劉天森 宋亞植 李 銀

1（哈爾濱工程大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，哈爾濱 150001） 2（南京大學(xué)社會學(xué)院，南京 210023）3（江蘇師范大學(xué)商學(xué)院，徐州 221116） 4（中山大學(xué)管理學(xué)院，廣州 510275）

引 言

全球極端氣候、新冠肺炎疫情和貿(mào)易新格局促使我國重構(gòu)產(chǎn)業(yè)發(fā)展方式。當(dāng)前，“雙碳”目標(biāo)對制造業(yè)發(fā)展提出新要求[1]。在全部制造業(yè)門類中，機(jī)械制造類企業(yè)碳排放規(guī)模處于前列。隨著市場化手段在碳排放控制中的作用愈發(fā)突顯，機(jī)械制造業(yè)將承擔(dān)更高的減排成本[2]。宏觀層面，“雙碳”目標(biāo)會促使高排放行業(yè)強(qiáng)化技術(shù)改造，以降低能源強(qiáng)度并提升能源利用率；微觀層面，“雙碳”目標(biāo)逐級分解會促使企業(yè)減排上升至比設(shè)備性能更重要的地位。鑒于此，如何開展低碳化改造并升級現(xiàn)有制造設(shè)備與制造流程，是我國機(jī)械制造業(yè)減排進(jìn)程中面臨的重要問題。

提升碳收益是機(jī)械制造類企業(yè)緩解減排壓力的關(guān)鍵，從收益增值視角評價投資成效是該類企業(yè)忽視減排的重要原因[3]?？傮w來看，作為行政手段的碳減排目標(biāo)難以持續(xù)為企業(yè)創(chuàng)造價值，也未能有效觸及生產(chǎn)成本，使得機(jī)械制造類企業(yè)減排內(nèi)生動力不足。隨著全國碳市場運(yùn)行效率提升及行業(yè)覆蓋范圍擴(kuò)大，機(jī)械制造類企業(yè)碳排放應(yīng)被賦予實(shí)際價值[4]。短期來看，對標(biāo)當(dāng)前碳價格體系，全國碳市場在運(yùn)行初期會出現(xiàn)供需失衡現(xiàn)象，主要體現(xiàn)在碳價格相對較低且波動較大。長期來看，隨著碳配額收緊，碳交易將增加企業(yè)運(yùn)營負(fù)擔(dān)，拉高機(jī)械生產(chǎn)中的化石能源使用成本。同時，碳定價將提升企業(yè)對清潔能源的青睞并加大對生產(chǎn)過程碳排放的控制，形成減排與清潔能源使用的良性互動。然而，借助市場手段促使企業(yè)減排的初期必然將增加額外成本。因此，如何平衡減排投資與企業(yè)效益、利用碳市場收益實(shí)現(xiàn)投資對沖并挖掘減排收益，是機(jī)械制造類企業(yè)面向 “雙碳”目標(biāo)需考慮的問題。

總體來看，我國制造業(yè)整體利潤規(guī)模較低，2019年行業(yè)平均利潤僅為2.5%，且機(jī)械制造業(yè)利潤水平明顯低于世界500強(qiáng)中的同類企業(yè)，這增加了行業(yè)碳減排難度[5]。為實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造業(yè)在不增加總成本的前提下挖掘減碳收益，以下問題需被關(guān)注：（1）為最大化獲取碳市場收益，機(jī)械制造類企業(yè)應(yīng)如何制定碳資產(chǎn)管理策略；（2）在考慮精益生產(chǎn)與減排投資條件下，應(yīng)依照何種原理量化各生產(chǎn)工序的碳資產(chǎn)價值；（3）在不增加現(xiàn)有成本前提下，采取何種策略才能實(shí)現(xiàn)減排收益最大化。

對此，本文將融合精益生產(chǎn)思想與碳交易策略，運(yùn)用廣義動量模型與碳價格波動擬合方法，重塑節(jié)約、低碳、增益相統(tǒng)一目標(biāo)下的機(jī)械制造生產(chǎn)過程，并基于案例分析計(jì)算可實(shí)現(xiàn)的收益增加值。

本文研究貢獻(xiàn)為：（1）理論層面，辨識了碳定價對機(jī)械制造類企業(yè)生產(chǎn)成本的影響機(jī)理，拓展了碳收益逆向影響該類企業(yè)工序成本的價值增值理論；（2）方法層面，設(shè)計(jì)了減排導(dǎo)向下機(jī)械制造類企業(yè)價值重塑體系，以明確機(jī)械制造類企業(yè)減排投資方向。與傳統(tǒng)企業(yè)管理中減排即改造現(xiàn)有加工設(shè)備、升級低碳技術(shù)不同，本文認(rèn)為減排投資應(yīng)適應(yīng)其所獲得的減排價值，并在減排價值較高的生產(chǎn)工序開展減排投資；（3）實(shí)踐層面，將減排投資擴(kuò)展至對低碳技術(shù)改造投資與精益生產(chǎn)管理投資兩個方面，認(rèn)為其疊加效應(yīng)可有效緩解減排投資給成本上升帶來的壓力，據(jù)此制定保障機(jī)械制造類企業(yè)碳市場收益的工序調(diào)整與逆向投資策略，促進(jìn)該類企業(yè)全價值鏈碳收益最大化。

1 文獻(xiàn)綜述

1.1 機(jī)械制造業(yè)碳排放源識別與量化

識別機(jī)械制造業(yè)碳排放源是改進(jìn)機(jī)械生產(chǎn)過程、推進(jìn)低碳化改造的重要前提。當(dāng)前關(guān)于量化機(jī)械制造過程碳排量的研究主要集中于視角：（1）基于機(jī)械制造工藝流程，將各工藝涉及碳排放的環(huán)節(jié)全面疊加，實(shí)現(xiàn)對全機(jī)械制造過程碳排量的精準(zhǔn)刻畫[6，7]；（2） 基于機(jī)械制造過程復(fù)雜性， 分層次建立各工藝碳排放量化模型，通過累加碳排放增量，實(shí)現(xiàn)對機(jī)械制造過程碳排放的快速把握[8－10]；（3） 基于機(jī)械制造動態(tài)性， 通過建立物料流與能源流的投入產(chǎn)出模型，間接量化機(jī)械制造全工藝碳排放量，以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化測度機(jī)械制造過程碳排放量[11－13]。以上研究視角分別在量化精度、量化效果與量化過程方面具有優(yōu)勢，鑒于本文旨在重塑機(jī)械制造過程碳排放價值，因此將基于第一個視角設(shè)計(jì)量化方案。

能源流模型是全面識別機(jī)械制造系統(tǒng)碳排放源的主要工具，既有研究從運(yùn)動特性、流量轉(zhuǎn)化等方面估算機(jī)械生產(chǎn)過程碳排放形態(tài)?？紤]機(jī)床運(yùn)動特性， Dahmus和 Gutowski（2004）[14]將機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)過程視為一個包含傳動、控制、照明、潤滑等子系統(tǒng)的動量系統(tǒng)。針對從能量流轉(zhuǎn)視角構(gòu)建機(jī)械加工工藝過程能耗模型，Rahimifard等（2010）[15]認(rèn)為應(yīng)整體分析能源利用效率，并提出機(jī)械加工能耗計(jì)算方法。王秋蓮和劉飛（2013）[16]提出以能量守恒理論為基礎(chǔ)的能耗估算模型，將能量演化過程分解為包含能量轉(zhuǎn)換、能量回收及能量消耗的子環(huán)節(jié)，并分別計(jì)算各環(huán)節(jié)能耗值。周麗蓉等（2016）[17]進(jìn)一步指出，通過工藝計(jì)算能耗有助于獲得各生產(chǎn)環(huán)節(jié)功率特性，進(jìn)而支持機(jī)床設(shè)計(jì)及改進(jìn)。近期研究指出，以能源流直接核算機(jī)械加工工藝過程能耗，并通過不同能源的放熱參數(shù)間接獲得機(jī)械制造總排量，是精確把握機(jī)械制造過程碳排放量的有效途徑，有助于實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工過程能耗計(jì)算與工序效率量化[18]。

1.2 機(jī)械制造業(yè)碳資產(chǎn)管理

隨著碳排放交易制度日趨完善，碳排放權(quán)被視為一種具有實(shí)際價值的商品且具有明確的交易價格[19]。與有形商品一致，企業(yè)擁有的碳排放配額與實(shí)際排放量的差值可為其帶來經(jīng)濟(jì)利益或增加其生產(chǎn)成本[20]。在此背景下，樹立低碳生產(chǎn)意識、加強(qiáng)碳資產(chǎn)核查逐漸成為企業(yè)贏得競爭優(yōu)勢的重要途徑[21]。

根據(jù)碳資源與環(huán)境資產(chǎn)的定義，Zhang等（2018）[22]將碳資產(chǎn)定義為企業(yè)擁有且可能在未來為企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)利益、并與溫室氣體排放相關(guān)的各種有形與無形碳資源。 Liu和 Liu（2019）[23]進(jìn)一步將碳資產(chǎn)劃分為金融碳資產(chǎn)和固定碳資產(chǎn)，認(rèn)為有助于減排的固定資產(chǎn)應(yīng)被視為固定碳資產(chǎn)，可進(jìn)行交易的碳排放權(quán)則被視為金融碳資產(chǎn)。據(jù)此，本文認(rèn)定的碳資產(chǎn)屬于金融碳資產(chǎn)范圍，是企業(yè)碳配額與實(shí)際碳排放量之間差額所對應(yīng)的碳交易價值。

通過碳交易實(shí)現(xiàn)減排價值需要把握碳市場運(yùn)行規(guī)律并掌握碳價格波動規(guī)律。碳價格機(jī)制具有明顯的政策性和季節(jié)性特征[24]，碳配額價格受排放總量控制與短期履約壓力供求關(guān)系影響顯著[25]。由于碳市場運(yùn)行初期價格波動性較大且不同試點(diǎn)交易規(guī)則有所差異，導(dǎo)致碳資產(chǎn)價值評價困難[26，27]。因此，機(jī)械制造類企業(yè)設(shè)定碳交易收益的過程需要對碳資產(chǎn)進(jìn)行組合式管理。當(dāng)前碳資產(chǎn)組合管理策略主要如下[28]：（1）生產(chǎn)過程完成對碳資產(chǎn)同步管理[29]；（2）生產(chǎn)完成后某時段內(nèi)對碳資產(chǎn)進(jìn)行延期管理[30]；（3）根據(jù)短期到中期電力銷售情況進(jìn)行碳資產(chǎn)遠(yuǎn)期管理[31，32]；（4） 根據(jù)長期電力遠(yuǎn)期銷售情況（3～5年）進(jìn)行碳資產(chǎn)超遠(yuǎn)期管理；（5）預(yù)測碳價格上漲并使用碳資產(chǎn)管理進(jìn)行策略型宏觀對沖[33]。鑒于我國碳市場成熟度較弱、機(jī)械制造業(yè)預(yù)期利潤較低及本文以全價值鏈為主的碳資產(chǎn)測度體系，應(yīng)重點(diǎn)考慮適用于發(fā)展中國家金融市場的同步型碳資產(chǎn)管理策略，以確保在生產(chǎn)的同時挖掘碳資產(chǎn)收益。

1.3 精益生產(chǎn)與機(jī)械制造類企業(yè)碳減排

近年來，對機(jī)械制造類企業(yè)生產(chǎn)成本控制已由傳統(tǒng)作業(yè)成本控制向產(chǎn)品價值成本控制轉(zhuǎn)變?；趦r值鏈理論，圍繞產(chǎn)品增加值設(shè)計(jì)生產(chǎn)工序，并通過消除生產(chǎn)冗余與不必要浪費(fèi)實(shí)現(xiàn)全價值鏈成本控制，精益生產(chǎn)理念逐漸被推廣[34，35]。

以消除浪費(fèi)為目標(biāo)的精益生產(chǎn)與低碳制造之間具有天然聯(lián)系[36]。高效、自主、準(zhǔn)時特征視域下的精益生產(chǎn)與集約、減排、全面特征視域下的低碳制造均是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在制造業(yè)的重要體現(xiàn)。成本降低與利潤提升是兩種生產(chǎn)方式的共同目標(biāo)[37]?；趦r值流推動產(chǎn)品生產(chǎn)并降低浪費(fèi)的精益生產(chǎn)可以最大限度減少因管理不善引發(fā)的生產(chǎn)成本提升；低碳制造則順應(yīng)外部成本內(nèi)部化的減排趨勢，可提高企業(yè)資源利用效率并降低資源與原料成本，最終作用于企業(yè)碳資產(chǎn)收益提升[38]；另外，兩種生產(chǎn)方式均以整體思想追求全局收益最優(yōu)[39]?？傮w來說，精益生產(chǎn)強(qiáng)調(diào)管理的重要性，通過全局生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)效率最大化與浪費(fèi)規(guī)模最小化目標(biāo)；低碳制造則以全生命周期減排為目標(biāo)降低環(huán)境成本，也具有追求全局效益的系統(tǒng)化思想。針對耦合精益生產(chǎn)與低碳制造可實(shí)現(xiàn)的運(yùn)營效果，兩者結(jié)合可有效促進(jìn)企業(yè)績效，形成企業(yè)成本控制的良性循環(huán)[40，41]。 因此，將精益生產(chǎn)與低碳制造結(jié)合，既具有理論邏輯自洽性，又可以充分挖掘機(jī)械制造生產(chǎn)過程減排增效潛力。

1.4 文獻(xiàn)評述

既有研究對機(jī)械制造類企業(yè)減排潛力、碳資產(chǎn)管理與碳收益潛力進(jìn)行了深入研究，且探索了低碳減排與精益生產(chǎn)理論間的關(guān)聯(lián)性。但由于部分企業(yè)僅基于資源節(jié)約或完成減排任務(wù)而改進(jìn)生產(chǎn)管理，使得精益生產(chǎn)與低碳制造的融合局限于供應(yīng)鏈領(lǐng)域，主要體現(xiàn)如下：（1）關(guān)于碳減排增值的研究未將碳資產(chǎn)列入企業(yè)價值核算體系，使得減排投資僅作為生產(chǎn)成本而非潛在收益；（2）關(guān)于碳資產(chǎn)量化的研究割裂了減排量與減排價值的內(nèi)在聯(lián)系，使得精益生產(chǎn)價值不能完全體現(xiàn)于成本控制中，這削弱了精益生產(chǎn)理念融入機(jī)械制造業(yè)低碳化改造的效果；（3）關(guān)于機(jī)械制造過程減排價值測度集中于整體視角，未展現(xiàn)工序減排的意義與價值。鑒于此，本文以機(jī)械制造類企業(yè)生產(chǎn)過程為研究對象，在不改變現(xiàn)有設(shè)備條件下，將精益生產(chǎn)與低碳制造相結(jié)合，探究機(jī)械生產(chǎn)過程工序價值重塑可實(shí)現(xiàn)的減排收益。

2 精益生產(chǎn)導(dǎo)向下的機(jī)械制造過程價值重塑

2.1 精益生產(chǎn)價值重塑

將精益思想融入機(jī)械制造類企業(yè)生產(chǎn)管理需理清該思想的價值表達(dá)方式。

（1）客戶需求是精益生產(chǎn)的前提與拉動條件[42]，對產(chǎn)品的需求包含時間和價值兩個方面。前者即在預(yù)期時間內(nèi)盡可能縮短生產(chǎn)周期，后者則是通過制造體系為客戶帶來增值。客戶需求導(dǎo)向下，應(yīng)消除浪費(fèi)與無效勞動，促進(jìn)無廢品與零庫存相結(jié)合，進(jìn)而提升產(chǎn)品質(zhì)量并增強(qiáng)生產(chǎn)靈活性。此過程中，需精準(zhǔn)把握生產(chǎn)價值波動規(guī)律，通過價值流對生產(chǎn)活動進(jìn)行分類識別，全面刻畫各類資源轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品增值的演化過程[42]。

（2）價值是精益生產(chǎn)的最終表達(dá)，精益生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)即逐步構(gòu)筑具有完美增值流程的生產(chǎn)系統(tǒng)[43]。鑒于此，需以價值增值作為識別生產(chǎn)價值流的依據(jù)，記錄各工序產(chǎn)生的價值浪費(fèi)。以精益生產(chǎn)價值流識別作為準(zhǔn)則，機(jī)械制造類企業(yè)生產(chǎn)流程可進(jìn)一步細(xì)分為信息流、物料流、能耗流和排放流的疊加（如圖1），以重塑生產(chǎn)流程價值。

圖1 精益管理生產(chǎn)過程的價值重塑

基于圖1，產(chǎn)品價值包含以下方面：

（1）以信息流為前提重塑企業(yè)生產(chǎn)目標(biāo)?？蛻粜枨髢r值流的直觀體現(xiàn)是其對產(chǎn)品需求的信息流動[44]?？傮w來看，客戶需求由大批量、標(biāo)準(zhǔn)化逐步向小規(guī)模、個性化轉(zhuǎn)變，該群體對產(chǎn)品的需求周期縮短，表明產(chǎn)品信息流內(nèi)涵更加豐富。

（2）以統(tǒng)一物料流與能耗流為基礎(chǔ)重塑企業(yè)生產(chǎn)過程。生產(chǎn)者滿足消費(fèi)端信息流需求的生產(chǎn)過程是物料流與能耗流的統(tǒng)一，由于能源與物料之間存在強(qiáng)耦合與行為交互的復(fù)雜關(guān)系，該部分容易導(dǎo)致生產(chǎn)時滯與工序錯配[45]。

（3）以碳排放流為調(diào)控方向重塑企業(yè)碳資產(chǎn)價值。傳統(tǒng)價值流分析更多使用能耗流表示能源利用效率，但在促進(jìn)減排方面，需更加重視碳排放流的作用，原因如下：①碳排放流覆蓋范圍廣泛，既包括傳統(tǒng)生產(chǎn)過程中的能耗排放，也包括低碳生產(chǎn)對能耗回收的碳排放過程[8]。因此，使用碳排放流可有效測度企業(yè)低碳化改造中的減排價值；②碳排放指標(biāo)可反映生產(chǎn)效率并優(yōu)化生產(chǎn)流程。碳排放量可直接反映各生產(chǎn)工序碳排放情況與生產(chǎn)狀態(tài)，且時滯與工序錯配引發(fā)的成本上升也直觀體現(xiàn)在碳排放量中；③碳排放量計(jì)算結(jié)果可直接作為衡量企業(yè)減排價值的依據(jù)。通過在價值流基礎(chǔ)上重塑碳排放流，企業(yè)可充分挖掘減排潛力并及時對標(biāo)碳市場。

2.2 精益生產(chǎn)的價值表示

鑒于精益生產(chǎn)過程中企業(yè)以價值流形式創(chuàng)造成果，本文將尋求可以反映不同價值流且可疊加價值的表達(dá)方式。對此，以力量的時間積累效應(yīng)為本質(zhì)特征的廣義動量定理符合本文刻畫精益生產(chǎn)價值需求。該定理與精益生產(chǎn)思想均是刻畫力（投入）作用于物體（原料）效果（產(chǎn)出）的累加測度；且兩者均可以通過調(diào)整力（投入）的作用方向?qū)崿F(xiàn)作用效果（產(chǎn)出）的改善。

具體地，廣義動量定理的恒等公式為：

式中，F(xiàn)為力量，α為作用點(diǎn)方向，t為時間，n為數(shù)量，m為質(zhì)量，V為廣義速度。將nmV（MV）視為成果，而Fαt是產(chǎn)生成果nmV的原因。改變力量F的大小、力量的作用方向α以及力量的作用時間t，就可以改變成果nmV的大小。該表達(dá)式意味著成果MV是經(jīng)過時間t積累的力量F在α方向上施加力的集合。

對照機(jī)械制造業(yè)價值流程，產(chǎn)品價值是客戶需要的產(chǎn)品質(zhì)量m，且該價值也是產(chǎn)品產(chǎn)出目標(biāo)。產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的價值流是原始價值在各生產(chǎn)環(huán)節(jié)中不斷產(chǎn)生價值的累加過程。價值從原始價值m1增加到m2，再從m2增加到mi，經(jīng)過多個增值過程，最后增值至目標(biāo)價值m。流動V是價值的增加速度，增加V的值可以增加成果產(chǎn)出速度。同時，該速度下限由生產(chǎn)系統(tǒng)中的弱勢環(huán)節(jié)決定，上限則由客戶規(guī)定的交付時間決定。

將不能產(chǎn)生價值m的過程減少至最小，是可調(diào)節(jié)變量Fαt的調(diào)整原則。（1）力量F的本質(zhì)是客戶希望產(chǎn)品產(chǎn)生的作用力，也是驅(qū)動精益生產(chǎn)的重要來源。通過從下一生產(chǎn)環(huán)節(jié)取走上一生產(chǎn)環(huán)節(jié)加工后的零部件，物料流即從上一生產(chǎn)環(huán)節(jié)流動到下一生產(chǎn)環(huán)節(jié)，而取走器件的型號和數(shù)量又通過信息流從下一生產(chǎn)環(huán)節(jié)反饋至上一生產(chǎn)環(huán)節(jié)。在信息流和物料流共同作用下，產(chǎn)品價值得以被力量F拉動。通過不斷減少目標(biāo)庫存并優(yōu)化上述過程，可消除阻礙流動的因素，增加作用力F的運(yùn)行效果并加快流動速度，促使成果MV增加；（2）α是精益生產(chǎn)對機(jī)械制造環(huán)節(jié)的調(diào)整方向，也是精益生產(chǎn)降低企業(yè)運(yùn)營成本、實(shí)現(xiàn)集約化改造的價值增值體現(xiàn)。t是工序生產(chǎn)與生產(chǎn)停滯的時間總長，也是縮短生產(chǎn)周期的時間流表達(dá)式。F代表生產(chǎn)過程中的能耗流，也是生產(chǎn)成本的具化體現(xiàn)。

通過調(diào)整α，生產(chǎn)體系可由粗放型向集約型轉(zhuǎn)化，達(dá)到減少作用力F的效果。故如何判斷α調(diào)整方向是否到位，是實(shí)現(xiàn)四流合一、實(shí)踐精益生產(chǎn)的主要困難。在此，本文引入碳排放流概念，將減排作為α調(diào)整的重要依據(jù)。由于能耗的計(jì)算包括單項(xiàng)能耗與綜合能耗，減排價值不能等于各能耗與其相應(yīng)排放系數(shù)的乘積，故本文將進(jìn)一步界定價值的核算范圍。（1）本文的能耗流屬于綜合能耗范疇，是統(tǒng)計(jì)期內(nèi)所有能源經(jīng)綜合計(jì)算后的能源消耗總量，具體包括一次和二次能源，用于生產(chǎn)目標(biāo)下的直接、間接耗能及原料耗能；不包括回收利用余能、資產(chǎn)外銷能源與建設(shè)耗能；（2）精益生產(chǎn)不改變已有生產(chǎn)基礎(chǔ)，僅通過合理調(diào)配、優(yōu)化布局的管理方法達(dá)到降低成本的目的。因此，本文僅計(jì)算降耗增加的減排價值，并由此作為α的調(diào)整方向。

3 耦合精益生產(chǎn)與低碳制造的碳排放測算

3.1 能耗測算

由圖2可知，直接能源消耗在機(jī)械制造系統(tǒng)主要由車削、銑削、熱處理等加工設(shè)備，叉車、無軌小車、傳輸帶等運(yùn)輸設(shè)備以及照明、采暖、空氣壓縮等輔助設(shè)備組成。歷史數(shù)據(jù)表明，我國加工過程中的設(shè)備能耗以空載能耗為主，可占加工總能耗的 75%[46]。

圖2 機(jī)械制造類企業(yè)碳成本核算體系

以空載能耗和載荷能耗為主計(jì)算加工能耗Epr，其表達(dá)式為：

式中，Pem和tidle分別為設(shè)備空載功率（kWh）和設(shè)備空載時間（h）；Pin和tpr分別為設(shè)備輸入功率（kWh）和設(shè)備加工時間（h）。

間接能耗包括輔助設(shè)備與外圍設(shè)備的能耗。輔助設(shè)備能耗是為加工提供支持的輔助裝備的耗能量，生產(chǎn)流程中，物料、零部件與半成品的轉(zhuǎn)運(yùn)需運(yùn)輸設(shè)備提供支持。因此，在物料搬運(yùn)過程中，需自動小車、傳送帶及機(jī)器人智能輔助設(shè)備。本文以自動小車能耗計(jì)算輔助設(shè)備能耗，若已知自動小車平均功率，則自動小車能耗Etr為：

式中，Pave和two分別為自動小車平均功率（kWh）和自動小車工作時間（h）。

外圍設(shè)備能耗是機(jī)械制造過程中為生產(chǎn)與庫存提供通風(fēng)、照明等外圍服務(wù)的耗能量。本文選擇存儲能耗和維持車間運(yùn)行的環(huán)境能耗（空調(diào)、熱力、照明）為測算主體，得到機(jī)械制造業(yè)外圍設(shè)備能耗為：

式中，Eho為車間或倉庫的外圍存儲設(shè)施能耗，Pho為車間或倉庫的外圍存儲設(shè)施額定功率，tho為車間或倉庫的外圍存儲設(shè)施運(yùn)行時間；Eot為車間或倉庫的生產(chǎn)支持設(shè)施能耗，Pot為車間或倉庫的生產(chǎn)支持設(shè)施額定功率，tot為車間或倉庫的生產(chǎn)支持設(shè)施運(yùn)行時間。

3.2 生產(chǎn)浪費(fèi)能耗測算

由上文廣義動量定理可知，作用力F與生產(chǎn)時間t的數(shù)值源于產(chǎn)品價值增值過程中物料流與能量流作用力的疊加。其中，物料流作用力包含原料流與時間流，其通過時間成本與物質(zhì)轉(zhuǎn)化保證產(chǎn)品生產(chǎn)流動性，是產(chǎn)品價值提升的主要力量。能源流是輔助物料流完成生產(chǎn)任務(wù)的重要力量，且與工序生產(chǎn)密切相關(guān)。因此，作用力F在價值流體系中的表達(dá)式為：

表1 生產(chǎn)浪費(fèi)內(nèi)涵及其廣義動量定理變量表達(dá)

表1中，α的實(shí)際值越貼近其理論最優(yōu)值，則作用力F越小，生產(chǎn)成本越低，實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)目標(biāo)的難度越大。α由庫存浪費(fèi)、搬運(yùn)浪費(fèi)與不良品三方面構(gòu)成。庫存浪費(fèi)是生產(chǎn)過程中物料停滯產(chǎn)生的浪費(fèi)，在價值流過程中的表現(xiàn)形式為時間流延長與空間占用產(chǎn)生的能耗上升。搬運(yùn)浪費(fèi)是物料分配不合理造成的機(jī)械制造生產(chǎn)非連續(xù)移動，在價值流過程中的表現(xiàn)形式為時間流延長、搬運(yùn)能耗增加與人員工資支出增長。不良品浪費(fèi)是由不良品返工造成的物料、人工和設(shè)備支出，在價值流過程中的表現(xiàn)形式為時間流延長、返工能耗與人員工資支出增長。因此，作用力方向α是使得生產(chǎn)能耗最小化的取值。

進(jìn)一步，基于廣義動量定理，以價值增值形式重新定義機(jī)械制造類企業(yè)生產(chǎn)過程，依托同步客戶需求實(shí)現(xiàn)以下優(yōu)化：（1）精益客戶需求方面，以信息流形式實(shí)時更新產(chǎn)品生產(chǎn)的客戶需求數(shù)據(jù)n，以減少成品庫存。此外，還需明確產(chǎn)品質(zhì)量m，在確保產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到客戶需求后不再投入更多成本；（2）保證價值流方向正確性方面，浪費(fèi)的本質(zhì)是信息不對稱引起的生產(chǎn)冗余與工序錯配，其改進(jìn)方向在于以信息流重塑生產(chǎn)過程，通過信息傳導(dǎo)降低生產(chǎn)能耗、實(shí)現(xiàn)浪費(fèi)消除。在此過程中，可根據(jù)生產(chǎn)排放值E確定信息到達(dá)時的生產(chǎn)改進(jìn)方向值；（3）縮短輔助生產(chǎn)時間間隔方面，與生產(chǎn)能耗相比，能耗浪費(fèi)主要源于機(jī)器空轉(zhuǎn)與無效等待，其帶來的庫存、人工與原料成本上升是引發(fā)生產(chǎn)效率低下的重要原因。本文通過信息流降低輔助生產(chǎn)時間T，以消除該部分浪費(fèi)。

基于上述分析，從價值流重塑機(jī)械制造類企業(yè)生產(chǎn)的廣義動量模型最終表達(dá)為：

3.3 碳排放及減排價值測算

對照機(jī)械制造過程中碳排放和精益生產(chǎn)過程的6種潛在浪費(fèi)形式，本文從碳排放視角測算各項(xiàng)工藝?yán)速M(fèi)引發(fā)的碳排放值。

（1）加工工藝對應(yīng)制造過程中直接消耗的一次能源和電能引發(fā)的碳排放，其浪費(fèi)引發(fā)的碳排放為：

4 案例研究

4.1 樣本選擇

本文以徐州徐工汽車制造有限公司（以下簡稱“徐工汽車”）的零配件生產(chǎn)作為研究對象。目前，徐工汽車擁有國內(nèi)先進(jìn)的制造設(shè)備，構(gòu)成完整的沖壓、焊裝、涂裝、總裝、檢驗(yàn)等制造工藝流程，實(shí)施數(shù)字化、信息化、智能化 “三化合一”運(yùn)營管理模式。2019年，徐工汽車實(shí)現(xiàn)主營收入70.14億元，重卡銷售20544臺。2020年實(shí)現(xiàn)重卡銷量28188臺，營業(yè)收入100億元，強(qiáng)勢穩(wěn)固行業(yè)前十地位，代表了我國高端裝備制造轉(zhuǎn)型方向。

徐工汽車長期致力于清潔生產(chǎn)，于2016年起開展以下低碳化改造：（1）生產(chǎn)研發(fā)降耗增質(zhì)。圍繞起重機(jī)液壓、機(jī)械兩大核心動力傳動鏈，企業(yè)進(jìn)行全局能效轉(zhuǎn)型。在起重機(jī)機(jī)液耦合能量回收技術(shù)、壓力流量智能復(fù)合控制節(jié)能液壓系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)工況感知節(jié)能控制技術(shù)等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了有效突破；（2）生產(chǎn)管理節(jié)能減排。2016年，企業(yè)施行電子平臺MES管理，使得生產(chǎn)效率提高32.5%、萬元產(chǎn)值能耗降低22.2%、企業(yè)運(yùn)營成本降低34.3%、研發(fā)周期縮短42.3%、產(chǎn)品不良率降低33.3%；（3）綠色產(chǎn)品研發(fā)。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上，企業(yè)強(qiáng)調(diào)資源利用效率。在生產(chǎn)過程中，企業(yè)要求減污降碳，注重綠色回報和價值創(chuàng)造。通過全面低碳化改造，徐工汽車已形成產(chǎn)品質(zhì)量與低碳生產(chǎn)相結(jié)合的轉(zhuǎn)型框架。

4.2 數(shù)據(jù)收集

針對徐工汽車低碳轉(zhuǎn)型，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了長期追蹤調(diào)查，收集了重型卡車關(guān)鍵零部件的生產(chǎn)加工數(shù)據(jù)，據(jù)此研究精益低碳化改造對企業(yè)碳資產(chǎn)價值及潛在收益的影響。該產(chǎn)品具體生產(chǎn)基本情況為：車間調(diào)度部門將每周計(jì)劃發(fā)至零件加工車間各工位和搬運(yùn)工，將每月預(yù)測和每周計(jì)劃信息發(fā)給原料和半成品倉庫。零件加工車間依照每年250工作日、每班7.5小時的兩班制進(jìn)行生產(chǎn)。粗車工位零件毛坯在制品庫存為350件，隨后三道工序和零件成品的制品庫存均為175件。

物料搬運(yùn)由1人專門負(fù)責(zé)，搬運(yùn)設(shè)備為小車。搬運(yùn)工每班從倉庫向車間搬運(yùn)1次毛坯，從車間向裝配工位搬運(yùn)兩次成品零件。裝配工位每日對該成品零件的需求為700件，每料盤25件，并將每月預(yù)測和每日需求信息發(fā)給車間調(diào)度部門。其中：

加工過程中，企業(yè)機(jī)床待機(jī)運(yùn)行功率P1＝335.7W，空載運(yùn)行功率P2＝132.2W，每環(huán)節(jié)加工前需待機(jī)輔助40s。工序間存儲能耗平均每天為0.488kWh，工序間采用功率為13.5kW，工作速度為0.5m／s的自動小車對工件進(jìn)行運(yùn)輸，各工序間距離分別為100米、50米、150米和100米。相關(guān)信息如表2～5所示。

表2 生產(chǎn)流程信息

表3 工序在制品庫存

表4 物料與設(shè)備能耗

表5 原材料損耗

4.3 價值流程改進(jìn)結(jié)果

根據(jù)已收集的數(shù)據(jù)，依次計(jì)算出各工序間庫存儲備天數(shù)并繪制價值流程如圖3所示。

圖3 車載零配件生產(chǎn)過程價值流程

由圖3可知，時間流、物料流、能耗流與排放流可分別劃分為助力生產(chǎn)價值提升的價值增值與輔助生產(chǎn)的價值非增值，且本案例中，該生產(chǎn)流程設(shè)計(jì)運(yùn)行欠合理。時間流測度下，非價值增值時間為1.25天，遠(yuǎn)大于價值增值時間的96秒；另外，能耗流的非增值與增值比接近2∶3，而排放流的非增值與增值比接近1∶1，這說明能耗浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重。此外，相比于能耗流，排放過量尤為突出。對照生產(chǎn)過程中的主要浪費(fèi)，表6展示了案例中的具體數(shù)值。

表6 生產(chǎn)浪費(fèi)測度

針對表6中結(jié)果說明如下：（1）時間流中的等待時間浪費(fèi)與庫存、搬運(yùn)等浪費(fèi)指標(biāo)存在碳排放計(jì)算過程中的疊加現(xiàn)象。α所指代的排放量可完全覆蓋等待時間引發(fā)的碳排放。因此，本文不再對時間流碳排放進(jìn)行重復(fù)計(jì)算；（2）加工過程中的能耗浪費(fèi)表現(xiàn)為空載功率浪費(fèi)及刀具磨損與切削液的使用，且更多加工浪費(fèi)表現(xiàn)為空載功率引起的碳排放。

從碳排放視角重塑機(jī)械制造過程中精益生產(chǎn)的調(diào)整方向，可將廣義動量定理公式簡化為：

式中，生產(chǎn)調(diào)整方向α即使得排放減少的方向。

本案例中，在拉動生產(chǎn)的所有需求要素不變情況下，以保證完成客戶對產(chǎn)品的品質(zhì)要求為前提、以降低生產(chǎn)成本為目標(biāo)重塑機(jī)械制造流程，即從α與V兩方面入手。

（1）依照客戶需求確定生產(chǎn)速度V。本案例中，產(chǎn)品需求為日均700件，生產(chǎn)線每天可利用時間為900分鐘，則生產(chǎn)速度為：

按照生產(chǎn)速度公式，分析每個工序的生產(chǎn)節(jié)拍，發(fā)現(xiàn)該機(jī)械加工過程每個工序的生產(chǎn)速度均為1.29分鐘／件。該結(jié)果表明，從傳統(tǒng)時間流維度降低生產(chǎn)過程中的浪費(fèi)現(xiàn)象與生產(chǎn)成本不具有可行性。

（2）碳排放量較大的浪費(fèi)分別位于庫存與運(yùn)輸兩個環(huán)節(jié)。關(guān)于庫存浪費(fèi)問題，本文發(fā)現(xiàn)半成品庫存較多，90%以上非增值時間由庫存導(dǎo)致，存在較嚴(yán)重的庫存浪費(fèi)。為此，以庫存超市替代當(dāng)前存在的制品倉庫。本案例中，以每工原料（半成品）進(jìn)出超市50%為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行超市系統(tǒng)的產(chǎn)品補(bǔ)充，將各工序生產(chǎn)等待時間壓縮1倍。

關(guān)于運(yùn)輸合理性，本文發(fā)現(xiàn)，檢驗(yàn)工序單獨(dú)開展不僅存在不必要搬運(yùn)，庫存時間也相應(yīng)延長。為此，在改進(jìn)價值流程中，將單獨(dú)檢驗(yàn)的工序環(huán)節(jié)融合到每一個工序生產(chǎn)過程中，通過直接檢驗(yàn)減少不必要搬運(yùn)與產(chǎn)品儲存，進(jìn)而提升檢驗(yàn)合格率。

通過上述兩方面對α的調(diào)整，更新后的機(jī)械制造碳排放量如表7所示。

表7 價值流程重塑前后減排量對比

基于表7中的價值重塑結(jié)果，僅對工序流程α進(jìn)行生產(chǎn)管理調(diào)整，可降低38.91%的碳排放量。在不改變廣義動量模型中F、n、m、t的前提下，該部分碳排放量下降直接引起生產(chǎn)速度提升。以本案例中38.91%碳排放量下降為計(jì)算依據(jù)，則價值重塑后生產(chǎn)同樣規(guī)模產(chǎn)品的日均總用時長為：

該結(jié)果表明，日有效生產(chǎn)時間壓縮明顯。在上下游生產(chǎn)環(huán)節(jié)均不做調(diào)整的假設(shè)下，多余生產(chǎn)時間產(chǎn)品即使全部存入倉庫，其碳排放量為2.38Kg。價值重塑后的排放總量為18.22Kg，實(shí)際減排近30%。

本案例以日生產(chǎn)計(jì)劃作為價值重塑的研究對象，經(jīng)過精益改造，并以政府年分發(fā)2萬噸碳配額為例（控排企業(yè)最低排放量納入值），依照2021年北京碳試點(diǎn)市場履約期平均碳價格76.5元／噸計(jì)算，可獲得45.49萬元碳收益。案例研究表明，機(jī)械制造業(yè)低碳管理和投資策略可以額外減少約30%的碳排放，且本案例中的投資是對整個制造過程中減排潛力點(diǎn)的投資優(yōu)化，這印證了精益生產(chǎn)與減排投資相結(jié)合，可促進(jìn)機(jī)械制造產(chǎn)品高效實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)與碳交易收益增值。

5 研究結(jié)論與啟示

本文從精益生產(chǎn)視角重塑機(jī)械制造業(yè)生產(chǎn)流程，對標(biāo)碳市場重新測度機(jī)械制造業(yè)工序碳資產(chǎn)價值。主要結(jié)論為：（1）精益生產(chǎn)耦合低碳制造可有效增加機(jī)械制造類企業(yè)減排收益。在不改變現(xiàn)有設(shè)備與減排投資前提下，以低碳為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行精益生產(chǎn)可同時降低生產(chǎn)成本并提升碳資產(chǎn)收益，且該部分收益可重塑機(jī)械制造流程的工序價值，提高輔助工序在產(chǎn)品價值增值過程中的地位，突顯制造過程管理與全價值減排的重要性；（2）規(guī)范化管理具有增加企業(yè)碳資產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)意義，可以彌補(bǔ)減排技術(shù)與設(shè)備投資不到位引發(fā)的減排潛力不足；（3）案例分析表明，原有集約管理方式價值較低，隨著碳資產(chǎn)增值潛力的增加，原有碳排放占比較高的倉儲、運(yùn)輸?shù)壬a(chǎn)輔助環(huán)節(jié)價值降低，而精益生產(chǎn)方式與低碳制造的管理模式價值增加。這一變化要求機(jī)械制造類企業(yè)探索最優(yōu)資源配置，并構(gòu)建 “經(jīng)濟(jì)－環(huán)境”協(xié)同發(fā)展的經(jīng)營思想。

本文研究結(jié)論具有以下研究啟示：（1）為實(shí)現(xiàn)全流程減排，機(jī)械制造類企業(yè)需重視生產(chǎn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，將減排思想融入生產(chǎn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，以保證產(chǎn)品質(zhì)量、控制生產(chǎn)成本與全生產(chǎn)過程減排控制為目標(biāo)，三位一體地設(shè)計(jì)生產(chǎn)流程，實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造類企業(yè)精益、高效、可持續(xù)發(fā)展；（2）為促進(jìn)精益生產(chǎn)與低碳制造相結(jié)合，機(jī)械制造類企業(yè)需建立碳資產(chǎn)審核小組，基于全面生產(chǎn)數(shù)據(jù)與排放數(shù)據(jù)，進(jìn)行碳資產(chǎn)核算與投資。同時，需全面掌握已有碳資產(chǎn)并明確碳資產(chǎn)投資流程和管理辦法，進(jìn)而精準(zhǔn)測度減排潛力及相應(yīng)成本；（3）機(jī)械制造類企業(yè)需增加管理資金投入，根據(jù)投資項(xiàng)目工藝程序的潛在收益，開展反向投資行為，進(jìn)而逆向提升碳減排價值。

本文研究局限為，徐工汽車屬于大型裝備機(jī)械制造類企業(yè)，其精益生產(chǎn)與低碳改造融合策略是否適應(yīng)其他同類企業(yè)仍需深入研究。此外，由于碳市場政策性和波動性顯著，本文未涉及碳價格特征在碳資產(chǎn)厘定中的相關(guān)討論。在未來研究中，需進(jìn)一步關(guān)注碳資產(chǎn)收益性與風(fēng)險性，設(shè)計(jì)平穩(wěn)性碳資產(chǎn)收益前提下的減排投資策略。