（机械制造及其自动化专业论文）机械加工工艺资源环境属性清单分析与综合评价.pdf

武汉科技大学硕士学位论文第1 页 摘要 机械加工工艺是指采用机械加工的方法按一定顺序直接改变毛坯的形状、尺寸、相对 位置等使其成为合格零件的工艺过程。零件机械加工过程中，会产生一定的资源消耗和环 境污染。因此，本文以机械加工工艺为研究对象，分析了工艺资源环境属性清单分析步骤， 并基于工艺的i p o 过程模型，建立了综合评价指标体系，阐述了工艺综合评价方法原理， 依此评价工艺的绿色性，为减少其资源消耗和环境影响提供依据。总的来说，本文主要进 行了以下内容的研究： ( 1 ) 通过分析绿色制造工艺规划和清单分析的国内外研究现状，说明实施绿色制造 工艺规划技术在制造企业中的重要性和追切性，介绍了目前国内外工艺规划绿色评价方 法，提出本文的研究方向。 ( 2 ) 分析了机械加工工艺资源环境属性清单分析步骤，并构建了具体工艺的w o 过 程模型，在此基础上，根据工艺的资源环境属性，建立了清单分析评价指标体系，详述了 指标层数据的采集和量化方法。 ( 3 ) 依据建立的清单分析评价指标体系，对综合评价方法原理进行了分析，确定了 综合评价方法的步骤，对其优势进行了描述。并应用案例给予分析评价。 ( 4 ) 以上述研究工作为基础，开发了工艺资源环境属性清单分析和综合评价系统， 分析了系统的体系结构、功能和评价流程等，并对系统工艺评价进行了操作演示。 关键词：资源环境属性；清单分析；综合评价；评价系统 a b s t r a c t m a c h i n i n gp r o c e s si sap r o c e s si nw h i c hm a c h i n i n gm e t h o d sa r e u s e dt oc h a n g et h es h a p e ， s i z ea l l dr e l a t i v el o c a t i o no fr o u g ht om a k ei t b e c o m eq u a l i f i e dp a r t s a n ds o m er e s o u r c e c o n s u m p t i o na n de n v i r o n m e n tp o l l u t i o na r ep r o d u c e di n t h em a c h i n i n gp r o c e s s s o ，t h i sp a p e r t a l 【e sm a c h i n i n gp r o c e s sa st h em a i nr e s e a r c ho b j e c t ，a n a l y z e dt h es t e p so fr e s o u r c e 距d 劬w i r o m e n t a la t t r i b u t i o n si n v e n t o r ya n a l y s i so fm a c h i n i n gp r o c e s s ，a n d o nt h eb a s i so fi p o m o d e l i n go ft e c h n i c a lp r o c e s s ，e s t a b l i s h e d t h ei n d e xs y s t e mo fc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n ， e x p o u n d e dt h ep r i n c i p l eo fc o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o nm e t h o d a n da c c o r d i n go ft h e s e ，t h eg r e 饥 a t t r i b u t e so fp r o c e s si se v a l u a t e dt op r o v i d et h eb a s i sf o rr e d u c ei t sr e s o u r c ec o n s u m p t i o na n d e n v i r o l l r n a l t a li m p a c t o v e r a l l ，t h i sp a p e rc o n d u c t e dt h ef o l l o w i n gs t u d i e s ： ( 1 ) a c c o r d i n gt oa n a l y z i n gt h ep r e s e n tr e s e a r c hs i t u a t i o no fg r e e nm a n u f a c t u r i n gp r o c e s s p l a n n i n ga n di n v e n t o r ya n a l y s i sb o t hi nh o m e i m p l e m e n t a t i o no fg r e e nm a n u f a c t u r i n gp r o c e s s a n da b r o a d ，t h ei m p o r t a n c ea n du r g e n c yo ft h e p l a n n i n gt e c h n o l o g y i nm a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e i se x p l a i n e d g r e e ne v a l u a t i o nm e t h o d so fp r o c e s sp l a n n i n gi nt h ep r e s e n ta th o m e a n da b r o a d a r ei n 乜o d u c e d ，a n dt h ed i r e c t i o no ft h i ss t u d yi sp r e s e n t e d ( 2 ) t h es t e p so fm a c h i n i n gp r o c e s s r e s o u r c ea n de n v i r o n m e n t a la t t r i b u t i o n si n v e n t o r y a n a l v s i sa r ea n a l y z e d ，a n di p om o d e lo fp r o c e s si se s t a b l i s h e d o nt h i sb a s i s ，e v a l u a t i o ni n d e x s v s t e i i lo fi n v e n t o r ya n a l y s i si sb u i l ta c c o r d i n gt o r e s o u r c ea n de n v i r o n m e n t a la t t r i b u t e so f p r o c e s s t h ed a t ac o l l e c t i o n m e t h o d sa n dq u a n t i t a t i v em e t h o d sa r ep r o p o s e d ( 3 ) b a s e do ne v a l u a t i o ni n d e xs y s t e mo fi n v e n t o r ya n a l y s i s ，t h ep r i n c i p l ea n dt h es t e p so f c 0 m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o d a r ea n a l y z e d ，a n di t sa d v a n t a g e sa l ed e s c r i b e d a ne x a m p l ei s g i v e nt oa n a l y s i sa n de v a l u a t i o n ( 4 ) b a s e do nt h ea b o v e - m e n t i o n e ds t u d y , r e s o u r c ea n de n v i r o n m e n t a la t t r i b u t i o n si n v e n t o r y a n a l y s i sa n dc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o ns y s t e mf o rm a c h i n i n gp r o c e s s i sd e v e l o p e d t h e 咖c 嘁， r m c t i o n 觚de v a l u a t i o np r o c e s so ft h es y s t e ma r ea n a l y z e d a n dp r o c e s s e v a l u a t i o no ft h es y s t e m i so p e r a t e dt od e m o n s t r a t i o n k e y w o r d s ： r e s o u r c ea n de n v i r o n m e n t a la t t r i b u t i o n s ；i n v e n t o r ya n a l y s i s ； c o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o n ；e v a l u a t i o ns y s t e m 武汉科技大学硕士学位论文第1 页 1 1 研究背景和研究意义 1 1 1 研究背景 第一章绪论 进入2 1 世纪以来，人类社会和科技的发展速度越来越快，人们的各种生活物资比以 前更加的丰富，产品的更新换代的速度也越来越快。这是因为如此，在产品的整个生命周 期中不仅消耗了各种物质资源，在这个过程中还会产生一定的环境污染，随着时问的积累， 这种污染极大的破坏了人类家园地球的生态环境，俗话说，污染环境容易，但是治理环境 污染却是一个需要花费大量精力的复杂过程，人与自然是一个和谐发展的过程，随着环境 的污染，久而久之，环境也会对人类带来生态危机。在大力倡导节能前排的今天，以前这 种过度开采和污染环境的发展模式需要进行改革，人类也需要重新审视自己的消费观念， 走可持续化发展的模式才是正确的道路。从9 0 年代开始，我国开始大力倡导可持续化发 展的模式，为子孙后代谋福利，目前许多企业在可持续发展的思想下，根据自身的实际情 况，大力开展节能减排的工作，这要求制造企业合理使用资源和能源，减少废弃物的排放， 回收可利用的废物资源，减少企业生产活动给生态环境带来的污染，发展环境友好型的生 产模式。 传统的制造工艺规划过程中，工艺加工方案并没有考虑到资源和能源的合理利用以及 生产加工活动给生态环境带来污染的问题，除此之外，生产人员在生产的过程中，噪音、 粉尘等排放物给生产人员的健康带来危害的问题。在新的时期里，当在节能减排的要求下， 现在的企业都必须考虑这些问题。目前，关于这些方面的研究还不是很多，而绿色制造这 种概念的提出为这方面的研究提供了依据。 绿色制造是新时期制造业发展所要经过的一个必然阶段。绿色制造不仅要求资源消耗 低，而且在制造过程中，对环境产生的影响要降到最小，它涉及到产品的整个生命周期中， 如设计、制造以及到回收利用整个过程，它的目的就是要求使用最少的资源和能源来满足 产品的加工，并在这个过程中，环境排放最小【l 】【2 1 。由该定义可以得出，绿色制造主要包 括三个主要方面的内容：一是环境影响问题：二是资源优化问题；三是制造问题。从制造 系统工程的观点，绿色制造是一个充分考虑制造业环境和资源问题的复杂系统工程问题【3 1 。 机械加工工艺过程即是资源消耗和环境排放的过程，也是由一系列的工艺过程所构成，由 此绿色制造研究必然要对这些加工工艺进行重点研究来提高制造过程的绿色度。 1 1 2 研究意义 我国是一个制造业大国，但是还不是一个制造业的强国。制造业是国家的支柱型行业， 它涉及到的范围特别广，大到机械电子行业、小到生活消费品行业【4 l 。从古至今，人类的 第2 页武汉科技大学硕士学位论文 生产活动离不丌制造，制造业的发展程度直接决定了一个国家强盛程度。 制造业基本的功能就是将利用资源和能源，生产出具有某种特定功能的产品，在这个 制造过程中，会伴随有大量的废气、废液以及一些粉尘等，而产品在实现自身价值的过程 当中，也会给带来一定的污染。比如说，当产品的寿命结束后，面临着报废的情况，除了 部分可以回收利用后，剩下的部分只能弃之于大自然，这样随着时间的积累，会对生态环 境产生破坏，也影响了人类的生存环境。制造业对资源和能源的消耗也很大，排放物的种 类和数目大，因此对环境的影响至关重要。零件机械制造加工作为制造业中的一个重要分 支，它是资源、能源消耗的大户，同样也是环境排放的主要源头。零件机械加工时一个传 统的制造行业，在这个过程中，会消耗大量的物料资源和能量资源，同时，也伴随有污染 物的排放。目前，关于对零件加工的资源环境属性进行分析和评价，改善零件加工环境的 研究还不是很多。 本文的主要研究对象是零件的机械加工过程，通过对该过程中影响资源消耗和环境排 放的因子进行分析，建立一个基于i p o 模型的绿色评价体系，在此基础上，通过多种组合 评价的方法对这些影响环境和资源消耗的指标进行综合评价，得到该零件加工过程的绿色 度，并提出改善加工过程绿色性的建议，供企业人员参考。 1 2 国内外研究现状 美国环保局的一篇名为“生命周期评价：清单分析的纲要与原则 的研究报告，对 产品整个生命周期中关于影响环境的因子进行了一个综合的清单分析，其中，主要提出了 一些关于如何从产品生命周期中资源消耗和环境影响的因子中提取数据的方法以及对这 些数据进行分析的方法，该研究报告为学者研究产品生命周期提供了一定的方法论【5 l 。 g r e g o r y 等人在研究产品生命周期的过程中，在总结前人的基础上，提出了一个具有 灰色性的研究方法，即将产品的整个生命周期看成是一个灰色系统，在研究这个系统时， 指考虑系统的输入和输出，这样避免了其中的具体环节，从宏观的方向来研究产品的生命 周则6 1 。 l y n d aw y n n ，e u g e n el e e 等人研究的主要重点是如何制定一个合理的收集产品生命周 期中的资源环境属性清单计划和如何确保数据的合理性和有效性。可以用于更好的分析最 终用于生命周期清单分析的核心数据的质量，数据质量目标可以帮助研究人员建立一个获 得数据的途径，它依赖于再分析中需要强调那些数据质量，也可作为数据质量的标准【j n 。 s h e n gp ，s r i n i v a s a nm 等人主要研究的方向是制造工艺的优化方法的研究，即研究的 重点是如何改善现有的加工工艺，在满足产品加工要求和加工质量的前提下，减少对资源 和能源的消耗【引。 l e o a l t i n g 等人研究的重点是，在产品加工过程中，操作人员的操作安全性、能源消 耗量以及对环境的危害性。他提出了产品加工过程中的资源优化技术以及减少环境排放的 新思路，对现场操作人员有很好的指导意义【9 】。 武汉科技大学硕士学位论文第3 页 a c k c h o i ，h k a e l ：e m i c k 等提出了一种制造工艺环境影响建模方法，该方法采用i p o ( i n p u t - - p r o c e s s - - - o u t p u t ，输入一处理输出) 模型，通过该模型可以很方便快捷的了解 到资源的使用情况和在这加工过程中，废弃物的排放情况。不足的是，该模型并没有给出 制造过程资源环境属性中的定性指标的量化方法和数据的收集和处理方法【3 】。 k o n s t a n t i n o s 等人主要是对磨削工艺过程中的资源环境属性清单进行分析合计处理在 其文献研究中以两种不同加工特点的产品加工为例，比较分析了常规热处理方法与磨削淬 硬工艺两者的环境影响的不同特点【1 0 1 。 c k o r o n e o s 等人研究的重点是运用l c a 方法来研究氢燃料的生产工艺，通过大量的 实验研究结果得出，在众多的氢燃料生产路线中，不同的的加工工艺所带来的环境影响程 度也不一样，其中对环境最友好的方法是采用太阳能【i l 】。 c s i r o 公司研究的重点是利用全生命周期法从不同的方面来研究金属在提炼的过程 中对环境所产生的影响，这些影响包括温室气体的排放，以及一些粉尘的排放，通过大量 的研究，该公司提出了一套完整的金属冶炼环境分析模型，并在实际生产中验证了该模型 的可行性【1 2 1 。 y e o s h 等人主要研究的方向是电火花加工过程中，在满足加工质量的情况下，如何合 理的分配资源和能源，并提出了一个多目标集成模型，不足的是该模型在生产过程中的稳 定性并不是很好，还有待进一步的优化【1 3 】。 曹杰、易红等人主要是运用环境负荷的方法来对产品加工过程中，资源消耗和污染物 排放给环境带来的负荷，通过对环境负荷的研究，提出了一个机遇环境负荷的产品加工过 程绿色评价模型，该模型在实际的生产中取得了较好的效果，对减小产品加工对环境产生 的影响有着积极作用 1 4 1 。 周祥超等人主要研究的是切削加工过程中的资源环境问题，提出了关于切削加工的资 源环境属性清单分析模型，该模型减少了主观因素的影响，以数学的方法给加工过程的绿 色行进行打分，并制定相应的结果集，不同的分数对应着不同的绿色度f 1 5 】【1 6 1 。 曹武军等人在国家环境保护法的指导下，采用灰色关联法，提出了一个加工过程环境 决策模型。通过分析产品加工过程影响环境的因子，建立一个清单分析体系，运用该模型， 对指标体系中的定性指标进行量化，并根据不同指标对环境影响程度的不同，为个影响因 子设定不同的指标权重，从而体现了评价指标的层次化【1 7 】。 刘江龙等人在研究如何判定产品加工过程对环境的与影响程度程度方面有着重要的 贡献。环境负荷这个描述加工过程给环境带来的影响程度的概念也只是由他提出来的。在 以前，描述制造过程对环境影响的程度一般都是定性的描述，如影响程度大，影响程度一 般等等，这种描述方法具有太大的模糊性，不同程度之间的界限也不是很清楚，而环境负 荷这个概念将这种模糊的描述具体化，对后续研究环境与加工过程之间的关系具有重要的 意义f 1 引。 曹华军等研究将每个制造工艺过程看成是一个输入一处理输出的过程，提出了一种 基于工艺i p o 模型和列昂波特矩阵的环境影响量化分析方法，利用i p o 图和模型及其清单 第4 页武汉科技大学硕士学位论文 分析表格进行描述和数据采集，采用包括工艺i p o 图或模型、产品制造过程的工艺链及清 单分析表、环境因子量化评分规则、环境影响评价和改进分析、列昂波特相互作用矩阵五 个部分的技术框架对各工艺过程的环境影响评价结果进行综合评价和纵横向对比分析，约 束了评价过程的主观因素影响，并解决了各工艺过程环境因子及其量纲不一致等问题，提 供了可用于横向纵向综合评价的环境影响评价方法【l 圳。 席德立等人主要是研究产品在生命周期中对环境产生的影响，其中主要是关于环境影 响因子的确定和数据收集和分析的方法。他提出了一种数据流程图的方法，该方法目前还 处于实验阶段，不过已经在实践中取得了一定的成绩，对生命周期评价指标体系的建立和 清单数据的获取研究具有一定的指导意义【2 0 】【2 1 1 。 陶建宏，王京芳等人利用模糊评价方法提出了产品绿色度的评价方法，并在显示器生 产厂家进行了验证，实践证明该方法具有可行性【2 引。 从以上的国内和国外的研究方向来看，关于加工过程资源环境属性的分析方法的研究 是最多的提出了多种绿色评价方法，建立了多种环境影响评价工具，以上研究的原理和方 法对于机械加工工艺过程资源环境属性清单分析和综合评价都有积极的借鉴价值。 本文的主要研究对象是零件的机械加工过程，通过对该过程中影响资源消耗和环境排 放的因子进行分析，建立一个基于i p o 模型的绿色评价体系，在此基础上，通过多种组合 评价的方法对这些影响环境和资源消耗的指标进行综合评价，得到该零件加工过程的绿色 度，并提出改善加工过程绿色性的建议，供企业人员参考。 1 3 课题来源与主要研究内容 1 3 1 课题来源 本文的研究工作来源于如下项目的支持： 【1 】课题名称：面向绿色制造的车间制造系统工艺规划与资源调度集成优化。 课题来源：湖北省教育厅优秀中青年人才计划( 编号：q 2 0 0 9 1 1 5 ) ，2 0 0 9 1 - 2 0 1 1 1 2 。 【2 】课题名称：制造企业生产过程绿色规划与优化运行技术。 课题来源：国家科技支撑计划( 编号：2 0 0 6 b a f 0 2 a 0 3 ) ，2 0 0 6 1 1 - - 2 0 0 9 1 2 。 1 3 2 研究内容 本文对制造过程资源环境属性分析评价方面进行了如下研究： ( 1 ) 第一章主要是关于绿色制造方面的一些基本理念，提出了制造企业为了实现节 能减排，必须实施绿色制造的一些理念模式；阐述了绿色制造工艺规划、绿色评价和生命 周期清单分析的国内外研究现状，叙述了对机械加工工艺资源环境属性进行清单分析和综 合评价研究的意义。 ( 2 ) 第二章主要是讲机械加工过程环境清单分析的发放和步骤，将零件加工过程看 成是一个灰色的系统，只需要分析该系统的输入和输出，建立基于i p o 的分析模型和环境 武汉科技大学硕士学位论文第5 页 属性清单的评价指标体系以及定性指标的量化方法和定量指标数据的收集和分析方法。 ( 3 ) 第三章分析了单一评价方法的缺陷，提出将多种单一的评价方法组合在一起， 成分利用各个单一评价方法的优势，使得评价结果更加科学。并基于建立的工艺清单分析 和综合评价指标体系，结合具体加工零件，根据前文所述的方法原理和步骤，通过一个实 例进行研究。 ( 4 ) 第四章在前面的研究下，开发了工艺资源环境属性清单分析和综合评价系统。 首先对于这个工艺评价系统给予了结构和功能设计，然后介绍了系统设计所需的开发工具 和环境配置，分析了系统评价流程，在此基础上，开发了评价系统，并对系统工艺评价操 作进行了说明。 ( 5 ) 第五章将对以上的所做工作进行总结，分析出本文的具体研究工作和工作中存 在的不足之处，并针对这些情况提出进一步工作展望。 第6 页武汉科技大学硕士学位论文 第二章基于i p o 模型的机械加工工艺过程资源环境属性清单分析 2 1 工艺过程资源环境属性清单分析步骤 机械加工过程是一个复杂的涉及到多种资源的活动，例如主料资源和辅料资源的消 耗，能量资源的消耗( 电力、切削液等) 以及加工过程所伴随的废弃物的产生( 如粉尘、 废气等) ，所谓的机械加工指的是将原材料通过一定的加工方法转化为产品的过程【2 3 1 ，对 于某一个具体零件的加工来讲，包含了许多的工艺过程，每一个工艺过程都有特定的意义， 要相对加工过程的环境影响状况进行分析就要考虑到每一个工艺环节的实际情况，只有对 每一道工序进行分析才可以了解整个加工过程的环境影响状况【2 引。 根据制造过程资源环境属性对零件机械加工制造工艺进行清单分析，可以反映出制造 工艺过程资源消耗和环境污染情况，从而为采取相关措施，更有效地改善其资源消耗和环 境影响提供依据，也能为零件制造过程的资源环境属性评价提供数据支持。 机械加工工艺过程资源环境属性清单分析是对该工艺整个生命周期过程中资源和环 境的数据进行收集、量化、分析并列出清单分析表的过程。输入主要包括主辅原材料以及 能量资源等一些其它输入；输出是指粉尘、废液、废气以及热辐射等废弃物的排放。 机械加工工艺过程资源环境属性清单分析步骤： ( 1 ) 界定分析的工艺和范围； ( 2 ) 根据工艺i p o 过程模型建立工艺清单分析表； ( 3 ) 具体化清单分析表中的目标层( 因子层i ) 评价指标，建立指标层( 因子层h ) 评价指标，并对其影响状况进行描述； ( 4 ) 采集指标层各项数据，确定量化评分规则； ( 5 ) 确定清单分析表中各项因子权重，进行工艺综合评价。 机械加工工艺过程资源环境属性清单分析的工艺和范围界定，首先选择要分析的零 件，然后可根据国家机械制造工艺分类标准j b t5 9 9 2 9 2 和零件机械加工工艺过程的工序 环节来确定清单分析的工艺和范围。 2 2 工艺i p o 过程模型建立 2 2 1 零件制造过程i p o 模型 i p o 模型( i n p u 卜p r o c e s s o u t p u t ，输入处理输出) 是用来描述一个系统中数据输入 和输出的模型，同时也被应用于描述一个系统与边界的信息交换【2 5 1 。零件制造加工过程主 要包括单一的加工过程和多工序组成的制造过程这两个方面。除此之外，还可以利用i p o 模型的方式对制造过程的输入( 原材料、能源、加工信息等) 、加工( 加工方式、加工机 床等) 、输出( 合格产品、废弃物、环境排放等) 进行描述1 2 6 】。每个工艺过程都可看作为 一个输入处理输出的过程，零件的制造过程是由一系列的机械制造工艺组成，如图2 1 武汉科技大学硕士学位论文第7 页 所示。 废物排放 图2 1 零件加工过程输入输出图 对于每一个单一的工序，也可以看成是一个输入一处理一输出的过程，如图2 2 所示。 原材料 各种刃具 切削机床 切削速度 进给量 切削深度 电能 产品 废零件 切屑、废料 切削废液 切削液油雾 刺激性气味 漏油 噪声 安全性 图2 2 切削工艺输入输出图 2 2 2 机械加工工艺i p o 过程模型 针对所要评价的工序，结果对该工序进行资源环境属性清单的分析，建立该工序具体 的i p o 模型和评价指标体系，专家通过自身的经验知识确定定性指标( 如毒性、挥发性、 漏油程度) 的量化方法以及各层指标的权重的设置【2 7 】。 每一个具体的工序i p o 过程模型的建立可以从典型工艺类型i p o 模型中派生出来。工 艺类型的i p o 模型描述了此类型工艺过程的共性规律，是统一模型；每个工艺的i p o 模型 是具体的，个性的模型。如车削工艺i p o 过程模型如图2 3 所示。在该模型中，车削工艺 加工过程可以分为输入因子，输出因子，其中部分输出因子还可以重新加以利用变为输入 因子，如夹具、切削液等。从车削工艺i p o 过程模型可以看出，一般的切削加工工艺的输 入因子有机床、车刀等设备、工件材料以及电能等主辅材料。输出因子主要有加工得到的 成品以及一些例如粉尘、油雾等污染物。 合格零件 第8 页武汉科技大学硕士学位论文 l车床 n 车刀 p 工艺参数 u ( a p ，v c ，f ) t 工件材料 电能 零件 废零件 铁屑 切削液油雾 刺激性气味 粉尘 废液 漏油 噪卢 安全性 图2 3 车削工艺输入输出图 2 3 清单分析表中的评价指标选取 2 3 1 评价指标选取原则 评价指标体系必须遵循科学性、不重复性、操作简易性、静态和动态指标相似性、层 次性相统一等原则【2 8 1 。 ( 1 ) 科学性原则：指标的选取应该与所要评价的对象有着紧密的联系，而不必考虑 数据的获取难度等问题。 ( 2 ) 不重复性原则：指的是评价指标体系中，功能相近的评价指标不能扎堆在评价 指标体系中，而应该选取更能反映评价对象的指标，这样使得评价指标体系更加的简明。 ( 3 ) 操作简易性原则：指的是所选取的评价指标体系要具有一定的代表性和可比性， 在实际的操作中，指标容易被量化，而且评价指标需要的数据可以通过一定的方法获得到。 ( 4 ) 静态和动态指标相似性：指标的确定并不是一成不变的，它需要随着时间和空 间的变化而不断的改变，已达到最有的状态。 ( 5 ) 层次性原则：层次性指标值的是对于某一个具体的评价对象，我们从不同的角 度和侧重点去评价，因此，所选取的质变应该具有一定的层次结构。 清单分析表中的评价指标的选取应遵循评价指标选取原则，根据具体工艺的i p o 过程 模型，选择合适的清单分析评价指标。不同的工艺路线，所对应的资源消耗和能源消耗， 以及环境排放会大不相同。对于某一复杂的工序来说，该工序中的资源消耗和环境排放的 的种类会有很多，所涉及的指标也会很多，这其中，既包括定性的指标，也包括定量的指 标【2 9 1 。由于时间和空问的问题，指标数据的采集会面临着许多问题，甚至有的指标数据根 本无法收集，因此，在对加工过程进行资源环境属性评价时，要选取给些共性的指标来 建立评价指标体系【3 0 】。 当前，对零件加工过程的资源消耗进行分析主要分析零件的原材料和能源消耗，分析 和评价制造过程中的环境影响问题主要考虑的是加工过程中的产生的废气、粉尘、废液等 排放物的种类和特性，其中除了考虑排放物对环境的影响状况外，还要考虑这些排放物对 加工人员的健康带来的危害。 武汉科技大学硕士学位论文第9 页 2 3 2 绿色评价指标体系的建立 评价指标体系指的是对某一评价对象进行综合评价的指标的集合【3 1 1 。 零件加工过程的资源环境属性综合评价指标体系是根据评价的目标来建立的，这其中 包括改善加工过程中影响环境废弃物的排放，提高生产的坏境友好性和工艺的绿色性，在 某一工艺的i p o 模型中，可以得到该工序的输入和输入状况，在此基础上，换一种方式来 表达，将输入的情况用资源消耗来表示，其中资源消耗分为原材料消耗、辅助材料消耗和 能源消耗。输出状况可以用环境影响来表示，这其中，环境影响包括粉尘的排放、废气排 放等对环境不友好的废弃物。评价体系的目标层指标是共性指标；指标层指标的选取根据 各工艺的不同会有一定的差异，是个性指标，由具体工艺而定，如图2 4 所示为某车削工 里堑型篁 匡型i 堡苎墅堕堕】 厂彳1 j i l 厂彳彳工丁1 丁彳7 鬲 劁例俐倒：恻c 5 粥俐c 7 c 2 c 3 c 6c 7 刮懈 i 料消li 料消耗ii 消耗ll 污染ll ：”il 弃物污jl 污染ji 盂二目标层 i 耗c lq 5 j 架1 4 ”i 丁三己丫士己与毛丁丫丫 圉圈圈同同圈网圉离蟊同同闰圈 ( 1 )原材料消耗：零件加工过程中的原材料消耗主要包括加工材料的利用率以及切 削量。在零件的加工过程中，原材料的成本是加工的主要成本，原材料的利用是否合理直 ( 2 ) 辅助材料消耗：在零件的加工过程中除了主要原材料之外，辅助材料也不可避 免，不同的工序所需要的辅助材料的数量和种类也不一样。以切削加工为例，在这个过程 中，机床、刀具以及夹具都是不可缺少的，否则，零件的加工无法进行。对于一般的零件 加工来说，切削液的使用不仅可以降低切削温度，还可以及时冲走铁屑，对加工过程及其 主重要，但是切削液的使用会给环境带来一定的污染。 ( 3 ) 能源消耗：制造过程能够顺利的完成，需要不断的为制造系统提供能量供机床 转动消耗，能量的消耗量、效率直接影响企业的制造成本。 ( 4 ) 空气污染：零件加工过程中，还会带来一定的空气污染，比如说，加工过程中 产生的废气以及切削粉尘等，特别是最近几年来，越来越多的人换上了职业病，这与车间 工作环境的空气污染有着密切的关系。 ( 5 ) 水污染：零件加工过程中，切削液的大量使用会产生大量的废水，以及对于某 些年代已久的机床来说，会有漏油的情况，这也会产生水污染，除此之外，某些特定工序 可能要经过电镀过程，这就会产生一些含重金属的废水，同样也会产生水污染。 第1 0 页武汉科技大学硕士学位论文 ( 6 ) 固体废弃物污染：固体废弃物包括有毒废渣和其他废渣两大类，有毒废渣主要 有铬渣、氰渣、镍渣，其他废渣有切屑、燃煤炉渣、电石渣、工业垃圾等。 ( 7 ) 其他污染：除了上述常见的污染外，还会产生一些其它的污染，例如噪音污染、 热辐射污染以及电离辐射污染等，这些污染有的虽然看不到，但是它们同样也会对环境带 来不同程度的污染。 ( 8 ) 生产安全性：它指产品制造过程中各个环节因故障等原因产生的设备及其周围 环境的不安全性，设备及车间环境是否适应o h s a s l 8 0 0 0 职业安全卫生管理体系的相关要 求，从而避免危害车间工作人员的，特别是机床操作人员的健康。 通过上述分析可以看出，以上指标的选取遵循了评价指标的选取原则，而且可以相对 全面的反映制造过程中的资源环境属性及对人的危害，选取这些指标可以合理的对制造过 程进行绿色评价。 2 4 清单分析指标层数据的收集与量化 零件加工过程资源环境属性清单分析需要收集该零件加工的每一道工序的相关数据。 数据含定性和定量两类。收集数据的程序可因不同的工艺过程，评价范围和目的而异。在 收集数据前，需要对数据来源和种类有一个明确的了解。清单分析数据集所包含的数据会 随着数据来源是原始和间接地、数据类型以及数据集合水平( 如单个零件还是零件平均值) 的改变而进行相应的调整。数据来源的范围很广，如一些企业加工数据、专家的经验知识 和实验报告等等，其他可得到的政策；杂志、论文、书、专利；参考书；行业联合会；相 关的数据清单分析；产品和生产过程说明书等。 清单分析中的数据包含两个方面的数据，即通过各种渠道收集的原始数据和通过推理 等间接得到的间接数据。原始数据主要是制造企业的生产数据。原始数据可直接进行分析 或直接运用于数据收集过程。通常情况下，原始数据在清单分析中更有用，因为其能更精 确地反映产品生产过程，并且对于分析数据质量的修正性也更有效。间接数据是指通过特 定的方法得到的数据，如对于某些定性指标，通过模糊综合评价法将其量化，这种数据就 是所谓的间接数据。间接数据更难于进行评价，因为它们不包括数据收集的解释。不过有 时候间接数据对于评价生产过程更有价值，因为它们一般为均值【3 2 】【3 3 】。 2 4 1 数据的收集方法 一般来说，数据的收集方法有如下几种获取方法：( 1 ) 自己通过各种渠道收集( 自行 收集) ；( 2 ) 通过对现有数据的分析( 工艺过程资源环境属性清单分析) 和专家的经验知 识中获取；( 3 ) 通过查询相关文献获得。自行收集是结合所研究的对象和设计目标，按照 零件的生产过程，自行收集数据；国外很多研究机构都有自己建立的数据库，可用于查询， 从这些数据库和知识库中获取自己所学的数据；文献查询是从很多论文、专著和研究报告 等文献中获取数据，这些文献都使用一些数据和方法来证明观点。非报告性数据主要来自 制造商、实验室、政府和其他机构。由于这部分数据较为分散，因此较难获得。 武汉科技大学硕士学位论文第1 l 页 工艺过程资源环境属性清单分析指标层数据属于加工过程的加工数据。按照上述收集 方法，工艺过程资源环境属性清单分析指标层数据可以在在现有资料中查找，如企业报表、 质量管理部门的报表、环境保护部门的报告等，这些数据的来源都是一些比较权威的部门， 因此数据的可信度会很高。 对工艺过程资源环境属性清单分析指标层数据的采集有时候是非常困难的，因为很多 指标数据难以采集或者存在模糊性、不确定性，甚至本身就是一个定性的指标，如操作安 全性【3 4 1 。 原材料消耗数据的采集一般都是在加工现场进行收集，通过电子称等工具对某一具体 工序加工前后原材料的质量进行称重，就可以得出该工序的原材料消耗量。 辅助原材料消耗数据的采集一般是对加工刀具的磨损、单位时间内切削液的消耗量以 及工装消耗等数据的收集。其中，切削液、电解液和工装采用定性说明方法进行描述。刀 具采集方法为现场收集，查看工人刀具领用清单，可获得刀具的月消耗量( 把月) 。切削液 的收集方法是在一定的时间范围内( 一般设定为一个月) ，切削液的消耗总量。电解液采 集方法为现场观察，看本工序是否使用电解液，以及电解液的类型和使用情况。工装采集 方法为现场调查，看是否使用工装夹具，以及夹具种类( 通用专用夹具) 。 能量消耗的收集方法是根据所用机床的功率来决定或者是根据这个车间内一个月所 消耗的电能的总量来表示。燃烧能为燃料的消耗功率。 空气污染排放采集分为油雾、刺激性气味、粉尘、有毒性气体等的采集。油雾的采集 用环境检测专用仪器检测空气中的硫化物粉尘等影响健康物质的多少。刺激性气味检测刺 激性的强度，用环境检测专用仪器检测。粉尘检测多少程度，用环境检测专用仪器检测。 有毒性气体检测多少程度，用相关检测方法检测。 水污染排放采集分为切削液、切削液的毒性、漏油等采集。切削液现场观察，看是否 使用切削液，以及切削液的类型和使用情况。切削液的毒性采集切削液进行化学分析。漏 油采集方法为现场观察漏油情况的严重性。 其他污染采集分为噪声和电磁辐射采集，噪声现场用噪声测试仪进行测试。 2 4 2 数据的量化 在加工过程的资源环境属性评价中，指标的数目和种类繁多，有定性的指标也有定量 的指标，不同指标之间的数据单位级数或许也不尽相同，这就给评价带来了不好的影响， 甚至会影响评价结果的准确性，为了消除这种现象，所有的指标都要进行纲化处理【3 5 1 。 从图2 6 中的资源环境属性指标体系得出，指标体系中既有定性指标又有定量指标， 既有正向指标也有负向指标，其中，定量指标包括原材料消耗、辅助材料消耗中的刀具消 耗、工装夹具的消耗、固体废弃物污染中的铁屑等指标；定性指标主要包括切削液的消耗、 机床的漏油情况以及设备的操作安全性等。正向指标有安全性；负向指标有主辅料资源的 大量消耗、能源的大量消耗、以及产生的给环境带来危害的废弃物的排放。对这些指标进 行量化是非常困难的，选取正确有效的量化方法，是保证评价结果真实、准确的必要条件。 第1 2 页武汉科技大学硕士学位论文 由上文分析可以看出：资源环境属性评价指标包括定性指标和定量指标。为了利用科 学的方法将这些指标进行量化，达到统一，也为后面综合评价奠定基础，本文使用一种量 化方法对这些定量、定性指标进行量化。所采用的方法是专家调查法，利用生产现场广泛 收集的数据和对定性指标的描述，参考工艺条件，并结合相关标准( i s 0 1 4 0 0 0 ，o h s a s l 8 0 0 0 等1 和实际操作者的感受等，可选择十个专家分别对资源消耗指标采用“低、较低、一般、 较高、高”的评语集进行量化评价，对环境影响指标采用“无、较少、有、较多、多的 评语集进行量化评价，量化的结果归一化后可作为后面工艺综合评价的模糊评价矩阵。 2 5 本章小结 本章内容主要是对零件加工过程中的资源环境属性清单进行分析，详细描述了各种评 价指标的获取方法和数据的收集方法，为零件加工过程提供一定的数据支持。除此之外， 通过对某一具体的零件加工过程的i p o 模型进行分析，根据加工的实际情况，建立一个综 合评价指标体系，及评价指标体系中各种指标的量化问题。 武汉科技大学硕士学位论文第1 3 页 3 1 综合评价方法原理 3 1 1 综合评价方法的优势 第三章工艺综合评价 任何单一的评价模型都有其自身的优点和缺陷，不可能存在一种绝对完美的评价模 型，通过对单一评价模型的应用范围和自身的优缺点进行分析，针对某一具体的问题，选 择一些合适的评价方法，将这些评价方法组合起来，建立一个综合评价模型，该模型可以 充分发挥单一评价方法的优点，弱化了单一评价方法的缺点，这样，评价的结果较单一评 价方法得出的结果更加科学和准确。 由于层次分析法具有简明、适用以及科学等特性，它可以对要解决问题中的一些定性 和定量指标进行统一处理。层次分析法解决具体问题不需要花费很长的时间，因为在这种 方法中，主观评价占了很重要的因素，正因为如此，它不需要大量的数据就可以进行分析。 从系统的观点来看，层次分析法对于解决一些关系复杂，而且指标难以量化的问题很 适用，通过在问题中引入定量分析，加以专家根据自身的经验知识将定性指标加以量化， 这样，在解决实际问题时将定量指标和定性指标都考虑进来了，并最终都以定量指标来反 映评价的结果，使得决策更加科掣3 6 】。 模糊评价法是一种处理对象具有模糊性的有效方法，它可以将一些定性的指标量化， 已达到统一评价的目标。它可以很好的应用于一些用传统数学观点看来无法进行数量分析 的问题上。 3 1 2 评价指标权重的确定 在零件加工过程资源环境属性评价的过程中，对各层指标进行权证分配是一个很关键 的问题，本文在权重的分配中采用的是层次分析法。 层次分析法是一种基于最优化的思想的，将定性和定量结合在一起的评价方法，它将 专家的经验知识转化为数学关系综合分析决策者的判断结果3 7 1 。该方法既可用于综合评价 ( 决策问题) ，又可用于权重确定问题。用于确定权重的层次分析模型如图3 1 所示。 总目标 一级指标层 二级指标层 图3 1 用于确定指标权重的递阶层次分析模型 第1 4 页武汉科技大学硕士学位论文 用层次分析法确定指标权重步骤如下： ( 1 ) 构造层次结构模型 首先把要用层次分析法确定权重的问题条理化、层次化，构造出如图3 1 所示的递阶 层次结构模型。在这个模型下，复杂问题被分解为各个元素的组成部分。 ( 2 ) 构造两两比较的判断矩阵 判断矩阵是以对上一层的某要素而言将本层各要素之间进行两两比较来确定的，它反 映了决策者对本层两两要素之问与上层要素相对重要性的认识，参与层次分析的人员应是 对研究对象富有经验并有判断能力的专家。假定上一层次的元素日。作为准则，所支配的 下一层次的元素为c 。，c ：，c 。针对准则b 。，比较两个元素c ；和c ，哪个更重要，按 照表3 1 定义的比例标度对重要性程度赋值，形成判断矩阵c = ( c ，) 棚3 8 1 。 表3 1 判断矩阵标度及含义 序号重要性等级 c i j 赋值 l i ，j 两元素同等重要 1 2 i 元素比j 元素稍重要 3 3 i 元素比j 元素明显重要 5 4 i 元素比j 元素强烈重要 7 5 i 元素比j 元素极端重要 9 6 上述两相邻判断的中间值 2 ，4 ，6 ，8 7 因素i 与j 比较为c i j ，则因素j 与i 比较为c j i = l c i j倒数 ( 3 ) 层次相对权重确定与层次单排序一致性检验 确定目标权重： 步骤1 ：将判断矩阵按行求