汽车产业绿色制造文献综述

第 1 章 绪论 1.1 选题背景 1.1.1 可持续发展战略与绿色制造技术的概念和内涵 在近几百年,人类通过综合利用各种先进的科学技术,为社会创造极大的物质财富是不可否认的,但另一方面,特别是从工业文明阶段以来,人类创造出的工业化产值绝大部分都是建立在对不可再生资源和
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  第 1 章 绪论

  1.1 选题背景

  1.1.1 可持续发展战略与绿色制造技术的概念和内涵

  在近几百年,人类通过综合利用各种先进的科学技术,为社会创造极大的物质财富是不可否认的,但另一方面,特别是从工业文明阶段以来,人类创造出的工业化产值绝大部分都是建立在对不可再生资源和可再生资源的过度消耗以及对生态环境进行破坏的基础之上的。随着工业化和信息化革命的进程,人类在创造大量的物质财富的同时也正在食取自己带来的恶果:自然生态环境不断恶化、各类资源总量急剧减少等问题接踵而来[1]。

  在面对制造资源日益减少的大环境下,可持续发展显得日益重要。可持续发展是将经济发展和生态资源环境整合为一体并且互为因果的一个整体。可持续发展战略被提出以来,世界各国均高度重视,世界各国的科研工作者在制造业的可持续发展技术及其相关领域技术的研究上投入了大量的研究精力并取得较为丰硕的研究成果。自上世纪八十年代以来,在世界各国先后多次组织召开了“联合国环境与发展会议”、“联合国人类环境会议”及“可持续发展世界首脑会议”。对于可持续发展理论的定义,目前公认比较权威的是于第 42 届联合国大会上由世界环境与发展委员会(WCED)提交的报告—《我们共同的未来》一文中提出[2]。

  制造业在为人类社会创造大量的物质财富的同时也带来了一系列的负面问题。可持续发展是一条必经之路。绿色制造就是一个综合考虑了现代制造业的生产模式和日趋严重的生态资源环境问题的全新生产模式[3]。

  绿色制造具有非常广泛的内涵。国内外的研究学者围绕产品及其回收处理在内的整个生命周期中的各种生态、资源、环境问题,提出了许多关于绿色制造的相关技术及其相关理论概念。如:基于产品设计的绿色技术、基于产品包装的绿色技术、基于产品使用的绿色技术、基于产品制造的绿色技术。

  绿色制造以人类与自然和谐发展为目的,是可持续发展战略在制造业上的集中体现。自“绿色制造”这一概念被提出以来,世界各国均给与了足够的重视并先后做出了重要举措。我国政府在《“十一五”规划纲要》中就“节能减排”提出了相应的约束性指标要求:要求制造企业在生产过程中降低 20%的单位 GDP 能耗;要求制造企业在生产过程中减少 10%的主要污染物排放总量[4]。这是我国政府对我国经济社会发展提出的重大战略部署之一[5]。

  绿色制造技术及其相关理论技术的研究和应用所具有的重要意义主要体现在:绿色制造技术及其相关理论技术的研究和应用可以大大地缓解我国日益紧张的能源问题;绿色制造技术及其相关理论技术的研究和应用可以极大地减轻我国日趋严重的环境污染问题;绿色制造技术及其相关理论技术的研究和应用可以加快推动我国经济结构的优化;绿色制造技术及其相关理论技术的研究和应用可以加快推动我国产业化结构的升级;绿色制造技术及其相关理论技术的研究和应用是我国现代经济社会发展的中心工作之一。

  由此可见,我国为实现新型工业化道路发展必须大力推进绿色制造技术及其相关理论技术的研究和应用。绿色制造技术及其相关理论技术的研究和应用具有重要的战略意义。

  1.1.2 绿色制造在汽车制造业中的重要意义

  自 1908 年世界上第一台 T 型汽车在美国福特公司诞生以来,汽车逐渐开始以日常生活品进入到寻常百姓的生活当中。汽车产业是一个具有高投入和高产出特点的集群式产业。在现代社会中,汽车制造以及制造相关产业形成了一个巨大的汽车产业体系。

  汽车产业在人类社会现代制造业中占有极其重要的地位,其可以带动的相关行业和相关产业之宽;其可以包含和吸收应用的高新技术之广;其可以形成的生产、市场规模之大;其对社会经济、国民经济可以起到的推动作用之大等都是其他制造产业所不能比拟的[6]。

  20 世纪以来,随着汽车产业的不断发展,汽车为人类社会的进步带来极大的贡献。

  但是另一方面,汽车制造产业及其相关产业消耗了大量的不可再生资源以及可再生资源。可以说,汽车产业在为人类带来巨大的物质财富和极大的便利的同时也对我们赖以生存的生态环境带来了极大的破坏。

  汽车产业是目前人类社会中尤其重要的一个产业,也是目前人类社会几大产业中发展相对较为完善的产业,但在汽车的生产、使用和报废过程中伴随着大量的资源和能源消耗以及生态环境污染等问题[7]。在汽车的全生命周期过程中不仅仅是生产的原材料占据较大资源,同时还伴随着大量的其他能源消耗,如:电力、水、天然气等。另一方面,汽车在其全生命周期中也会对自然生态环境产生了巨大的不良影响。由此可见,汽车制造产业目前的制造模式急需转变。如前所述,基于“绿色制造”的生产模式是一种先进的现代制造模式,其综合考虑了包括产品的报废、回收在内的全生命周期中自然生态环境、各类资源消耗以及产品经济效益三者之间的关系。“绿色制造”的根本目标就是降低产品在其全生命周期中对自然生态环境的破坏的同时提高对各类能源和资源的利用率,最终进而实现协调和优化制造企业的经济效益和社会效益。

  然而,我国在汽车行业的绿色环保技术,如汽车尾气的处理、汽车噪音等方面与国际上汽车行业发达的国家存在着一定水平的差距[8]。在我国加入 WTO 之后,这方面的差距显得尤为突出,西方工业发达国家已经就企业产品环境污染等方面问题而制定了严格规则并按照 WTO 在资源环境方面的相关规定设置了绿色壁垒。所以,我们不能不去重视能源、资源及环境的问题,不能让我国汽车行业在未来的国际市场失去竞争力。看来我国汽车行业实施并发展“绿色道路”已是迫在眉睫。我国汽车产业急需发展和运用绿色制造这一先进技术及其相关理论技术。

  1.2 论文相关领域的研究现状综述

  1.2.1 绿色制造国内外研究现状

  绿色制造技术(G M)又称面向环境的制造技术(M F E)、环境意识制造技术(E C M)等[9]。

  绿色制造技术这一概念第一次被全面的提出是在美国制造工程师协会于1996年发表的《Green Manufacturing》(《关于绿色制造的蓝皮书》)[10]。美国制造工程师协会于1998 年发表的关于“绿色制造的发展趋势”的主题报告中近一步对绿色制造技术及其相关问题做出了介绍[11]。

  近年来,绿色制造技术及其相关理论技术在世界范围内得到了世界各国的广泛的关注和研究,特别是在日本、美国等一些工业相对发达的国家及地区[12]。

  在日本,日本的国家资源环境研究院(N I R E)对绿色制造技术进行了大量研究[13]。

  NIRE 的主要研究内容包括产品能源消耗以及制造资源可循环技术等问题。NIRE 在已存在的大量相关研究成果之上收集、整理并以之为基础建立了庞大的数据库,进而以该数据库作为基础,利用计算机技术对汽车全生命周期进行相关评估研究。另一方面,由日本生态设计协会(Eco Design)和国际电子工程师协会(IEEE)发起,在 Sony、IBM等着名公司赞助下已成功举办了多届“International symposium on EnvironmentConscious Design and Inverse Manufacturing”国际研讨会[14][15]。

  在美国,绿色制造技术及其大量相关领域技术得到了较为全面、深入的研究。早在上世纪九十年代,美国的加州大学 Berkeley 分校就组织成立了关于绿色设计技术与绿色制造技术的科学研究团队,该团队的研究范围不仅包含了面向环境的设计开发(Product Design For Environment)、环境意识产品设计(Environment Conscious ProductDesign)以及绿色产品设计(Green Product Design)还包含了环境管理、生命周期评估以及环境意识等方向[16]。美国卡奈基梅隆大学的“绿色设计研究所”与当地政府和相关企业长期合作,来研究绿色设计、制造、管理技术及其相关领域的工作[17][18]。

  在欧洲的各个国家对绿色制造技术及其相关领域问题都十分关注。荷兰莱顿大学的“环境科学研究院(CML)”对于环境生态学以及产业生态学和环境与发展及其相关领域进行了大量的研究工作[19];德国斯图加特大学的“生命周期工程学院”在 PeterEyerer 教授的带领下对产品的全生命周期工程技术及其相关领域进行了大量的研究工作[20];英国的 CFSD(The Center For Sustainable Design)对于产品的可持续性设计技术和生态设计技术及其相关领域进行了大量的研究工作,并在其研究成果基础之上建立发行了 The Journal of Sustainable Product Design 杂志[21][22]。

  总之,绿色制造技术及其相关领域问题的研究工作已经受到足够的重视并在不断的迅猛发展。以减少生态环境污染、节约能源、资源等为主要内容的“绿色狂潮”已经势不可挡。

  (2)绿色制造的国内研究现状

  自绿色制造技术自其被提出以来,也引起了国内学者的广泛关注。近年来,包含重庆大学、武汉科技大学、清华大学、中国科学工程研究院等在内的许多高校和科研单位的大量研究学者都对之开展了大量的研究工作。

  近年来,在国家自然科学基金和国家 863 项目的支持下,国内很多的高校和研究院、所都对绿色制造技术及其相关研究领域的部分问题进行了研究和分析。

  重庆大学的机械工程学院刘飞教授在国内最早引入了“绿色制造”这一概念,在刘飞教授的主持下,重庆大学机械工程学院对绿色制造技术及其相关领域的部分问题进行了研究和分析。重庆大学近年来先后承担了国家“十一五”项目、863 项目以及自然科学基金项目中绿色制造领域包含的部分科研项目并取得了一定的科研成果。除此之外,以刘飞教授为首的研究团队对绿色制造的一些专题也进行了较为深入的研究工作。如:产品绿色制造系统的资源消耗及其优化技术、产品绿色制造的决策支持技术等等[23]。

  上海交通大学的相关人员就“产品再制造技术”等相关问题进行了大量的研究工作;西安交通大学的科研团队就“绿色制造模式技术以及绿色供应链”等相关技术进行了大量的科研工作[24];中国工程院的徐匡迪教授曾经指出:“未来的制造工程将从追求规模模式向绿色制造模式转变”[25]。

  综上,在我国政府的正确引导下许多高校以及科研单位都对绿色制造及其相关领域问题给与了高度的重视并且开展了大量的研究工作。总的来说,一方面,国内对绿色制造技术及其相关领域的研究氛围是很活跃的,国内学者的研究工作也得到了大量的研究成果;但是,另一方面,由于国内对于绿色制造技术的提出以及研究时间还相对较为短暂,现有的相关领域仍有不少关键问题有待进一步的深入研究和实践。

  1.2.2 汽车产业绿色制造国内外研究现状

  在国外,关于汽车产业的绿色制造及其相关领域的研究和应用比国内起步早。国外对于汽车产业的绿色制造及其相关技术领域的研究工作可以追溯到上世纪对汽车产业生态学的研究。1989 年 9 月,美国通用公司发表的《工业的可持续发展战略》一文中首次在汽车产业引入“产业生态学”的概念[26],这标志着人类首次将绿色制造技术及其相关技术应用到汽车产业中。2001 年 4 月,由马里兰大学发表的报告《EnvironmentBenign Manufacturing,EBM》对绿色制造技术及其相关领域问题的研究工作、需求分析以及应用现状做出了全面的介绍,并且首次将汽车制造作为了研究对象。文章较为全面的对汽车产业的资源环境问题进行了分析,并在其进行的理论分析研究成果的基础上,对 Ford、GM、BMW 等国际知名汽车制造企业的实际环境管理问题做出了大量的研究工作[27]。日本本田汽车在 2001 年对其制造工厂提出建立绿色工厂的要求:“减少能源消耗、采用可循环材料”。日本丰田公司将绿色制造纳入其公司的精益生产模式当中,并且获得日本政府的环境杰出奖。目前,世界各个知名的汽车制造企业都在积极地对绿色制造技术及其相关领域问题进行理论研究并进一步结合企业自身分析绿色制造技术的实践应用问题。更有许多国际知名的汽车制造企业每年向世界发布“资源、环境报告”来展示其工作及成果[28]。

  在资源、能源和生态环境问题日趋严重的背景下,国内对绿色制造技术及其相关领域的研究工作受到了高度重视。包括重庆大学、清华大学、同济大学等在内的许多高校都对绿色制造技术及其相关领域开设了研究专题。如,重庆大学机械工程学院与长安汽车合作开展的:“镁合金在长安汽车上的应用”[29]等。中国汽车工程学会在 2007年明确的提出了汽车企业的绿色制造道路[30]。在 2008 年 6 月举办的“汽车节能与绿色制造”高峰论坛上,国内大量的汽车能源研究领域专家以及学者和相关的政府人员对汽车的节能、环保等方面的问题进行了较为深入的探讨,旨为我国汽车产业共同谋求“绿色制造大计”。

  综上所述,绿色制造技术及其相关领域技术已经在世界范围内对汽车产业产生了重要影响。各国政府高度重视汽车产业的“绿色道路”,同时国内外的科研单位以及研究学者正在对汽车产业的绿色制造技术及其相关领域技术开展着大量的研究工作。在我国,绿色制造技术相比较与国外工业发达国家起步晚,但是我国的科研学者对我国的汽车产业的“绿色道路”进行着不懈的探索。

  1.3 论文的研究目的与意义

  最近几年,汽车呈现出持续的高速发展,我国的汽车销售量以及生产量都不断地增加,汽车的发展对于我国经济的发展表现得越来越重要。所以发展我国的制造业的制造模式就显得极其重要了,对于汽车制造企业而言,通过使用先进的计算机信息技术、制造技术以及相应的管理技术来提高制造模式,从而提高汽车制造水平来解决巨大的资源消耗及环境破坏等一系列问题。

  首先,绿色制造是一种现代化的、与自然环境友好相处的制造模式,在产品制造过程中会产生三废及消耗大量的自然资源。在制造过程中,使得对环境的影响以及资源的消耗达到最小化,并且企业通过使用绿色制造模式可以实现对于资源利用率达到一个较高的标准,最终使得企业的盈利和环境的保护达到协调,获得双赢的效果。

  在绿色制造这种现代化的制造模式中,包含了一个多层次的理论框架模型,在该框架模型的基础下包含了若干需要使用到的关键技术。本文会提出一种绿色制造的框架模式,企业可以利用该模式初步达到绿色制造的效果,获得较高的绿色制造性。

  对于绿色制造而言,当前的研究还有很多的不足,通过查看大量的有关文献资料,作者在此基础上做了一定的研究。在本文中,作者提出了一种针对汽车企业的绿色制造模式,并介绍了基于该模式所需要使用到的一些关键技术,并且针对其中的几项关键技术进行了深入的研究。论文提出的汽车企业绿色制造框架模式是基于时间、质量、成本、服务和环境的多目标体系,符合国家所提倡的“节能减排”在汽车生产制造中的具体应用。

  1.4 论文研究内容

  通过上节对论文研究目的及意义的分析,对论文的相关章节内容进行安排如下所示:

  在第一章中,主要对课题背景,研究现状,研究目的和相关研究内容进行了介绍。其中对于绿色制造的含义即绿色制造的基本内涵进行了介绍,说明了其对于汽车企业而言的实施必要性。说明了在绿色制造在国内外的相关研究现状,介绍了汽车企业在制造过程中所面临的资源以及对环境的影响问题。

  在第二章中,主要论述了绿色制造的相关理论基础知识,并介绍了汽车企业对于绿色制造模式的需求,并进行了相关的分析。

  在第三章中,首先对绿色制造的基本技术内涵进行了相关的介绍,构建了汽车企业绿色制造模式框架模型。对该框架模型下的五个层次分别进行深入研究。

  在第四章中,作者针对第三章提出的绿色制造模式中的过程技术层中包含的绿色制造关键技术(绿色设计技术、清洁生产技术、基于云制造的制造资源优化技术、汽车生命终期处理技术以及绿色评价技术)进行了深入地研究分析。

  在第五章中,将本文所提出的绿色制造模式及关键技术研究在重庆力帆汽车进行了相关基础的应用,并取得了良好的效果,对应用情况以及相关成果的研究分析进行了说明。

  在第六章中,回顾整个研究过程并全面总结了本论文的相关研究工作,并对后续有待于解决的问题进行了相关的说明。

  本章首先对可持续发展战略与绿色制造技术的概念和内涵进行了一定的说明,进而分析了绿色制造在汽车制造业中所具有的重要意义;阐述了国内外在绿色制造领域的研究现状以及国内外在汽车产业中绿色制造的研究现状;最后提出本文的研究目的以及研究内容。

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