2 　关键技术研究

    区别于传统制造模式, 绿色制造要求设计、材料、工艺、包装、处理在产品的各个阶段的绿色化。因此, 绿色制造模式下的PLM 系统需要解决以下几个关键技术问题。

    2-1 　绿色设计

    在绿色制造中, 有五项关键技术, 即所谓的“五绿” (绿色设计、绿色材料选择、绿色工艺规划、绿色包装、绿色处理)。这“五绿”涉及了产品的整个生命周期。其中绿色设计是关键, 产品能否达到绿色标准要求, 其决定因素是该产品在设计时是否采用绿色设计, 因为研究表明, 产品性能的70 %～80 %是在设计阶段决定的。只有在设计阶段按照绿色产品的特点和标准进行规划、设计, 才能保证产品最终的绿色特性。而且绿色设计在很大程度上决定了材料、工艺、包装和产品寿命终结后处理的绿色性。

    绿色设计要求在产品及其生命周期全过程的设计中, 充分考虑对资源和环境的影响, 在考虑产品的功能、质量、开发周期和成本的同时, 优化各有关设计因素, 将产品及其制造过程对环境的总体不良影响减到最小。绿色设计又称为面向环境的设计。其主要内容包括面向环境的产品结构设计, 面向环境的制造环境设计或重组, 面向环境的工艺方案设计, 面向环境的产品包装方案设计, 面向环境的产品回收处理方案设计等。

    图4中处于应用逻辑层的绿色设计分系统的设计实施就是强调应用工程设计自动化系统(CAD/ CAM系统) 和绿色设计的有机集成。因此, 绿色设计分系统需要包括三个层面的内容: 产品研究开发、功能单元设计和材料选择。例如,工程车辆的绿色设计,首先是用CAD/CAM系统开发设计绿色工程车辆, 即无污染或少污染的新型工程车辆。然后应用可拆卸设计、可回收设计等绿色设计技术, 使工程车辆更便于回收和再生利用。最后采用绿色材料, 即对环境无害化材料, 使工程车辆报废后便于处理。

    2-2 　物能资源分系统设计

    物能资源系统是面向产品全生命周期的物流系统和能量流系统。在物流系统中, 最主要也是最重要的是面向环境的材料选择。面向环境的材料选择就是要在产品设计中尽可能选用对生态环境负面影响小的材料, 即选用绿色材料。然而, 一方面绿色材料并没有明确界限, 在实际中识别选用难于处理; 另一方面选用材料在考虑产品的绿色性同时还必须考虑产品功能、质量、成本等多方面要求。可以看到, 绿色材料选择是一个系统性和综合性很强的复杂问题。作者建议在PLM集成系统中的材料选择采用基于成本的选择方法, 即在满足工程(包括功能、几何、材料特性等方面的要求) 和环境等需求的基础上, 使零部件的成本最低。建立绿色材料数据库是进行绿色材料选择的基础, 在图3 体系结构中的数据库系统应包括绿色材料选择数据库。这个数据库的完善性将很大程度上决定了产品选材的绿色性。因此, 这个绿色材料数据库将需要不断地更新和进一步完善。能量流系统包括能量种类、消耗状况(各消耗环节的构成、利用率、损耗率等) 、对环境的影响等。在绿色制造模式下, 也需要综合评估各种动力能源, 在满足环境保护、能源消耗等需求的基础上使成本最低。

    2-3 　绿色制造评估体系

    绿色制造评估体系是对产品在全生命周期进行评估的闭环系统, 分析所设计产品在生命周期各阶段以及整体的资源、能源消耗情况, 评估产品设计的可拆卸性能、可回收性能等主要因素, 来评定产品的制造是否符合绿色制造要求, 以及应该在哪些方面进行改进。因此, 做好绿色制造的评估是实施绿色制造系统非常重要和关键一环。绿色制造评价体系应包括环境属性、资源属性、能源属性、经济性、宜人性、“绿色”管理和设备维护性等七个大类, 其中包含的各种因素繁多, 既有定性指标又有定量指标, 因而如何评估绿色制造实施的状况和程度是一个十分复杂的问题。作者提出一种比较适合评估绿色制造的方法———基于模型的综合评估法。该方法可以进行各主要绿色影响因素的联合评估, 同时也兼备了对一些主要因素的单项评估。例如, 在绿色设计中有一种十分重要的设计手段和方法———面向拆卸的设计。它是一种使产品最容易拆卸, 并能从材料回收和零件重新使用中获得最高利润的设计方法。图5 所示是面向拆卸设计的评估流程, 根据产品需求进行零部件结构设计、材料选用、生产工艺规划等。接着进入面向拆卸评估, 建立可拆卸性信息模型, 进行产品拆卸过程分析和拆卸性评估, 并在此基础上提出产品可拆卸设计修改和改进建议, 多个方案经过综合评估决策后确定最佳设计方案。整个流程是个闭环回馈系统, 层次改进, 不断完善。

    2-4 　知识流

    在PLM系统中一般只包括物流、资金流、信息流, 而基于绿色制造的PLM 系统还应包括知识流(图2) 。系统中的知识流将为绿色设计,绿色材料选择, 绿色工艺规划, 绿色包装, 绿色处理技术提供有效支持, 而且知识流和物流、信息流一样都应当双向流动, 即存在反馈过程。具体说, 物流反馈就是通过回收处理方式使资源得到再利用, 信息流与知识流在产品各个子系统中的双向运动使得产品具有更好创新性并符合绿色的要求。知识流必须以知识库建立为前提, 图4 所示在系统体系结构的底层支撑上必须要建立绿色制造知识库。该库包含大量与“绿色”制造有关的理论和专家经验等内容, 如面向拆卸设计评估规则库, 面向回收设计评估规则库, 面向综合决策规则库等。同时该库也应具有开放性, 允许用户修改和补充。

    3 　结束语

    绿色制造是社会可持续发展战略在制造业中的体现, 是一种可持续发展的企业组织、管理和运行的新模式。和传统制造模式相比, 绿色制造模式对企业的信息化提出了新的要求。通过分析绿色制造的特点,给出了绿色制造模式下信息管理模型; 并进一步探索了绿色制造系统和PLM系统的集成模式, 提出了基于CORBA/ Web技术的绿色制造模式下PLM 系统的集成体系结构。该结构充分利用了这两种先进制造技术的集成特性和各自的优势, 使企业中的信息流、知识流、物流和资金流有机集成。绿色制造模式下PLM系统所面临的关键技术问题是绿色设计、物能资源分系统设计、绿色制造评估体系和知识流。