬兰和澳大利亚等国于1991年对产品实施环境标志,日本于1992年对产品实施环境标志,新加坡和马来西亚也在1992年开始实施环境标志。目前已有20多个国家对产品实施环境标志,从而促进了这些国家“绿色产品”的发展,在国际市场竞争中取得更多的地位和份额。
国际经济专家分析认为,目前“绿色产品”比例大约为5-10%,再过10年,所有产品都将进入绿色设计家族,可回收、易拆卸,部件或整机可翻新和循环利用。也就是说,在未来10年内绿色产品有可能成为世界商品市场的主导产品。
国内研究基础
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国内一些高等院校和研究院所在国家科委、国家自然科学基金会和有关部门的支持下对绿色制造技术进行了广泛的研究探索。
机械科学研究院已完成了国家科委“九五”攻关项目--清洁生产技术选择与数据库的建立、机械工业基金项目--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,在国内首次提出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。
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。
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。
合肥工业大学开展了机械产品可回收设计理论和关键技术及回收指标评价体系的研究。
重庆大学承担了国家自然科学基金和国家863/CIMS主题资助的关于绿色制造技术的研究项目,主要研究可持续发展CIMS(S-CIMS)的体系结构研究、清洁化生产系统和体系结构及实施策略、清洁化生产管理信息系统等。
华中理工大学、浙江大学、北京航空航天大学等高院校也开展了绿色制造技术研究。
国内已形成了一支从事绿色制造技术研究的专业队伍,为我国发展绿色制造技术奠定了基础。
技术发展趋势(6个方面)
当前,世界上掀起一股“绿色浪潮”,环境问题已经成为世界各国关注的热点,并列入世界议事日程,制造业将改变传统制造模式,推行绿色制造技术,发展相关的绿色材料、绿色能源和绿色设计数据库、知识库等基础技术,生产出保护环境、提高资源效率的绿色产品,如绿色汽车、绿色冰箱等,并用法律、法规规范企业行为,随着人们环保意识的增强,那些不推行绿色制造技术和不生产绿色产品的企业,将会在市场竞争中被淘汰,使发展绿色制造技术势在必行。
1、全球化——绿色制造的研究和应用将愈来愈体现全球化的特征和趋势 绿色制造的全球化特征体现在许多方面,例如:
(1)制造业对环境的影响往往是超越空间的,人类需要团结起来,保护我们共
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同拥有的唯一的地球。
(2)ISO14000系列标准的陆续出台为绿色制造的全球化研究和应用奠定了很好的基础,但一些标准尚需进一步完善,许多标准还有待于研究和制定。
(3)随着近年来全球化市场的形成,绿色产品的市场竞争将是全球化的。 (4)近年来许多国家要求进口产品要进行绿色性认定,要有“绿色标志”。特别是有些国家以保护本国环境为由,制定了极为苛刻的产品环境指标来限制国际产品进入本国市场,即设置“绿色贸易壁垒”。绿色制造将为我国企业提高产品绿色性提供技术手段,从而为我国企业消除国际贸易壁垒进入国际市场提供有力的支撑。这也从另外一个角度说明了全球化的特点。
2、社会化——绿色制造的社会支撑系统需要形成
绿色制造的研究和实施需要全社会的共同努力和参与,以建立绿色制造所必需的社会支撑系统。
绿色制造涉及的社会支撑系统首先是立法和行政规定问题。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利的支持,对相反行为的惩罚力度不够。立法问题现在已愈来愈受到各个国家的重视。
其次,政府可制定经济政策,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资源但开采后会对环境产生影响的资源(如树木)严加控制,使得企业和人们不得不尽可能减少直接使用这类资源,转而寻求开发替代资源。又如: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,收取高额的污染废气排放费。这样,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。
企业要真正有效地实施绿色制造,必须考虑产品寿命终结后的处理,这就可能导致企业、产品、用户三者之间的新型集成关系的形成。例如,有人就建议,需要回收处理的主要产品,如汽车、冰箱、空调、电视机等,用户只买了使用权,而企业拥有所有权,有责任进行产品报废后的回收处理。
无论是绿色制造涉及的立法和行政规定以及需要制定的经济政策,还是绿色制造所需要建立的企业、产品、用户三者之间新型的集成关系,均是十分复杂的问题,其中又包含大量的相关技术问题,均有待于深入研究,以形成绿色制造所需要的社会支撑系统。这些也是绿色制造今后研究内容的重要组成部分。
3、集成化——将更加注重系统技术和集成技术的研究
绿色制造涉及到产品生命周期全过程,涉及到企业生产经营活动的各个方面,因而是一个复杂的系统工程问题。因此要真正有效地实施绿色制造,必须从系统的角度和集成的角度来考虑和研究绿色制造中的有关问题。
当前,绿色制造的集成功能目标体系、产品和工艺设计与材料选择系统的集成、用户需求与产品使用的集成、绿色制造的问题领域集成、绿色制造系统中的信息集成、绿色制造的过程集成等集成技术的研究将成为绿色制造的重要研究内容。
绿色制造集成化的另一个方面是绿色制造的实施需要一个集成化的制造系统来进行。为此,提出了绿色集成制造系统的概念,并建立了一种绿色集成制造系统的体
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系框架:该系统包括管理信息系统、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6个功能分系统,计算机通讯网络系统和数据库/知识库系统等2个支持分系统以及与外部的联系。
绿色集成制造技术和绿色集成制造系统将可能成为今后绿色制造研究的热点。 4、并行化——绿色并行工程将可能成为绿色产品开发的有效模式 绿色设计今后仍将是绿色制造中的关键技术。绿色设计今后的一个重要趋势就是与并行工程的结合,从而形成一种新的产品设计和开发模式绿色并行工程。
绿色并行工程又称为绿色并行设计,是现代绿色产品设计和开发的新模式。它是一个系统方法,以集成的、并行的方式设计产品及其生命周期全过程,力求使产品开发人员在设计一开始就考虑到产品整个生命周期中从概念形成到产品报废处理的所有因素,包括质量、成本、进度计划、用户要求、环境影响、资源消耗状况等。
绿色制造
5、智能化——人工智能和智能制造技术将在绿色制造研究中发挥重要作用 绿色并行工程涉及一系列关键技术,包括绿色并行工程的协同组织模式、协同支撑平台、绿色设计的数据库和知识库、设计过程的评价技术和方法、绿色并行设计的决策支持系统等。许多技术有待于今后的深入研究。
绿色制造的决策目标体系是现有制造系统TQCS(即产品上市时间T、产品质量Q、产品成本C和为用户提供的服务S )目标体系与环境影响E和资源消耗R的集成,即形成了 TQCSRE的决策目标体系。要优化这些目标,是一个难于用一般数学方法处理的十分复杂的多目标优化问题,需要用人工智能方法来支撑处理。另外,在绿色产品评估指标体系及评估专家系统,均需要人工智能和智能制造技术。
基于知识系统、模糊系统和神经网络等的人工智能技术将在绿色制造研究开发中起到重要作用。如:在制造过程中应用专家系统识别和量化产品设计、材料消耗和废弃物产生之间的关系;应用这些关系来比较产品的设计和制造对环境的影响;使用基于知识的原则来选择实用的材料等。
6、产业化——绿色制造的实施将导致一批新兴产业的形成 绿色制造将导致一批新兴产业的形成。除了目前大家已注意到的废弃物回收处理装备制造业和废弃物回收处理的服务产业外,另有两大类产业值得特别注意:
(1)绿色产品制造业 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,如绿色设计的支撑软件(计算机辅助绿色产品设计系统、绿色工艺规划系统、绿色制造的决策系统、产品生命周期评估系统、ISO14000国际认证的支撑系统等),将会推动一类新兴软件产业的形成。 技术组成 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
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