機(jī)電產(chǎn)品智能生產(chǎn)綠色性評(píng)估方法研究

程軍強(qiáng) 歐亞高科系統(tǒng)集成有限公司

當(dāng)前企業(yè)智能化改造的重要內(nèi)容之一便是打造智能車間、智能工廠，我國2015年至2018年示范的300多個(gè)智能制造項(xiàng)目中就有約三分之一的企業(yè)在建設(shè)智能車間或智能工廠。其中的根本目的便是引入先進(jìn)制造技術(shù)、智能裝備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)。其中，“機(jī)器換人”已成為智能生產(chǎn)的主要特征之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)很多企業(yè)都通過機(jī)器換人實(shí)現(xiàn)了大幅度員工的減少，也即實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)的“少人化”。這些在智能制造企業(yè)內(nèi)部實(shí)施的“機(jī)器換人”、智能化改造對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)有著積極的意義，例如：改進(jìn)生產(chǎn)力、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量，降低勞動(dòng)力成本等；增材制造可給企業(yè)的低成本產(chǎn)前制造和小規(guī)模定制帶來可能。鑒于這些負(fù)面的或者不確定的環(huán)境、社會(huì)影響，需要合適的方法對(duì)以“機(jī)器換人”為主要特征的智能生產(chǎn)進(jìn)行量化評(píng)估，探索其是否綠色、綠色性程度如何。本文主要聚焦智能制造資源要素層的生產(chǎn)階段，并主要結(jié)合車間層進(jìn)行智能生產(chǎn)的綠色性評(píng)估方法研究，最后對(duì)海爾智能冰箱工廠開展的某智能生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行案例分析。

一、綠色性評(píng)估范圍與流程

一方面，機(jī)電產(chǎn)品智能生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)需要多材料、裝備、基礎(chǔ)設(shè)施的支持，本文稱之為“智能生產(chǎn)準(zhǔn)備”，這其中包括由供應(yīng)商負(fù)責(zé)的和由智能制造企業(yè)自身負(fù)責(zé)的過程。這些準(zhǔn)備工作會(huì)帶來定量的環(huán)境影響（因?yàn)橐坏┎牧?、裝備選擇確定后，其單位過程的環(huán)境影響也就已經(jīng)確定），而相關(guān)的社會(huì)影響不予考慮，因?yàn)檫@與機(jī)電產(chǎn)品智能生產(chǎn)不太相關(guān)，且只發(fā)生一次。另一方面，智能生產(chǎn)執(zhí)行代表了智能生產(chǎn)的主要過程，是探索產(chǎn)品生產(chǎn)階段綠色性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，包括其對(duì)環(huán)境和員工的影響。此外，機(jī)電產(chǎn)品智能生產(chǎn)也可能會(huì)對(duì)其他過程造成間接影響，如存在，則也需納入機(jī)電產(chǎn)品智能生產(chǎn)評(píng)估系統(tǒng)以全面認(rèn)識(shí)其必要性和價(jià)值。

事實(shí)上，對(duì)于很多生產(chǎn)技術(shù)而言并非從準(zhǔn)備到執(zhí)行都發(fā)生顯著改變，其綠色性探索也并非需要包括從原材料開采直至產(chǎn)品制造完畢整個(gè)過程。為聚焦重點(diǎn)、減少評(píng)估工作量而又能準(zhǔn)確評(píng)估機(jī)電產(chǎn)品智能生產(chǎn)的綠色性，特做如下合理規(guī)定：

（1）智能生產(chǎn)技術(shù)若只是改變了部分生產(chǎn)活動(dòng)，則只需對(duì)該部分進(jìn)行綠色性評(píng)估，而不需計(jì)算那些不變過程的綠色性。例如，智能制造企業(yè)選擇采用新能源為裝備提供動(dòng)力，那么決策者只需比較傳統(tǒng)能源與新能源生產(chǎn)過程的綠色性即可；又如，智能制造企業(yè)采用先進(jìn)裝備進(jìn)行某部件生產(chǎn)，能夠改善該部件生產(chǎn)過程的環(huán)境影響，如果之后的裝配過程并不發(fā)生變化，那么只需對(duì)該部件生產(chǎn)完畢之前的相關(guān)活動(dòng)進(jìn)行綠色性評(píng)估即可。該部分主要對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)全過程中的部分過程進(jìn)行綠色性評(píng)估，是機(jī)電產(chǎn)品智能生產(chǎn)綠色性評(píng)估的基本單元，也是探索筒單生產(chǎn)技術(shù)綠色性的主要方式。

（2）智能生產(chǎn)技術(shù)若完全改變了產(chǎn)品生產(chǎn)的方式方法（例如，增材制造），那么需要從原材料獲取到產(chǎn)品制造完畢整個(gè)過程進(jìn)行綠色性評(píng)估，這是探索復(fù)雜生產(chǎn)技術(shù)綠色性的主要方式。

二、智能生產(chǎn)環(huán)境影響評(píng)估

該系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成：

（1）由供應(yīng)商負(fù)責(zé)的智能生產(chǎn)準(zhǔn)備部分，該部分又包括一次性交付的產(chǎn)品生產(chǎn)過程（例如，加工設(shè)備）和持續(xù)性交付的產(chǎn)品生產(chǎn)過程（例如，智能產(chǎn)品制造所用原材料），前者環(huán)境影響為固定數(shù)值，不隨生產(chǎn)過程的進(jìn)行而變化，后者環(huán)境影響則會(huì)因生產(chǎn)技術(shù)而變化（因?yàn)椴煌夹g(shù)所需材料種類和數(shù)量會(huì)不同）；

（2）由智能制造企業(yè)負(fù)責(zé)的智能生產(chǎn)準(zhǔn)備部分，該部分主要是企業(yè)為實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)而做的整體改造，包括物理系統(tǒng)改造（例如，新建智能化車間）和信息系統(tǒng)改造（例如，應(yīng)用智能排產(chǎn)系統(tǒng)），它們不是單獨(dú)服務(wù)于一項(xiàng)生產(chǎn)技術(shù)或一件產(chǎn)品制造過程，因此它們運(yùn)行的環(huán)境影響需要折算到具體評(píng)估系統(tǒng)之中；

（3）由智能制造企業(yè)負(fù)責(zé)的智能生產(chǎn)執(zhí)行部分，該部分即產(chǎn)品制造的核心環(huán)節(jié)，由多個(gè)離散的制造過程共同構(gòu)成。該制造過程會(huì)按照設(shè)定好的過程參數(shù)，應(yīng)用相關(guān)裝備、能源、輔助材料等對(duì)輸入的原材料或零部件進(jìn)行加工，之后會(huì)輸出所需產(chǎn)品并產(chǎn)生一定排放，造成一定的環(huán)境影響。此外，如果該制造過程會(huì)對(duì)“三廢”進(jìn)行回收處置，則該過程也納入在評(píng)估系統(tǒng)之中。

此處對(duì)該評(píng)估系統(tǒng)的功能單位作如下說明：智能制造情境下的生產(chǎn)活動(dòng)可能為柔性化制造，每件產(chǎn)品可能并不是按照同一種參數(shù)進(jìn)行單一、重復(fù)性的生產(chǎn)，因此以一件產(chǎn)品為功能單位來評(píng)估，只能回答“該技術(shù)生產(chǎn)某一具體個(gè)性化產(chǎn)品的環(huán)境綠色性如何”，而不能得到“該制造技術(shù)一定環(huán)境友好或不友好”這種結(jié)論，這也是智能生產(chǎn)的典型特征；其次，一件產(chǎn)品生產(chǎn)的環(huán)境影響可以計(jì)算，那么多件產(chǎn)品的環(huán)境影響也可以按照同樣方法計(jì)算，為便于理解，本章只以生產(chǎn)一件產(chǎn)品為功能單位來比較新舊生產(chǎn)技術(shù)的環(huán)境綠色性。此外，對(duì)于用于比較的原生產(chǎn)情境，主要通過原生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行相同評(píng)估系統(tǒng)和功能單位的環(huán)境影響評(píng)估，如為全新的生產(chǎn)過程，則不進(jìn)行比較評(píng)估。

三、智能生產(chǎn)的社會(huì)影響評(píng)估

（一）邊界及功能單位確定

與環(huán)境影響評(píng)估一致，機(jī)電產(chǎn)品智能生產(chǎn)對(duì)員工的社會(huì)影響在范圍內(nèi)進(jìn)行。該評(píng)估系統(tǒng)主要包括了一定數(shù)量的相互關(guān)聯(lián)或獨(dú)立的制造過程，其中主要參與的便是各個(gè)過程的企業(yè)員工，而智能生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備過程對(duì)員工的影響不予考慮，因?yàn)檫@些過程與智能生產(chǎn)都不直接相關(guān)。與環(huán)境影響評(píng)估不同，單件產(chǎn)品的制造過程并不能全面地反映智能制造情境下員工受到的各種影響，因此，機(jī)電產(chǎn)品智能生產(chǎn)員工影響評(píng)估的功能單位定義為“所有參與智能生產(chǎn)全過程的員工平均的工作情況”。此處需說明：“所有員工”“平均工作情況”的規(guī)定主要用于避免單獨(dú)某一天、單獨(dú)某一人、單獨(dú)某一件產(chǎn)品生產(chǎn)可能存在的片面評(píng)估結(jié)果；第二，環(huán)境和社會(huì)影響評(píng)估中功能單位不一致，但不影響整體評(píng)估，因?yàn)楸疚牟⒉贿M(jìn)行兩個(gè)維度綠色性的合并。

（二）清單數(shù)據(jù)分析

此部分主要結(jié)合第二章提出的身體健康影響（W1）、心理健康影響（W2）和員工發(fā)展影響（W3）三類一級(jí)社會(huì)影響指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)的二級(jí)指標(biāo)構(gòu)建和數(shù)據(jù)收集，形成單個(gè)員工社會(huì)影響維度的清單數(shù)據(jù)結(jié)果。與環(huán)境清單數(shù)據(jù)分析不同，社會(huì)影響清單數(shù)據(jù)不與具體制造過程的輸入輸出直接相關(guān)，而是取決于員工在相應(yīng)工作崗位的實(shí)際工作經(jīng)歷。鑒于部分社會(huì)維度的二級(jí)指標(biāo)是非定量的數(shù)據(jù)，即使可以定量化也缺乏直接轉(zhuǎn)化成W1、W2和W3的特征化因子，因此，本部分的清單數(shù)據(jù)分析方法不僅要使得各二級(jí)指標(biāo)能夠反映實(shí)際情況，并且能夠定量化以用于社會(huì)影響評(píng)估。

機(jī)電產(chǎn)品智能生產(chǎn)包括了多個(gè)子過程，毎個(gè)子過程又可能包含多個(gè)參與員工。最為理想的社會(huì)影響評(píng)估是能夠?qū)γ恳粎⑴c員工都進(jìn)行社會(huì)影響評(píng)估，因?yàn)橹悄苤圃斓娜诵曰瘜?shí)質(zhì)上關(guān)乎參與其中的每個(gè)員工，也即需要對(duì)每一位員工進(jìn)行單獨(dú)的二級(jí)指標(biāo)清單數(shù)據(jù)分析。但由于對(duì)每一員工進(jìn)行一次數(shù)據(jù)收集、分析耗時(shí)耗力，這在實(shí)際工作中很難開展，因此如果無法實(shí)現(xiàn)，可由智能制造企業(yè)決策者直接進(jìn)行5項(xiàng)二級(jí)指標(biāo)的綜合評(píng)估，也即企業(yè)自評(píng)估。

基于上述分析，對(duì)于有多個(gè)員工參與的智能生產(chǎn)情境，其社會(huì)維度的清單數(shù)據(jù)分析結(jié)果可能有如下三種情況：

（1）對(duì)每一員工都進(jìn)行清單數(shù)據(jù)分析：需要對(duì)各子過程的所有參與員工都一一進(jìn)行實(shí)際調(diào)查和對(duì)5項(xiàng)二級(jí)指標(biāo)打分，該部分清單數(shù)據(jù)分析結(jié)果為所有參與員工的打分結(jié)果的集合，個(gè)數(shù)為所有參與員工的人數(shù)，這是最佳的清單數(shù)據(jù)分析結(jié)果，但耗時(shí)耗力；

（2）對(duì)每一過程都進(jìn)行清單數(shù)據(jù)分析：由企業(yè)決策者結(jié)合參與每一子過程員工的平均工作情況而進(jìn)行5項(xiàng)二級(jí)指標(biāo)主觀打分，該部分清單數(shù)據(jù)分析結(jié)果為每一子過程員工平均打分結(jié)果的集合，個(gè)數(shù)為子過程個(gè)數(shù)；

（3）直接對(duì)所有過程及所有員工進(jìn)行一次清單數(shù)據(jù)分析：由企業(yè)決策者直接給出產(chǎn)品制造中所有員工工作情況的平均值，該部分清單數(shù)據(jù)分析結(jié)果為所有過程、所有員工的一個(gè)平均打分結(jié)果，個(gè)數(shù)為1，這是在上述兩種方案都無法實(shí)現(xiàn)的情況下選擇的清單數(shù)據(jù)分析方法。

單個(gè)員工或平均一個(gè)員工的社會(huì)影響評(píng)估和綠色性總得分的計(jì)算方法已于上文進(jìn)行了詳細(xì)闡述，本節(jié)首先總結(jié)多過程、多員工情境下的社會(huì)影響評(píng)估方法，之后進(jìn)行社會(huì)綠色性解釋研究。根據(jù)實(shí)際評(píng)估項(xiàng)目的目的、要求和所能做的程度，機(jī)電產(chǎn)品智能生產(chǎn)的社會(huì)影響評(píng)估主要包括以下三種方案：對(duì)每一員工都進(jìn)行清單數(shù)據(jù)分析的情境；對(duì)每一過程都進(jìn)行清單數(shù)據(jù)分析的情境；直接對(duì)機(jī)電產(chǎn)品智能生產(chǎn)整體進(jìn)行清單數(shù)據(jù)分析的情境。

四、結(jié)語

構(gòu)建了智能生產(chǎn)過程對(duì)員工特殊影響的指標(biāo)體系，進(jìn)而綜合考慮了生產(chǎn)過程對(duì)環(huán)境和人的影響；拓展了LCA/SLCA的應(yīng)用場景，通過基于情景分析的結(jié)果解釋可以準(zhǔn)確對(duì)智能生產(chǎn)的綠色性進(jìn)行全面判斷，而通過一次次的綠色性評(píng)估，可形成“機(jī)器換人”或智能生產(chǎn)技術(shù)的綠色性規(guī)律，以便于企業(yè)長遠(yuǎn)地、綠色化地、人性化地發(fā)展智能制造。