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　　中图分类号：N031,TH12,TH16 文献标识码：A 文章编号：1003-5680(2002)01-0047-04
　　 一 引言
　　自70年代以来，全球掀起了一场空前壮阔的绿色革命，它从经济到政治，从观念到行为，对整个世界和人类生活产生了巨大的冲击和影响。“建立一个可持续发展的社会”，正成为21世纪全球性社会改革浪潮的一个重要主题。1992年联合国在巴西里约热内卢召开的环境与发展会议发表了《21世纪议程》，提出了全球可持续发展的战略框架。随后，中国政府向全世界推出《中国21世纪议程》，把可持续发展战略列为国家发展战略。《21世纪议程》指出：“地球所面临的最严重的问题之一，就是不适当的消费和生产模式，导致环境恶化、贫困加剧和各国的发展失衡。若想达到合理的发展，则需要提高生产的效率并改变消费，以最高限度地利用资源和最低限度地产生废弃物。”可持续发展战略的提出，使我国企业界面临挑战和机遇并存的局面。它要求企业顺应可持续发展的全球性潮流。然而，对于制造业来讲，一方面，在工业发展史上，制造业以其绝对的优势奠定了其在工业上的基础地位。另一方面，在目前的技术水平及观念模式下，由制造业所带来的各种问题也日益显露。其中十分突出的一项就是对于环境的威胁，现代科学技术日新月异使人类逐步摆脱贫穷，同时亦使人类陷入日益恶劣的自然环境中。“回归自然”已成为人类的共同心声。在当今时代，绿色环境保护运动的兴起，浸染了现代科学技术，也蕴育了绿色制造技术。
　　众所周知，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应用的工业品和生活消费品的产业。20世纪80年代，特别是80年代后期以来，世界制造业市场竞争不断加剧，给企业带来了越来越大的压力，迫使企业纷纷寻求有效方法：一方面加速技术进步的步伐，促使现代制造过程的组织发生重大的变化，其目的在于使企业能适应市场的需要和变化，以最快的速度设计和生产出高质量的产品，并以最低的成本和合理的价格参与市场竞争。另一方面，制造业在生存和竞争的同时，又不断消耗资源，产生废弃物，造成环境污染，使得环境问题日益恶化，并正在对人类的生存与发展造成严重威胁。制造业是环境污染的主要源头，因此，如何使制造业尽可能较少地产生环境污染是当前环境问题研究的一个重要方面。于是绿色制造(Green Manufacturing)这一全新的概念便产生了。
　　 二 绿色制造技术的内涵特征
　　绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，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产品生命周期中，对环境的影响（负作用）最小，资源效率最高。其体现的一个基本观点是，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。因此，绿色制造涉及的领域有三部分：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[1]。
　　当前国际上都注意到这样一个事实：一方面，人类正在耗费巨资来保护环境，控制污染。比如，美国每年用于环境保护的投资达800～900亿美元，日本达700亿美元以上。另一方面，人类赖以生存的环境并没有因此而给人类相应的恩赐，反而一次又一次地发出警告。虽然工业污染在一些发达国家得到了一定的控制，但其经济代价是巨大的，而且新的环境污染问题又不断出现。人们在反省过去所采取的环境保护策略和环境保护的手段时发现，过去更多地把环境保护的重点放在了污染物的“末端”控制和处理上，而忽略了污染物的全过程控制与预防。据统计，在国民经济运行中，社会需要的最终产品仅占原材料用量的20%～30%，而70%～80%的资源最终成为进入环境的废物，造成环境污染与生态破坏[2]。可以说，工业文明引起的环境污染的主要来源是资源的浪费。越来越多的事实表明，环境问题不仅仅是生产的终端的问题，在这个生产过程及其前后的各个环节都有产生环境问题的可能，有时其它环节对环境污染的影响甚至超过生产过程的本身。比如汽车的生产和使用过程中产生的环境污染问题比生产过程要高得多。如果从生产的准备过程就开始对全过程所使用的原料、生产工艺，以及生产完成后的产品使用进行全面的评价，对可出现的环境污染问题进行预防，环境面临的问题就会大大减轻。正如高质量的产品是通过全面质量管理(TQC)生产出来的而不是靠检验出来的一样，良好的环境是通过“绿色制造”实现的。
　　绿色制造将废物减量化、资源化和无害化，或消灭于生产过程之中。同时对人体和环境无害的绿色产品的生产，亦将随着可持续发展的进程的深入而日益成为今后产品生产的主导方向。不仅要实现生产过程的无污染和不污染，而且生产出来的产品在使用和最终报废处理过程中也不对环境造成损害。应该指出，在绿色制造的概念中，不但含有技术上的可行性，还包括经济上的可赢利性，体现经济利益、环境效益和社会效益的和谐与统一。
　　能给人们研究和实施绿色制造提供多方位的视图和模型的绿色制造的体系结构，是绿色制造的内容、目标和过程等多方面的集成[3]。绿色制造的体系结构中包括两个层次的全过程控制（具体的制造过程即物料转化过程、绿色产品生命周期全过程）、三项具体内容（绿色生产过程、绿色产品、绿色资源）和两个实现目标（环境保护、资源优化利用）。
　　 三 绿色制造技术的内容
　　前面已论述到：绿色制造系统的特征目标是追求废弃物最少和环境污染最小，而决定此两个目标的根本因素是资源流。影响制造系统的资源流的因素是多种多样的，因而决定了实施绿色制造涉及的问题和途径是多方面的，归纳起来，绿色制造技术从内容上应包括“五绿”，即绿色设计、绿色材料、绿色工艺、绿色包装和绿色处理等五个方面。在绿色制造实施问题中，绿色设计是关键。比如，Boothroyd在Ford汽车公司发表的报告中指出，尽管设计费用仅占产品全部成本的5%左右，但却决定了80～90%的产品生命周期的全部消耗[4]。
　　 1.绿色设计
　　绿色设计是在产品及其寿命的全过程的设计中，充分考虑对资源和环境的影响，在充分考虑产品的性能、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负影响减到最小。绿色设计又称为面向环境的设计DEE(Design for the Environment)。
　　绿色设计的主要内容如图1的框架所示[5]，面向环境的产品设计应包括的内容很广泛，像材料的选择、产品的包装方案设计等环节，考虑这些环节对资源消耗和环境的影响甚大，应把它们单独作为面向环境设计问题的一个子项加以考虑。其中，面向环境的产品方案设计一般是指涉及产品原理、方法、总体布局、产品类型、包装运输等方面的选择和设计。面向环境的产品结构设计的主要目标是采用尽可能合理和优化的结构（包括有利于包装运输和良好的人机工程的结构），以减少资源消耗和浪费，从而减少对环境的负面影响，面向环境的产品包装设计方案，就是要从环境保护的角度出发，优化产品的包装方案（从包装材料的选取、包装制品的制造到包装制品的回收处理及包装成本等的优化），使得资源消耗和环境负影响最小。
　　 2.绿色材料
　　绿色材料(Green Materials)是指在制备、生产过程中能耗低、噪声小、无毒性并对环境无害的材料和材料制品，也包括那些对人类、环境有危害，但采取适当的措施后就可以减少或消除的材料及制成品。绿色制造中所强调的绿色材料是指在满足一定功能要求的前提下，具有良好的环境兼容性的材料。绿色材料在制备、使用以及用后处置等生命周期的各阶段，具有最大的资源利用率和最小的环境影响。绿色材料又被称为生态材料(Eco-material)或环境意识材料(Environmentally conscious materials)。选择绿色材料是实现绿色制造的前提和关键因素之一。绿色制造要求选择材料应遵循以下几个原则：①优先选用可再生材料，尽量选用回收材料。提高资源利用率，实现可持续发展；②尽量选用低能耗、少污染的材料；③尽量选择环境兼容性好的材料及零部件，避免选用有毒、有害和有辐射特性的材料。所用材料应易于再利用、回收、再制造或易于降解。
　　附图
　　图1 绿色设计内涵框架
　　 3.绿色工艺
　　采用绿色工艺是实现绿色制造的重要一环，绿色工艺与清洁生产密不可分。1992年在里约联合国环发大会上，清洁生产被正式认定为可持续发展的先决条件，《中国21世纪议程》也将其列入其中，并制定了相应的法律。清洁生产要求对产品及其工艺不断实施综合的预防性措施，其实现途径包括清洁材料、清洁工艺和清洁产品。我们所提出的绿色工艺是指清洁工艺，指既能提高经济效益，又能减少环境影响的工艺技术。它要求在提高生产效率的同时必须兼顾削减或消除危险废物及其它有毒化学品的用量，改善劳动条件，减少对操作者的健康威胁，并能生产出安全的与环境兼容的产品。绿色工艺的实现途径包括：①改变原材料投入，有用副产品的利用，回收产品的再利用以及对原材料的就地再利用，特别是在工艺过程中的循环利用；②改变生产工艺或制造技术，改善工艺控制，改造原有设备，将原材料消耗量、废物产生量、能源消耗、健康与安全风险以及生态的损坏减少到最低程度；③加强对自然资源使用以及空气、土壤、水体和废物排放的环境评价，根据环境负荷的相对尺度，确定其对生物多样性、人体健康、自然资源的影响评价。总之，我们应从生命周期的全过程对绿色工艺进行研究。推行绿色工艺既要从技术入手，更要重视管理和宣传问题。
　　 4.绿色包装
　　选择绿色包装材料作为产品的包装已经成为一个研究的热点。各种包装材料占据了废弃物的很大一部分份额。据报道，1990年美国约产生2亿吨城市固体废物，其中1/3为产品包装。这些包装材料的使用和废弃后的处置给环境带来了极大的负担。尤其是一些塑料和复合化工产品，很多是难以回收和再利用的，只能焚烧或掩埋处理，有的降解周期可达上百年，给环境带来了极大的危害。因此，产品的包装应摒弃求新、求异的消费理念，简化包装，这样既可减少资源的浪费，又可减少环境的污染和废弃物后的处置费用。另外，产品包装应尽量选择无毒、无公害、可回收或易于降解的材料，如纸、可复用产品及可回收材料（如EPS聚苯乙烯产品）等。通过改进产品结构，减少重量，也可达到改善包装，降低成本并减小对环境的不利影响。DEC公司的研究表明，增加其产品的内部结构强度，可以减少54%的包装材料需求，并可降低62%的包装费用。我国一些在产品上过分铺陈讲究，常常大瓶套小瓶，大盒装小盒，不仅加大成本，还造成不必要的材料浪费。相反，西方一些发达国家不再提倡繁杂精美的包装，重兴简约之风，这也是绿色包装思想的一种体现。
　　 5.绿色处理
　　产品的绿色处理（即回收）在其生命周期中占有重要的位置，正是通过各种回收策略，产品的生命周期形成了一个闭合的回路。寿命终了的产品最终通过回收又进入下一个生命周期的循环之中。它们包括重新使用(Reusing)、继续使用(usingion)、重新利用(Reutilization)和继续利用(Utilizingon)。为了便于产品的绿色处理，一般在设计中主要考虑产品的材料和结构设计，如采用面向拆卸的设计方法(designfor Disassembly,DFD)。拆卸是实现有效回收策略的重要手段。只有拆卸才能实现完全的材料回收和可能的零部件再利用。只有在产品设计的初始阶段就考虑报废后的拆卸问题，才能实现产品最终的高效回收。
　　 四 绿色制造的哲学意义
　　绿色制造作为当今全球性产业结构调整的战略，符合确保人类生活质量的提高和促进经济可持续健康发展的要求，理当植根于研究自然界一般规律的自然哲学原理之中。下面从绿色制造与生态系统的闭环系统原理、绿色制造与自然界层次结合度的递减原理两方面来阐述绿色制造的自然哲学意义。
　　 1.生态系统的闭环系统原理与绿色制造技术
　　生态系统是指生物群落和与其相互作用的无机界（或无机环境）构成的一个不可分割的综合体，任一生态系统可视为生产者、消费者、还原者和一些非生命物质组成。一个良好的生态系统应该是一个闭环系统。老子说：“周行而不殆，可以为天下母”[6]，其意思是说，不停地循环运行，可算作天下万物之本。人工自然和天然自然的综合系统中物质能量的良性循环，显然是人类最好的生存与发展的基石。如前所述，绿色制造则要求在生产全过程中考虑整个生产、生活系统物质能量的充分利用，从而形成良性循环。
　　恩格斯在《自然辩证法》中指出：“整个自然界被证明是在永恒的流动和循环中运动着的。”[7]循环是自然界的普遍原理。生态系统就是一个闭环系统，其中自养者、草食者、肉食者、腐食者正好构成一个“生产－消费－复原”的闭环系统，实现着生态系统物质能量的高效循环利用。而随着工业文明的不断发展，人类近代工业社会的生产模式却形成了“原料－产品－废料”的断裂链条。人类生产投放的物能只有一部分（如前述只有20%～30%）转化为产品，而其他部分(70%～80%)则作为“三废”投向自然环境，造成大量的环境污染。因此，人类应该师法自然生态系统，按照循环原理，补上“废料－原料”这段被打断的链条，形成“原料－产品－废料－原料”的闭合循环，从而节能降耗，减少污染，将生产和生活系统整合到生态系统的大循环之中。而绿色制造技术中的绿色设计、绿色材料、绿色工艺、绿色包装和绿色处理等环节无不蕴含着这一哲学思想。
　　 2.自然界层次结合度的递减原理与绿色制造技术
　　绿色制造技术强调在产品设计与制造时，要瞻前顾后，充分考虑产品整体或部分以至材料的再生利用，将产品的价值发挥到极致。也即是在产品的设计与制造时应埋下将来再利用的“伏笔”。如果产品的零部件性能在产品的周期寿命中性能没有改变，而且没有磨损，就可以直接回收再利用到同类同型号产品上，有的也可以直接在跨类产品上再使用；如果零部件的性能没有改变，但有磨损，则在各项技术与经济指标合乎要求的情况下，进行小型化加工，制造成小型号零部件再加以利用。这种产品可回用性的前提是可拆卸性，这正是绿色设计与绿色制造所遵循的基本原则。产品整体的再利用往往需要维修，产品不可拆卸，维修就有困难。产品零部件的回用过程则直接要求将零部件从产品上拆卸下来。就是到了绿色处理过程，即材料的回收利用也要求产品具有可拆卸性，否则就会使不同种类的材料破碎混合在一起，给予再加工利用带来困难，甚至失去再加工利用的价值。
　　绿色设计与制造中的产品的可拆卸性实际上遵循的是系统层次结合度递减的自然哲学思想。在一台设备或机器中，系统存在一个由元件、零件、部件到具体的产品这样由局部到整体、由低层到高层的层次结构，在这个层次结构中，随着层次由低到高地推进，即由元件到产品的生成过程中，系统的结合度呈现出递减的趋势。正如美国系统理论专家E.拉兹洛曾明确地指出：“当我们从初级组织层次的微观系统走进较高层次的宏观系统，我们就是从被强有力地、牢固地结合在一起的系统走向具有较微弱和较灵活的结合能量的系统。”[8]我们知道，在自然界中将夸克结合为粒子的力量是非常强大的；将质子和中子结合原子核的强相互作用就要弱一些；将原子核和电子结合为原子的电磁相互作用力又弱了一些；将有机小分子结合为生命大分子的肽键，氢键又再弱一些；而细胞器之间、细胞之间、组织之间、肌体系统之间结合的紧密程度依次更加弱化；至于维持生物群落和生态系统的力量则与物理和生物化学的力量难以相比了。所以生态系统是极其脆弱的，极易遭到人类的破坏。实际上，当自然界的高层系统解体时，低层系统（“零部件”）仍然保持相对的稳定性，在一定的条件下，这些“零部件”又可结合成或纳入到新的高层系统，如动物尸体的腐烂降解后即可作为植物的养料而又合成有机物。有鉴于此，在绿色制造技术中，产品要做到可拆卸、可回用就必须考虑产品的结合方式的结合度问题，就要遵循自然系统的结合度递减原理。在这方面，人们已不知不觉地采取了很多有益的做法，如在制造过程中，舍弃传统的以铆、焊为主的结构方式，而优先考虑模块式结构或卡式结构，如最新设计的计算机、汽车、煤矿用电牵引采煤机、矿车轮对等都是如此。在产品的设计和制造时，将要设计与制造的产品分解成不同层次，具体研究从低层到高层关联度的递减，这是绿色设计与绿色制造的一种基本思想。
　　科学技术与辩证法太原47～50B2科学技术哲学张新民/段雄20022002绿色制造是实现生态工业和社会可持续发展的关键技术，正在引起人们的高度重视。绿色制造要求在产品的设计和制造过程中考虑产品的整个生命周期，从而实现产品全生命周期对环境的负面影响最小，资源利用率最高。本文从绿色制造观念的产生、绿色制造技术的内涵特征及其具体内容等方面阐述了绿色制造技术的自然哲学意义。绿色制造/绿色设计/面向环境设计/生态系统/层次结合度/可持续发展张新民(1964-)，男，汉族，湖北黄梅人，中国矿业大学在读博士研究生，焦作工学院副教授，硕士研究生导师。 中国矿业大学机电学院，江苏 徐州 221008 段雄(1961-)，男，汉族，教授、博士生导师，中国矿业大学机电学院院长。 中国矿业大学机电学院，江苏 徐州 221008 作者：科学技术与辩证法太原47～50B2科学技术哲学张新民/段雄20022002绿色制造是实现生态工业和社会可持续发展的关键技术，正在引起人们的高度重视。绿色制造要求在产品的设计和制造过程中考虑产品的整个生命周期，从而实现产品全生命周期对环境的负面影响最小，资源利用率最高。本文从绿色制造观念的产生、绿色制造技术的内涵特征及其具体内容等方面阐述了绿色制造技术的自然哲学意义。绿色制造/绿色设计/面向环境设计/生态系统/层次结合度/可持续发展

网载 2013-09-10 21:20:53

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