캬웕톶 第9卷第5期工业工程Vol. 9 2仪l6年9月September 2仪l6Industrial Engineering Journal 制造业绿色产品生命周期结构模型研究徐剑，温馨，张青山(、沈阳工业大学管理学院，辽宁忧阳11ω23) 摘要:在分析绿色产品生命周期的基础上，构建了形成涵盖绿色产品属性内涵、评价指标、生命周期各阶段的多属性矩阵结构模型。对模型的结构和特点进行了详细的分析。该模型是建立制造业绿色产品评价体系的前提，具有通用性和可重构性等特点。关键词:绿色产品;生命周期;生命周期结构模型中图分类号:X324文献标识码:A文章编号:1ω7':7375(2(脱)05-0086-06Research on Life-cycle Structural Model of Green Product for Manufacturing Industry XU Jian, WEN Xin, ZHANG Qing-shan ( School of Management, Shenyang University of Technology, Shenyang 11ω23， China) Abstract: On the basis of analyzing the life-cycle of green product. this paper has put forward the multiat›tridute matrix structural model, which includes aUributes, eveluating indicator, every stages of life-cycle for green product. And this paper details analysis on the strueture and characterstic of the model. It is the premise to the establishment of green product evaluation system for manufacturing industy. and has the characteristice of common use and reconfigurable, etc. Key words: green product; life-cycle structural model 由于资源和能源消耗最少、利用率最高、环境危使用和再生利用等应用技术研究方面，或是针对某害最小的制造业绿色产品对人类的可持续发展有着个行业和相关领域问题开展的专题性研究，如建设非常积极的作用，因而在环境恶化和资源短缺的今项目环境影响评价、可再生资源的优化管理、基于产天已引起人们的普遍关注，与绿色产品有关的技术、品再生生态链的多生命周期工程策略、清洁生产、机方法和工具的研究也正在迅速兴起和不断发展，如电产品复用件和回收逆向供应业务建模与调度仿绿色设计、绿色制造、绿色包装等[1]。但迄今为止有真、绿色供应链、企业绿色持续发展战略等。另外，关制造业绿色产品的评价研究仍是探索很少的新课虽然近年来国内外相关文献阐述和研究成果也给出题，其理论建设和实践研究工作还相当薄弱。目前了生命周期评价(LCA)、环境影响评价(EIA)、环境国内外的一些课题研究、论著和相关成果主要集中管理系统(EMS)和产品绿色度评价等方法，但也只在为实施绿色制造提供指导的绿色制造理论体系、是局限于环保和设计方法学的角度。可见，以往的绿色制造系统框架、通用物能模型及其算法工具研产品评价理论和方法尚未研究和涉及绿色产品的评究方面，或是面向产品生命周期某个阶段和特殊问价。因此，有必要针对制造业绿色产品构建生命周题的绿色设计、绿色工艺、绿色材料、绿色包装、循环期结构模型，依据模型对绿色产品进行评价。本文收稿日期:2∞5-07-06基金项目:国家自然科学基金资助项目(70472034) 作者简介:徐剑(1966-)，男，教授，博士研究生，主要研究方向为生产管理、物流管理.
캬웕톶 第5期徐剑，温馨，张青山:制造业绿色产品生命周期结构模型研究87 是在对绿色产品生命周期进行分析的基础之上，构间。本文研究的目标为构建制造业绿色产品多属性建制造业绿色产品生命周期结构模型，并对模型进生命周期矩阵结构模型。行了详细的分析。2 制造业绿色产晶生命周期结构模型1 绿色产品、产品生命周期和结构模型的构建制造业绿色产品不同于以往的制造工业产品，综观产品生命周期结构模型的发展历史口，710]，它具有环境友好性、资源和能源消耗最小性、最大限国内外已有不少研究，也取得了一定的研究成果。度的可回收再利用性。因此，可以把不牺牲产品功主要涉及产品生命周期模型的目的、内容和建模方能、质量、成本并满足设计方案的约束条件下;在产法，或是面向产品生命周期某个阶段和特殊问题的品生命周期全过程中，符合特定的环境保护要求、对应用技术研究方面，或是针对某个行业和相关领域生态环境无害或危害极少、资源利用率最高、能源消问题开展的专题性的研究。提出的产品生命周期模耗量最低、可回收再利用率最高的产品称作绿色产型的概念以及在构建模型的过程中没有充分考虑到品[2J。绿色产品的"绿色"是贯穿于生命周期的全过产品的生命周期特性，特别是关于制造业绿色产品程并体现出对环境友好和产生正面影响的。其属性的生命周期和多生命周期特性。所构建的生命周期不仅包括以往产品的基本属性和经济属性，还包括模型一方面不具有通用性、可重构性和根据要求不环境属性、资源属性、能源属性和社会属性。绿色产同进行收缩、扩展和组合的特性;另一方面科学性、品开发要求从可持续发展观、环境伦理观、环境意识合理性和可操作性不强，在实际应用中困难重重。设计和技术范式的层次上，把环保和"环境问题"纳为了便于对绿色产品生命周期各个阶段，并综入到产品及开发生产的一切方面，并使其内部化和合绿色产品属性内涵和评价指标对绿色产品进行评核心化，即产品不仅要有以往强调的经济性和技术价，笔者做了一个绿色产品生命周期短阵结构模型性，还应有绿色性。(如图2所示)。其横轴反映产品生命周期各个阶产品的生命周期过程包括市场需求识别、开发段，纵轴则作为影响产品绿色特性、经济性、技术先设计、加工制造、包装、运输、使用和回收处置的循环进性及绿色产品属性等因素的分析和评价指标。矩过程。一般地，将产品生命周期分为产品开发、产品阵内的每一项反映产品某个阶段的某个因素分析和制造、产品使用及产品回收4个主要阶段山，这4个评价指标。阶段形象地描述了产品从诞生到消亡的整个生命周评价指标期过程。(如图1所示)社会属性环境属性l产品销售l资源属性IF~h~~~-~~'h~m ~I产品回收能源属性ll 分析评价指标矩阵[g，，lmxn图1产晶生命周期过程技术先进性所谓结构模型[4]，就是应用有向连接图来描述经济属性系统各要素间的关系，以表示一个作为要素集合的基本属性l 生命周产品开发产品制造产品使用产品M收期阶段系统的模型。它是一种以定性分析为主的几何模图2制造业绿色产晶生命周期结构模型型，除了可用有向连接图描述外，还可以用短阵形式来描述。而短阵可以通过逻辑演算用数学方法进行笔者所构建的产品生命周期结构模型，是在以往模型[11抖]的基础上，不仅包括以往模型的基本特处理。因此，如果要进一步研究各要素之间的关系，点，而且满足以下4个基本条件，这为模型的实际应就能通过短阵形式的演算，可使定性分析和定量分用提供了很大的方便。1)涵盖绿色产品属性内涵、析相结合。结构模型作为对系统进行描述的一种形评价指标、生命周期各阶段的多属性矩阵结构模型。式，正好处在自然科学领域所用的数学模型形式和2)对产品具有全面和全过程的描述，简洁的表达绿社会科学领域所用的以文字表现的逻辑分析形式之
캬웕톶 第9卷88 工业工程低，不产生环境污染或将污染降低到最小程度，并便色产品的生命周期全过程。3)具有通用性和可重构于维护。回收处理阶段是产品生命周期的最后一个性。的可根据具体产品、评价目标、属性划分、时间跨度和区域环境要求的不同进行收缩、扩展和组合。阶段，也是产品中一部分零部件获得新生的开始，是对废弃淘汰产品按其性能保持情况，确定回收策略3 模型分析(重复利用、再制造、材料回收、填埋焚烧等)，使资源得到最大程度的再利用，最大限度地减低环境负担，在构建模型之后，笔者对模型的结构和特点进这一阶段也是衡量产品绿色程度的重要阶段。行分析。2)纵轴一一绿色产品的各项评价指标。纵轴是 模型结构分析表示绿色产品都要满足的指标，即在不同的生命周本文构建的生命周期矩阵模型是一个二维的矩期阶段，绿色产品都要满足各项评价指标。例如，企阵模型，其横轴为生命周期的各个阶段，纵轴为评价业开发生产绿色产品的目标不只是单纯让用户满意绿色产品的各项指标。笔者依次对横、纵轴进行分或是只求用户和企业双方满意，而是要使用户、企析。业、环境和社会均满意，追求企业经济效益和社会效1 )横轴一一生命周期的各个阶段。横轴是表益的协调优化。纵轴上所表示的指标是相对概括示绿色产品从设计开发、生产制造、使用/维护到回的，它们也具有非常丰富的内容。现分别加以阐述。收处理所经历的时间段，也即产品从摇篮到再现的①基本属性指标生命周期全过程。本文是对生命周期进行系统的分基本属性指标是指根据市场及用户需求所确定析研究之后，以及在前大研究的基础之上，对生命周的产品最基本的性能参数，主要包括产品的功能指期进行归纳总结选取的具有代表性的4个"名词"标和质量指标。绿色产品必须满足产品的基本属性产品开发、产品制造、产品使用和产品回收.其各自指标。都具有丰富的内容。(见图3)②绿色产品的经济性产品研究产品规划绿色产品的经济性是面向产品的整个生命周产品设计期，与传统的经济性(成本)评价有着明显的不同。生产准备以往采用的经济性指标大都考虑产品的设计成本、加工制边生产成本以及运输费用、储存费用等附加成本，很少装配检验考虑因工业生产、经济活动所造成的环境污染而导产品使用致的社会费用，也很少或不考虑因有毒有害生产工产品维护产品服务艺对人体健康造成危害而导致的额外医疗费用及产可拆卸问收品达到生命周期后的拆卸、回收、处理处置费用对产重组品总体经济性的影响，绿色产品的经济性分析则必重用须考虑上述因素。图4是绿色产品经济性评价指标改装的构成。再造设计开发成本填埋焚烧制造成本圄3绿色产品生命周期备阶段详细内容储运成本服务成本绿色产品开发设计的主要任务是绿色产品的描使用成本述与实现，包括绿色产品的研究、规划、设计。生产维护成本制造阶段即设计结果的物化过程，其主要任务就是环境污染治理成本用绿色的原材料、绿色的能源、绿色的生产工艺生产职业保健成本处理处置成本出符合设计要求的绿色产品。使用/维护阶段是产品层次的延续，其主要任务是使用安全可靠、能耗圄4绿色产品经济性评价指标的构成
캬웕톶 第5期徐剑，温馨，张青山:制造业绿色产品生命周期结构模型研究89 绿色产品的经济性是从生命周期循环的角度出废气、放射性物质、工业气体污染物发，其指标必须反映产品生命周期循环的所有特性。粉尘和光化学氧化物等…二…绿色产品的戚本主要由企业、用户及环境三方面来物理性污染物、化学性污染物、生物性污染物承担，其效益也应由这三方面来分享。绿色产品成有机污染物、无机性污染物本构成可见表10生产噪声、使用噪声、表l绿色产品成本构成表噪声污染物其它噪声企业成本用户成本环境成本电磁污染电离辐射、电磁辐射设计开发成本使用成本动力机器运转、人工爆破、振动污染生产制造成本维护成本交通运输运输储藏成本运输存放费用环境污染治理成本土壤污染售后服务成本能源资源费用职业保健成本人体健康影响最终处理费用最终处理费用处理处置成本圄6绿色产晶环境属性评价指标构成循环再生费用循环再生费用③绿色产品技术先进性和人力资源，是绿色产品生产所必需的最基本条件。由于绿色产品强调从整个生命周期循环来分析其中对环境影响最直接、最重要的是材料资源和设问题，因此，其技术先进性应包括生产过程各项技术备资源指标。如图7所示。的先进性(如可靠性、简单易行性、冗余度、柔性以及各技术之间的协调性等)、产品功能和使用性能的先进性(如产品应具有的功能及其主要部件应具有的分功能、总体及各部分的性能参数等)、回收处理及再利用阶段技术的先进性(如拆卸的可靠性、拆卸的方便性、回收利用技术的可靠性等)。如图5所示。设备资源利用率生产过程的技术先进性先进高效设备使用率产品功能的技术先进性专业人员比例使用性能的技术先进性绿色知识的普及率回收处理的技术先进性绿色决策信息绿色技术信息圄5绿色产品的技术先进性指标的构成绿色管理信息④绿色产品环境属性。环境属性指标主要是指在产品整个生命周期内圄7绿色产晶资源属性评价指标构成与环境有关的指标，是绿色产品不同于一般产品的⑥绿色产品能源属性主要特征之一，也是产品绿色度综合评价中最重要能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础。的一个环节。环境属性指标包括水环境指标、大气随着生产的快速发展和人类生活水平的提高，能源环境指标、土壤污染指标、噪声指标、固体废物指标的消耗量与日俱增，供需矛盾十分突出，缓解此矛盾等(如图6所示)。由于产品的固有特性，不同产品的重要途径就是节约能源，力求能源的优化利用。有不同的环境属性指标，如电冰箱在酸洗、磷化、喷节约和充分利用能源是绿色产品的又一大特性，从塑过程中排放的废水、废气，制冷剂和发泡剂是否采另一个侧面来说，能源利用率高，也就节约了资源，用CFCs及使用过程中的噪声等。减少了环境污染。一般来说，能源生产过程需要利⑤绿色产品资源属性用其他各种资源(如煤、石油等)，且会产生一定的环笔者所讲的资源属性是广义的资源，它包括产境污染，因此，必须最大限度地节约和利用能源。由品生命周期中使用的材料资源、设备资源、信息资源
캬웕톶 90 工业工程第9卷于目前全世界生产的能源的809岛被世界上209岛的组合指标评价，例如对机床的整个生命周期过程进人口所消耗，当其余809岛的人口达到同样的消费水行绿色产品的进行性评价。可以对产品的某个生命平时，将迫使能源生产转变方向。因此，必须研究出周期阶段或几个组合生命周期阶段进行单个指标或最佳利用能源的方法，研究最佳利用能源的制造工几个组合指标评价，例如对机床的开发阶段进行绿艺及废弃物处置或回收再生技术和工艺。在产品设色产品的综合评价，或进行环境属性和经济性组合计中，要尽量使用清洁能源和再生能源、采用合理的指标评价。生产工艺提高能源利用率。图8是绿色产品的能源3)行向量和属性指标的构成[6]。hi=主酌，h表示第i个指标在所研究的产品整个生命周期过i程中的指标和，即对产品整个生命周期阶段进行评价的单个指标和。如果第i个指标在第j个某个阶段没有影响，则gij=00 l为所研究的生命周期阶段个数，若研究的是生命周期各个阶段(总数为时，则l = no VZ[6]4)单类综合指标h的标准化处理值i圄8绿色产晶能谭属性评价指标构成通常指标有"效益型"指标，是指属性值越大越⑦绿色产品社会属性好的指标;"成本型"指标，是指属性值越小越好的指绿色产品除满足以上指标要求外，还必须考虑标;"固定型"指标，是指属性值以某一个固定值为最社会发展的需要。因为许多产品与文化、道德、人好的指标;"区域型"指标，是指属性值以落在某一区伦、社会安定及社会进步有关，因此社会属性也应是域内为最佳的指标。而且，一般来说，不同的评价指绿色产品评价中不可忽视的一类重要因素。绿色产标使用的量纲和单位是不一致的。品社会属性指标主要包括:社会对绿色产品制造的因此，为了保证评价指标的可比性、评价的公正需求度、科技教育投入占GDP的比例、医疗卫生投性，应对评价指标进行标准化处理。本文采用模糊入占GDP的比例等。理论或者公理化设计对评价指标进行标准化处理。 模型特点分析5)列向量加权和该矩阵模型具有如下6个特点。1 )可任意按产品生命周期某个阶段或组合阶段ω乓=立iVi'和绿色产品7个特性影响某个因子或组合因子组成式中ωt为第i个指标的权重，三间=1;鸟表示→个分析评价子矩阵，例如产品制造资源消耗子矩阵，如图9所示。第j个阶段所研究的组合指标的影响加权指数，即对评价指标产品某个阶段进行综合评价的加权指标和业为所研究因子的个数，如果对所有因子m研究，则kmo = 材料资源笔者采用层次分析法确定叫。设备资源|产品制运资源消花子矩阵的行向量、列向量总和人力资源|分析评价指标矩阵[V.，]=hVij +i 哉。信息资源飞表示产品整个生命周期阶段所研究的组合指标的其它资源L1.生命周期阶段.十准备加工制造装配检验影响加权指标总和，也就是对某个绿色产品进行的综合评价。圄9产晶制造-一资谭消耗子矩阵模型4 结论2)从模型的特点1)得出，依据该模型可以对某个产品的整个生命周期过程，进行单个指标或几个制造业绿色产品将成为21世纪国际制造商品
캬웕톶 91 第5期徐剑，温馨，张青山:制造业绿色产品生命周期结构模型研究[5J刘志峰.绿色产品综合评价及模糊物元分析方法研究市场的主导产品，绿色产品的"绿色度"是通过产品[DJ.合肥工业大学机械学院，2∞3.的生命周期来体现的。因此，构建绿色产品的多属[6J冯珍.绿色产品制造策略研究[DJ.西安电子科技大学机性生命周期结构模型，评价绿色产品的生命周期过械学院，2∞1.程就显得非常重要。制造业绿色产品生命周期结构[7J刘红旗，陈世兴.产品绿色度的综合评价模型和方法体系模型是进行制造业绿色产品评价的基础。本文在分[JJ.中国机械工程，2∞0，11(9):1013-1016. 析绿色产品生命周期的基础上，提出了形成涵盖绿[8 J Zust R, Gaduff G. Life-cycle modeling as an instrument for 色产品属性内涵、评价指标、生命周期各阶段的多属lif-cycle engineering [ J J. Annals of the CIRP, 1997, 46 性矩阵结构模型，该模型既对产品具有全面和全过(1) :351-354. 程的描述，又具有通用性和可重构性，可根据具体产[ 9 J Leo Alting. Life cycle engineering and design [ J J. Annals of 品、评价目标、属性划分、时间跨度和区域环境要求the CIRP, 1993,42(2) :456-462. [ 10 J Kosuke 1. Life-cycle engineering design: design for manu›的不同进行收缩、扩展和组合。并对该模型的结构facturability[ JJ. ASME, 1997,6-7 ,20( 1-2) :21-24. 和特点进行了详细的分析，为进行绿色产品评价进[ 11 J Harjula T, Rapola. B, Knight W A. Design for disassem›行了有益的探索性研究。bly and the environmengt [ J J. CIRP, 1995,45 ( 1 ) : 109-114. 参考文献:[12J Veikko J, PO均ola，Paivi Rousou. Using holistic product [ 1 J江吉彬，林志广，刘志峰，等.面向生命周期的绿色产品集models to describe industrial production [ J J. Resources, 成模型研究[1].机械设计2∞2，13(5):4-7. Conservation and Recycling, 2∞2，35(7) :31-43. [2J陈荣秋，周水银.生产运作管理的理论与实践[MJ.北京:[ 13 J Lars Hvam. A procedure for building product models [ J J . 中国人民大学出版社，2∞ and Computer-Integrated Manufacturing, 1999,15 [3J李爱平.基于知识面向环境的产品全生命周期模型[1]. (5) :77-87. 中国机械工程，2003,14( 4) :295-298. [ 14 J XuXY ,Wang Y Y. Multi-model technology and its applica›[4J董军旗.西安市交通问题的结构模型研究与应用[DJ.长tion in the integration of CAD/CAM/CAE [ J J. Joumal of 安大学管理学院，2∞ Processing Technology ，2∞2，129(2) :563-567. 萨尔d今公司将'%<在你也么也叫制峙岂知飞也示ψ氛也乐?石、甘苦你也尔也尔兰护不哇袋也吉尔也尔也需鸣梅、馆也常在加占绪也余业本'"严吉尔也制律业部也牛、占勾硝抖尔也制始均由筑市》和业科坷也常左宗占乐电尔也"，*，写~尔也和知企业结边你也尔巴尔布尔在输也尔在加喝不毡勿乎也如包句i'~乐业尔》不吐尔在命也朵也写在也停业组，æ;尔Y箭毕体坛包制部(上接第60页)[4J(美)罗伯特·迈克沃.绩效管理[MJ.北京:中国标准出成员共同努力，脚踏实地，坚持不懈。虽然如此，建版社，2∞O.立基于文化的绩效管理系统为企业可持续发展提供[5J黎群.如何定义企业使命[1].中国电力企业管理，2∞4，了可行的参考途径及方法。15 (3) :32-34. [6J曹蔚讳.提高组织、凝聚力的重要工作-塑造共同愿景参考文献:[1].企业经济，2∞3，8(3) : 92. [ I J陈晶瑛.员工绩效管理与提升企业核心能力的研究[1].[7J丁敬平.认识全面薪酬战略[经理世界杂志社，经济问题，2∞4，3(4):37-38 2∞1， 1O( 4) :24-25. [2 J John P Kotter, James L Heskett. Corporate culture and per›[8 J Richard Payne. 3P Model [ J J. Human Resources Manage›formance [ M J . New York: The Free Press, 1992 :04. ment,2000,13(5) :84-98. [3 J王碧霞.lBM创造高绩效文化的考绩制度[1].能力杂志，1999,4(5) :38-40.
