基于工業(yè)工程的家庭作坊式企業(yè)低碳減排方式的研究

江林燕++熊燕華++王暢++馬開平

摘 要：家庭作坊式企業(yè)在沿海地區(qū)對發(fā)展地方經(jīng)濟起了很重要的作用，其低碳減排的成效是全社會低碳減排的重要部分。該文以浙江省某鄉(xiāng)鎮(zhèn)小型噴塑廠為例，運用碳足跡分析方法定量研究了單位批量零件加工噴塑過程中的碳排放。基于工業(yè)工程思想，對生產現(xiàn)場進行工作研究，改善了現(xiàn)場操作，提高了生產效率，結果表明改善后生產單位批量零件的噴塑加工過程中的碳排放量大大降低，為企業(yè)的低碳減排方式提供了一定的依據(jù)。

關鍵詞：工業(yè)工程 家庭作坊式企業(yè) 碳足跡 碳核算 低碳減排

中圖分類號：F425 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）07（b）-0038-04

溫室氣體濃度的上升使“低碳”概念在全世界范圍內升溫，社會各界無疑需反思經(jīng)濟發(fā)展帶來的過度碳排放問題。在低碳經(jīng)濟的時代背景下，我國為實現(xiàn)向國際社會做出的減排承諾，正在逐步建立溫室氣體碳排放計量體系，以便更準確地評估溫室氣體排放量。目前國內相關學者已對某個較大行業(yè)的碳排放問題進行研究分析，如紡織服裝行業(yè)、鋼鐵行業(yè)[1-2]等，但卻未深入到某個具體的中小企業(yè)當中去。而自改革開放以來，我國中小企業(yè)迅猛發(fā)展，尤其在沿海地區(qū)，以生產小商品或為龍頭企業(yè)提供提供零配件為主的家庭作坊式企業(yè)依靠其供需關系穩(wěn)定、生產成本低的特點成為主要的致富道路之一。但據(jù)相關學者的研究表明，在高耗能行業(yè)中，中小型企業(yè)比例數(shù)量達95.24%以上，有的行業(yè)甚至達99.56%[3]。家庭作坊式企業(yè)以家庭為單位組建從事簡單加工工作，以住宅為生產場所，采用融業(yè)主家庭及雇工宿舍和車間、倉庫為一體的“三合一”生產模式，節(jié)能技術水平低，能源管理漏洞多，近年來導致環(huán)境問題突出，屬于典型的低碳意識淺薄的中小型企業(yè)。

從理論上講，企業(yè)低碳減排工作的開展需要管理和技術兩方面的支撐。目前，在各部門已采取或擬采取的各項低碳減排措施中，對于生產現(xiàn)場控制技術考慮較少。而企業(yè)要想達到低碳減排的良好效果，對工業(yè)生產過程的現(xiàn)場控制是低碳減排的重要環(huán)節(jié)。工業(yè)工程作為一種系統(tǒng)工程技術，不僅創(chuàng)造了精益生產這種科學的生產方式，而且能夠對生產現(xiàn)場的節(jié)能減排進行有效控制，是工業(yè)節(jié)能減排現(xiàn)場控制環(huán)節(jié)的科技抓手[4]。尤其是對于家庭作坊式企業(yè)來說，由于本身資金缺乏，高新低碳技術較難引進，加之機械設備化程度不高，大多操作由操作人員手工完成，這樣，企業(yè)則更需要依據(jù)工業(yè)工程思想，進行現(xiàn)場控制，改善并規(guī)范操作，提高生產效率，從而達到低碳減排。

1 基于碳足跡分析的碳排放源識別

碳足跡是指對某一產品或活動在生命周期內直接及間接引起的溫室氣體排放量的度量，以二氧化碳當量為單位。國內外對于碳足跡的研究已經(jīng)開始，研究角度也多種多樣，穆圖（Muthu）[5]，李（Lee）等[6]，克蘭斯頓（Cranston）和哈蒙德（Hammond）[7]，艾切萊（Aichele）和菲爾博梅伊（Felbermayr）[8]等從供應鏈、產品和城市等角度對碳足跡進行了研究。而目前主要使用的碳足跡分析方法可以分為投入產出分析、生命周期評價、混合生命周期評價[9]。

基于工業(yè)工程思想，根據(jù)家庭作坊式企業(yè)產出的零配件大多加工工藝簡單且多以零件加工流程作為生產管理單元的這一特點，再結合低碳制造再造模式的流程的提出[10]，筆者認為采用生命周期評價法較合適。該文以某鄉(xiāng)鎮(zhèn)私人小型噴塑廠為研究對象，對其在拿到訂單和原材料后噴塑加工單位批量零件（1100個）到最后的包裝存置這一過程中的碳足跡進行分析以識別碳排放源。

1.1 碳足跡初步分析

碳足跡分析的初步分類和過程見表1。

1.2 根據(jù)企業(yè)核算GHG協(xié)議進一步分析

“企業(yè)核算 GHG 協(xié)議”出于核算目的定義了三種不同的核算范圍[11]，具體見表2。

因此，根據(jù)溫室氣體核算與報告原則中的相關性和完整性原則，在對某一具體企業(yè)進行碳核算時，應誠實地對溫室氣體排放量進行全面、準確和一致的核算，這樣利于制定最低碳排放限度。而家庭作坊式企業(yè)以手工操作為主，除零件加工過程主體消耗傳統(tǒng)能源煤炭、電能外，員工通勤、工作環(huán)境條件的提供等均需耗能。例如：整個廠內由于通風不佳，各工位都有耗電能較高的大風扇；廠內采光不佳而多采用人工光源。此外，該企業(yè)集工廠、辦公室、家庭住房于一體，在噴塑加工單位批量產品時，除工廠本身能耗外，還伴隨著辦公室能耗、家庭能耗等。這些在碳核算時都不應排除。

1.3 該廠碳排放源范圍的識別與核查

基于上述分析，最終梳理出該廠在加工單位批量零件過程中的主要溫室氣體排放清單如表3。

2 基于工業(yè)工程對碳排放過程的改善控制

一般來說，生產現(xiàn)場的浪費包括不必要的工序、員工的不必要調動、生產工序的等待等。任何形式的浪費都是低效率、高耗能、多排放的表現(xiàn)。根據(jù)上述碳足跡分析及碳排放清單，該文截取單位批量零件噴涂過程中的噴涂環(huán)節(jié)，對這一碳排放過程應用聯(lián)合操作分析、動素分析、雙手操作分析、5W1H提問等工業(yè)工程中的研究方法對該環(huán)節(jié)進行工作研究，發(fā)現(xiàn)每一位操作工人作業(yè)方法中存在的問題，然后根據(jù)ECRS原則，增加合理的工位器具以及消除其不必要的浪費，提出相應的改善方案，以達到對碳排放過程的改善控制這一目的。

2.1 改善前對噴涂區(qū)工作現(xiàn)狀的描述

噴涂過程由三位操作工人完成，其任務是將零件表層噴上所需顏色的噴粉，而噴粉是操作工人按一個噴槍噴出的。由于該廠規(guī)模較小，所購置的噴房前面只有一個工位，目前噴涂區(qū)布局見圖1。噴粉由操作工人乙完成，另外兩位工人分別負責在零件掛鉤及將零件掛至流水懸掛線上。經(jīng)調查記錄，改善前，完成單位批量（1100個）零件的噴涂時間約為363 min，其中完成1個零件的噴涂甲需8.1 s，乙需5 s，丙需6.7 s。

2.2 相應的改善方案

（1）在改善方案中，合理改變噴涂區(qū)布局，避免甲在乙背后操作所造成的時間浪費，同時改變噴房的放置方向，使其與流水懸掛線水平，方便操作人員快捷工作，改善后的布局如圖2所示。endprint

（2）添加工位器具，零件在運入噴涂區(qū)前則已被掛至工位器具上，在人因角度上符合甲工作的靈活性，避免甲彎腰從地面拾取零件從而方便零件的掛取。

（3）重新設計掛鉤，中間的鉤子與橫桿固定住，而左右兩邊的鉤子通過小鐵圈與橫桿套住，可根據(jù)具體情況調節(jié)兩者的間距，使得操作人員甲可以同時拿起左右兩邊的鉤子，用兩個鉤子同時掛取兩個提前擺放好的零件，再將其掛到噴房內，左右手可操作平衡；噴房內可設置左右兩邊兩個噴槍，操作人員乙左右手同時噴涂兩個零件；操作人員丙可左右兩只手同時進行工作，握住橫桿兩邊，將上邊固定住的掛鉤直接掛在流水懸掛線的T型棒上，減少手的閑置狀態(tài)。前后掛鉤形式如圖3、圖4所示。

（4）重新設計噴槍，原噴槍只有一個噴口，改善使其為360°的噴頭形式，如圖5所示，操作人員乙則可左右手各持一個噴槍，從而在相同時間內完成兩個零件的噴涂。

2.3 改善后的作業(yè)時間測定及前后評估比較

測定得到，改善后，甲的作業(yè)時間減少了（8.1-3.54）/8.1=56.3%，乙的作業(yè)時間減少了（5-1.11）/5=77.8%。丙的作業(yè)時間雖未減少，但左右手動作可以平衡，同時可以完成2個零件的懸掛。那么，完成2個零件的全部噴涂工序時間為3.54+1.11+6.7=11.35 s，完成單位批量零件即1100個的總時間則為6242.5 s，合約104 min，比改善前減少了（363-104）/363=71.3%。

3 改善前后整個碳排放過程能源消耗的時間情況

根據(jù)排放清單來看，在噴涂區(qū)所耗用的時間減少則意味著完成相同數(shù)量零件的噴涂所涉及到的無煙煤、員工通勤、工業(yè)用電、工業(yè)及生活用水等耗能造成的碳排放減少。

再從拿到訂單和原材料后噴塑加工單位批量零件（1100個）到最后的包裝存置這一整個過程考慮，根據(jù)調查記錄數(shù)據(jù)，整理得到改善前后相關工序具體所涉及到的能源消耗的時間情況，即各類活動的持續(xù)時間如表4所示。

4 改善前后的碳核算及碳排放量對比

4.1 碳核算方式

按照ISO14064標準，組織在梳理出排放清單后，再根據(jù)各項內容的活動數(shù)據(jù)及其相應的排放系數(shù)，進行各排放源的排放量測算，然后匯總得到該廠在核算期內的總排放量。改善前后完成單位批量零件的碳核算情況如表5所示。碳核算計算公式為：

式中，為某一活動的碳足跡；為該噴塑加工過程中第i類活動的活動水平數(shù)據(jù)（質量/體積/千瓦時/千米）；為排放因子（每個單位的二氧化碳當量）。

其中，排放因子由IPCC指南和國家發(fā)改委、財政部文件《節(jié)能項目節(jié)能量審核指南》中公布的能源發(fā)熱量系數(shù)值進行折算以及根據(jù)該廠的實際情況估算所得。

而活動數(shù)據(jù)則根據(jù)時間比例關系，將該廠月耗能量或小時消耗量轉化為在該噴塑加工時間段內的消耗量。活動水平數(shù)據(jù)計算公式為：

式中，為第i類活動單位時間耗能量；為第i類活動的持續(xù)時間。

4.2 改善前后碳排放總量的對比

根據(jù)《PAS2050規(guī)范》非實質性排放排除在外，即占排放總量不到1%的任何單一來源未在表5中列出。

則可得到，該廠在加工噴塑單位批量零件過程中，在未應用工業(yè)工程的工作研究改善前，碳排放量為141.155 kg，而改善后的碳排放量為63.055 kg，降低了55.33%。對于多批量零件的加工噴塑，累計減少的碳排放量將是相當可觀的，這必然得益于工業(yè)工程的工作研究及相關改善方案。

5 結語

我國將碳排放作為約束性指標納入國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中長期規(guī)劃，家庭作坊式企業(yè)作為中小企業(yè)的一種高耗能企業(yè)，對節(jié)能減排有義不容辭的責任。本文針對家庭作坊式企業(yè)的特點，以浙江省某鄉(xiāng)鎮(zhèn)私人小型噴塑廠為例，針對加工噴塑單位批量零件這一過程，截取噴涂區(qū)操作環(huán)節(jié)，對其進行工作研究，提出改善方案以減少工作時間，從而降低該碳排放過程的碳排放量。

家庭作坊式企業(yè)等中小企業(yè)缺乏工業(yè)工程管理，則更需要廣泛學習工業(yè)工程思想，將工業(yè)工程的理論和方法應用于企業(yè)生產實踐，如在生產現(xiàn)場應用工作研究、規(guī)范現(xiàn)場操作，制定勞動定額標準等[12]，以技術與管理結合的方式優(yōu)化企業(yè)各項資源配置，消除不必要的浪費，提高資源的利用效率，使得生產制造過程低成本高效進行，從而進一步達到低碳減排這一最終目的。

參考文獻

[1] 王來力，杜沖，吳雄英.我國紡織服裝行業(yè)的碳排放分析[J].紡織導報，2011（10）：19-22.

[2] 侯玉梅，梁聰智，田歆，等.我國鋼鐵行業(yè)碳足跡及相關減排對策研究[J].生態(tài)經(jīng)濟，2012（12）：105-108.

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[9] 聶祚仁.碳足跡與節(jié)能減排[J].中國材料進展，2010，29（2）：60-62.

[10] 譚旋.機械制造企業(yè)的低碳制造模式初探[J].產經(jīng)透視，2010（4）：60-62.

[11] 馮潤甜.高等學校碳排放核查研究[C]//第九屆國際綠色建筑與建筑節(jié)能大會論文集.北京，2012.

[12] 劉力卓.工業(yè)工程：提升中小企業(yè)競爭力的杠桿[J].經(jīng)濟導刊，2008（1）：103-104.endprint

（2）添加工位器具，零件在運入噴涂區(qū)前則已被掛至工位器具上，在人因角度上符合甲工作的靈活性，避免甲彎腰從地面拾取零件從而方便零件的掛取。

（3）重新設計掛鉤，中間的鉤子與橫桿固定住，而左右兩邊的鉤子通過小鐵圈與橫桿套住，可根據(jù)具體情況調節(jié)兩者的間距，使得操作人員甲可以同時拿起左右兩邊的鉤子，用兩個鉤子同時掛取兩個提前擺放好的零件，再將其掛到噴房內，左右手可操作平衡；噴房內可設置左右兩邊兩個噴槍，操作人員乙左右手同時噴涂兩個零件；操作人員丙可左右兩只手同時進行工作，握住橫桿兩邊，將上邊固定住的掛鉤直接掛在流水懸掛線的T型棒上，減少手的閑置狀態(tài)。前后掛鉤形式如圖3、圖4所示。

（4）重新設計噴槍，原噴槍只有一個噴口，改善使其為360°的噴頭形式，如圖5所示，操作人員乙則可左右手各持一個噴槍，從而在相同時間內完成兩個零件的噴涂。

2.3 改善后的作業(yè)時間測定及前后評估比較

測定得到，改善后，甲的作業(yè)時間減少了（8.1-3.54）/8.1=56.3%，乙的作業(yè)時間減少了（5-1.11）/5=77.8%。丙的作業(yè)時間雖未減少，但左右手動作可以平衡，同時可以完成2個零件的懸掛。那么，完成2個零件的全部噴涂工序時間為3.54+1.11+6.7=11.35 s，完成單位批量零件即1100個的總時間則為6242.5 s，合約104 min，比改善前減少了（363-104）/363=71.3%。

3 改善前后整個碳排放過程能源消耗的時間情況

根據(jù)排放清單來看，在噴涂區(qū)所耗用的時間減少則意味著完成相同數(shù)量零件的噴涂所涉及到的無煙煤、員工通勤、工業(yè)用電、工業(yè)及生活用水等耗能造成的碳排放減少。

再從拿到訂單和原材料后噴塑加工單位批量零件（1100個）到最后的包裝存置這一整個過程考慮，根據(jù)調查記錄數(shù)據(jù)，整理得到改善前后相關工序具體所涉及到的能源消耗的時間情況，即各類活動的持續(xù)時間如表4所示。

4 改善前后的碳核算及碳排放量對比

4.1 碳核算方式

按照ISO14064標準，組織在梳理出排放清單后，再根據(jù)各項內容的活動數(shù)據(jù)及其相應的排放系數(shù)，進行各排放源的排放量測算，然后匯總得到該廠在核算期內的總排放量。改善前后完成單位批量零件的碳核算情況如表5所示。碳核算計算公式為：

式中，為某一活動的碳足跡；為該噴塑加工過程中第i類活動的活動水平數(shù)據(jù)（質量/體積/千瓦時/千米）；為排放因子（每個單位的二氧化碳當量）。

其中，排放因子由IPCC指南和國家發(fā)改委、財政部文件《節(jié)能項目節(jié)能量審核指南》中公布的能源發(fā)熱量系數(shù)值進行折算以及根據(jù)該廠的實際情況估算所得。

而活動數(shù)據(jù)則根據(jù)時間比例關系，將該廠月耗能量或小時消耗量轉化為在該噴塑加工時間段內的消耗量。活動水平數(shù)據(jù)計算公式為：

式中，為第i類活動單位時間耗能量；為第i類活動的持續(xù)時間。

4.2 改善前后碳排放總量的對比

根據(jù)《PAS2050規(guī)范》非實質性排放排除在外，即占排放總量不到1%的任何單一來源未在表5中列出。

則可得到，該廠在加工噴塑單位批量零件過程中，在未應用工業(yè)工程的工作研究改善前，碳排放量為141.155 kg，而改善后的碳排放量為63.055 kg，降低了55.33%。對于多批量零件的加工噴塑，累計減少的碳排放量將是相當可觀的，這必然得益于工業(yè)工程的工作研究及相關改善方案。

5 結語

我國將碳排放作為約束性指標納入國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中長期規(guī)劃，家庭作坊式企業(yè)作為中小企業(yè)的一種高耗能企業(yè)，對節(jié)能減排有義不容辭的責任。本文針對家庭作坊式企業(yè)的特點，以浙江省某鄉(xiāng)鎮(zhèn)私人小型噴塑廠為例，針對加工噴塑單位批量零件這一過程，截取噴涂區(qū)操作環(huán)節(jié)，對其進行工作研究，提出改善方案以減少工作時間，從而降低該碳排放過程的碳排放量。

家庭作坊式企業(yè)等中小企業(yè)缺乏工業(yè)工程管理，則更需要廣泛學習工業(yè)工程思想，將工業(yè)工程的理論和方法應用于企業(yè)生產實踐，如在生產現(xiàn)場應用工作研究、規(guī)范現(xiàn)場操作，制定勞動定額標準等[12]，以技術與管理結合的方式優(yōu)化企業(yè)各項資源配置，消除不必要的浪費，提高資源的利用效率，使得生產制造過程低成本高效進行，從而進一步達到低碳減排這一最終目的。

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[12] 劉力卓.工業(yè)工程：提升中小企業(yè)競爭力的杠桿[J].經(jīng)濟導刊，2008（1）：103-104.endprint

（2）添加工位器具，零件在運入噴涂區(qū)前則已被掛至工位器具上，在人因角度上符合甲工作的靈活性，避免甲彎腰從地面拾取零件從而方便零件的掛取。

（3）重新設計掛鉤，中間的鉤子與橫桿固定住，而左右兩邊的鉤子通過小鐵圈與橫桿套住，可根據(jù)具體情況調節(jié)兩者的間距，使得操作人員甲可以同時拿起左右兩邊的鉤子，用兩個鉤子同時掛取兩個提前擺放好的零件，再將其掛到噴房內，左右手可操作平衡；噴房內可設置左右兩邊兩個噴槍，操作人員乙左右手同時噴涂兩個零件；操作人員丙可左右兩只手同時進行工作，握住橫桿兩邊，將上邊固定住的掛鉤直接掛在流水懸掛線的T型棒上，減少手的閑置狀態(tài)。前后掛鉤形式如圖3、圖4所示。

（4）重新設計噴槍，原噴槍只有一個噴口，改善使其為360°的噴頭形式，如圖5所示，操作人員乙則可左右手各持一個噴槍，從而在相同時間內完成兩個零件的噴涂。

2.3 改善后的作業(yè)時間測定及前后評估比較

測定得到，改善后，甲的作業(yè)時間減少了（8.1-3.54）/8.1=56.3%，乙的作業(yè)時間減少了（5-1.11）/5=77.8%。丙的作業(yè)時間雖未減少，但左右手動作可以平衡，同時可以完成2個零件的懸掛。那么，完成2個零件的全部噴涂工序時間為3.54+1.11+6.7=11.35 s，完成單位批量零件即1100個的總時間則為6242.5 s，合約104 min，比改善前減少了（363-104）/363=71.3%。

3 改善前后整個碳排放過程能源消耗的時間情況

根據(jù)排放清單來看，在噴涂區(qū)所耗用的時間減少則意味著完成相同數(shù)量零件的噴涂所涉及到的無煙煤、員工通勤、工業(yè)用電、工業(yè)及生活用水等耗能造成的碳排放減少。

再從拿到訂單和原材料后噴塑加工單位批量零件（1100個）到最后的包裝存置這一整個過程考慮，根據(jù)調查記錄數(shù)據(jù)，整理得到改善前后相關工序具體所涉及到的能源消耗的時間情況，即各類活動的持續(xù)時間如表4所示。

4 改善前后的碳核算及碳排放量對比

4.1 碳核算方式

按照ISO14064標準，組織在梳理出排放清單后，再根據(jù)各項內容的活動數(shù)據(jù)及其相應的排放系數(shù)，進行各排放源的排放量測算，然后匯總得到該廠在核算期內的總排放量。改善前后完成單位批量零件的碳核算情況如表5所示。碳核算計算公式為：

式中，為某一活動的碳足跡；為該噴塑加工過程中第i類活動的活動水平數(shù)據(jù)（質量/體積/千瓦時/千米）；為排放因子（每個單位的二氧化碳當量）。

其中，排放因子由IPCC指南和國家發(fā)改委、財政部文件《節(jié)能項目節(jié)能量審核指南》中公布的能源發(fā)熱量系數(shù)值進行折算以及根據(jù)該廠的實際情況估算所得。

而活動數(shù)據(jù)則根據(jù)時間比例關系，將該廠月耗能量或小時消耗量轉化為在該噴塑加工時間段內的消耗量。活動水平數(shù)據(jù)計算公式為：

式中，為第i類活動單位時間耗能量；為第i類活動的持續(xù)時間。

4.2 改善前后碳排放總量的對比

根據(jù)《PAS2050規(guī)范》非實質性排放排除在外，即占排放總量不到1%的任何單一來源未在表5中列出。

則可得到，該廠在加工噴塑單位批量零件過程中，在未應用工業(yè)工程的工作研究改善前，碳排放量為141.155 kg，而改善后的碳排放量為63.055 kg，降低了55.33%。對于多批量零件的加工噴塑，累計減少的碳排放量將是相當可觀的，這必然得益于工業(yè)工程的工作研究及相關改善方案。

5 結語

我國將碳排放作為約束性指標納入國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中長期規(guī)劃，家庭作坊式企業(yè)作為中小企業(yè)的一種高耗能企業(yè)，對節(jié)能減排有義不容辭的責任。本文針對家庭作坊式企業(yè)的特點，以浙江省某鄉(xiāng)鎮(zhèn)私人小型噴塑廠為例，針對加工噴塑單位批量零件這一過程，截取噴涂區(qū)操作環(huán)節(jié)，對其進行工作研究，提出改善方案以減少工作時間，從而降低該碳排放過程的碳排放量。

家庭作坊式企業(yè)等中小企業(yè)缺乏工業(yè)工程管理，則更需要廣泛學習工業(yè)工程思想，將工業(yè)工程的理論和方法應用于企業(yè)生產實踐，如在生產現(xiàn)場應用工作研究、規(guī)范現(xiàn)場操作，制定勞動定額標準等[12]，以技術與管理結合的方式優(yōu)化企業(yè)各項資源配置，消除不必要的浪費，提高資源的利用效率，使得生產制造過程低成本高效進行，從而進一步達到低碳減排這一最終目的。

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