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基于生态足迹的绿色制造系统集成及运行研究

发布时间:2018-07-27 16:28
【摘要】:随着生态环境问题的日益严重,如何有效满足生态环境的要求并获得较高的效益来进行制造已成为一个重点研究课题。我国相继发布《国家中长期科学和技术发展规划纲要》(2006-2020)、《绿色制造科技发展“十二五”专项规划》(2012)、《中国制造2025》(2015)、《关于加快推进生态文明建设意见》(2015)以及《绿色制造2016专项行动实施方案》(2016)等相关条例政策,在此背景下如何基于生态足迹理论发展绿色制造成为一个需要迫切解决的问题。论文以“十二五”国家重点图书规划项目《绿色经济与绿色发展丛书》中著作《绿色制造》、“十一五”国家科技支撑计划项目“制造企业生产过程绿色规划与优化运行技术(2006BAF02A03)”、国家自然科学基金项目“基于工件能耗属性的制造系统能效提升方法研究(51275365)”等项目为依托,在借鉴系统工程学、可持续发展理论、生态经济学等先进理论的基础上,从生态足迹的理论视角对绿色制造系统的运行发展进行了相应的探索研究。论文以生态足迹理论为视角,分析绿色制造系统的基本内涵,明确其运行外部环境和系统运行的基本内容。为了简化绿色制造系统的复杂性,基于“同态同构”原理,利用“合成场元”和“集成场”理论建立了绿色制造系统集成模型。在此基础上剖析了绿色制造系统物质量的输入输出,并将其转化为与环境相关的生态约束,进一步对绿色制造系统的经济效益、社会效益和生态效益进行评价与优化,为生态足迹下绿色制造系统运行提供可借鉴的理论与方法。论文研究的主要内容有:(1)从制造与生态足迹的关系入手,分析了生态足迹下绿色制造系统研究的地位和作用。结合国内外相关领域的文献与标准政策研究现状,提出以“合成场元”和“集成场”理论来完成绿色制造系统集成,并在建立集成模型的基础上利用物质流分析和生态足迹分析法来进行绿色制造系统运行的生态约束分析,根据约束结果,来最终建立系统评价与优化的框架体系。(2)针对生态足迹下绿色制造系统的复杂性,本文利用“同态同构”原理,从“合成场元”和“集成场”视角将绿色制造系统进行有机集成。通过“合成场元”理论分析系统的集成场组成要素,建立绿色制造系统集成单元组成模型,通过对各集成单元的主导力进行分,得到“集成场”下绿色制造系统集成模型和“集成场”下绿色制造系统与生态系统集成联合模型组成的集成模型。并进一步对集成过程中的作用机理进行分析,从提升集成单元可支配资源质量、提升集成单元集成加速度和缩短集成单元间的可达距离三个方面提出相应的集成策略。(3)在系统集成的基础上,建立相应的外部环境模型。利用物质流分析法将绿色制造系统的输入输出物质量追溯到外部环境模型里的自然生态环境中,建立物质流分析模型,通过生态足迹法将自然生态环境“源头”的输入输出量使用对应的计算公式,转化为对外部生态环境产生的生态足迹,即生态足迹转化模型,与系统区域环境自身的生态承载力相比较,获得生态约束的结果,并对具体绿色制造系统的生态约束分析进行了例证说明。(4)在满足生态约束的基础上,以高生态效益、高经济效益和高社会效益为目标进行绿色制造系统评价与优化,分析系统评价与优化的关系,建立生态足迹下绿色制造评价与优化的框架体系,确立绿色制造系统评价指标体系、思路和方法,建立多目标优化为核心的系统模型和方法,最后通过具体的绿色制造系统评价与优化案例进行例证说明。
[Abstract]:As the ecological environment is becoming more and more serious, how to effectively meet the requirements of the ecological environment and achieve high efficiency has become a key research topic. China has published the national medium and long term plan for science and technology development (2006-2020), "green manufacturing technology development" in 12th Five-Year "special plan >" (2012), < China. Making 2025> (2015), < about speeding up the construction of ecological civilization > (2015) and "green manufacturing 2016 special action implementation plan > (2016)" and other related regulations policy. Under this background, how to develop green manufacturing based on the ecological footprint theory has become an urgent problem to be solved. The thesis is based on the national key book planning item of "12th Five-Year". "Green economy and green development series" works "green manufacturing >", "11th Five-Year" National Science and technology support program "manufacturing enterprise production process green planning and optimized operation technology (2006BAF02A03)", National Natural Science Foundation Project "Research on energy efficiency improvement method based on the properties of workpiece energy" (51275365). On the basis of the advanced theories such as system engineering, sustainable development theory and ecological economics, the project is based on the theoretical perspective of ecological footprint to explore the operation and development of green manufacturing system. The paper, based on the theory of ecological footprint, analyzes the basic connotation of green manufacturing system and clear its operation. In order to simplify the complexity of the environment and system operation, in order to simplify the complexity of the green manufacturing system, based on the principle of homomorphism and isomorphism, the integrated model of green manufacturing system is established by using the "synthetic field element" and "integrated field" theory. On this basis, the input and output of the material quantity of the green manufacturing system is analyzed and transformed into the environment phase. The ecological constraints of the system are further evaluated and optimized for the economic, social and ecological benefits of the green manufacturing system, providing a reference theory and method for the operation of the green manufacturing system under the ecological footprint. The main contents of this paper are as follows: (1) starting with the relationship between manufacturing and ecological footprint, the paper analyzes the green system under the ecological footprint. The status and function of the research on system of building system. Combined with the research status of literature and standard policy in related fields both at home and abroad, the integration of green manufacturing system is completed by "synthetic field element" and "integrated field" theory, and the operation of green manufacturing system is carried out by means of material flow analysis and Ecological Footprint Analysis on the basis of the establishment of integrated model. According to the constraint results, the framework system of system evaluation and optimization is finally established. (2) in view of the complexity of the green manufacturing system under the ecological footprint, this paper uses the principle of homomorphism and isomorphism to integrate the green system from the perspective of "synthetic field" and "integrated field". The integrated element of the system is analyzed, and the integrated unit model of green manufacturing system is set up. The integrated model of green manufacturing system under the integrated field and the integrated model of the integrated green manufacturing system and the ecosystem integration model under the "integrated field" are obtained by dividing the leading force of the integrated units. The mechanism of action in the integration process is analyzed. The corresponding integration strategy is put forward from three aspects: improving the quality of the integrated unit to dominate the resource, improving the integration acceleration and shortening the distance between the integrated units. (3) the corresponding external environment model is established on the basis of system integration. The quality of the input and output of the system is traced back to the natural ecological environment in the external environment model, and the model of material flow analysis is set up. The corresponding calculation formula is used to transform the input and output of "source" of natural ecological environment through the ecological footprint method, which is transformed into the ecological footprint of the external ecological environment, that is, the model of ecological footprint transformation, and the model of ecological footprint transformation. The ecological bearing capacity of the system regional environment is compared, the results of ecological constraints are obtained, and the ecological constraints analysis of the specific green manufacturing system is illustrated. (4) on the basis of meeting the ecological constraints, the evaluation and optimization of green manufacturing system is carried out on the basis of high ecological benefit, high economic benefit and high social benefit. The relationship between system evaluation and optimization is set up, the framework system of green manufacturing evaluation and optimization under ecological footprint is set up, the evaluation index system of green manufacturing system, ideas and methods are established, and the system model and method of multi-objective optimization are set up. Finally, the example of the evaluation and optimization of the specific green manufacturing system is illustrated.
【学位授予单位】:武汉科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TH16

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本文编号:2148407

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