基于资源环境属性的制造过程绿色评价支持系统-研究

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1、武汉科技大学硕士学位论文第1页1．1论文的研究背景第一章绪论资源、环境、人口是当代人类社会面临的三大主要问题，特别是环境问题，其恶化程度与日俱增，对人类社会的生存与发展造成严重威胁【l】。制造业作为创造人类财富的支柱产业，是人类社会物质文明和精神文明的基础，与上述的三个问题密切相关。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。制造业的功能是通过制造系统来实现的，在制造系统中资源消耗转变为产品，同时产生废弃物(废弃物是制造资源中未被

2、利用的部分，所以也称废弃资源)并成为制造业环境污染的主要根源。由于制造系统量大面广，因而对环境的总体影响很大。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(GreenManufacturing)由此产生，并被认为是现代企业的必由之路。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【2】【31。该定义体现出一个基本观点，即制造系统中导致环

3、境污染的根本原因是资源消耗和废弃物的产生，因而该绿色制造的定义提出了资源和环境两者不可分割的关系。绿色制造是制造科学、环境科学和管理科学深层次交叉而形成的国际重要科学前沿领域，在国际上引起了广泛的重视【4】。美国制造工程师学会(SME)1996年发表了关于绿色制造的蓝皮书《GreenManufacturing))【5】，提出绿色制造的概念，并对其内涵和作用等问题进行了较系统介绍，1998年SME又在国际互联网上发表了“绿色制造的发展趋势一的网上主题报告。国际生产工程学会CIRP近几年有大量论文对环境意识制造和生命周期工程等与绿色制造本质一致的问

4、题进行了广泛研究【6】【171。加拿大Windsor大学建立了环境意识设计和制造实验室(ECDMLab)和基于www的网上信息库，出版《国际环境意识设计与制造杂志》，对环境意识制造中的环境性设计、生命周期分析等进行了深入研究【8】。许多企业也进行了大量研究，如1996年在美国SME学会召开的绿色制造研究圆桌会议上，来自企业界的代表就占大多数。美国AT&T公司还在企业技术学报上发表了许多有关绿色制造的研究论文【91。1．2论文的国内外研究现状制造过程的资源环境属性分析与评价作为实施绿色制造的关键技术之一已经引起国内外学术界的广泛重视，并出现了一些

5、评价方法及评价软件。产品生命周期评价第2页武汉科技大学硕士学位论文(Lifecydeassessment，LCA)是一种被广泛研究的产品全生命周期环境影响评价方法，其中包括零件制造过程的评价，但由于LCA评价过程复杂、周期长、成本很高，至今应用范围仍有限【m】。美国伯克利加州大学的A．A．Munoz等【11】提出了一种切削加工过程环境影响评价方法，评价内容包括工件材料的消耗、能量消耗、刀具消耗、切削液消耗、切削液的散失和毒性等，给出了各项指标与切削参数相关的量化分析方法，是一篇重要的理论文献。A．C．K．Choi，H．Kaebemick等【12

6、J提出了一种制造工艺环境影响建模方法，该方法采用输入一处理一输／出(InPut--Process---Out，iPO)图对工艺过程的资源消耗和环境排放进行描述，为制造工艺过程的环境影响的描述提供了一种较好的方法。密歇根技术大学的JollnW．Sutherland教授对环境意识机床系统和加工过程中的废物流进行了研究【l31。BENNETT等研究产品工艺路线的选择，以减少机械加工系统的废物流和能量消耗【14】。T．Gutowski等【15】对铝和钢这两种不同的材料在不同机床上进行加工的能量消耗进行了对比分析，指出同一材料加工过程的能量消耗受机床类型

7、的影响，通过选择合适的加工机床，可以显著减少加工过程的能量消耗。H．Xue等【l6】构建了一种基于单工艺物料输入输出的制造系统物料集成输入输出模型，通过降低单个工艺对环境的影响(例如，减少排放，废物的产生，和材料的使用)来提高整个制造系统的绿色性。新加坡南洋技术大学机械产品工程学院的S．H．Yeo和A．K．New[17】针对电火花加工，在综合考虑了时间、能量、质量和物质损耗等情况下，提出了多目标综合决策体系，使制造过程中物质消耗等达到最佳的搭配，并在实际应用中取得了较好的效果。曹华军，刘飞【18】等提出一种基于工艺IPO过程模型和列昂波特相互作

8、用矩阵的制造过程环境影响评价方法，通过对各工艺过程的环境影响评价结果进行综合评价和纵横向对比分析，为制造过程环境友好性改善提供数据参考。王静等【19】