面向“低碳紡織”的企業信息化服務研究

韓春玲，陳文青，徐 蕾

（紹興職業技術學院，浙江 紹興 312000）

面向“低碳紡織”的企業信息化服務研究

韓春玲，陳文青，徐 蕾

（紹興職業技術學院，浙江 紹興 312000）

隨著提倡低碳生活、發展低碳經濟成為全球共識，中國作為紡織品出口大國，“低碳”已經成為新的國際貿易壁壘，中國紡織企業向低碳制造模式轉型不可逆轉。文章針對國內很多紡織企業缺乏與本行業相關的低碳知識；缺少專業的產品碳足跡計算工具和低碳房產品開發等問題，首先，提出了低碳紡織的概念和體系結構，建立了產品碳足跡量化模型以及低碳紡織產品開發方案決策的0-1目標規劃模型，為產品碳足跡計算和低碳制造信息化服務提供依據；其次，從信息化角度出發，構建了企業低碳制造信息化服務平臺框架模型；最后，設計和開發了服裝企業低碳制造信息化服務平臺，幫助紡織企業有效地開展低碳產品生產。

低碳紡織；信息化；碳足跡計算；生命周期管理

隨著全球經濟的發展及世界工業化進程的加快，世界上很多國家都出現了溫室效應和資源危機等難題，環境也變得越來越惡劣，霧霾天氣日益加重，沙塵暴頻發，水資源日益減少，這充分說明了世界環境污染的嚴重性，生態環境也變得越來越脆弱。根據最近幾年《紡織工業企業年度綜合數據表》[1]，不難得出：我國紡織工業的發展方式仍相對粗放、能耗和排放缺乏約束。當前，紡織行業也受到很多不利因素的影響，如人民幣不斷升值、世界經濟不景氣、貿易保護主義抬頭、原材料價格不斷上漲等，因此，為了克服困難不斷促進紡織行業的發展，應該積極開展節能減排工作。為了在經濟新常態下促進我國紡織工作的開展，必須加大研發力度，不斷提高產品的科技含量和經濟效益，降低環境污染，走資源消耗低的新型工業化道路，大力倡導和實施低碳制造的理念、技術和方法，才能促進紡織產業的科學發展從而不斷滿足國內外市場的需求，提高競爭力。

近年來，伴隨著信息通信技術的高速發展，特別是智能手機、移動互聯網的普及和應用，為推動和發展面向“低碳紡織”的企業信息化服務提供了強有力的基礎設施支撐。本文從信息化技術的角度出發，將“低碳制造”的相關理念引入紡織行業企業信息化服務之中，對面向“低碳紡織”的企業信息化理論和技術進行深入研究，并以紡織服裝行業企業為例，設計和開發面向“低碳紡織”的企業信息化服務平臺。

1 低碳紡織概述

1.1 低碳紡織和紡織低碳

2003年，“低碳經濟”的概念由英國人在其能源白皮書中正式提出[2]。澳大利亞、法國、英國、瑞典、美國、歐盟等發達國家在發展低碳經濟的道路上走在世界的前列。低碳經濟是指以可持續發展理念為指導，通過各種各樣的方式手段如新能源開發、產業轉型、制度創新、技術創新等，在最大程度上降低一些高碳能源資源如煤炭石油等的消耗，以不斷降低溫室氣體的排放，在發展社會經濟的同時，做好環境的保護工作，取得一種雙贏的局面，這種新的經濟發展形態不斷受到政府及社會的重視。對低碳經濟進行研究，發現其基本觀念主要有兩個：（1）進行低碳化的經濟活動，在生產、分配、消費及交換的各個環節做好溫室氣體尤其是CO2的減排工作，盡量降低其排放濃度，爭取達到零排放。（2）將整個社會生產過程中的能源消耗實現生態化，以確保綠色、可持續國民經濟的發展。

在發展低碳經濟的背景下，紡織業的很多大品牌企業都開始進行低碳發展模式改革，開始采用低碳技術，降低碳排放，加大低碳產品的研發力度，引領了低碳經濟的發展[3]。低碳紡織成了低碳經濟發展的熱點關注話題，通過Google搜索“紡織低碳”，出現了100多萬條信息。但是對于紡織行業來說，當前我國還沒有形成具體的碳排放評價指標，一噸棉花、一噸紗線，甚至是一件衣服在生產過程中到底產生了多少碳排放，不得而知。不僅在我國就是在國際上也沒有形成權威的評價標準。因此低碳指標、低碳紡織和低碳服裝一直停留在概念階段。由于我國紡織業服裝的產業鏈較長，其中涉及的相關環節也較多，因此，在對具體的產品進行評價和量化時，工作較難開展。為提高評價與量化準確度，深化低碳意義，必須深入廠家，進行詳細的調查，科學選擇評估方法，準確計算碳排放數據。

實際上，紡織低碳是對環境問題的包裝，以往，紡織業將關注重點放于污染與排放上，而目前，則擴大到氣候層面對企業環境進行測評。企業對能源的使用與工藝的更新以及排放等是低碳的最終分析指標，強調的根源即節能減排。這與國家長期倡導的環保及產業優化問題相協調。

在國際市場貿易保護戰中，針對紡織服裝業制定的法律與法規非常多。低碳剛好能夠為發達國家構筑壁壘，以碳標簽等形式高額征收進口產品關稅。現實表明，隨著低碳的發展，發達國家的貿易保護政策已產生相應的變化。

1.2 低碳紡織體系結構

紡織產品的整個生命周期均涉及低碳紡織技術，包括作物種植和動物養殖、纖維生產、紡紗、織造、染整、成品生產、運輸、銷售、使用和回收處理等環節，資源消耗與碳排放為其主要內容，同時對技術、經濟等予以兼顧，追求經濟、社會效益的協調與優化[4]。低碳紡織的體系結構如圖1所示。

圖1 低碳紡織的體系結構

低碳紡織包括一個實現目標、一個過程控制和3項內 為容[5]，而為此實施提供支撐技術的則是面向低碳紡織的企業信息化服務平臺。低碳紡織的目標是在紡織產品的全生命周期過程中，通過利用低碳技術和低碳管理進行碳排放控制，以及對物料流、能量流和信息流的控制，要求在作物種植和動物養殖、纖維生產、紡紗、織造、染整、成品生產、運輸、銷售、使用和回收處理等生命周期中的各個環節，都必須充分利用資源、減少廢棄物和溫室氣體（以CO2為主）的排放，最大限度地提高資源優化率和減少環境污染。

而3項內容指的是利用系統工程的相關理論和方法對紡織產品全生命周期涉及的各個環節中的資源和環境問題進行分析，包括低碳資源、低碳產品、低碳生產、水資源以及廢棄物。其中，低碳資源又包括了低碳原料和低碳能源。

典型紡織產品全生命周期過程及其各類投入產出如圖2所示。低碳紡織是一個極為復雜的過程，信息量極為龐大，涉及數據大量而豐富，類型龐雜，數據獲取難，分析更難。因此，企業要有效實施低碳紡織模式，就離不開先進的信息技術和系統，而信息技術系統的架構及其運作方式最關鍵。

圖2 典型紡織產品全生命周期過程及其各類投入產出

本文將以面向低碳紡織的企業信息化服務系統作為支撐技術，從系統集成的角度出發，綜合集成紡織產品全生命周期過程中從事各項活動的人員、技術、管理、物料流、能源流和信息流，從而有效地實施低碳紡織模式。

2 低碳紡織產品開發

2.1 低碳紡織的發展措施

2.1.1 產品層面的措施

在產品層面上，低碳紡織的發展措施為：（1）主要采用天然纖維材料，并適度地混用化學纖維材料。（2）服裝生產的優化，服裝企業應緊跟新技術變革趨勢，不斷創新生產工藝，研發新型面料、染色劑、加工工序等，以實現對生產全過程的低碳管控。（3）推行簡易產品的綠色包裝。

2.1.2 渠道策略

產品從生產環節到消費環節的轉化需要通過銷售渠道完成，產品周轉次數越多，由此所帶來的碳排量隨之增大，因此，要實現流動環節上的低碳管控就需要完善銷售渠道，減少產品周轉頻率。

2.1.3 價格策略

紡織品企業應優化產品定價，銷售環節中應該強化產品自身價值及呈現給消費者的效用價值，弱化對價格的敏感性，而且，鑒于低碳消費中消費者存在趨大眾、隨趨勢的心理因素影響，這勢必驅動其內在消費動機，企業可加以引導，刺激先期消費者，以此實現低碳紡織品消費市場的拓展和延伸。

2.1.4 促銷策略

低碳紡織產品的促銷策略主要有：（1）普及低碳消費理念。（2）強調利益點。（3）開展多樣化的促銷活動。通過組織以多元化的產品促銷活動，逐漸向消費者滲透低碳產品的優勢，從而引導消費者進行消費。

2.2 產品碳足跡計算

“碳足跡”，或譯“碳足印”，蓋指每個人、家庭或每家公司日常釋放的溫室氣體數量（以CO2的影響為單位），用以衡量人類活動對環境的影響[6-7]。它是從生命周期理論出發，分析產品生命周期內直接和間接碳排放數量的一種方法。碳足跡理論一經提出，就備受關注，并得到廣泛的研究應用。因此，它也成為供各組織和個體評價溫室氣體排放對氣候變化貢獻的一種方式。

在面向低碳的紡織產品設計時，應基于產品全生命周期過程對產品碳足跡進行估算和預測，綜合考慮經濟目標和減排目標，選擇平衡環境因素和經濟因素的設計方案。為了評價產品生命周期內溫室氣體排放，國際標準化組織于2013年發布了ISO 14067產品碳足跡國際標準（簡稱ISO碳足跡標準）。中國紡織工業開展紡織產品碳足跡的核算和評價，可以參照生命周期評價（Life Cycle Assessment，LCA）理論，重點進行工業階段的碳足跡即工業碳足跡的研究[8]。該標準旨在為產品碳足跡的量化、通報和核查制定更確切的要求，提供清晰和具有一致性的敘述方式，是一項有關碳足跡的評估、監測、報告和核查的國際通行標準。參考該標準，本文將紡織產品碳足跡計算分為4個步驟。

2.2.1 繪制紡織產品生命周期過程圖

紡織產品全生命周期過程圖為產品碳足跡的數據收集和計算提供了基礎，它列出了紡織產品生命周期過程中所涉及的原料、活動、過程和產出。首先我們需要把產品的功能單位分解個各個組成部分，然后確定這些組成部分所涉及的活動，如纖維生產、紡紗、織造、染整、成品生產、包裝儲存和運輸要求等，并通過過程圖表達功能單位的過程及其相互關系。紡織產品過程圖的繪制，需要大量的專業知識和數據，是一個反復更新、不斷完善的過程，直到所有的輸入都被追蹤到可歸因于該產品的碳足跡國際標準排放為止。紡織產品過程圖的繪制過程，需要與產品全生命周期過程所涉及的供應商、分銷商、消費者和管理者進行溝通，協調完成。

2.2.2 碳足跡核算邊界

定義核算邊界的目的是為了確定產品碳足跡計算的范圍。紡織產品碳足跡核算邊界包括時間、空間邊界兩種。時間邊界指的是被核算產品生命周期起始點間的時間跨度，空間邊界指的是被核算產品時間邊界內所包含的全部物質投入和產出。一旦發生邊界變化，就會造成核算結果波動現象，核算邊界一致性是核算結果具有可比性的條件。紡織產品全生命周期的時間邊界起始點分別為人造纖維生產、動植物培育與廢舊產品回收處理。空間邊界是要求計算與碳足跡核算相關的物料投入清單，包括生產設備、建筑、人工費用等。

一般情況下，人類活動導致的碳排放以及消費者購買產品的交通碳排放可排除在邊界之外。通過估算值和即時獲取的數據，決定一個碳排放源是否可能是實質性排放，并為進一步的數據收集確定優先序。

2.2.3 收集紡織產品生命周期數據

在紡織產品全生命周期中各環節所涉及的材料用量、活動和排放因子等，都屬于紡織產品生命周期數據收集的范疇。為了減少碳足跡計算和評估的偏差和不確定性，所收集的全部數據都要遵守數據質量的規定，并且還要選擇高質量的、能夠獲得的數據。排放因子和活動水平數據是計算紡織產品碳足跡的關鍵數據。

活動水平數據是指在紡織產品的全生命周期各個環節中所涉及的全部的廢棄物、使用的能源和材料。排放因子指的是消耗單位質量物質產生的溫室氣體量，主要用于體現某種物質溫室氣體排放特征。通過初級活動水平數據或次級數據可得到這兩類數據。所謂“初級活動水平數據”，指的是那些能夠從紡織產品全生命周期中直接得到的數據。而從產品生命周期所包括的過程中直接測量以外的來源獲得的數據，通常就歸為“次級數據”。次級數據的來源相對較多，包括對同類過程或材料的平均或通用測量數據，以及部分核查屬實且與規范相一致的數據，也可以是經同行評審的出版物的次級數據，以及其他合格出處數據，還可以是相關經驗研究、數據庫、參考文獻、專家意見等。

2.2.4 計算紡織產品碳足跡

紡織產品碳足跡可以看作是紡織產品在其全生命周期中各階段所產生的碳排放量之總和。而各階段所產生的碳排放量從某種意義上，就是該階段所有活動的材料、能源和廢物涉及的活動水平數據乘以其排放因子。因此，從全生命周期的觀點出發，基于紡織產品典型的全生命周期過程，可以構建如式（1）所示的紡織產品碳足跡的量化模型。

式中，E為功能單位紡織產品在整個生命周期中的碳排放總量；E1是纖維生產過程中產生的碳排放；E2是從纖維到紗線生產過程中所產生的碳排放；E3是從紗線到布匹的織造過程中所產生的碳排放；E4是布匹染整過程中所產生的碳排放；E5是紡織品成品生產過程中所產生的碳排放；E6、E7、E8和E9分別是紡織品成品在運輸、銷售、使用和回收處理過程中所產生的碳排放。

2.3 低碳紡織產品方案決策模型

纖維生產工藝、紡織工藝、織造工藝、織造工藝、印染工藝等不同決定了紡織品組成材料的不同，與產品結構、成品生產工藝、包裝方式、銷售策略、回收工藝等不同組合可以形成不同的產品方案。通常，不同的低碳紡織產品方案有著不同優缺點。在對低碳紡織產品進行開發時，產品方案的選擇決策實際上是一個多目標的優化過程，除了需要考慮對資源和環境的影響，還應該考慮產品的功能、質量、開發周期和成本等各種因素。

基于綠色設計評價與優化的指導思想，可以建立低碳紡織產品開發方案決策的0-1目標規劃模型，使之在滿足特定約束條件基礎上，盡可能實現各種預期目標。

設：共有n個設計方案，對于第i個方案，選擇與否用數值1與0表示，引入決策變量Xi：

對于k個目標，首先對每個目標函數希望獲得的期望值Ek進行確定。由于目標的實際值可能達不到期望值，會存在正或負的偏差，為了從數量上對每個目標的期望值達到程度進行描述，對第k個目標分別引入正偏差變量與負偏差變量，表示第k個目標超過期望值的數值，表示第k個目標未達到期望值的數值。為了對這些目標的優先程度進行區別，不同的目標應該賦予不同的權重wk。

為了提高精準度，每個目標的實際值應該最接近期望值，盡量降低各個偏差變量，為此構造目標約束函數如式（2）所示。

本文主要考慮環境屬性目標、經濟屬性目標和產品性能屬性目標，即成本最小化、銷售收入最大化、產品碳足跡最小化，其權重分別為w1，w2，w3，則目標函數如式（3）所示。

約束條件為：

式中，Cij表示方案i在j階段產生的成本，如回收成本、銷售使用成本、庫存成本、織造成本、纖維生產成本、成品生產成本、紡紗成本、包裝運輸成本等；C*表示期望成本；Qi表示方案i產品預期銷售數量；Pi表示方案i單位產品的售價；R*為期望銷售收入；Ei表示方案i產品在全生命周期生產過程中的碳足跡；E*為方案i的期望碳足跡；Fij表示方案i的基本功能參數、質量、安全性等第j項產品性能指標值；F*為規定的產品性能標準值；Wij表示方案i在生產、廢棄處理等整個過程中排放的廢棄物j的數量；W*為規定的廢棄物允許排放量。

3 低碳紡織企業信息化服務平臺

低碳紡織企業信息化服務平臺框架模型如圖3所示。基于該框架模式，不難看出，低碳紡織企業信息化服務平臺主要包括4層：應用層、生命周期過程控制層、信息系統運作層以及數據層。

圖3 低碳紡織企業信息化服務平臺框架模型

最底層為數據層，主要由低碳標準庫、低碳材料庫、低碳知識庫、低碳紡織產品方案庫、紡織產品生產過程數據庫等組成。數據層所包含數據庫中的知識和數據需要紡織產品全生命周期過程中所涉及的所有人員，以及相關領域的專業人員共同參與，需要他們通過信息化服務系統不斷完善和更新，以保證這些知識和數據的有效性和實用性。

在低碳紡織產品全生命周期過程控制層，主要實施的是整個紡織產品生命周期活動過程中涉及的包裝運輸、紡紗織造、印染、銷售使用、纖維生產、回收處理等碳排放數據管理。

低碳紡織企業信息系統運作層是以紡織品生命周期過程控制層為基礎的，是紡織企業實施和實現低碳生產的核心層。低碳紡織企業信息系統運作層主要包括4大模塊，它們分別為低碳紡織知識服務系統、紡織產品碳足跡計算和評價系統、紡織產品生命周期管理系統以及低碳紡織企業信息化服務單元系統。前三者共同為企業的低碳紡織戰略的運作提供保障，而低碳紡織企業信息化服務單元系統則可以支持將企業的低碳紡織戰略有機而系統地集成到企業的日常生產經營活動中，從而更為有效地執行和實現低碳紡織。

3.1 低碳紡織知識服務系統

低碳紡織作為一種新型的生產模式，企業要實施必然需要與之相關知識。現實表明，實施低碳紡織是一項極為復雜的系統工程，需要強大的數據庫、信息庫知識庫為之提供支持。因此，在當今互聯網、云計算技術、大數據技術、移動互聯技術等信息通信技術高度發達和高速發展的背景下，本文提出并構建了基于Web 2.0技術的知識協同管理服務模式，主要包括知識共建、知識有序化和認知導航3種功能。

3.2 低碳紡織產品生命周期管理系統

該系統主要實現對低碳紡織產品全生命周期過程中的輸入和輸出數據進行管理。從廣泛意義上講，低碳紡織產品全生命周期過程包含作物種植（動物養殖）、天然（人工）纖維生產、紡紗、織造、染整、成品生產、包裝運輸、銷售使用、回收處理等，因此參與該生命周期過程的所有企業都應是該系統的用戶，這些輸入和輸出數據的管理有必要讓他們來共同完成。

生命周期管理系統的輸入數據包括原料、輔料、電、水、燃料、設備、人員、廠房等，輸出數據包括產品、半成品、廢水、廢物、廢氣等日常產出情況。

3.3 低碳紡織產品碳足跡評價系統

生命周期法是產品碳足跡計算評價最為常用的一種方法。對于紡織產品，具體地講，就是以相關行業標準和規范作為參照評估計算紡織產品整個生命周期過程中的碳排放總量。產品碳足跡計算評估結果是低碳生產的重要參照，它是實現紡織企業低碳生產的核心，評估過程中需要利用多種工具和方法。

（1）紡織產品碳足跡評價標準。目前，國際上評價產品碳足跡的計算和方案有很多，其中較為權威的就有國際標準化組織于2013年發布的產品碳足跡核算標準ISO14067，以及Carbon Trust發布的產品碳足跡評價系列規范（PAS2050系列規范）。

（2）建立低碳紡織的標準、原材料、輸入、輸出、能源使用和化學品信息等數據庫。這些數據既可以是在產品生命周期過程中直接測量獲得的初級活動水平數據，也可以是經同行評審的出版物中的次級數據，以及從其他可靠來源獲得的數據。

（3）選擇合適的產品碳足跡評價方法，確定合適的產品碳足跡核算邊界，完成從輸入、輸出數據到潛在影響全球變暖的碳排放數據的轉化。產品碳足跡評價方法主要有生命周期法、投入產出法、混合分析法等。

（4）專業的碳足跡計算軟件。基于低碳紡織產品碳足跡理論，結合企業自身的產品特征，開發相關軟件進行紡織產品碳足跡的計算和評價，如繪制紡織產品生命周期的碳熱圖。這可以使過程變得便捷，從而大幅度提升工作效率。

4 結語

本文從信息化與工業化融合、新型工業化道路的角度出發，針對目前我國紡織品出口貿易所面臨的日益嚴苛的“低碳”壁壘問題，結合低碳制造技術、信息化技術、現代管理技術等先進技術，對“低碳紡織”企業信息化方法進行深入研究，設計和開發面向“低碳紡織”的企業信息化服務平臺。

我國紡織與低碳制造研究還遠未成熟，與國外的研究體系相比存在較大差距。但近年來大數據、云計算、人工智能等理論和技術的快速發展與普及，為我國“低碳紡織”的企業信息化服務研究朝智慧化方向發展提供了新的思路和強有力的支持。

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[2]楊光勇，計國君.構建基于產品生命周期的低碳足跡供應鏈[J].廈門大學學報（哲學社會科學版），2013（2）：65-74.

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Study on enterprise informatization service for “low carbon textile”

Han Chunling, Chen Wenqing, Xu Lei
（Shaoxing Vocational and Technical College, Shaoxing 312000, China）

With the promotion of low carbon life and the development of low carbon economy as a global consensus, China as a textile exporting country, “low carbon” has become a new international trade barriers, Chinese textile enterprises to low carbon manufacturing mode transformation is irreversible. Aiming at the problems of many domestic textile enterprises lack the low carbon knowledge associated with the industry, lack of professional products carbon footprint calculation tools and low carbon housing product development and so on,this paper firstly puts forward the concept and architecture of low carbon textile, and establishes the product carbon footprint quantification model and the 0-1 target planning model of the low carbon textile product development program decision-making, which provides the basis for the product carbon footprint calculation and the low carbon manufacturing informatization service. Secondly, from the informatization point of view, to build the enterprise low carbon manufacturing informatization service platform framework model. Finally, the design and development of garment enterprises low carbon manufacturing informatization service platform to help textile enterprises to effectively carry out low carbon products.

low carbon textile; informatization; carbon footprint calculation; life cycle management

浙江省教育廳項目；項目編號：Y201431764。

韓春玲（1975— ），女，山東聊城人，講師，碩士；研究方向：低碳制造，綠色制造。