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1、环境价值链分析方法及应用研究第 12 卷第 9 期 2 0 0 6 年 9 月 计算机集成制造系统 Computer Integrated Manufacturing Systems VoI12 No9 Sep2 0 0 6 文章编号：10065911(2006)091511-05 环境价值链分析方法及应用研究 黄海鸿，刘志峰，刘光复，郭伟祥 (合肥工业大学 机械与汽车工程学院，安徽 合肥 230009) 摘 要：为了在产品系统中体现环境意识，提出了减小产品环境影响的环境价值链分析方法。依据 EcoIndi cator99 方法，基于生命周期作业单元进行环境影响的定量化分析 ，建立了环境价值定

2、量化分析模型，采用环境价 值来规范度量环境影响。分析了环境价值链的概念与内涵，指出产品系统环境价值最大化的环境价值链分析 目 标。最后，通过空调压缩机的供应商选择实例说明了环境价值链分析的应用。 关键词：环境影响 ；生命周期评价；环境价值链分析；供应商选择 中图分类号：TB21；TH122 文献标识码：A Method application of environmental value chain analysis HUANG Hal-hong，LIUZhifeng，LIUGuangftl，GUO Wei-xiang (Schof Mech AutoEng ，Hefei Univof Tec

3、h ，Hefei 230009，China) Abstract：To increase environmental protection awareness in product system，Life Cycle Assessment(LCA)was a dopted widely to evaluate quantitatively the lifecycle environmental impact of productsBased on LCA and Eco In dicator 99 method，a quantitative analysis model of environme

4、ntal impact based on the lifecycle task units was pro posed，and the impact value was normalized by environmental value that was the ratio of the real environmental im pact to the ideal environmental impactTo optimize the whole lifecycle environmental value of products，Environ mental Value Chain Anal

5、ysis(EVCA)method was presentedThe environmental value chain was established。and the concept，content and objective of EVCA were analyzedEVCA assessed the lifecycle environmental impact of different EVCA roles with the environmental value that was normalized to the scale of 01The supplier selection of

6、 the compressor in airconditioner illuminated the application of EVCA Key words：environmental impact；life cycle assessment；environmental value chain analysis；supplier selection 0 引言 制造业一方面促进着人类社会的发展和进步， 另一方面消耗了大量的有限资源，造成了严重的环 境污染。对此，许多国家先后颁发了严格的法律法 规来约束制造业 L1。 产品的环境影响是产品在其生命周期的某个阶 段或全过程，对环境造成危害的一种定性

7、或定量的 统计。文献2提出了产品全生命周期的概念，即产 品的生命周期包括原材料的获取、产品设计、产品制 造、销售运输、使用与维护以及产品回收的全过程。 生命周期评价(Life Cycle Analysis，LCA)是汇总和 评估一个产品(或服务)体系，在其整个生命周期内 的所有投入及产出对环境造成的或潜在的影响的系 统方法 l_3。在过去十多年里，LCA 的研究主要集中 在生命周期清单分析方法(Life Cycle Inventory， 收稿 日期：2005 一 O621；修订 日期：2OO51O 一 18。Received 21 June 2005；accepted 18 Oct2005 基

8、金项目：国家自然科学基金资助项 目(50375044)。FoundationitemiProject supported bytheNationalNatural Science Foundation，China(No 50375044) 作者简介：黄海鸿(198O 一)，男，安徽安庆人，合肥工业大学机械与汽车工程学院博士研究生，主要从事绿色设计与制造、先进制造技术等的研 究。Email：h haihongsohucorn。 维普资讯 /.cqvip4 计算机集成制造系统 第 12 卷 LCI)、环境影响评价方法(Life Cycle Impact As sessment，LCIA)、生命周期

9、解释与改进 3 方 面。 LCA 解决了材料、工艺、产品生命周期过程的主要 环境影响定性或定量化问题，是产品设计决策中环 境决策目标定量化的重要方法与工具4 。 本文基于 LCA 方法，在环境影响定量化分析 的基础上，提出了环境价值链分析方法，并应用环境 价值链分析来提高产品环境价值，为产品设计决策 提供一种系统化的分析方法。 1 环境价值链分析 11 基于作业单元的环境影响定量化 根据环境毒理与化学学会(SETAC)以及国际 标准化组织(IS0)的定义，LCA 主要包括 目标及范 畴定义、清单分析、影响评估和改进分析 4 个阶段。 国内外的学者对清单分析进行了广泛深入的研究， 在传统的基于工

10、艺过程 的方法上，开发了基于输 入一输出分析的清单分析方法，以及综合两种方法 的混合分析方法7 ，并在清单分析的基础上，开发 了多种环境影响评价方法，包括荷兰的 EcoIndi cator95 和 EcoIndicator99 方法、丹麦的工业产 品环境设计 (Environmental Design for Industrial Product，EDIP)方法以及 CML2001 方法等9 。 。 。 综合基于过程的清单分析方法与基于输入一输出的 清单分析方法，本文提出了基于生命周期作业单元 环境影响评价。生命周期作业单元是指产品系统在 提供相应功能满足用户需求的过程中的所有活动单 元，是针

11、对产品生命周期特性提出的一个抽象模型。 作业单元分析模型如图 1 所示。作业单元弱化工艺 流程的详细信息，重点对输入输出进行规划，从而提 高清单分析效率。 噪声 O 废弃物 O 排放物 O 图 1 作业单元的环境影响分析模型 在图 1 中， 为上一作业单元的输出；O1 为本 作业单元对下一作业单元的输出；I 为本作业单元 所消耗的资源， 。一 + + o，其中 表示输入 的材料 ， 表示输入的能量， 。表示其他形式的输 入，比如对作业单元环境污染控制的成本投入等。 根据 ISO14042，影响评价基本包括分类、特征 化、标准化与评估 4 个步骤。产品系统及其工艺过 程在生命周期过程中，对环境的

12、影响形式基本可以 分为自然资源损耗、能源损耗、全球变暖潜力(Glob al Warming Potential，GWP)、臭氧层破坏潜力(O zone Depletion Potential，ODP)、光化学臭氧产生潜 力 (Photochemical Ozone Creation Potential， POCP)，以及 酸化 潜力 (Acidification Potential， AP)、富营养化潜力 (Nutrient Enrichment Poten- tial，NEP)、持久毒性、生态毒性与固体废物堆积、人 体听力损害等口。 。 。将输人 工。 、噪声 ON、废弃物 Ow 和排放物

13、O 等作业单元中的环境输入输出，按其 对环境的影响特征划分到不同的影响形式类别中， 并依据环境评估中常用的 Ecoindicator99 方法， 将各环境影响形式划分到生态环境危害、人体健康 危害、资源能源损耗 3 个影响大类中；最后，对 3 个 影响大类赋权值进行标准化，得到最终的环境影响 评估值生态指数1。 。 ，单位为 Pt。即作业单元 W 对环境造成的影响 ： 3 Ij 一 ：口 E 。 (1) 百 式中， 为第 i 个环境影响大类的权值，显然 a +。 +a。一 1；E 为环境影响标准化值， Ei 一 z 。 (2) 式中，m 为第 i 个环境影响大类中的影响形式个数， X 为第 种

14、影响形式的环境影响当量值，p 为其当 量值到环境影响标准化值的转换系数。 对 z ，以全球变暖潜力(GWP，gCO。)这一环境 影响形式为例，有 zJ(GWP)一 GWP gSubstance 。 (3) i 式中，GWP 为物质 i 的全球变暖潜力当量因子。 12 环境价值 对于产品系统，环境价值是与产品对环境造成 的影响相关联的。产品对环境的影响越小，其环境 价值就越大。因此，产品的环境价值 与环境影 响 E，存在反比关系： Ev。C1EJ。 (4) 为量化环境价值 Ev，设产品生命周期过程中作 业单元的理想环境影响为 E， ，在生态环境能容忍 的范围之内。在下述两个假设下，产品系统及其作

15、 维普资讯 /.cqvip 第 9 期 黄海鸿 等：环境价值链分析方法及应用研究 业单元具有理想环境影响 Ehi ： (1)采用先进的原材料开采技术、节能节材设 计、清洁生产技术与回收技术后，生命周期过程的资 源能源利用率最高，产品废弃后完全回收。具体而 言，在设计与制造阶段，大量使用可再生材料，采用 清洁生产技术，高效率地利用能源与资源；在使用阶 段，采用节能技术；在回收阶段，所有的材料能够在 不产生环境影响的前提下高效、安全地回收。 (2)作业单元中所有的污染排放、噪声与废弃物 排放都满足国家与行业标准。随着各国环境法律法 规的健全，对各种污染排放、资源能源损耗都有其国 家标准与行业标准，

16、这些标准数据是环境价值的计 算基准。 图 2 给出了环境价值定量化分析模型。由式 (4)，有 EvEmi EJ。 (5) 一 般来讲，0Ev1，Ev 越大，产品系统及其作业 单元的环境价值越高，对环境的影响就越小。当 Ev 一 1 时，表示产品在生命周期作业单元中对环境无 害或危害较小，在环境容许范围之内。Ey 是衡量环 境价值的一个规范化的值。 1 E 最理想情况，E ， 图 2 环境价值定量化分析模型 需要指出的是，本文中的环境价值与传统的环 境经济性概念不同，环境价值仅表示环境影响的相 对大小，是环境影响的一种规范化表示方式。 13 环境价值链分析 环境价值链是从供应商开始，直到产品回收

17、结 束的一系列环境价值链改变活动及相应的作业单元 流程。环境价值链涉及到产品系统全生命周期过程 的作业单元，这些单个过程与单个作业单元之间是 相互关联、相互影响和相互作用的。环境价值链分 析以最大化产品全生命周期环境价值为目标： max Ev 一 警十_ 土 。 (6) L I1 1_ L I2 _f_? 十 L h 式中， 为产品系统的全生命周期作业单元个数。 环境价值链分析的前提是识别产品环境价值链 的构成角色，明确链中每个角色的任务、划分生命周 期过程与作业单元。一般地，环境价值链的角色包 括原材料供应商、设计者、制造商、使用者、维修者以 及回收者。作业单元的划分依据每个价值链角色与 生

18、命周期阶段的特点，如在制造装配阶段，以制造工 艺为基本作业单元；在包装运输与使用阶段，则以整 个生命周期过程为作业单元。 环境价值链分析内容主要包括：物料的供应 链分析，如基于环境意识的供应商选择；制造过程 分析，如基于环境意识的制造工艺分析；包装运输 分析；使用维护分析；回收处理分析。环境价值 链分析通过优选材料与零部件供应商、优选与改进 产品设计方案、制造工艺方案与回收处理方案等，最 大化产品系统的环境价值，满足式(6)的要求。在优 选材料与零部件供应商时，考虑的因素除供应商 自 身在材料获取阶段与零部件制造阶段的环境影响 外，还包括与材料零部件相关的产品零部件在运 输、制造、使用与维护以

19、及回收阶段的环境影响。设 计方案优选与改进需要从产品的材料与零部件供应 商选择，从制造工艺环境性、可拆卸性、可回收性、可 维护性、可重复利用性等方面出发，改进产品的材料 组成、零部件结构与产品装配结构。制造工艺方案 与回收处理方案的改进，需要深入到产品制造阶段 与回收处理阶段的作业水平，以单位工艺过程为作 业单元进行作业分析，消除不必要的作业，改进作业 链，从而提高资源利用率，减少工艺过程的环境污染 物质。 综上所述，环境价值链分析是基于 LCA 的产 品环境影响系统化分析方法。LCA 是定性或定量 评价产品系统环境影响的方法；而环境价值链分析 首先采用了基于作业单元的环境影响定量化方法， 并

20、进一步对产品系统的环境影响进行规范化处理， 从而在产品的全生命周期内，从同一评价尺度出发， 针对环境价值链角色进行环境影响的比较分析。 2 实例分析 应用环境价值链分析进行供应商选择。某空调 产品需要外购压缩机，现有两个供应商 A 与 B。在 分析空调环境价值链角色并获取相关生命周期数据 的基础上，进行环境价值链分析，部分数据来源于参 考文献11。根据 EcomIndicator99 方法，图 3 给 出了环境影响因素与各类环境影响之间的对应关 系。供应商 A 与 B 在生产制造压缩机时的环境污 维普资讯 /.cqvip 计算机集成制造系统 第 12 卷 染因素如排放、废弃物等原始数据如表 1

21、 所示。 使用寿命一定，对压缩机 A 和 B 的生命周期数据进 图 3 环境影响因素与各类环境影响的对应关系 表 1 环境影响原始数据 以 GWP 为例，单位质量(g)的氮氧化物和 CFC 的全 球 变 暖 影 响 潜 力 分 别 为 290 gCO 和 7 900 gCO2 Clz，则对供应商 A 与 B，由式(3)可得： GW_PA 一 018+0085290+0227 900： 1 7628； GW_PB 一 022+0080290+0257 900=1 9984。 同理，计算得到供应商 A 和 B 的环境影响定量 值，如表 2 所示。式(2)中的转换系数 等部分数 据来源于 EcoIn

22、dicator99 L1。 。 ，环境影响定量值的 单位为 mPt。确定式(1)中的权重时，按 EcoIndi cator99 方法，可取生态环境危害 a 一 04、人体健 康危害 a 一 04、资源能源损耗 a。一 02。 表 2 供应商的环境影晌定量值 在压缩机材料获取与制造阶段，当各项环境影 响原始数据达到行业的最高标准时，其理想环境影 响的 E 为 300 raPt，由式(5)得到供应商 A 与 B 的环境价值，分别为： EvA1 一 EI i 1EIA10654 5； EvB1 一 EI i 1E 加 10543 9。 Ev Ev 供应商 A 的内部环境价值更高。 但从环境价值链的角

23、度考虑，还要考察两种压缩机 在空调生命周期其他阶段的环境价值。由于压缩机 结构不同，压缩机内安装的相关零部件结构也不同。 两种压缩机以及与之相关的零部件在空调生命周期 过程中的环境影响原始数据如表 3 所示。设空调的 行环境影响分析，结果分别如表 4 与表 5 所示。 表 3 压缩机 A 与 B 的生命周期数据 压缩机 A 压缩机 B 能源噪声固废废水CFC能源噪声固废废水CFC kWh dB innl。 m。 mg kW h dB iilln。 m。 mg GWP ODP 压缩机 A gCO2 mgcFc_l1 固废 NEP 能源损耗EIAz gFe mgNO3 kW h raPt 压缩机

24、B WP ODP NEP。 kW掼耗h ra Pt 于是，对选择压缩机 A 与 B 这两种不同的空调 设计 方案，相关 的后续生命周期 阶段环境影 响 E ，E 分别为 1 3465 mPt 和 9026 mPt。生命 周期全过程环境影响 EJ ，E 分别为： EIAEIA1+EI A21 8049 raPt， E 佃一 E1Bl+E B21 454。2 raPt。 在生产制造、包装运输、使用维护与回收处理 4 个阶段中，压缩机以及与之相关的空调零部件对环 境的理想环境影响 E 为 720 mPt，于是 EI InEI i 1+EI iTl21 020 raPt。 由式(6)，压缩机 A 和

25、B 两种选择方案的生命 周期环境价值 Ev ，Ev 分别为： EvAEI i EIA 一 0565 1， EvBEI i EIB 一 0701 4。 Ev Ev ，应该选择供应商 B，这与仅从供应 商角度分析得到的结果截然不同。通过分析数据发 维普资讯 /.cqvip 第 9 期 黄海鸿 等：环境价值链分析方法及应用研究 1515 现，虽然供应商 B 在提供压缩机时对环境造成了更 大的影响，但由于其产品结构合理，易于维护与回 收，在空调使用维护阶段与回收阶段的环境影响比 供应商 A 提供的压缩机要小。综合分析，选用 B 型 压缩机时产品系统具有更高的环境价值。 3 结束语 基于环境意识的空调压

26、缩机供应商选择实例， 说明了环境价值链分析的应用。结果表明，只有在 充分研究产品生命周期全过程并构建产品系统环境 价值链的前提下，才能优化整个产品系统的环境价 值，减小其生命周期的环境影响。 参考文献： 1 LIU Fei，CAO Huajun，HE NaijunOn stateoftheart of green manufacturingJChina Mechanical Engineering，2000， 11(12)：105110(in Chinese)刘 飞，曹华军，何乃军 绿色制造的研究现状与发展趋势 EJ中国机械工程，2000，11 (12)：105110 E2 KUO T，HUA

27、NG S，ZHANG H CDesign for manufacture and design for ：concepts，applications，and perspectivesJ Computers Industrial Engineering，2001，41(3)：241260 E3 REBITZER G，EKVALL T，FRISCHKNECHT R，et a1Life cycle assessment Part I：framework，goal and scope defini tion，inventory analysis，and applicationsEJEnvironmen

28、t In ternational，2004，30(5)：701720 4 CHOI A，KAEBERNICK H，LAI WManufacturing processes (上接第 151O 页) 星 曾 框 5 1 O ： 瞄 I I 1 l 置 墨 冒 霉 l 1 文件 1 文件 2 文件 3 文件 4 文件 5 文件 6 文件 7 文件 8 存储对象名称 圈 未使用热点处理策略 口 使用热点处理策略 图 4 改造前后用户下载所需时间对比 4 结束语 企业分布式信息存储的热点处理策略是针对现 阶段 CIMS 中信息的“信息集中、分布存储、透明获 取”面临的各种问题提出的。该策略能够实现热点

29、 存储对象的热量信息管理和自动扩散，从而达到扩 充有效用户容量、减少企业信息存储系统内部通信 modeling for environmental impact assessmentJJournal of M aterials Processing Technology，1997，7O(3)：231 238 5 ADISA ALife cycle assessment and its application to process selection，design and optimizationJChemical Engineering Journal，1999，73(1)：121 E6 XI

30、ANG Dong，DUAN Guanghong，WANG JinsongData pro cessing of product life cycle analysisJComputer Integrated M anufacturing Systems，2002，8(2)：150 154(in Chinese) 向 东，段广洪，汪劲松产品全生命周期分析中的数据处理 方法J计算机集成制造系统，2002，8(2)：15O 一 154 7 LEE K M，LEE S Y，HUR TLife cycle inventory analysis for electricity in KoreaJEnerg

31、y，2004，29(1)：87101 8 SANGWON s，GJALT HMethods for life cycle inventory of a productJJournal of Cleaner Production，2005，13(7)：687 697 9 DREYER L，NIEMANN A L，HAUSCHILD M，et a1Corn parison of three different LCIA methods：EDIP97，CML2001 and Ecoindicator 99-JInternational Journal of LCA，2003。 8(4)：191200

32、 1O GOEDKOOP M，EFFTING S，COLLINGO MThe EcoIn dicator99 一 a damage oriented method for life cycle impact assessment manual for designersMAmersfoort，Neth erlands：Ministry of Housing，Spatial Planning and the Envi ronm ent，2000 1 1 ZHANG H C，LI JUsing fuzzy multiAgent decision making in environmentally

33、conscious supplier management JAnnals of the CIRP，2003，52(1)：385388 12 MICHAEL H，HENRIK WEnvironmental assessment of products：Volume 2MLondon，UK：Chapman Hall， 1998 量、提高系统容错性，以及抑制系统抖动等 目的，实 现了分布式透明存储系统的热点扩散，取得了良好 的效果 。 参考文献： 1 LEI LinField bus control network technologyMBeijing： Publishing House of E

34、lectronics Industry，200432 33(in Chinese)雷 霖现场总线控制网络技术M北京：电子工 业出版社，20043233 2 YIN Junwen，ZOU Pen，WANG GuangfangDistributed oper ating systemsMBeijing：National Defence Industry Press， 2000122128(in Chinese)尹俊文，邹 鹏，王广芳分布式 操作系统M北京：国防工业出版社，2000122128 3 LUO Guangchun，ZHANG Jun，LU Xiangliang，et a1Active block layout：a high performance disk layout mechanismJ Operating Systems Review，2003，12(4)：5 13 I-4 SATYANARAYANAN MScalable，secure，and highly availa ble distributed file accessJIEEE Computer，1990，23(5)：65 77 维普资讯 /.cqvip