绿色制造的研究现状与发展趋势

绿色制造的研究现状与发展趋势——刘　飞　曹华军　何乃军文章编号:1004-132 (2000)01-0105-06

绿色制造的研究现状与发展趋势

刘　飞　曹华军　何乃军

　　　　摘要:在总结国内外现有研究状况的基础上,建立了绿色制造的研究内

容体系框架;然后从绿色制造的全球化特征,社会化支撑系统、绿色制造涉及的系统技术和集成技术、绿色并行工程模式、人工智能和智能制造技术在绿色制造中的作用、绿色制造导致的新兴产业6个方面论述了绿色制造研究

的发展趋势。

关键词:绿色制造;研究现状;环境;资源中图分类号:TH16　　　文献标识码:A　　制造业将制造资源转变为产品的制造过程,以及产品的使用过程和废弃处理过程中,一方面消耗大量人类社会有限的资源,另一方面造成环境污染,是当前环境污染问题的主要根源。面对当前人类社会可持续发展的需要,制造业必须尽可能减少资源消耗和尽可能解决所带来的环境问题。有鉴于此,绿色制造可定义如下[1,2]:,其、、包装、运输、使,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。

从上述定义可看出[2],绿色制造具有非常丰富和深刻的内涵。绿色制造实质上是人类社会可持续发展战略在现代制造业中的体现。

绿色制造的“制造”涉及到产品整个生命周期,是一个“大制造”的概念,并且涉及到多学科的交叉和集成,因此体现了现代制造科学的“大制造、大过程、学科交叉”的特点。

刘　飞　教授

制造工程师学会(SME)于1996年发表的关于绿

[1]

色制造的专门蓝皮书《GreenManufacturing》。1998年SME[3],对绿色制造研究。

、加拿大、西欧等一些发达国家,对绿色制造及相关问题进行了大量的研究。

在美国,从一些国家重点实验室到国家研究中心,从东海岸的麻省理工学院到西海岸的Berkeley加州大学,大量的研究工作正在进行,如Berkeley加州大学不仅设立了关于环境意识设计

和制造的研究机构,而且还在国际互联网上建立了可系统查询的绿色制造专门网页Greenmfg。卡奈基美隆大学的绿色设计研究所从事绿色设计、管理、制造、法规制定等的研究和教育工作,并与政府、企业、基金会等广泛合作。不少企业也进行了大量研究,如1996年美国SME学会关于绿色制造研究的圆桌会议的大多数骨干是来自企业界的负责人或代表。美国AT&T公司还在企业技术学报上发表了不少关于绿色制造的研究论文[4]。美国国家科学基金会也对绿色制造中的相关问题的研究给予了高度重视和支持,如美国国家科学基金会1999年资助课题报告会(NSFDe2sign&ManufacturingGranteesConference)所报告的与绿色制造相关的研究课题就有十余项。在此届大会上,NSF设计与制造学部主任Martin-[5]

Vega博士在大会主题报告中还指出了未来制造业面临的六大挑战性问题,环境相容性问题就是其中之一,而且指出目标就是减少制造过程中的废弃物和把产品对环境的影响降到最低限度;随后,Martin-Vega博士又提出未来的“十大关

1　绿色制造的研究现状

绿色制造(GreenManufacturing,GM)又称环境意识制造(EnvironmentallyConsciousMan2面向环境的制造(Manufactur2ufacturing,ECM)、

ingForEnvironment,MFE)等。绿色制造有关内容的研究可追溯到80年代,但比较系统地提出绿色制造的概念、内涵和主要内容的文献是美国

收稿日期:1999—10—08

基金项目:国家863高技术研究发展计划资助项目(863-511

-941-005)

中国机械工程第11卷第122期2000年2月

键技术”,其中包括“废弃物最小化加工工艺”。

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,发行了InternationalJournalofEnviron2mentallyConsciousDesignandManufacturing

杂志。对环境意识制造中的环境性设计、生命周期分析(LifeCycleAnalysis,LCA)等进行了深入的研究[6]。ECDMlab1995年开发了一套有关环境性设计的设计软件EDIT(Environmental

[7]

DesignIndustrialTemplate)。

在欧洲,国际生产工程学会CIRP近几年每年均有不少论文对环境意识制造、多生命周期工程等与绿色制造本质一致的问题进行了研究[8]。英国CfSD(TheCentreforSustainableDesign)对生态设计、可持续性产品设计等进行了集中研究,并开展了有关的教育工作,发行了TheJour2nalofSustainableProductDesign杂志。

总之,绿色制造的研究正在国际上迅速开展。特别是近年来,国际标准化组织ISO发布了有关环境管理体系的ISO14000系列标准,推动着绿色制造的研究更加活跃和迅速发展。

在我国,也进行了大量的研究,863 CIMS面的研究课题,。国家863 CIMS主题还在中国现代集成制造系统网络(CIMSNet)开辟了绿色制造专题,对国内外绿色

,,研究绿色制造的理

论体系、共性关键技术和系统集成技术。

(1)绿色制造的理论体系　包括绿色制造的资源属性、建模理论、运行特性、可持续发展战略,以及绿色制造的系统特性和集成特性等。

(2)绿色制造的体系结构和多生命周期工程　包括绿色制造的目标体系、功能体系、过程体系、信息结构、运行模式等。绿色制造涉及产品整个生命周期中的绿色性问题,其中大量资源如何循环使用或再生,又涉及产品多生命周期工程这一新概念。

(3)绿色制造的系统运行模式——绿色制造系统　只有从系统集成的角度,才可能真正有效地实施绿色制造。为此需要考虑绿色制造的系统运行模式——绿色制造系统[9]。绿色制造系统将企业各项活动中的人、技术、经营管理、物能资源、生态环境,以及信息流、物料流、能量流和资金流有机集成,并实现企业和生态环境的整体优化,达到产品上市快、质量高、成本低、服务好、有利于环境,并赢得竞争的目的。绿色制造系统的集成运行模式主要涉及绿色设计、产品生命周期及其物流过程、产品生命周期的外延及其相关环境等。

(4)绿色制造的物能资源系统　鉴于资源消耗问题在绿色制造中的特殊地位,且涉及绿色制造全过程,因此应建立绿色制造的物能资源系统,

制造研究情况进行了综合介绍(http: www1cims1edu1cn)。国内不少高校和研究院所对绿色制造的理论体系、专题技术等都进行了大量的研究。国家环保局于1996年1月批准成立了国家环保总局华夏环境管理体系审核中心,专门负责ISO14000系列标准在我国的实施、培训工作以及同国际有关机构的交流。并建立了专门的网站——中国环境管理体系认证信息网。ISO14000环境管理体系标准引起了我国众多企

业的重视,根据最新统计,截至1999年9月2日,厦门ABB开关有限公司、上海高桥巴斯夫分散体有限公司、青岛海尔电冰箱股份有限公司等117家企业获得ISO14000标准认证。

2　绿色制造的研究内容体系

总结国内外已有的研究工作,可建立绿色制造的研究内容体系,见图1。

211　绿色制造的理论体系和总体技术

绿色制造的理论体系和总体技术是从系统的

绿色制造的研究现状与发展趋势——刘　飞　曹华军　何乃军并研究制造系统的物能资源消耗规律、面向环境的产品材料选择、物能资源的优化利用技术、面向产品生命周期和多生命周期的物流和能源的管理与控制等问题。作者们综合考虑绿色制造的内涵和制造系统中资源消耗状态的影响因素,构造了一种绿色制造系统的物能资源流模型[10]。212　绿色制造的专题技术

(1)绿色设计技术　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响,在充分考虑产品的功能、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影响和资源消耗减到最小[11]。

(2)绿色材料选择技术　绿色材料选择技术是一个系统性和综合性很强的复杂问题。一是绿色材料尚无明确界限,实际中选用很难处理。二是选用材料,不能仅考虑其绿色性,还必须考虑产品的功能、质量、成本等多方面的要求,这些更增添了面向环境的产品材料选择的复杂性。美国卡奈基梅龙大学Rosy提出了基于成本分析的绿色产品材料选择方法,的选择过程中,要求在满足工程何、)础上,[(3)表明,产品制造过程的工艺方案不一样,物料和能源的消耗将不一样,对环境的影响也不一样。绿色工艺规划就是要根据制造系统的实际,尽量研究和采用物料和能源消耗少、废弃物少、对环境污染小的工艺方案和工艺路线。Bekerley大学的Sheng1P等提出了一种环境友好性的零件工艺规

原则。我国包装行业“九五”至2010年发展的基本任务和目标中提出包装制品向绿色包装技术方向发展,实施绿色包装工程,并把绿色包装技术作为“九五”包装工业发展的重点,发展纸包装制品,开发各种代替塑料薄膜的防潮、保鲜的纸包装制品,适当发展易回收利用的金属包装及高强度薄壁轻量玻璃包装,研究开发塑料的回收再生工艺和产品[15]。

(5)绿色处理技术　产品生命周期终结后,若不回收处理,将造成资源浪费并导致环境污染。目前的研究认为面向环境的产品回收处理是个系统工程,从产品设计开始就要充分考虑这个问题,并作系统分类处理。产品寿命终结后,可以有多种不同的处理方案,如再使用、再利用、废弃等,各种方案的处理成本和回收价值都不一样,需要对各种方案进行分析与评估,确定出最佳的回收处理方案,,获得最高的回收价值,。评:效益、、废弃部分[16]。

213　绿色制造的支撑技术

(1)绿色制造的数据库和知识库　研究绿色制造的数据库和知识库,为绿色设计、绿色材料选择、绿色工艺规划和回收处理方案设计提供数据支撑和知识支撑。

绿色设计的目标就是如何将环境需求与其它需求有机地结合在一起。比较理想的方法是将CAD和环境信息集成起来,以便设计人员在设计过程中,像在传统设计中获得有关技术信息与成本信息一样,能够获得所有有关的环境数据,这是绿色设计的前提条件。只有这样设计人员才能根据环境需求设计开发产品,获取设计决策所造成的环境影响的具体情况,并可将设计结果与给定的需求比较对设计方案进行评价。由此可见,为了满足绿色设计需求,必须建立相应的绿色设计数据库与知识库,并对其进行管理和维护。

(2)制造系统环境影响评估系统　环境影响评估系统要对产品生命周期中的资源消耗和环境影响的情况进行评估,评估的主要内容如下:制造过程物料的消耗状况、制造过程能源的消耗状况、制造过程对环境的污染状况、产品使用过程对环境的污染状况、产品寿命终结后对环境的污染状况等。

制造系统中资源种类繁多,消耗情况复杂,因而制造过程对环境的污染状况多样、程度不一、极

划方法,这种工艺规划方法分为2个层次:①基

于单个特征的微规划,包括环境性微规划和制造微规划;②基于零件的宏规划,包括环境性宏规划和制造宏规划。应用基于Internet的平台对从零件设计到生成工艺文件中的规划问题进行集成。在这种工艺规划方法中,对环境规划模块和传统的制造模块进行同等考虑,通过两者之间的平衡协调,得出优化的加工参数[13,14]。

(4)绿色包装技术　绿色包装技术就是从环境保护的角度,优化产品包装方案,使得资源消耗和废弃物产生最少。目前这方面的研究很广泛,但大致可以分为包装材料、包装结构和包装废弃物回收处理3个方面。当今世界主要工业国要求包装应做到“3R1D”(Reduce减量化、Reuse回收重用、Recycle循环再生和Degradable可降解)

中国机械工程第11卷第122期2000年2月

其复杂。如何测算和评估这些状况,如何评估绿色制造实施的状况和程度是一个十分复杂的问题。

因此,研究绿色制造的评估体系和评估系统是当前绿色制造研究和实施急需解决的问题。当然此问题涉及面广,又非常复杂,有待于作专门的系统研究。

(3)绿色ERP管理模式和绿色供应链　在绿色制造的企业中,企业的经营和生产管理必须考虑资源消耗和环境影响及其相应的资源成本和环境处理成本,以提高企业的经济效益和环境效益。其中,面向绿色制造的整个(多个)产品生命周期的绿色MRPII ERP管理模式及其绿色供应链是重要研究内容。

(4)绿色制造的实施工具和产品　研究绿色制造的支撑软件,包括计算机辅助绿色设计、绿色工艺规划系统、绿色制造的决策支持系统,ISO14000国际认证的支撑系统等。

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力的支持,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,、产品、,例如,,,如汽车、,用户只买了使用权,而,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。

313　集成化——将更加注重系统技术和集成技术的研究

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,文献[11]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6个功能分系统,以及计算机通讯网络系

3　绿色制造的发展趋势

311　全球化—来愈体现全球化的特征和趋势

:,人类需要团结起来,保护我们共同拥有的惟一的地球。

・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。

・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。

・近年来,许多国家对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。

312　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

绿色制造的研究现状与发展趋势——刘　飞　曹华军　何乃军统和数据库 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。

314　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、。技术有待于今后的深入研究315　智能化—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[17]。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,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;运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。316　产业化——绿色制造的实施将导致一批新兴产业的形成

除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

较多和对环境负面影响较大的产品,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、绿色制造决策系统、产品生命周期评估系统、ISO14000国际认证支撑系统等,将会推动新兴软件产业的形成。

4　结论

绿色制造对未来制造业的可持续发展至关重要。国内外近年来对绿色制造已作了大量的研究。总结绿色制造的现有研究,可建立绿色制造的研究内容体系框架。该框架将绿色制造的研究内容分成绿色制造的理论体系和总体技术、绿色制造的专题技术和绿色制造的支撑技术三方面,每一绿色制造的发展趋势、、并行化、智能化:

[1]　MelngkSA,SmithRT.GreenManufacturing.

Dearborn,

USA:

SocietyofMmanufacturing

～5Eengineers,1996:2

[2]　刘飞,张华,岳红辉.绿色制造——现代制造业的

可持续发展模式.中国机械工程,1998,9(6):76～78

[3]　DuffieN.Trendsingreenmanufacturing.CASA

SMETechnologyTrends,1998(8):www.sme.org)

[4]　DickinsonDA,DraperCW.Greenproductmanu2

facturing.AT&TTechnicalJournal,1995(Nov

(http:

～35Dec):26

[5]　Martin-VegaLA.DMIII:Past,Present,and

.KeyReport,1999NSFDe2FuturePerspectives

sign&ManufacturingGranteesconference,Los

～26Angeles,USA,1999:20

[6]　JohnsonM,WANGM.EnvironmentalConscious

.10thIn2Manufacturing:ALife-CycleAnalysis

ternationalConferenceonCAD CAM,RoboticsandFactoriesoftheFuture,August1994,Ot2

tawa,Canada.(http: www.uwindsor.ca main

imse people ecdminfo.html)

[7]　WANGMH.AnEnvironmentalConsciousDesign

.ProceedingsofInternationalConferenceonTool

AutomationTechnology,Taiwan,1994.(http:

www.uwindsor.ca main imse people ecdm_in2fo.html)

中国机械工程第11卷第122期2000年2月

文章编号:1004-132 (2000)01-0110-04

可持续・知识化・数字化・可视化

——21世纪制造技术创新策略

宾鸿赞

　　　　摘要:回顾分析20世纪的NC加工和生长型制造两个突破性的制造技

术的创新成果,提出21世纪制造技术的创新策略:可持续发展是制造创新的动力与空间,知识化是创新的资源,数字化是创新的手段,可视化是创新的

虚拟检验。

关键词:可持续;知识化;数字化;可视化;制造技术;创新中图分类号:TH-1　　　文献标识码:A

宾鸿赞　教授

1　20世纪的制造技术创新

人类在20世纪取得了令人瞩目的制造技术成果,其中数控(NC)加工技术与生长型制造技术(MIM,或称可控添加材料制造,RPM)项突破性创新成果。

20世纪50,统的由工人、收稿日期:1999—08—17

息数字化,。由此:NC、DNC、CNC、S、CIMS。就目前,任何复杂的几何形状(曲面、CNC加工方法制造出来。

20世纪90年代,出现了一种崭新的、不同于传统概念上的制造技术,它是采用粘结、熔结、聚合作用或化学反应等手段,有选择地固化(或粘结)液体(或固体)材料,用二维的制造方法制

[8]　ZustR,GaduffG.Life-cyclemodelingasanin2

strumentforlife-cycleengineering.Annalsofthe

ningstrategyforenvironmentallyconsciousma2

～chining,AnnalsoftheCIRP,1996,45(1):455

460

[15]　全国包装行业“九五”发展规划及2010年远景发展

～354CIRP,1997,46(1):351

[9]　刘飞,张华,陈晓慧.绿色制造的集成特性和绿色

集成制造系统.计算机集成制造系统,1999,5(4):

4～13

[10]　LIUFei,CHENGXiaohui,ZHANGHua.The

resourceflowingmodelofgreenmanufacturingsystems.

In:Proc.of4thInternationalConfer2

enceonCIM,1997,Singapore:Springer-Ver2

目标.中国包装,1996,16(3):16～20

[16]　ZussmanE,KriwetA,SeligerG.Disassembly

AssessmentMethodologytoSupportDesignforRecycling.AnnualsoftheCIRP,1994,42(1):9

～14

[17]　LI.ADecision-MakingFrameworkModelUFei

ofGreenManufacturing.Proc.ofthe15thInter2nationalConferenceonComputer-AidedPro2ductionEngineering,Durham,UK,1999:716～721

(编辑　华　恒)

～194lag,1997:188

[11]　刘志峰,刘光复.工业产品可拆卸性设计系统模型

研究.中国机械工程,1998,9(1):69～71

[12]　RosyW,CHEND.Asystemmethodologyofma2

terialselectionwithenvironmentalconsidera2

～257tions.IEEE,1994:252

[13]　SHENGP,SrinivasanM.Multi-objectivepro2

cessplanninginenvironmentallyconsciousmanu2facturing:afeature-basedapproach.Annalsof

作者简介:刘　飞,男,1948年生。重庆大学(重庆市　400044)制造工程研究所所长、教授、博士、博士研究生导师、国家级突出贡献中青年专家。主要研究方向为制造系统工程和制造自动化。获部省级以上成果奖10余项。出版著作7部。发表论文170多篇。曹华军,男,1978年生。重庆大学机械工程学院硕士研究生。何乃军,男,1971年生。重庆大学机械工程学院博士研究生。

～437theCIRP,1995,44(1):433

[14]　SHENGP,SrinivasanM.Hierarchicalpartplan2

.11,No.122,2000CHINAMECHANICALENGINEERINGVol

Wuhan,China)　p80285

Abstract:Theweaknessoftraditionalmanufacturingmodeisanalyzedonthebasisofabriefreviewofthesuc2cessandthefailureofindustrialeconomyduringthelasttwocenturies.Andthenecessityfortransformingmanu2facturingmodeisaffirmedbypointingoutthehugecom2plexityintoday’smanufacturingsystemsandprocesses.Theadvantagesanddisadvantagesofother2organizationmodeinman2madesystems,ononeside,andtheself2or2ganizationmodeinnaturalsystems,ontheotherside,arecompared.Thenatureandthemechanismofself2or2ganizationareelaborated.Thetransformfromother2or2ganizationtoself2organizationshouldbetheonlywayformanufacturingtoovercomethedifficultiesinthepost2in2dustryera.Self2organizationwillbeasthephilosophyinthemanufacturingofnextcenturyandthemainnatureofthemanufacturingsystemofnextgeneration.Theinflu2enceofself2organizedprocessesontheenvironmentisex2ploredandtheconceptof"EntropyPollution"isde2duced.Thewayforlighteningentropypollutionisdis2cussed.Severalresearchprojectsandkeyproblemstobesolvedrelatedtomanufacturingmodeofself2organizationaresuggested.Finally,athoughtofunderstanding,con2structingandoperatingmanufacturingsystemsfromtheviewpointoforderandentropyispresented.

Keywords:manufacturingmode　　self2organiza2tion　　entropypollution

ResearchonAdvancedManufacturingModeSupportingRapidProductInnovation　　WANGYingluo(Xi′JiaotongUniversity,Xi′an,China)　p86288

Abstract:Ineraofknowledgeictivepowerofmanufacturingispductrapiddevelopmentichtsadvancedmanufacturing.situationofcompetitionhomandabroad,wesuggestusingagilenetworkmmodetosupportprod2uctinnovation.Inthispaper,therelatedresearchcon2tentsandmethodsareraised.

KeyWords:knowledgeeconomic　　AMM　　agilenetworkmanufacturing

ZeroTime:aConceptualArchitecturefor21stCenturyEnterprises　　ZHOUBosheng(BeijingUniversityofAeronautics&Astronautics,Beijing,China)　FANDongping　p89292,113

Abstract:InthispaperitisdiscussedthefiveZeroTimeRulesbasedonVerticalTime,NegativeTimeandZeroTime,whicharefirstpresentedbyRaymondT.YehandKeriE.Pearlson.Theconceptualarchitecturefor21stcenturyenterprisearedescribed,andthestrate2gy,disciplinesandapproachestoZeroTimeEnterprisearealsoindicated.Intheend,severalissuesarepointedout,whichshouldbepaidattentiontowhenapproachingtoZeroTimeEnterprise.

Keywords:verticaltime　　negativetime　　zerotime　　zerotimerules　　zerotimeenterpriseDigitalFactory-ManufacturingIndustryintheInforma-tionAge　　LIYongbin(TheHongKongPolytechnicU2niversity,HongKong,China)　p93296

Abstract:Withtheadvancesininnovativeinforma2tionandmanagementtools,thecoreofmanufacturinghasshiftedfromthephysicalproductionofgoodstothesys2tematicprocessingofknowledge.Thedigitalfactorypro2videsaninteractivecomputersimulationplatformtore2ducetheproductdevelopmentcycle,optimizethemanu2facturingprocessesandproductionlogisticsinadigitalenvironmentpriortoactualproduction,andalsolinkup

geographicallydispersedenterprises,suppliersandcus2tomersinthevirtualmarketspace.Thesuccessfullaunchingofthedigitalfactoryreliesnotonlyontechno2logicalissuesbutalsoafundamentalchangeintheopera2

.Thefuturecompeti2tionmodelofmodernbusiness

tivenessofthemanufacturingbusinessdependsonaclosematchingofthephysicalfactoryandthedigitalfactory.

Keywords:digitalfacroty　　datafactory　　knowledgeprocessing　　productdevelopment　　virtu2almarket

TheNextGenerationManufacturingofUSAandtheStrategiesofChina　　ZHANGShu(TongjiUniversity,ShanghaiChina)　p972100

Abstract:Theinfluenceofknowledge2basedeco2nomicsonmanufacturingindustryandtrendsofitsglob2alizationarediscussed.Historyandstate2of2the2artof

,manufacturingmodefrommassproductiontoleanpro2

ductionandforwardtoagilemanufacturinghavebeenre2viewed.Thenextgenerationmanufacturingprojectin2cludeitsstrategyandimperativesinUniteStatesarein2troduced.ThechallengesofChinesemanufacturingen2terprisefacedinnextdecadeareconsidered.Foursug2gestionsincludinginnovation,knowledgemanagement,systemintegrationandnew,processesande2quipmentforguidingtodealwiththesituationarep.

Key:onmanufacturing　　ics　　productionmodeOnNetwork-basedAgileManufacturing　　Junqi(ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai,China)　NIYanrong　MADengzhe　p1012104

Abstract:Withthedevelopmentofnetworktechnol2ogy,informationbecomesnotonlythecrucialdominatefactorofmanufacturingbutalsotheactivedrivingfactorofmanufacturing.Underthebackground,thispaperanalysestheinformationdemandsofmanufacturingandclarifiestheactualityinagilemanufacturing.Thepaperalsobringsforwardhowcarrytheagilemanufacturingschemeintoexecution.Theschemeincludessomekeytechnologies.

KeyWords:information　　agilemanufacturing　　network

OnState-of-the-ArtofGreenManufacturing　　LIUFei(ChongqingUniversity,Chongqing,China)　CAOHua2jun　HENailjun　p1052110

Abstract:Theinvestigationsongreenmanufacturing

.Inthisareincreasingveryquicklyduringrecentyears

,222paperthestateoftheartontheinvestigationsissum2marizedandthesystemframeworkoftheresearchcon2tentsongreenmanufacturingisbroughtforward.Thede2velopingtrendsongreenmanufacturingareanalyzedfromsixaspects:globalgreenmanufacturing,socialsupport2ingsystem,greenintegratedmanufacturing,greencon2currentengineering,roleofintelligentmanufacturingongreenmanufacturingandgreennewindustries.

Keywords:greenmanufacturing　　state2of2the2art　　environment　　resource

Sustainability・Knowledge-Base・Digitization・Visual-ization——ontheinnovationstrategyformanufacturingtechnologyinthe21stcentury　　BINHongzan(HuazhongUniversityofScience&Technology,Wuhan,China)　p1102113

Abstract:ItispointedoutthatNCmachiningandMIM(materialincreasemanufacturing)aretwobreakthroughinnovationachievementsinthefieldofmanufac2

绿色制造的研究现状与发展趋势——刘　飞　曹华军　何乃军文章编号:1004-132 (2000)01-0105-06

绿色制造的研究现状与发展趋势

刘　飞　曹华军　何乃军

　　　　摘要:在总结国内外现有研究状况的基础上,建立了绿色制造的研究内

容体系框架;然后从绿色制造的全球化特征,社会化支撑系统、绿色制造涉及的系统技术和集成技术、绿色并行工程模式、人工智能和智能制造技术在绿色制造中的作用、绿色制造导致的新兴产业6个方面论述了绿色制造研究

的发展趋势。

关键词:绿色制造;研究现状;环境;资源中图分类号:TH16　　　文献标识码:A　　制造业将制造资源转变为产品的制造过程,以及产品的使用过程和废弃处理过程中,一方面消耗大量人类社会有限的资源,另一方面造成环境污染,是当前环境污染问题的主要根源。面对当前人类社会可持续发展的需要,制造业必须尽可能减少资源消耗和尽可能解决所带来的环境问题。有鉴于此,绿色制造可定义如下[1,2]:,其、、包装、运输、使,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。

从上述定义可看出[2],绿色制造具有非常丰富和深刻的内涵。绿色制造实质上是人类社会可持续发展战略在现代制造业中的体现。

绿色制造的“制造”涉及到产品整个生命周期,是一个“大制造”的概念,并且涉及到多学科的交叉和集成,因此体现了现代制造科学的“大制造、大过程、学科交叉”的特点。

刘　飞　教授

制造工程师学会(SME)于1996年发表的关于绿

[1]

色制造的专门蓝皮书《GreenManufacturing》。1998年SME[3],对绿色制造研究。

、加拿大、西欧等一些发达国家,对绿色制造及相关问题进行了大量的研究。

在美国,从一些国家重点实验室到国家研究中心,从东海岸的麻省理工学院到西海岸的Berkeley加州大学,大量的研究工作正在进行,如Berkeley加州大学不仅设立了关于环境意识设计

和制造的研究机构,而且还在国际互联网上建立了可系统查询的绿色制造专门网页Greenmfg。卡奈基美隆大学的绿色设计研究所从事绿色设计、管理、制造、法规制定等的研究和教育工作,并与政府、企业、基金会等广泛合作。不少企业也进行了大量研究,如1996年美国SME学会关于绿色制造研究的圆桌会议的大多数骨干是来自企业界的负责人或代表。美国AT&T公司还在企业技术学报上发表了不少关于绿色制造的研究论文[4]。美国国家科学基金会也对绿色制造中的相关问题的研究给予了高度重视和支持,如美国国家科学基金会1999年资助课题报告会(NSFDe2sign&ManufacturingGranteesConference)所报告的与绿色制造相关的研究课题就有十余项。在此届大会上,NSF设计与制造学部主任Martin-[5]

Vega博士在大会主题报告中还指出了未来制造业面临的六大挑战性问题,环境相容性问题就是其中之一,而且指出目标就是减少制造过程中的废弃物和把产品对环境的影响降到最低限度;随后,Martin-Vega博士又提出未来的“十大关

1　绿色制造的研究现状

绿色制造(GreenManufacturing,GM)又称环境意识制造(EnvironmentallyConsciousMan2面向环境的制造(Manufactur2ufacturing,ECM)、

ingForEnvironment,MFE)等。绿色制造有关内容的研究可追溯到80年代,但比较系统地提出绿色制造的概念、内涵和主要内容的文献是美国

收稿日期:1999—10—08

基金项目:国家863高技术研究发展计划资助项目(863-511

-941-005)

中国机械工程第11卷第122期2000年2月

键技术”,其中包括“废弃物最小化加工工艺”。

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,发行了InternationalJournalofEnviron2mentallyConsciousDesignandManufacturing

杂志。对环境意识制造中的环境性设计、生命周期分析(LifeCycleAnalysis,LCA)等进行了深入的研究[6]。ECDMlab1995年开发了一套有关环境性设计的设计软件EDIT(Environmental

[7]

DesignIndustrialTemplate)。

在欧洲,国际生产工程学会CIRP近几年每年均有不少论文对环境意识制造、多生命周期工程等与绿色制造本质一致的问题进行了研究[8]。英国CfSD(TheCentreforSustainableDesign)对生态设计、可持续性产品设计等进行了集中研究,并开展了有关的教育工作,发行了TheJour2nalofSustainableProductDesign杂志。

总之,绿色制造的研究正在国际上迅速开展。特别是近年来,国际标准化组织ISO发布了有关环境管理体系的ISO14000系列标准,推动着绿色制造的研究更加活跃和迅速发展。

在我国,也进行了大量的研究,863 CIMS面的研究课题,。国家863 CIMS主题还在中国现代集成制造系统网络(CIMSNet)开辟了绿色制造专题,对国内外绿色

,,研究绿色制造的理

论体系、共性关键技术和系统集成技术。

(1)绿色制造的理论体系　包括绿色制造的资源属性、建模理论、运行特性、可持续发展战略,以及绿色制造的系统特性和集成特性等。

(2)绿色制造的体系结构和多生命周期工程　包括绿色制造的目标体系、功能体系、过程体系、信息结构、运行模式等。绿色制造涉及产品整个生命周期中的绿色性问题,其中大量资源如何循环使用或再生,又涉及产品多生命周期工程这一新概念。

(3)绿色制造的系统运行模式——绿色制造系统　只有从系统集成的角度,才可能真正有效地实施绿色制造。为此需要考虑绿色制造的系统运行模式——绿色制造系统[9]。绿色制造系统将企业各项活动中的人、技术、经营管理、物能资源、生态环境,以及信息流、物料流、能量流和资金流有机集成,并实现企业和生态环境的整体优化,达到产品上市快、质量高、成本低、服务好、有利于环境,并赢得竞争的目的。绿色制造系统的集成运行模式主要涉及绿色设计、产品生命周期及其物流过程、产品生命周期的外延及其相关环境等。

(4)绿色制造的物能资源系统　鉴于资源消耗问题在绿色制造中的特殊地位,且涉及绿色制造全过程,因此应建立绿色制造的物能资源系统,

制造研究情况进行了综合介绍(http: www1cims1edu1cn)。国内不少高校和研究院所对绿色制造的理论体系、专题技术等都进行了大量的研究。国家环保局于1996年1月批准成立了国家环保总局华夏环境管理体系审核中心,专门负责ISO14000系列标准在我国的实施、培训工作以及同国际有关机构的交流。并建立了专门的网站——中国环境管理体系认证信息网。ISO14000环境管理体系标准引起了我国众多企

业的重视,根据最新统计,截至1999年9月2日,厦门ABB开关有限公司、上海高桥巴斯夫分散体有限公司、青岛海尔电冰箱股份有限公司等117家企业获得ISO14000标准认证。

2　绿色制造的研究内容体系

总结国内外已有的研究工作,可建立绿色制造的研究内容体系,见图1。

211　绿色制造的理论体系和总体技术

绿色制造的理论体系和总体技术是从系统的

绿色制造的研究现状与发展趋势——刘　飞　曹华军　何乃军并研究制造系统的物能资源消耗规律、面向环境的产品材料选择、物能资源的优化利用技术、面向产品生命周期和多生命周期的物流和能源的管理与控制等问题。作者们综合考虑绿色制造的内涵和制造系统中资源消耗状态的影响因素,构造了一种绿色制造系统的物能资源流模型[10]。212　绿色制造的专题技术

(1)绿色设计技术　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响,在充分考虑产品的功能、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影响和资源消耗减到最小[11]。

(2)绿色材料选择技术　绿色材料选择技术是一个系统性和综合性很强的复杂问题。一是绿色材料尚无明确界限,实际中选用很难处理。二是选用材料,不能仅考虑其绿色性,还必须考虑产品的功能、质量、成本等多方面的要求,这些更增添了面向环境的产品材料选择的复杂性。美国卡奈基梅龙大学Rosy提出了基于成本分析的绿色产品材料选择方法,的选择过程中,要求在满足工程何、)础上,[(3)表明,产品制造过程的工艺方案不一样,物料和能源的消耗将不一样,对环境的影响也不一样。绿色工艺规划就是要根据制造系统的实际,尽量研究和采用物料和能源消耗少、废弃物少、对环境污染小的工艺方案和工艺路线。Bekerley大学的Sheng1P等提出了一种环境友好性的零件工艺规

原则。我国包装行业“九五”至2010年发展的基本任务和目标中提出包装制品向绿色包装技术方向发展,实施绿色包装工程,并把绿色包装技术作为“九五”包装工业发展的重点,发展纸包装制品,开发各种代替塑料薄膜的防潮、保鲜的纸包装制品,适当发展易回收利用的金属包装及高强度薄壁轻量玻璃包装,研究开发塑料的回收再生工艺和产品[15]。

(5)绿色处理技术　产品生命周期终结后,若不回收处理,将造成资源浪费并导致环境污染。目前的研究认为面向环境的产品回收处理是个系统工程,从产品设计开始就要充分考虑这个问题,并作系统分类处理。产品寿命终结后,可以有多种不同的处理方案,如再使用、再利用、废弃等,各种方案的处理成本和回收价值都不一样,需要对各种方案进行分析与评估,确定出最佳的回收处理方案,,获得最高的回收价值,。评:效益、、废弃部分[16]。

213　绿色制造的支撑技术

(1)绿色制造的数据库和知识库　研究绿色制造的数据库和知识库,为绿色设计、绿色材料选择、绿色工艺规划和回收处理方案设计提供数据支撑和知识支撑。

绿色设计的目标就是如何将环境需求与其它需求有机地结合在一起。比较理想的方法是将CAD和环境信息集成起来,以便设计人员在设计过程中,像在传统设计中获得有关技术信息与成本信息一样,能够获得所有有关的环境数据,这是绿色设计的前提条件。只有这样设计人员才能根据环境需求设计开发产品,获取设计决策所造成的环境影响的具体情况,并可将设计结果与给定的需求比较对设计方案进行评价。由此可见,为了满足绿色设计需求,必须建立相应的绿色设计数据库与知识库,并对其进行管理和维护。

(2)制造系统环境影响评估系统　环境影响评估系统要对产品生命周期中的资源消耗和环境影响的情况进行评估,评估的主要内容如下:制造过程物料的消耗状况、制造过程能源的消耗状况、制造过程对环境的污染状况、产品使用过程对环境的污染状况、产品寿命终结后对环境的污染状况等。

制造系统中资源种类繁多,消耗情况复杂,因而制造过程对环境的污染状况多样、程度不一、极

划方法,这种工艺规划方法分为2个层次:①基

于单个特征的微规划,包括环境性微规划和制造微规划;②基于零件的宏规划,包括环境性宏规划和制造宏规划。应用基于Internet的平台对从零件设计到生成工艺文件中的规划问题进行集成。在这种工艺规划方法中,对环境规划模块和传统的制造模块进行同等考虑,通过两者之间的平衡协调,得出优化的加工参数[13,14]。

(4)绿色包装技术　绿色包装技术就是从环境保护的角度,优化产品包装方案,使得资源消耗和废弃物产生最少。目前这方面的研究很广泛,但大致可以分为包装材料、包装结构和包装废弃物回收处理3个方面。当今世界主要工业国要求包装应做到“3R1D”(Reduce减量化、Reuse回收重用、Recycle循环再生和Degradable可降解)

中国机械工程第11卷第122期2000年2月

其复杂。如何测算和评估这些状况,如何评估绿色制造实施的状况和程度是一个十分复杂的问题。

因此,研究绿色制造的评估体系和评估系统是当前绿色制造研究和实施急需解决的问题。当然此问题涉及面广,又非常复杂,有待于作专门的系统研究。

(3)绿色ERP管理模式和绿色供应链　在绿色制造的企业中,企业的经营和生产管理必须考虑资源消耗和环境影响及其相应的资源成本和环境处理成本,以提高企业的经济效益和环境效益。其中,面向绿色制造的整个(多个)产品生命周期的绿色MRPII ERP管理模式及其绿色供应链是重要研究内容。

(4)绿色制造的实施工具和产品　研究绿色制造的支撑软件,包括计算机辅助绿色设计、绿色工艺规划系统、绿色制造的决策支持系统,ISO14000国际认证的支撑系统等。

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力的支持,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,、产品、,例如,,,如汽车、,用户只买了使用权,而,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。

313　集成化——将更加注重系统技术和集成技术的研究

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,文献[11]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6个功能分系统,以及计算机通讯网络系

3　绿色制造的发展趋势

311　全球化—来愈体现全球化的特征和趋势

:,人类需要团结起来,保护我们共同拥有的惟一的地球。

・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。

・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。

・近年来,许多国家对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。

312　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

绿色制造的研究现状与发展趋势——刘　飞　曹华军　何乃军统和数据库 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。

314　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、。技术有待于今后的深入研究315　智能化—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[17]。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,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;运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。316　产业化——绿色制造的实施将导致一批新兴产业的形成

除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

较多和对环境负面影响较大的产品,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、绿色制造决策系统、产品生命周期评估系统、ISO14000国际认证支撑系统等,将会推动新兴软件产业的形成。

4　结论

绿色制造对未来制造业的可持续发展至关重要。国内外近年来对绿色制造已作了大量的研究。总结绿色制造的现有研究,可建立绿色制造的研究内容体系框架。该框架将绿色制造的研究内容分成绿色制造的理论体系和总体技术、绿色制造的专题技术和绿色制造的支撑技术三方面,每一绿色制造的发展趋势、、并行化、智能化:

[1]　MelngkSA,SmithRT.GreenManufacturing.

Dearborn,

USA:

SocietyofMmanufacturing

～5Eengineers,1996:2

[2]　刘飞,张华,岳红辉.绿色制造——现代制造业的

可持续发展模式.中国机械工程,1998,9(6):76～78

[3]　DuffieN.Trendsingreenmanufacturing.CASA

SMETechnologyTrends,1998(8):www.sme.org)

[4]　DickinsonDA,DraperCW.Greenproductmanu2

facturing.AT&TTechnicalJournal,1995(Nov

(http:

～35Dec):26

[5]　Martin-VegaLA.DMIII:Past,Present,and

.KeyReport,1999NSFDe2FuturePerspectives

sign&ManufacturingGranteesconference,Los

～26Angeles,USA,1999:20

[6]　JohnsonM,WANGM.EnvironmentalConscious

.10thIn2Manufacturing:ALife-CycleAnalysis

ternationalConferenceonCAD CAM,RoboticsandFactoriesoftheFuture,August1994,Ot2

tawa,Canada.(http: www.uwindsor.ca main

imse people ecdminfo.html)

[7]　WANGMH.AnEnvironmentalConsciousDesign

.ProceedingsofInternationalConferenceonTool

AutomationTechnology,Taiwan,1994.(http:

www.uwindsor.ca main imse people ecdm_in2fo.html)

中国机械工程第11卷第122期2000年2月

文章编号:1004-132 (2000)01-0110-04

可持续・知识化・数字化・可视化

——21世纪制造技术创新策略

宾鸿赞

　　　　摘要:回顾分析20世纪的NC加工和生长型制造两个突破性的制造技

术的创新成果,提出21世纪制造技术的创新策略:可持续发展是制造创新的动力与空间,知识化是创新的资源,数字化是创新的手段,可视化是创新的

虚拟检验。

关键词:可持续;知识化;数字化;可视化;制造技术;创新中图分类号:TH-1　　　文献标识码:A

宾鸿赞　教授

1　20世纪的制造技术创新

人类在20世纪取得了令人瞩目的制造技术成果,其中数控(NC)加工技术与生长型制造技术(MIM,或称可控添加材料制造,RPM)项突破性创新成果。

20世纪50,统的由工人、收稿日期:1999—08—17

息数字化,。由此:NC、DNC、CNC、S、CIMS。就目前,任何复杂的几何形状(曲面、CNC加工方法制造出来。

20世纪90年代,出现了一种崭新的、不同于传统概念上的制造技术,它是采用粘结、熔结、聚合作用或化学反应等手段,有选择地固化(或粘结)液体(或固体)材料,用二维的制造方法制

[8]　ZustR,GaduffG.Life-cyclemodelingasanin2

strumentforlife-cycleengineering.Annalsofthe

ningstrategyforenvironmentallyconsciousma2

～chining,AnnalsoftheCIRP,1996,45(1):455

460

[15]　全国包装行业“九五”发展规划及2010年远景发展

～354CIRP,1997,46(1):351

[9]　刘飞,张华,陈晓慧.绿色制造的集成特性和绿色

集成制造系统.计算机集成制造系统,1999,5(4):

4～13

[10]　LIUFei,CHENGXiaohui,ZHANGHua.The

resourceflowingmodelofgreenmanufacturingsystems.

In:Proc.of4thInternationalConfer2

enceonCIM,1997,Singapore:Springer-Ver2

目标.中国包装,1996,16(3):16～20

[16]　ZussmanE,KriwetA,SeligerG.Disassembly

AssessmentMethodologytoSupportDesignforRecycling.AnnualsoftheCIRP,1994,42(1):9

～14

[17]　LI.ADecision-MakingFrameworkModelUFei

ofGreenManufacturing.Proc.ofthe15thInter2nationalConferenceonComputer-AidedPro2ductionEngineering,Durham,UK,1999:716～721

(编辑　华　恒)

～194lag,1997:188

[11]　刘志峰,刘光复.工业产品可拆卸性设计系统模型

研究.中国机械工程,1998,9(1):69～71

[12]　RosyW,CHEND.Asystemmethodologyofma2

terialselectionwithenvironmentalconsidera2

～257tions.IEEE,1994:252

[13]　SHENGP,SrinivasanM.Multi-objectivepro2

cessplanninginenvironmentallyconsciousmanu2facturing:afeature-basedapproach.Annalsof

作者简介:刘　飞,男,1948年生。重庆大学(重庆市　400044)制造工程研究所所长、教授、博士、博士研究生导师、国家级突出贡献中青年专家。主要研究方向为制造系统工程和制造自动化。获部省级以上成果奖10余项。出版著作7部。发表论文170多篇。曹华军,男,1978年生。重庆大学机械工程学院硕士研究生。何乃军,男,1971年生。重庆大学机械工程学院博士研究生。

～437theCIRP,1995,44(1):433

[14]　SHENGP,SrinivasanM.Hierarchicalpartplan2

.11,No.122,2000CHINAMECHANICALENGINEERINGVol

Wuhan,China)　p80285

Abstract:Theweaknessoftraditionalmanufacturingmodeisanalyzedonthebasisofabriefreviewofthesuc2cessandthefailureofindustrialeconomyduringthelasttwocenturies.Andthenecessityfortransformingmanu2facturingmodeisaffirmedbypointingoutthehugecom2plexityintoday’smanufacturingsystemsandprocesses.Theadvantagesanddisadvantagesofother2organizationmodeinman2madesystems,ononeside,andtheself2or2ganizationmodeinnaturalsystems,ontheotherside,arecompared.Thenatureandthemechanismofself2or2ganizationareelaborated.Thetransformfromother2or2ganizationtoself2organizationshouldbetheonlywayformanufacturingtoovercomethedifficultiesinthepost2in2dustryera.Self2organizationwillbeasthephilosophyinthemanufacturingofnextcenturyandthemainnatureofthemanufacturingsystemofnextgeneration.Theinflu2enceofself2organizedprocessesontheenvironmentisex2ploredandtheconceptof"EntropyPollution"isde2duced.Thewayforlighteningentropypollutionisdis2cussed.Severalresearchprojectsandkeyproblemstobesolvedrelatedtomanufacturingmodeofself2organizationaresuggested.Finally,athoughtofunderstanding,con2structingandoperatingmanufacturingsystemsfromtheviewpointoforderandentropyispresented.

Keywords:manufacturingmode　　self2organiza2tion　　entropypollution

ResearchonAdvancedManufacturingModeSupportingRapidProductInnovation　　WANGYingluo(Xi′JiaotongUniversity,Xi′an,China)　p86288

Abstract:Ineraofknowledgeictivepowerofmanufacturingispductrapiddevelopmentichtsadvancedmanufacturing.situationofcompetitionhomandabroad,wesuggestusingagilenetworkmmodetosupportprod2uctinnovation.Inthispaper,therelatedresearchcon2tentsandmethodsareraised.

KeyWords:knowledgeeconomic　　AMM　　agilenetworkmanufacturing

ZeroTime:aConceptualArchitecturefor21stCenturyEnterprises　　ZHOUBosheng(BeijingUniversityofAeronautics&Astronautics,Beijing,China)　FANDongping　p89292,113

Abstract:InthispaperitisdiscussedthefiveZeroTimeRulesbasedonVerticalTime,NegativeTimeandZeroTime,whicharefirstpresentedbyRaymondT.YehandKeriE.Pearlson.Theconceptualarchitecturefor21stcenturyenterprisearedescribed,andthestrate2gy,disciplinesandapproachestoZeroTimeEnterprisearealsoindicated.Intheend,severalissuesarepointedout,whichshouldbepaidattentiontowhenapproachingtoZeroTimeEnterprise.

Keywords:verticaltime　　negativetime　　zerotime　　zerotimerules　　zerotimeenterpriseDigitalFactory-ManufacturingIndustryintheInforma-tionAge　　LIYongbin(TheHongKongPolytechnicU2niversity,HongKong,China)　p93296

Abstract:Withtheadvancesininnovativeinforma2tionandmanagementtools,thecoreofmanufacturinghasshiftedfromthephysicalproductionofgoodstothesys2tematicprocessingofknowledge.Thedigitalfactorypro2videsaninteractivecomputersimulationplatformtore2ducetheproductdevelopmentcycle,optimizethemanu2facturingprocessesandproductionlogisticsinadigitalenvironmentpriortoactualproduction,andalsolinkup

geographicallydispersedenterprises,suppliersandcus2tomersinthevirtualmarketspace.Thesuccessfullaunchingofthedigitalfactoryreliesnotonlyontechno2logicalissuesbutalsoafundamentalchangeintheopera2

.Thefuturecompeti2tionmodelofmodernbusiness

tivenessofthemanufacturingbusinessdependsonaclosematchingofthephysicalfactoryandthedigitalfactory.

Keywords:digitalfacroty　　datafactory　　knowledgeprocessing　　productdevelopment　　virtu2almarket

TheNextGenerationManufacturingofUSAandtheStrategiesofChina　　ZHANGShu(TongjiUniversity,ShanghaiChina)　p972100

Abstract:Theinfluenceofknowledge2basedeco2nomicsonmanufacturingindustryandtrendsofitsglob2alizationarediscussed.Historyandstate2of2the2artof

,manufacturingmodefrommassproductiontoleanpro2

ductionandforwardtoagilemanufacturinghavebeenre2viewed.Thenextgenerationmanufacturingprojectin2cludeitsstrategyandimperativesinUniteStatesarein2troduced.ThechallengesofChinesemanufacturingen2terprisefacedinnextdecadeareconsidered.Foursug2gestionsincludinginnovation,knowledgemanagement,systemintegrationandnew,processesande2quipmentforguidingtodealwiththesituationarep.

Key:onmanufacturing　　ics　　productionmodeOnNetwork-basedAgileManufacturing　　Junqi(ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai,China)　NIYanrong　MADengzhe　p1012104

Abstract:Withthedevelopmentofnetworktechnol2ogy,informationbecomesnotonlythecrucialdominatefactorofmanufacturingbutalsotheactivedrivingfactorofmanufacturing.Underthebackground,thispaperanalysestheinformationdemandsofmanufacturingandclarifiestheactualityinagilemanufacturing.Thepaperalsobringsforwardhowcarrytheagilemanufacturingschemeintoexecution.Theschemeincludessomekeytechnologies.

KeyWords:information　　agilemanufacturing　　network

OnState-of-the-ArtofGreenManufacturing　　LIUFei(ChongqingUniversity,Chongqing,China)　CAOHua2jun　HENailjun　p1052110

Abstract:Theinvestigationsongreenmanufacturing

.Inthisareincreasingveryquicklyduringrecentyears

,222paperthestateoftheartontheinvestigationsissum2marizedandthesystemframeworkoftheresearchcon2tentsongreenmanufacturingisbroughtforward.Thede2velopingtrendsongreenmanufacturingareanalyzedfromsixaspects:globalgreenmanufacturing,socialsupport2ingsystem,greenintegratedmanufacturing,greencon2currentengineering,roleofintelligentmanufacturingongreenmanufacturingandgreennewindustries.

Keywords:greenmanufacturing　　state2of2the2art　　environment　　resource

Sustainability・Knowledge-Base・Digitization・Visual-ization——ontheinnovationstrategyformanufacturingtechnologyinthe21stcentury　　BINHongzan(HuazhongUniversityofScience&Technology,Wuhan,China)　p1102113

Abstract:ItispointedoutthatNCmachiningandMIM(materialincreasemanufacturing)aretwobreakthroughinnovationachievementsinthefieldofmanufac2