白碩瑋，張進生，王 志，王經(jīng)坤

（1.山東大學 高效潔凈機械制造教育部重點實驗室，山東 濟南 250061；2.山東省石材工程技術(shù)研究中心，山東 濟南 250061）

0 引言

作為環(huán)境友好型的生產(chǎn)模式，清潔生產(chǎn)強調(diào)源頭消減污染、提高資源利用率，已經(jīng)在全球范圍內(nèi)引起制造、環(huán)境科學和管理工程等領域?qū)＜业墓餐P注［1］。全生命周期評價（Life Cycle Assessment，LCA）技術(shù)已形成比較完善的框架體系（包括目標與范圍的確定、清單分析、影響評價和解釋四部分），在綠色設計中得到了廣泛應用［2］。清潔生產(chǎn)在概念上可以延伸到產(chǎn)品全生命周期的大多數(shù)階段，對于原材料開采、加工行業(yè)（如石油、采煤、冶金、石材等），清潔生產(chǎn)的概念范圍幾乎與產(chǎn)品的LCA 研究范圍重合。因此將LCA 的思想與生產(chǎn)工藝方案設計過程相結(jié)合，可以在方案設計階段就對其可能造成的環(huán)境影響作出評估。生產(chǎn)工藝設計是決定生產(chǎn)過程是否綠色的關鍵，在生產(chǎn)工藝設計階段對生產(chǎn)流程的環(huán)境屬性做出準確的表達和評價，是清潔生產(chǎn)技術(shù)方案設計的支撐技術(shù)。趙玉明研究了清潔生產(chǎn)指標體系和相關法律制度、技術(shù)標準以及LCA技術(shù)路線的關系［3］；劉志峰等利用模糊物元的方法建立了包括生產(chǎn)過程在內(nèi)產(chǎn)品的全生命周期綠色評價方法［4］，同時對產(chǎn)品設計全過程的能量分析、能量因子設計進行了研究［5］；劉飛對綠色制造工藝的規(guī)劃技術(shù)進行了研究［2］；曹華軍提出一種零件生產(chǎn)過程環(huán)境影響和資源消耗的IPO（input-process-output）模型［6］；VAN Berkel提出一種基于層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）、熵權(quán)法的清潔生產(chǎn)的綜合評價方案［7］；Khaled提出一套面向石材行業(yè)清潔生產(chǎn)過程的環(huán)境管理體系［8］；Anthony提出一套基于層次分析和模糊理論的印刷行業(yè)清潔生產(chǎn)評價體系［9］。

然而，現(xiàn)有的清潔生產(chǎn)評價體系都有一定的局限性：

（1）研究對象上多面向生產(chǎn)過程，針對已有生產(chǎn)過程進行數(shù)據(jù)監(jiān)測和采集，并進行環(huán)境影響評價；LCA 技術(shù)在生產(chǎn)階段評價的應用大多直接面對各個工藝過程的各種環(huán)境影響信息進行辨識、分析，對既有的生產(chǎn)過程或者詳細設計后的生產(chǎn)工藝方案進行評價或比較，缺少面向生產(chǎn)工藝方案設計階段的評價決策模型研究。

（2）在研究方法上，生產(chǎn)工藝規(guī)劃方案的評價所需要的數(shù)據(jù)清單耗費巨大的工作量，且周期長、評價結(jié)果可靠度依賴于清單數(shù)據(jù)的精度?；诜桨冈O計階段信息不確定的特性，難以直接確定與生產(chǎn)過程相關的環(huán)境影響數(shù)據(jù)，通用的LCA 的技術(shù)路線難以對生產(chǎn)工藝方案作出快速環(huán)境評價。

（3）現(xiàn)有的LCA 清單分析項目與具體行業(yè)的清潔生產(chǎn)審核指標具有差異，評價結(jié)果也不能直觀反映清潔生產(chǎn)審核的項目，對企業(yè)不具有強制性和吸引力。

本文擬構(gòu)建一種清潔生產(chǎn)工藝方案評價決策模型：在生產(chǎn)工藝設計階段對方案中包含的環(huán)境信息進行篩選和提取，并整合為生產(chǎn)的潔凈特征，以潔凈特征為清潔生產(chǎn)評價體系的基本單元，對工藝設計方案進行評價并提出改造意見，從源頭上改善企業(yè)生產(chǎn)實施過程的環(huán)境友好性。

1 潔凈特征表達模型

清潔生產(chǎn)工藝方案設計是在滿足生產(chǎn)需求的前提下，在方案的規(guī)劃階段考慮對環(huán)境的影響，對產(chǎn)品生產(chǎn)實施全過程控制和優(yōu)化，將整個生產(chǎn)流程對環(huán)境的負面影響降到最低。在生產(chǎn)工藝方案規(guī)劃階段進行清潔生產(chǎn)審核評價的主要阻礙是方案設計階段缺少對環(huán)境信息的有效集成和表達。

1.1 潔凈特征的定義

傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝方案的設計往往考慮生產(chǎn)需求、經(jīng)濟性和效率等要素，這些性能體現(xiàn)在工藝規(guī)劃的內(nèi)容上，如加工方法選擇、加工余量和工序尺寸的確定、工藝裝備選擇、切削液選擇、時間定額的確定、工藝參數(shù)確定等。清潔生產(chǎn)工藝方案的設計建立在環(huán)境影響分析和清潔生產(chǎn)審核評價的基礎上，在信息表達上與常規(guī)的生產(chǎn)工藝方案設計有一定差異性［11］。本文提出潔凈特征的概念，對生產(chǎn)工藝設計域內(nèi)環(huán)境影響信息進行描述和集成。

式中：

GE表示構(gòu)成生產(chǎn)過程的實體要素集合，如原材料、輔助材料、加工設備、搬運設備、排放物、工藝方法、循環(huán)過程等，按照實體與環(huán)境發(fā)生關系的方式進行分類，并用集合的形式表現(xiàn)出來，GE=｛Ej，j=1，2，…，n|資源實體，能耗實體，環(huán)境排放實體，工藝方法實體，循環(huán)過程實體，…｝；

用集合GF將一個復雜的生產(chǎn)工藝流程分解為若干工藝過程，如機械加工流程可以分解為材料成型、加工過程、熱處理過程、裝配過程和包裝過程等，生產(chǎn)流程的分解可以使工藝過程和環(huán)境影響實體形成對應關系，GF=｛Fi，i=1，2，…，m|過程1，過程2，…，過程m｝；

GM為影響環(huán)境因素集合，即表達生產(chǎn)過程會通過哪些方式和途徑對環(huán)境造成影響，GM=｛Ck=fk（），k=1，2，…p|礦產(chǎn)資源消耗，能源消耗，產(chǎn)品綠色性，排放污染，工藝設備優(yōu)劣，管理優(yōu)劣，…｝。

用CF 表示生產(chǎn)過程的潔凈特征，它是對生產(chǎn)工藝設計方案中與環(huán)境相關信息的集成和表達，表示某個工藝過程GFi中涉及環(huán)境影響的實體GEj，通過某種影響環(huán)境的因素GMk對環(huán)境造成影響的特征。特征指與生產(chǎn)周期有關的活動，含有工程意義的信息集成。特征可以是定量的數(shù)據(jù)，也可以是定性的評價。在生產(chǎn)工藝規(guī)劃階段，用潔凈特征作為方案評價體系的輸入單元，在生產(chǎn)過程實施之前對方案進行優(yōu)化和決策。

CF=｛CFr，r=1，2，…，q|生產(chǎn)工藝與裝備特征，資源能源利用特征，產(chǎn)品特征，污染物排放特征，回收利用特征，環(huán)境管理特征，…｝。

其中，生產(chǎn)工藝裝備特征是對生產(chǎn)工藝方案中采用的工藝技術(shù)來源和特點進行定性分析，確定其在同類技術(shù)中的地位以及所選設備的先進性；資源能源利用特征是反映方案在能耗（包括電、煤、石油等）、物耗（原材料及其轉(zhuǎn)化率）和水耗等方面的量化特征；產(chǎn)品特征用來評價生產(chǎn)完成后，產(chǎn)品在銷售、使用、報廢處理等過程的性能，包括是否符合國家產(chǎn)業(yè)政策、產(chǎn)品質(zhì)量及合格率，以及產(chǎn)品的放射性、可降解性等；污染物排放特征是預測生產(chǎn)方案在噪音、廢水、廢氣、固體廢棄物排放等方面的量化特征；回收利用特征對方案中與廢棄物回收利用相關的工藝技術(shù)、回收效率、回收成本等指標進行定量分析；環(huán)境管理特征是對生產(chǎn)方案中與生產(chǎn)過程配套的管理、制度和組織的定性描述。

潔凈特征的三元組合表征了生產(chǎn)過程各個階段的環(huán)境信息。通過GF體現(xiàn)潔凈特征的全過程性；通過GE體現(xiàn)潔凈特征的全方位性，從不同的角度評估生產(chǎn)過程的環(huán)境友好性，既包括單純環(huán)境科學上的資源消耗、能源消耗、廢棄物排放等實體，又包括工藝過程、環(huán)境管理等間接關聯(lián)實體；通過GM體現(xiàn)環(huán)境科學、法律法規(guī)、技術(shù)標準等對清潔生產(chǎn)工藝設計的約束要求。同時，潔凈特征的定義方式具有很高的柔性，可以滿足方案設計階段大量信息不確定的要求。

1.2 清潔生產(chǎn)工藝設計信息

生產(chǎn)工藝設計過程是為生產(chǎn)需求尋找載體和方法的過程。在復雜的生產(chǎn)工藝方案規(guī)劃過程中將生產(chǎn)需求分解，規(guī)劃實現(xiàn)子需求的工藝方法和工藝裝備，并逐級向下分解，直到底層工序的工藝，按照獨立性原則、信息最小原則及協(xié)調(diào)一致原則將生產(chǎn)工藝流程拆分為若干工序。以機械制造工藝方案的設計為例（如圖1），每一層設計信息中都包含LCA 在生產(chǎn)階段涉及的全部環(huán)境信息，上一層信息可以通過對低一層信息進行匯總獲得。該過程中需要確定諸多構(gòu)成生產(chǎn)過程的實體。清潔生產(chǎn)的核心是“節(jié)能、降耗、減排、增效”，因此面向清潔生產(chǎn)的工藝方案設計考慮以下實體：①資源類實體，包括原材料、輔助材料；②能耗類實體，包括加工設備、運輸設備等；③環(huán)境排放類實體，包括廢水、廢氣、廢渣等；④循環(huán)工藝（如水、切削液的循環(huán)利用過程）；⑤安全處置工藝（如廢渣的處理）等［9］。

生產(chǎn)工藝方案設計階段存在大量不確定信息，因此合理全面地表達方案設計中包含的信息，盡可能準確地提取生產(chǎn)工藝設計方案中涉及環(huán)境影響的信息是研究的關鍵。將GE和GF廣義乘法的結(jié)果定義為清潔生產(chǎn)工藝方案設計信息矩陣EF（如圖2），它將常規(guī)生產(chǎn)工藝規(guī)劃中的設計內(nèi)容映射為資源實體、能源實體、環(huán)境排放等環(huán)境影響信息，并按照生產(chǎn)中的各個工藝過程以矩陣的形式表示出來。如常規(guī)設計中的工藝裝備信息（如功率、效率、工藝參數(shù)），在清潔生產(chǎn)方案設計信息中以能耗、水耗、噪聲等形式表現(xiàn)出來。信息在數(shù)據(jù)內(nèi)容上和表達格式上具有很高的柔性：可以是一個工序的信息，也可以是整個生產(chǎn)過程整體的信息，不要求每一行每一列都完整；可以是定量的數(shù)據(jù)，也可以是定性的描述。行向量表示生產(chǎn)流程各階段的子需求，對應相應的工藝模塊，包括原材料運輸、加工、裝配、包裝等過程，工藝模塊可以根據(jù)設計的詳細程度進一步細分，只需要增加相應工藝模塊的行數(shù)；列向量表示常規(guī)生產(chǎn)方案設計過程中的各實體類型，每個類型可以細分為若干實體，只需要增加信息矩陣的列數(shù)。

1.3 環(huán)境影響因素分析

生產(chǎn)工藝方案設計是對整個工藝流程的總體概括設計，包括很多不確定因素，確定因素中也有一部分難以量化。本文環(huán)境影響因素在形式上采用定量和定性相結(jié)合的表達方式，內(nèi)容上綜合了我國清潔生產(chǎn)審核的具體要求，以及國際環(huán)境組織在ISO14040和ISO14044 中規(guī)定的LCA 類型，從企業(yè)工藝設備和管理狀況、資源消耗、能源消耗、污染排放和廢棄物利用等方面進行研究。每個方面可以細分為若干具體環(huán)境影響的方式，如資源消耗可以細分為化石燃料的消耗、淡水使用、礦產(chǎn)資源的消耗等，污染排放可以細分為固體廢棄物排放、廢氣排放、廢液排放、物理性排放等。這些考察的因素類型并不固定，可以根據(jù)具體行業(yè)具體工程及評價的目的進行篩選或增減。

為了便于潔凈特征的提取，以矩陣的形式表示生產(chǎn)工藝設計方案中的環(huán)境影響因素集合GM，構(gòu)成潔凈特征提取函數(shù)矩陣，如圖3所示。其中列向量表示環(huán)境影響的各種方式，每一個列向量中的元素為相同的提取函數(shù)，每一類影響因素可以細分為幾種具體影響方法，表達時只需增加矩陣列數(shù)即可。

1.4 特征提取模型

潔凈特征信息的提取聚合公式為

式中，提取函數(shù)fk（）定義了相關潔凈特征的集成和篩選規(guī)則，一般由環(huán)境法規(guī)、技術(shù)標準等要求項構(gòu)成，將清潔生產(chǎn)工藝設計方案中包含的信息，經(jīng)過提取、調(diào)整、計算、聚合等處理后獲得潔凈特征值。通過該函數(shù)將清潔生產(chǎn)工藝設計方案中的資源能源利用、污染物產(chǎn)生、廢物回收利用等清潔生產(chǎn)審核指標對應的特征值提取出來，生成該方案的潔凈特征矩陣。在乘法運算上，其除了按照矩陣乘法法則進行行與列的運算，還包含了當量單位的換算，以及依據(jù)實際工程意義實施的柔性計算方法（簡化、估算等）。其運算結(jié)果可以將一個特征值換算為國際通用的當量物質(zhì)表示，也可以表示為行業(yè)標準所規(guī)定審核的項目，如能源消耗可以表示為消耗折合標準煤量，也可以根據(jù)具體審核的要求用每單位產(chǎn)品消耗電能計量。而有些特征可以使用定性的評價來表述，如該生產(chǎn)方案中使用的工藝裝備的先進性、環(huán)境管理制度的合理性等。矩陣CF 中的每一列都對應一種潔凈特征，第j列對應的清潔特征為

需要說明的是，式（3）中求和符號的含義并非嚴格數(shù)學意義上的簡單累加，而是一種對各個工序生產(chǎn)潔凈性的綜合。在工程應用中，每一個潔凈特征的指向都是具體行業(yè)的清潔生產(chǎn)審核評價指標體系中的指標，從而形成特征矩陣與方案評價模型的數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)了從生產(chǎn)工藝設計方案的信息中提取評價模型所需要的數(shù)據(jù)。

2 清潔生產(chǎn)工藝方案評價方法

2.1 評價指標體系

為了使企業(yè)在主動的清潔生產(chǎn)工藝方案設計與被動的清潔生產(chǎn)審核之間達成目標的一致性，面向清潔生產(chǎn)工藝方案的評價指標體系，應當盡量與面向生產(chǎn)過程的清潔生產(chǎn)審核評價指標體系保持一致。用層次分析模型對指標分兩個層次進行處理：第一個層次指標對應清潔生產(chǎn)審核的六大類固定指標，即生產(chǎn)工藝與裝備指標、資源能源利用指標、產(chǎn)品指標、污染物產(chǎn)生指標、廢物回收利用指標和環(huán)境管理指標；第二個層次指標根據(jù)具體行業(yè)特點結(jié)合ISO14040和ISO14044規(guī)定的LCA 類型確定。二級指標的數(shù)據(jù)來源于從生產(chǎn)工藝設計方案中提取的潔凈特征值。

2.2 評價模型

評價模型的關鍵是賦權(quán)和評價方法，這兩部分緊密聯(lián)系，其數(shù)學表達構(gòu)成了評價模型的主體。構(gòu)建評價體系的關鍵是從諸多綜合評價方法中針對被評價對象、評價目的、評價指標的特點，選取或設計出合理的評價方法，建立評價的數(shù)學模型。常見的綜合評價方法有模糊綜合評判法、逼近理想解法（Technique Order Preference by Simularity to Ideal Solution，TOPSIS）、人工神經(jīng)網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)包絡法、可拓綜合評價法等［12-15］。決策者通過對經(jīng)驗知識的運用選擇合理的評價方法，得到清潔生產(chǎn)方案的綜合評價結(jié)果。

2.2 反饋機制

清潔生產(chǎn)評價的目的不僅要對生產(chǎn)過程進行等級評定，還要成為生產(chǎn)工藝制定和決策的依據(jù)。要為生產(chǎn)工藝的設計、清潔生產(chǎn)技術(shù)改造等提供技術(shù)支持，就要建立評價結(jié)果和生產(chǎn)工藝方案設計之間的反饋機制。反饋機制有兩種：①反饋是多種生產(chǎn)方案的比較，可以根據(jù)幾種方案的評價結(jié)果直接進行優(yōu)劣比較，從而反饋給設計者決策結(jié)果；②為生產(chǎn)工藝方案的優(yōu)化提供支持，通過特征值提取途徑的逆行，尋找影響某種特征值的全部生產(chǎn)工藝方案設計信息，從而使決策者進行更有針對性的工藝和技術(shù)優(yōu)化改造。綜合第1章和第2章的內(nèi)容，清潔生產(chǎn)工藝方案設計與優(yōu)化決策模型如圖4所示。根據(jù)清潔生產(chǎn)的核心目標，將常規(guī)生產(chǎn)工藝方案的設計信息映射為清潔生產(chǎn)工藝方案設計信息EF，由提取函數(shù)矩陣將其中的信息提取、聚合為潔凈特征值。評價指標決定潔凈特征提取函數(shù)的類型，同時以潔凈特征值作為評價體系的數(shù)據(jù)輸入，得出評價結(jié)果的分析報表，根據(jù)結(jié)果進行方案的決策或者優(yōu)化。

3 工程實例

花崗石因其良好的耐磨性和耐酸性，被廣泛應用于精密機械部件、試驗操作臺、高精度機床平臺的制造中；另外，花崗石經(jīng)過拋光后光澤亮麗、圖紋美觀，也大量應用于建筑裝飾中。然而，石材制品加工過程中產(chǎn)生的粉塵、污水和噪聲給環(huán)境帶來了沉重負擔。隨著對硬脆材料高效加工機理的研究以及新工藝、裝備的涌現(xiàn)，石材行業(yè)的生產(chǎn)裝備正處于更新?lián)Q代階段：不同企業(yè)的工藝流程不同、生產(chǎn)設備不同、相同設備選用的工藝參數(shù)不同，再加上花崗石種類繁多、加工性能各異，導致經(jīng)驗數(shù)據(jù)和工程案例的數(shù)據(jù)參考價值偏低，研究基于清潔生產(chǎn)理論的生產(chǎn)工藝方案決策和優(yōu)化方法迫在眉睫?；牧箱徑馐腔◢徥宀纳a(chǎn)過程中最重要的工序，占總成本50%以上，占總生產(chǎn)時間80%左右。鋸解過程涉及的加工設備、工藝參數(shù)、工藝裝備對整個生產(chǎn)方案的環(huán)境友好性起決定作用。某石材加工企業(yè)對鋸解車間進行設備升級，淘汰傳統(tǒng)的框架砂鋸，根據(jù)該企業(yè)花崗石荒料特征、生產(chǎn)規(guī)模以及其他工序的工藝條件，提出以金剛石圓盤鋸（方案1）和金剛石串珠繩鋸（方案2）為加工設備的兩套方案，下面將建立兩套方案的潔凈特征模型，并進行決策和優(yōu)化。鋸解工序的工藝裝備的選擇決定了加工余量、工序尺寸、切削液選擇以及整個加工生產(chǎn)的時間定額，因此要面向整個生產(chǎn)工藝流程進行清潔生產(chǎn)評價，從而決策出最優(yōu)方案。

3.1 生產(chǎn)方案設計信息表達

花崗石定型板材的生產(chǎn)工藝流程可以分為吊裝運輸、鋸解加工、研磨拋光、鑿切加工、輔助加工和檢驗修補六個主要部分。分析以金剛石圓盤鋸為加工設備的生產(chǎn)方案的環(huán)境影響特性，表1所示為清潔生產(chǎn)工藝方案設計信息矩陣EF（7×18）。為便于潔凈特征的提取，將電耗、材耗、水耗等統(tǒng)一折算為單位成品板材的消耗量。表中的數(shù)據(jù)根據(jù)技術(shù)參數(shù)、加工理論或具有通用性的經(jīng)驗數(shù)據(jù)得到。

下面詳細列舉鋸解過程中信息數(shù)據(jù)的獲取過程：

（1）電耗。鋸機的實際功率由公式Pi=Pu+αPc求出。其中：Pu為機床的空載功率；Pc為主軸功率；α為功率平衡損耗系數(shù)，取1.15。根據(jù)鋸解加工能量消耗的研究，在廠家推薦主軸轉(zhuǎn)速Vs=40m／s條件下，功率Pc的經(jīng)驗公式為：Pc=29.41 H×，其中：ap為切削深度，Vf為進給速度，H 為石材的莫氏硬度系數(shù)，本案例中該系數(shù)為7.4。在該選取的經(jīng)驗工藝參數(shù)值Vf=4.5m／min，ap=0.4m的工況下，Pi=23.2kW·h，而鋸機的效率為2.1 m2／h，因此生產(chǎn)單位板材的電耗為11.6kWh／m2。

（2）石材消耗。本廠荒料長×寬×高=2.3 m×1.3m×1.0m，鋸切剩余鋸底的厚度為15cm，不規(guī)則系數(shù)為1.25，一塊荒料用于實際鋸割的體積為2.03m3。鋸割成的毛板厚度為3cm，鋸片厚度為1 cm，直徑90cm。薄鋸縫的實際寬度由經(jīng)驗公式m計算。其中：h 為鋸片厚度，c為鋸片的直徑與厚度比。由以上數(shù)據(jù)計算得到，單位板材消耗石材的體積為0.04m3／m2。

表1 EF矩陣內(nèi)容（方案1）

續(xù)表1

（3）水耗。設計切削液的流量為12.5m3／h，鋸機的加工效率為2.1m2／h，則單位板材的水耗等于二者的比值5.95m3／m2。

（4）～（7）粉塵濃度、有組織排放粉塵濃度、無組織排放粉塵濃度和車間噪聲，可根據(jù)金剛石圓盤鋸解案例的監(jiān)測值確定。

（8）加工石材類型經(jīng)放射性檢測儀器測定，達到天然石材放射性防護標準B級水平。

（9）環(huán)境管理實體概況是對過程管理制度定性的描述和評價。

（10）固體廢棄物處理概況是對邊角料、粉塵的收集、運輸和儲存過程的定性描述。

（11）粉塵回收。粉塵的收集情況與加工設備和石材性質(zhì)無關，可以使用該車間生產(chǎn)粉塵管理檔案的數(shù)據(jù)，回收率為80%左右。

（12）邊角料回收。由人工完全收集荒料整形及預留鋸底后剩下的成塊的廢棄石材，回收率可視為99%。

（13）固體廢棄物回收電耗。石粉在污水中由壓濾機壓成泥餅產(chǎn)生電耗，企業(yè)日均生產(chǎn)板材76.5 m2，壓濾機（功率3kW）工作2h，則固廢回收電耗為0.08kWh／m2。

（14）壓濾機噪聲75dB。

（15）污水循環(huán)過程概況是對污水回用工藝、裝備的定性描述。

（16）廢水回收。鋸解過程產(chǎn)生的廢水理論上完全由排水系統(tǒng)引入污水循環(huán)利用系統(tǒng)，鑒于過程中不可避免的損失，廢水回收率可以記為99%。

（17）污水車間噪聲測定為80dB。

（18）水處理電耗。污水池攪拌設備（3kW）每天工作12h，泥漿泵（11kW）工作2h，水處理電耗0.77kWh／m2。

3.2 環(huán)境影響因素分析

在考慮環(huán)境影響因素時，要結(jié)合具體情況對1.1 節(jié)提到的六大類潔凈特征進行不同程度的細化。本文以《石材行業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)要求》為主要依據(jù)，結(jié)合ISO14040，ISO14044關于生命周期環(huán)境影響類型的規(guī)定，建立了石材行業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標體系（如圖5）。以評價指標體系中的20個二級指標對應花崗石板材加工過程的潔凈特征，從方案設計信息矩陣EF 中提取這些特征的20個函數(shù)，構(gòu)成提取函數(shù)矩陣GM（18×20），如表2所示。

3.3 潔凈特征的建立

將表1的清潔生產(chǎn)工藝設計信息矩陣EF 與對應的提取函數(shù)矩陣（如表2）按照式（3）進行運算，提取花崗石板材生產(chǎn)工藝設計方案的潔凈特征。提取函數(shù)f 具有識別、提取的功能，能夠?qū)⒚總€工序中與相應潔凈特征的有關信息識別出來，并按照f 的規(guī)則運算、聚合為潔凈特征。為了便于數(shù)據(jù)的量化以及與后續(xù)評價指標單位一致，對不同類型的信息做如下不同的處理：

表2 提取矩陣（方案1）

（1）將電耗、水耗、板材率等清潔特征折算為單位板材的耗量來計量，其提取函數(shù)僅傳遞EF 矩陣中的相關信息，f（x）=x。以綜合電耗特征計算為例：

（2）直接使用檢測獲得的原始數(shù)據(jù)表示粉塵、噪聲、放射性等潔凈特征，結(jié)合生產(chǎn)過程中粉塵、噪聲等具體情況，其提取函數(shù)f 以最高值作為對應潔凈特征值，f（X）=max｛x1，x2，…，xn｝。以噪聲特征計算為例：

（3）將水循環(huán)利用系統(tǒng)特征、顆粒物收集系統(tǒng)特征、降噪設備特征、環(huán)境管理特征等用定性的評價分為三個等級。如水循環(huán)利用系統(tǒng)特征的提取函數(shù)f1，要求綜合考察企業(yè)的污水處理工藝、切削液使用情況、污水壓濾設備、絮凝劑使用情況、沉淀池、污泥處理方法等要素，并根據(jù)以上因素的有無及優(yōu)劣，將該項指標的評價結(jié)果劃分為三個級別：

（4）廢水回用特征、粉塵回收特征、固體廢棄物回收特征以各個工序車間的廢棄物管理記錄為基礎，通過提取函數(shù)f（xi）=wixi運算、聚合獲得。以廢水回用特征計算為例，wi加權(quán)系數(shù)由各個工序的設備冷卻液流量及工作時間確定：

經(jīng)過式（3）的計算，得到方案1 的全部潔凈特征，如表3所示。

表3 生產(chǎn)工藝方案（1）潔凈特征值

續(xù)表3

相同過程可以得到以金剛石串珠繩鋸為加工設備的生產(chǎn)工藝方案（方案2）的潔凈特征（如表4）。

表4 生產(chǎn)工藝方案（2）潔凈特征值

3.3 石材加工清潔生產(chǎn)綜合評價

3.3.1 評價指標體系

本文以《石材行業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)標準》為依據(jù)，結(jié)合石材加工過程的主要環(huán)境影響特點，利用AHP建立了如圖5所示的指標體系。通過對多家石材加工企業(yè)進行調(diào)研和數(shù)據(jù)采集，得出了指標合適的量化方法。

3.3.2 方案綜合評價

針對指標體系的特殊復雜性，提出一種應用于石材加工清潔生產(chǎn)評價的、兼顧主觀經(jīng)驗和客觀數(shù)據(jù)信息挖掘的組合賦權(quán)方法。賦權(quán)過程中，采用AHP法進行主觀賦權(quán)；對定性和定量指標分別采用粗糙集理論和熵權(quán)法進行客觀賦權(quán)，利用優(yōu)化決策理論將主客觀權(quán)重結(jié)合起來，使用模糊評判法對清潔生產(chǎn)進行等級評定［16］。根據(jù)以上評價技術(shù)路線，基于MATLAB軟件環(huán)境開發(fā)了石材企業(yè)清潔生產(chǎn)綜合評價系統(tǒng)，如圖6所示。

評價標準維護模塊體現(xiàn)對評價指標的解釋和量化方法；評價權(quán)重維護模塊包括賦權(quán)模型的算法；板材加工評價模塊包括潔凈特征值數(shù)據(jù)輸入接口和等級評定算法。將評價結(jié)果的各級隸屬度和總體評價結(jié)果進行整理，如表5所示。

以潔凈特征為基本單元的評價體系的重要應用體現(xiàn)在生產(chǎn)工藝設計階段的快速決策中。按照實例所示的潔凈特征提取過程，對兩個工藝方案的環(huán)境影響信息進行提取和聚合，通過評價得到的結(jié)果可直接應用于不同花崗石生產(chǎn)工藝設計方案之間的比較，并快速選取最優(yōu)方案。通過表5對兩種方案的對比可見，盡管兩種方案的清潔生產(chǎn)評價等級均為二級水平，但是方案1的一級和二級隸屬度均大于方案2?？梢?，從滿足清潔生產(chǎn)的角度，鋸解工序引進金剛石圓盤據(jù)更為適宜。另外，評價結(jié)果直觀地表明，方案1中的綜合評價為二級水平，但是資源能源利用指標、廢棄物回收利用指標的評價水平均處于三級水平，低于綜合水平，通過對相應特征值的計算和環(huán)境信息獲取路徑的反求，可以獲得影響特征值的方案設計信息，為生產(chǎn)工藝繼續(xù)改造和優(yōu)化提供具有針對性的指導。

表5 評價結(jié)果

4 結(jié)束語

本文建立了便于環(huán)境影響信息提取的生產(chǎn)工藝方案設計信息表達的方法，將常規(guī)的生產(chǎn)工藝方案設計以從頂層到底層（即從生產(chǎn)需求層到工序工藝層）的形式表述，全面地表達方案設計階段包含的環(huán)境信息。通過提出潔凈特征的概念，對生產(chǎn)工藝設計階段所涉及的環(huán)境影響信息進行篩選、提取和聚合，將潔凈特征作為清潔生產(chǎn)綜合評價體系的基本單元。以綜合評價結(jié)果為依據(jù)，對生產(chǎn)工藝方案設計的決策提供技術(shù)支持。以花崗石定型板材的生產(chǎn)過程為實例，進行潔凈特征的計算和綜合評價，驗證了模型的可行性。

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