碳交易環(huán)境下云制造資源優(yōu)化配置研究—以西藏企業(yè)為例

■ 羅明 史磊 楊斌（西藏大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院）

一、引言

中國(guó)是世界上能源消耗和溫室氣體排放最高的國(guó)家(國(guó)際能源署，2012)，中國(guó)已經(jīng)開(kāi)始采取綜合措施來(lái)控制其二氧化碳排放。能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、節(jié)能減排已成為我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。為了有效控制碳排放總量，引導(dǎo)企業(yè)（特別是高能耗、高排放、高污染企業(yè)）積極參與減排工作，我國(guó)碳交易市場(chǎng)發(fā)展迅速。截至2011年底，政策制定者宣布了發(fā)展國(guó)內(nèi)排放交易體系的計(jì)劃，將其作為一種更具成本效益、基于市場(chǎng)、與國(guó)際接軌的減排機(jī)制。2011年10月以來(lái)，中國(guó)先后在北京、深圳、上海等7個(gè)省市建立了碳排放權(quán)交易試點(diǎn)。2017年12月，中國(guó)碳排放交易體系正式啟動(dòng)。截至2017年10月底，累計(jì)完成配額交易133.25萬(wàn)噸，累計(jì)碳交易量超過(guò)27億元，中國(guó)已成為全球第二大碳市場(chǎng)[1]。

制造企業(yè)是我國(guó)碳排放控制的主要對(duì)象之一，也是碳交易市場(chǎng)的重要參與者。在碳減排控制的發(fā)展要求下，制造企業(yè)迫切需要通過(guò)云制造資源優(yōu)化配置來(lái)提高制造資源利用效率，從而降低制造過(guò)程環(huán)節(jié)碳排放。

二、文獻(xiàn)回顧

（一）碳交易

氣候變化是人類(lèi)這個(gè)時(shí)代最大的威脅之一，主要是由于人類(lèi)活動(dòng)向大氣排放大量的溫室氣體(GHG)所致，對(duì)人類(lèi)和生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響。為了控制全球氣候變化和溫室氣體排放的增加，包括加拿大和北美的美國(guó)在內(nèi)的許多國(guó)家都實(shí)施了各種監(jiān)管計(jì)劃或碳定價(jià)政策[2]。這些計(jì)劃已經(jīng)(或計(jì)劃)實(shí)施，特別是在巴黎締約方會(huì)議達(dá)成《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》(UNFCCC)協(xié)議之后。鑒于氣候變化帶來(lái)的緊迫威脅，政策領(lǐng)域越來(lái)越多地通過(guò)基于激勵(lì)的方法解決二氧化碳（CO2）和其他溫室氣體問(wèn)題。歐盟排放交易體系（EU ETS）于2005年啟動(dòng)，是第一個(gè)大規(guī)模，強(qiáng)制性的碳排放限額與交易體系，它在所有28個(gè)歐盟成員國(guó)（法國(guó)、德國(guó)等）以及冰島，挪威都有設(shè)施。然而美國(guó)的類(lèi)似努力也未能在全國(guó)范圍內(nèi)得到實(shí)施，因此迄今為止規(guī)模最大的此類(lèi)項(xiàng)目是加利福尼亞州的一項(xiàng)全州政策和覆蓋大西洋中部和東北部9個(gè)州的區(qū)域溫室氣體倡議(RGGI)。但是，中國(guó)的氣候政策得到了國(guó)家最高領(lǐng)導(dǎo)層的支持。2009年哥本哈根氣候大會(huì)(新華網(wǎng)，2009)宣布了全球碳排放強(qiáng)度降低比例，溫總理承諾到2020年將中國(guó)的二氧化碳排放強(qiáng)度比2005年降低40%-45%，這標(biāo)志著中國(guó)氣候政策的一個(gè)里程碑，并促使國(guó)內(nèi)努力設(shè)計(jì)合適的政策。中國(guó)最近采取的措施是，在發(fā)展碳排放交易試點(diǎn)體系的過(guò)程中，建立一個(gè)以化石能源使用為目標(biāo)的國(guó)家體系，該體系建立在多年的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，包括之前五年計(jì)劃中的能源效率和節(jié)約措施，以及積極參與《京都議定書(shū)》(Kyoto Protocol)下的清潔發(fā)展機(jī)制。

中國(guó)經(jīng)歷了數(shù)十年的能源強(qiáng)度下降之后，這一趨勢(shì)出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)的跡象，促使政府在“十一五”期間（“十一五”，2006年，2010年）首次制定了能源強(qiáng)度降低的約束性目標(biāo)（國(guó)務(wù)院，2006）。該目標(biāo)分為不同級(jí)別的政府和國(guó)有企業(yè)，目標(biāo)成果被采用作為政府官員和國(guó)有企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)人績(jī)效評(píng)估的一部分。而西藏自治區(qū)政府根據(jù)區(qū)情提出符合“十三五溫室氣體排放標(biāo)準(zhǔn)”，其中制造企業(yè)是重點(diǎn)能源強(qiáng)度降低控制單位。

（二）云制造資源優(yōu)化配置

2010年，引入云計(jì)算的靈感，這是一種新的面向服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化制造模式，稱(chēng)為云制造，旨在解決更復(fù)雜的制造問(wèn)題，并進(jìn)行更大規(guī)模的協(xié)同制造（提高資源利用效率）。迄今為止，關(guān)于云制造的研究已經(jīng)持續(xù)了八年多，并取得了很大進(jìn)展。今天，越來(lái)越多的人越來(lái)越意識(shí)到云制造對(duì)制造業(yè)的重要性，云制造的學(xué)術(shù)研究和工業(yè)實(shí)施正在快速發(fā)展。

隨著制造業(yè)和信息技術(shù)（IT）的不斷完善，云制造逐漸成為世界各地的研究熱點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，云制造中有五類(lèi)關(guān)鍵技術(shù)。其中，虛擬資源和云服務(wù)管理技術(shù)以及云制造任務(wù)管理技術(shù)是實(shí)施云制造需要研究的主要研究?jī)?nèi)容的一部分。在制造業(yè)的發(fā)展中，信息技術(shù)很重要。它將企業(yè)與企業(yè)（虛擬企業(yè)）聯(lián)合起來(lái)，共享資源，提高產(chǎn)品效率。為了實(shí)現(xiàn)全球企業(yè)的敏捷性（客戶敏捷性、市場(chǎng)敏捷性、合作伙伴敏捷性），高性能和低成本目標(biāo)，許多制造信息模式，例如敏捷制造，應(yīng)用服務(wù)提供商，制造網(wǎng)格等，提出并廣泛使用。其中大部分都強(qiáng)調(diào)如何通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接分布式資源，而不考慮資源管理和廣義動(dòng)態(tài)共享或者動(dòng)態(tài)管理資源。與此同時(shí)，云計(jì)算作為一種新的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模式正在興起。云就像一個(gè)巨大的資源庫(kù)（技術(shù)、能力、管理等），反映了資源的廣義動(dòng)態(tài)共享和合作管理。

云計(jì)算采用一切都是服務(wù)的概念，包括軟件即服務(wù)（SaaS）、平臺(tái)服務(wù)（PaaS）和 基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）。借鑒云計(jì)算的概念，云制造包含了制造即服務(wù)的概念，即產(chǎn)品生命周期中包含的所有制造資源和制造能力都封裝到服務(wù)中。云制造中也存在著三種面向MaaS的服務(wù)模型，即制造軟件即服務(wù)、制造平臺(tái)即服務(wù)(MPaaS)和制造基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(MIaaS)。在云制造的背景下，制造的概念應(yīng)該得到廣泛的理解。它實(shí)際上涵蓋了云計(jì)算中的計(jì)算概念。例如，云制造中的制造基礎(chǔ)設(shè)施包括來(lái)自不同企業(yè)的分布式制造基礎(chǔ)設(shè)施(即資源)和云數(shù)據(jù)中心中的計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施。

受此啟發(fā)，提出了云制造(CMfg)來(lái)擴(kuò)展制造信息學(xué)的服務(wù)模式，提高其動(dòng)態(tài)性（根據(jù)用戶隨需應(yīng)變動(dòng)態(tài)有效配置資源）。它是一種新的網(wǎng)絡(luò)化制造模式，旨在實(shí)現(xiàn)低成本的資源共享和有效的協(xié)調(diào)。它將各種制造、模擬和計(jì)算資源和能力轉(zhuǎn)換為制造服務(wù)，形成一個(gè)巨大的制造云，并將其分發(fā)給用戶的隨需應(yīng)變。CMfg將云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、高性能計(jì)算等核心技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)智能管理、高效協(xié)作、動(dòng)態(tài)任意業(yè)務(wù)組合和劃分。所有這些資源和能力都被智能感知并互連到云中，并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)管理，以執(zhí)行各種制造任務(wù)。也就是說(shuō)，在制造過(guò)程中，CMfg平臺(tái)可以分析和劃分用戶請(qǐng)求并自動(dòng)搜索合適的信息，可用的制造設(shè)備和計(jì)算資源，并智能地集成并提供給用戶，用戶可以在不購(gòu)買(mǎi)的情況下租用遠(yuǎn)程大型設(shè)備和計(jì)算資源，獲得有關(guān)設(shè)計(jì)，模擬，生產(chǎn)，交付和回收的更多具體信息，并監(jiān)控整個(gè)任務(wù)執(zhí)行過(guò)程[3]。因此，CMfg中的整個(gè)生命周期制造過(guò)程可以簡(jiǎn)化。它具有高度的智能和信息，是面向服務(wù)的制造和云計(jì)算的高級(jí)擴(kuò)展，能夠在制造過(guò)程中降低碳排放。因此，在碳交易環(huán)境下研究云制造資源優(yōu)化配置具有重要意義。

三、西藏制造企業(yè)云制造資源優(yōu)化配置存在問(wèn)題及解決方案

根據(jù)前面的分析，西藏制造企業(yè)在碳交易環(huán)境下如何降低碳排放，云制造資源優(yōu)化配置是解決問(wèn)題一個(gè)方法，但是目前面臨一些問(wèn)題需要及時(shí)解決。西藏制造企業(yè)在資源產(chǎn)權(quán)關(guān)系問(wèn)題上存在所有權(quán)忽略，云平臺(tái)上的各類(lèi)資源（生產(chǎn)產(chǎn)品所需原材料等）都存在所有權(quán)問(wèn)題，所以，制造企業(yè)（西藏）在實(shí)際操作過(guò)程中，可以通過(guò)云平臺(tái)會(huì)將用戶需求任務(wù)進(jìn)行分析并分解成各類(lèi)制造過(guò)程子任務(wù)，然后再通過(guò)資源優(yōu)化配置為制造過(guò)程子任務(wù)選擇優(yōu)勢(shì)且合適的各類(lèi)制造資源進(jìn)行集中加工服務(wù)[4]。然而，西藏制造企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中存在需求任務(wù)分解困難，在用戶要求方面（任務(wù)分解），云平臺(tái)很難通過(guò)單一或者獨(dú)立的制造資源將其完成，需要將加工任務(wù)進(jìn)行分解，再將生產(chǎn)過(guò)程的子任務(wù)和資源進(jìn)行匹配（任務(wù)與資源匹配）來(lái)完成制造任務(wù)。