綠色制造的生態(tài)評價體系及方法研究

吳小珍，張 華

WU Xiao-zhen, ZHANG Hua

（武漢科技大學(xué)，武漢 430081）

0 引言

生態(tài)文明是指以尊重和維護自然為前提，是人與人、人與社會、人與自然和諧共生、可持續(xù)發(fā)展的一種人類文明的形態(tài)。隨著工業(yè)文明下生態(tài)危機等問題逐步凸顯，人類社會迫切需要向高級的文明形態(tài)即生態(tài)文明邁進[1]。綠色制造是一種現(xiàn)代化的制造模式，是人類進行可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在制造業(yè)中的體現(xiàn)。而生態(tài)文明下的綠色制造則涵蓋了與人類生產(chǎn)生活相關(guān)的各個行業(yè)領(lǐng)域，是一種全新的“大制造”理念。與以往的綠色制造相比，基于生態(tài)文明的綠色制造作為一種先進的制造技術(shù)，其技術(shù)內(nèi)涵沒有變化，其目標是資源消耗極少、生態(tài)環(huán)境負面影響極小、人體健康與安全危害極小，并實現(xiàn)經(jīng)濟效益和社會效益的持續(xù)協(xié)調(diào)優(yōu)化的技術(shù)，它是人類要進入生態(tài)文明社會的必要技術(shù)手段；其不同之處主要體現(xiàn)在研究角度發(fā)生了變化，即人類要進入生態(tài)文明，如何進行綠色制造，怎么做，怎么改進，才能更快更好地進入生態(tài)文明社會。因此，建立綠色制造的生態(tài)評價體系及評價方法就顯得尤為重要，通過評價可以找出產(chǎn)品與制造過程中存在的與生態(tài)文明不符合的缺陷，為優(yōu)化提供依據(jù)，它是生態(tài)文明下綠色制造得以實現(xiàn)的非常重要和關(guān)鍵的一環(huán)。

我們知道，生態(tài)文明下的綠色制造體現(xiàn)在與人類生產(chǎn)生活相關(guān)的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、服務(wù)業(yè)、信息業(yè)等各個方面。針對不同系統(tǒng)如工業(yè)制造系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)、物流系統(tǒng)等，綠色制造的生態(tài)評價體系、指標等會有不同，下面均以工業(yè)制造系統(tǒng)為例展開分析。

1 綠色制造的生態(tài)評價體系

綠色制造的生態(tài)評價過程相較于傳統(tǒng)的綠色評價，其特點在于需要追溯綠色產(chǎn)品與制造過程的生態(tài)源頭，考慮其在源頭獲取原材料時對生態(tài)系統(tǒng)資源與能源的消耗，將這些消耗類項目折算成生態(tài)生產(chǎn)性土地來進行定量核算，并且在生命周期的各個階段都要考慮對生態(tài)環(huán)境造成的影響，尤其對于不能再制造再利用的需要掩埋的排放物以及經(jīng)過處理之后的空氣排放物和水排放，要考慮生態(tài)的自凈化能力?；诖?，本文以生態(tài)文明的實現(xiàn)為核心，構(gòu)建綠色制造生態(tài)評價體系如圖1所示。

由圖1可知，綠色制造產(chǎn)品的生態(tài)友好性應(yīng)貫穿于其整個生命周期內(nèi)，所謂的產(chǎn)品生命周期是指產(chǎn)品從開發(fā)設(shè)計到廢棄處置所經(jīng)歷的全部時間。具體來說，包括了產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計、原材料采購、生產(chǎn)制造、裝配、包裝、銷售運輸、回收再利用或廢棄等七個主要階段，這七個階段中還都有各自不同的制造過程，它們構(gòu)成了一個循環(huán)的過程，循環(huán)主要表現(xiàn)在以下三個層面：1）本產(chǎn)品內(nèi)部的循環(huán)。產(chǎn)品在生命周期各個階段輸出的廢棄物，或是報廢后的零部件應(yīng)該可以回收再利用，作為新的輸入條件，參與到本類產(chǎn)品下次生命周期的循環(huán)；2）產(chǎn)品間的循環(huán)。產(chǎn)品在生命周期各個階段輸出的廢棄物，或是報廢后的零部件可以作為輸入，參與到下一代產(chǎn)品或是其他種類產(chǎn)品的生命周期循環(huán)；3）生態(tài)環(huán)境的循環(huán)。產(chǎn)品在生命周期各個階段輸出的不可再利用的廢棄物，應(yīng)該對其量和成分都有嚴格的控制，與生態(tài)環(huán)境的自凈化能力相協(xié)調(diào)，最終使這些輸出作為輸入?yún)⑴c到整個生態(tài)系統(tǒng)的大循環(huán)過程中來。我們以這七個主要階段為橫向，以它們各自不同的制造過程作為縱向，構(gòu)成了完整、全面的評價體系。

文獻[2]（嚴耕，楊志華，2009）指出：目前人類面臨的生態(tài)危機包括糧食安全問題、荒漠化、淡水危機、能源危機、氣候變暖以及物種滅絕6大類。接下來，我們以緩解這6大生態(tài)危機評價核心建立相應(yīng)的生態(tài)評價方法。

圖1 綠色制造生態(tài)評價體系

2 基于LCA的生態(tài)評價方法

目前針對綠色制造產(chǎn)品與過程的評價方法主要分為兩類：一類是常用的綜合評價方法，對產(chǎn)品的綠色屬性進行多目標的評價，最終得到產(chǎn)品的綠色性評價結(jié)果。另一類是產(chǎn)品生命周期評價（life cycle assessment，LCA）的方法，它是一種對產(chǎn)品全生命周期的資源消耗和環(huán)境影響進行評價的環(huán)境管理工具[3]。本文提出的生態(tài)評價方法是在充分考慮了生態(tài)文明的前提下，將產(chǎn)品生命周期（LCA）與層次分析法結(jié)合起來，對綠色制造產(chǎn)品/過程進行評價的一種方法。該方法首先用LCA的清單分析得到各個環(huán)境問題類指標的歸一化數(shù)據(jù)，然后用層次分析法構(gòu)造判斷矩陣確定環(huán)境影響類各級指標層的權(quán)重，最后通過逐級加權(quán)求和得到綠色制造產(chǎn)品/過程生態(tài)文明指數(shù)，如圖2所示。

關(guān)于LCA理論與方法的研究已經(jīng)很深入了，這里就不再贅述[4,5]。本文僅針對權(quán)重部分進行說明。在Eco-indicators99方法中，對三類環(huán)境影響類的權(quán)重分別是：資源耗竭0.2；生態(tài)影響0.4；生物體健康0.4[6,7]。下面分別進行計算6大生態(tài)危機對資源耗竭、生態(tài)影響、生物體健康的權(quán)重，以下各指標的比較、判斷均以工業(yè)制造系統(tǒng)為例，得到的權(quán)重值僅供參考。

采用層次分析法通過建立權(quán)重判斷矩陣來對位于同一級別上的評價指標進行權(quán)重的確定，得到淡水危機、能源危機、荒漠化、氣候變暖、糧食安全問題和物種滅絕這6大生態(tài)危機分別相對資源耗竭、生態(tài)影響和生物體健康這3大環(huán)境影響類的權(quán)重值如表1所示。

圖2 綠色制造的生態(tài)評價方法

表1 六大生態(tài)危機相對環(huán)境影響類的權(quán)重值

在確定了六大生態(tài)危機相對環(huán)境影響類指標的權(quán)重后，可以得到環(huán)境影響類指標層的各自指數(shù)Vic，再將各類指數(shù)按權(quán)重值Wi相加就可以得到綠色制造產(chǎn)品/過程的生態(tài)文明指數(shù)（ECI）。

3 評價案例

本案例選取某閥體改進前后的車削工藝為評價對象，利用之前建立的生態(tài)評價方法，對改進前后的工藝過程進行評價，過程如下。

1）評價對象的確定

某閥體改進前的車削工藝采用的機床、刀具等加工裝備老化，精度低而能耗高，而且會產(chǎn)生較多金屬切屑，浪費資源；大量切削液的使用缺乏有效的領(lǐng)用監(jiān)管措施和回收處置方法，造成廢棄切削液在生產(chǎn)過程中泄露大、損耗大，泄露損耗的切削廢液對車間及周邊環(huán)境產(chǎn)生不良影響，同時，由于切削液主要是皂化液和硫化油等，在切削區(qū)的高溫作用下也會產(chǎn)生一定量的油霧污染；此外，大量機床同時工作也會產(chǎn)生很大的噪音。而改進后的車削工藝加工機床以數(shù)控車床等高精度數(shù)控裝備為主，對加工環(huán)境進行封閉處理，避免固體污染物漂浮到車間環(huán)境當中。刀具以硬質(zhì)合金高速刀具為主，切削液以極壓乳化液為主。在機加工工藝中廣泛使用極壓乳化液噴霧冷卻方式對加工區(qū)域?qū)嵤├鋮s和潤滑，以實現(xiàn)機加工過程中的少無切削液加工方法，從而減少機械制造車間切削液使用量，降低車間液體廢棄物排放。改進后的車削工藝既能增加材料的利用率，也可以降低噪聲，減少氣體、液體、固體等污染物的產(chǎn)生[8]。

2）確定車削工藝各評價指標的度量值及歸一化值

在搜集了相關(guān)實際數(shù)據(jù)之后，對各指標進行量化或模糊處理后的結(jié)果及歸一化結(jié)果如表2所示。

表2 某閥體改進前后車削工藝評價的指標度量值

表3 改進后車削工藝評價綜合得分求解表

表4 改進前車削工藝評價綜合得分求解表

3）確定指標權(quán)重及結(jié)果分析

按照指標權(quán)重確定的方法對車削工藝評價的指標層進行權(quán)重確定。將下一層指標的度量值（得分）與其對應(yīng)的權(quán)重相乘后相加求和得到上一層指標的得分，然后將這一層指標的得分再與其對應(yīng)的權(quán)重相乘后相加求和就可以得到更上一層指標的得分，以此類推，就可以算出三大環(huán)境影響類的得分。最后三大環(huán)境影響類的得分與其權(quán)重分別相乘后相加就可以得到生態(tài)文明指數(shù)。下面以表格的形式簡單給出計算過程與結(jié)果。

最終得到的改進后車削工藝的生態(tài)文明指數(shù)為0.78，而改進前的則為0.44。說明改進后的車削工藝比改進前具有更好的生態(tài)友好性，更能滿足生態(tài)文明對綠色制造過程提出的要求。

4 結(jié)論

1）基于生態(tài)文明的理念，以產(chǎn)品生命周期的七個主要階段為橫向，以它們各自不同的制造過程作為縱向，建立了完整、全面的綠色制造生態(tài)評價體系。

2）以緩解6大生態(tài)危機為目標，將LCA與層次分析法相結(jié)合，建立了生態(tài)評價方法，得到了綠色制造產(chǎn)品與過程的生態(tài)文明指數(shù)，并通過某閥體車削工藝過程的實例分析證明了該方法可以評定其是否符合在生態(tài)文明下的綠色性要求。

[1] 盧風(fēng).從現(xiàn)代文明到生態(tài)文明[M].北京:中央編譯出版社,2009.

[2] 嚴耕,楊志華.生態(tài)文明的理論與系統(tǒng)構(gòu)建[M].北京:中央編譯出版社,2009.

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