PLM为制造业再创“绿色机遇”

据统计，造成全球环境污染的70％以上的排放物来自制造业，它们每年约产生55亿吨无害废物和7亿吨有害废物。由于消费品的大量普及，产品使用寿命的缩短，废弃产品的数量也在急剧增长。整个人类的生存环境面临着迅猛增长的废弃机电产品的压力。在此背景下，世界各国对绿色制造的呼声越来越强烈。特别是在国内，绿色制造更是成为实现可持续发展的有效途径之一。

然而绿色制造是项复杂的系统工程，它综合运用现代制造技术、信息技术、自动化技术、管理技术和环境技术等,其中PLM（Product Overall Lifecycle Management，产品全生命周期管理）必将扮演重要角色，同时PLM在国内的本土化过程中，顺应绿色制造的变革一项挑战，更是一次创造“绿色奇迹”的机遇。

一、绿色制造模式及其实施问题

绿色制造，又称环境意识制造、面向环境的制造等。美国制造工程师协会（SEM）蓝皮书的定义是：“绿色制造，又称清洁制造，其目标是使产品从设计、生产、发运、到报废处理的全过程对环境的负影响达到最小”。它所涉及的领域有三个方面：(1)制造领域：包括产品生命周期全过程；(2)环境领域；(3)资源领域。而绿色制造就是这三大领域内容的交叉集成。绿色制造的体系结构（如图1）所示

图1 绿色制造的体系结构

绿色资源

首先要求改变传统的选材方法，在满足基本功能的前提下，尽量选用无毒、低能耗、少污染材料，选用可再生材料及可回收材料，提高资源利用率。

绿色设计

传统的设计是以人人的需求和解决问题为出发点，忽视产品生产和使用过程中的资源和能源消耗以及对生态环境的影响。绿色设计则是在产品全部生命周期内，着重考虑产品环境属性（节能性、可拆卸性、长寿命、可回收性可维护性、可重复利用性）。

绿色生产

主要包括绿色工艺、绿色生产设备、绿色环境、绿色管理等。绿色生产要求比常规方法能显著地节约能源、节省资源。同时在生产过程中，最大限度地避免或减少对人体的危害，如电磁辐射、噪音、有毒气体、有毒液体对环境的污染。如日本的清洁制造、美国的敏捷制造、德国的“制造2000”战略都强调了生产过程中应无污染或少污染，减少生产对环境的负面影响。

绿色包装

摒弃求新立异的消费理念，优化产品包装方案，使得资源消费和废弃物产生最少。实施绿色包装设计，减少包装材料，考虑包装材料的回收、处理和循环利用；使用无毒、无污染、可以再生和降解的材料。使包装做到“3RID”(Reduce减量化、 Refuse回收重用、Recycle 循环再生、Degradable可降解)。

绿色使用

充分利用人机工程学的原理，使产品在使用过程中舒适、省力、方便、并且令人愉快，绝对保证使用过程的安全、无污染。

绿色回收和处理

产品的回收处理从产品设计的开始就要充分考虑。要采用针对拆卸的设计、考虑回收中的后勤运输问题、回收产品状态的可能变化、一些零件被损害或腐蚀等问题。报废的产品应及时回收、处理。一方面，经拆卸后，零部件可以重新使用，节省了大量原材料；另一方面，也减少了环境污染。因此在产品考虑过程中，要使产品易于拆卸，使不同的材料可以很方便地分离开，以便于循环使用、再生或降解。

与传统制造模式相比，绿色制造有五项关键技术,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”同样也涉及了产品的整个生命周期。除了观念上的革新外，从技术条件上绿色制造模式也存在一系列问题：

1、网络化

绿色制造的网络化特别是基于Internet/Intranet的制造已成为重要的发展趋势。绿色制造是一个集成系统，为了实现优化管理、优化决策、要将生产过程通过企业局域网将各个加工中心、设备等联系起来，对整个过程实施整体监控。

2、信息化

信息化是实现绿色制造的关键要素及有效手段。绿色制造是一个综合考虑资源优化利用和环境影响的制造系统，追求的目标是资源利用最优、环境副作用最小。因而，生产过程中，需要建立加工设备、切削刀具、切削液、切削用量、工件材料、环境、能源等相关资料的机械加工数据库。采用神经网络、人工智能等先进技术对各种制造工序进行模拟、仿真、虚拟加工和决策，并通过INTERNET与企业其他数据库系统实现互联共享，实现并行设计与生产。

3、柔性化

绿色制造的柔性包括工艺柔性、运行柔性和机器柔性等。现代生产方式已由大批量、单一品种生产逐步过渡到小批量、多品种生产。因而要求绿色制造系统能根据市场要求快速反应，并且在最短时间内满足市场要求。

二、借力PLM走出“绿色困境”

在绿色制造构建的美好蓝图和实施困境中，许多企业陷入两难境地，一方面在政府的倡导下，绿色制造模式是大势所趋，促使企业希望有所尝试；另一方面，来自传统制造模式的惰性，以及对实施绿色制造的陌生，又让他们止步不前。那么PLM的利用可谓一把利器，为企业成功实施绿色制造注入新的希望。

PLM是一种企业级信息化解决方案。它具备一个完整技术框架,为企业中对应于产品设计、制造、管理等环节的应用软件提供基础集成平台,并进行有效整合、扩展和延伸。其中产品全生命周期是指从产品需求开始到产品报废、回收的全部历程, 包括产品需求规划、设计、生产、经销、运行、使用、维修保养、回收再用处置等主要阶段。作为一种先进的制造理念,PLM系统集数据库的数据管理能力,网络的通信能力和过程的控制能力于一体,管理着产品生命周期中所有和产品有关的信息和过程,实现了分布式环境下产品数据的统一管理,给出了一个信息基础框架, 它是实现并行工程的一个技术保证,也是实施网络环境下绿色制造系统的技术基础（如图2）。

图2 产品全生命周期管理系统体系结构

在实施绿色制造模式时，PLM可以帮助企业解决以下几个关键技术问题：

1、绿色设计

在“五绿”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。

PLM在绿色设计中大有用武之地，图2中处于应用系统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、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。

在图2中的技术层中就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。

3、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。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。

因此,图2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。

结束语

如果说PLM是产品生命周期管理的信息化手段，那么绿色制造理念为它指明了方向，更为传统制造企业的信息化带来绿色生机。

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