引言
   
    產(chǎn)品制造過程是一個將制造資源（物料、能源等）轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品或半成品的資源增殖過程，但是，制造過程在將制造資源轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品或半成品的加工過程中，也同時產(chǎn)生了資源消耗和環(huán)境影響兩大副作用問題。
   
    產(chǎn)品制造過程資源消耗和環(huán)境影響問題的研究引起了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注．美國麻省理工學(xué)院Gutowski T教授分析了機械加工過程中的環(huán)境影響和資源消耗的各種因素和狀況，提出了一種對機械加工過程環(huán)境負(fù)荷進行測定的方法．目前的研究主要側(cè)重于對資源的優(yōu)化利用和對制造過程產(chǎn)生的環(huán)境影響評價方法的研究，缺乏對制造過程輸入資源與環(huán)境影響輸出之間關(guān)聯(lián)性分析的研究，難以有效地確定環(huán)境問題產(chǎn)生的根源．
   
    1 制造過程資源消耗和環(huán)境影響分析模型
   
    1.1基于啪圖的產(chǎn)品制造過程模型
   
    產(chǎn)品制造過程是由一系列的工序環(huán)節(jié)（每個工序也是一個具體工藝過程）組成，包括毛坯成形、零件機械加工、材料改性與處理、裝配調(diào)試等制造階段．每個工藝過程都可以看作為一個輸入-處理-輸出的單元過程，而制造過程則可以看作是由一系列工藝IPo過程組成的工藝過程鏈，即一個更大的輸入．處理．輸出過程，如圖1所示．

    圖l所示的制造過程構(gòu)成模型描述了制造過程的功能作用，即輸出產(chǎn)品或半成品，且不斷伴隨著各方面有形的和無形的副產(chǎn)品輸出．制造過程的輸入資源主要是指物料資源，包括物料（原材料、坯件、半成品等）、能源、設(shè)備等；輸出主要是合格產(chǎn)品、環(huán)境排放等，其中環(huán)境排放是一些有形無形的副產(chǎn)品，包括：1）固體廢棄物：
   
    如下料車間的邊角余料、切削過程的切屑等；2）液體廢棄物：如冷卻液，潤滑液泄露等；3）氣體廢棄物：如冷卻液煙霧等；4）噪聲；5）其他（如溫度上升、振動產(chǎn)生等）自潤滑軸承．
   
    基于制造過程的工藝鏈及其輸人輸出關(guān)系圖，可以將復(fù)雜的制造過程分解為一系列的工藝單元，在對單個制造工藝的資源消耗和環(huán)境影響分析的基礎(chǔ)上，建立一種產(chǎn)品制造過程輸入和輸出之間的關(guān)聯(lián)性模型．

    1.2產(chǎn)品制造過程資源消耗和環(huán)境影響分析數(shù)學(xué)模型
   
    1.2.1單個工藝資源消耗和環(huán)境影響分析的數(shù)學(xué)模型單獨考慮制造過程某個加工工藝的資源消耗和環(huán)境影響關(guān)系，可建立圖2所示的示意圖．

    圖2中共有m個輸入量，從M1到Mm，以及m+n個輸出量，M1*至Mm*和y1至yn。在輸出量中，M1*至Mm*保持原來的物質(zhì)形態(tài)，y1至yn是在工藝過程中生成的新物質(zhì)．這種工藝過程輸入和輸出關(guān)系可用表1來進一步描述．

    表的左列表示工藝過程的物料輸入量，頂行表示物料輸出量，其它元素描述的是從輸入到輸出的物料流，如Z12表示從材料M1到材料M2的物料流，W1n表示材料M1新產(chǎn)生的物質(zhì)Yn的物料流。假定工藝過程的輸入和輸出之間有一定的線性關(guān)系，基于物質(zhì)守恒定律，則有

    在工藝條件不變的情況下，aij，bij固定不變，基于上述式子，可得#p#分頁標(biāo)題#e#

 

    式（3）可寫成矩陣形

    其中

    A和B是工藝過程中的技術(shù)矩陣，矩陣A描述在工藝輸出中物質(zhì)形態(tài)沒有變化的系數(shù)矩陣，矩陣B表示工藝輸出中產(chǎn)生了新物質(zhì)的系數(shù)矩陣．A是一個方陣，在工藝過程輸入量數(shù)目和形式不變的情況下，（I-A）是非奇異的，則輸入量X可根據(jù)輸出l，表示為：

    式（5）具有特殊的意義，通常對于環(huán)境產(chǎn)生影響的排放物出現(xiàn)在矢量l，中，可以通過改變工藝的輸入來降低這些環(huán)境排放物的影響．
   
    1．2．2產(chǎn)品制造過程的資源消耗和環(huán)境影響分析模型產(chǎn)品制造的整個過程資源消耗和環(huán)境影響的分析，則可在工序?qū)哟紊系奈锪陷斎胼敵黾傻幕A(chǔ)上進行．以制造過程中的兩個加工工藝集成為例進行說明，如圖3所示．

    根據(jù)式（3）可得這兩個工藝過程的物料平衡關(guān)系
   
    集成的輸入量X和輸出量l，定義為

    式（6）、（7）組合后可化為

    集成的技術(shù)系數(shù)定義為

    集成的制造過程輸入輸出分析模型為

 

    上述過程說明，產(chǎn)品制造過程可在各單個工藝輸入輸出分析模型的基礎(chǔ)上進行集成，建立整個制造過程的輸入輸出模型．同樣，應(yīng)用這些模型及其間的相互聯(lián)系，可對生產(chǎn)系統(tǒng)，甚至整個制造企業(yè)輸入輸出的關(guān)聯(lián)性進行分析．

    2 案例應(yīng)用
   
    某閥門制造廠電動截止閥的閥體制造過程流程如下：原材料一毛坯一機加工一熱處理一裝配一檢驗．以閥體的毛坯制造和機加工工藝為例進行分析．這兩道工藝過程的輸入輸出如下圖4、圖5所示．

    根據(jù)各工藝過程的輸入一處理輸出示意圖，根據(jù)從一個閥體制造過程中獲得的數(shù)據(jù)，建立了如表2，表3所示的工藝輸入輸出數(shù)據(jù)表．

    閥體加工過程中毛坯加工和機加工集成的輸入矢量X和輸出矢量y表示如下#p#分頁標(biāo)題#e#

    基于方程式（1）一（4），將表2和表3中的數(shù)據(jù)分別代人（2）和（4）可求得這兩個工藝的技術(shù)系數(shù)矩陣，如下所示

    應(yīng)用方程式（6）～（11）及A1，B1，A2，B2，就可以計算出集成技術(shù)系數(shù)矩陣和這兩道工藝輸入輸出關(guān)系的數(shù)學(xué)方程，結(jié)果如下

 

    在上述方程式的基礎(chǔ)上，可以探索出各種可以減少環(huán)境排放量的方法，促使制造過程朝著零排放的方向發(fā)展．如要將生產(chǎn)過程中廢棄物和切削的產(chǎn)生量各減少25％，20％，矢量Y從[16，9，0．1，0．25，1．5，12]τ改變成[12，9，0．1，0.25，1.5，9.6]τ，根據(jù)上式，矢量X應(yīng)從[310.55，1.626，0.098，2.507，294.795，4.934，0.288，0.156]τ，變成[239.31，1.626，0.086，2.507，238.107，4.934，0.2688，0.156]τ．根據(jù)上述計算，可以通過改變毛坯的輸入量來極大的減少切屑和廢棄物，因此，可將傳統(tǒng)的鑄造、自由鍛改為模鍛或者是液態(tài)模鍛等精密的毛坯制造方法，從而提高毛坯的制造精度，減少機加工切削量，使得機加工輸出的廢棄物、切屑等大大減少．
   
    3 結(jié)論
   
    產(chǎn)品制造過程是產(chǎn)品全生命周期過程中產(chǎn)生資源消耗和環(huán)境影響的重要環(huán)節(jié)．在制造過程的各個環(huán)節(jié)都有產(chǎn)生環(huán)境影響問題的可能，從制造資源的輸入開始，對可能產(chǎn)生的環(huán)境問題事先進行分析預(yù)測，為利用資源減量化來減少制造過程中的環(huán)境影響提供支持．本文建立了基于鵬模型的產(chǎn)品制造過程工藝鏈的框架模型，提出了一種對制造工藝資源消耗和環(huán)境影響之間關(guān)聯(lián)性進行分析的方法，在對單個工藝進行分析的基礎(chǔ)上，集成各加工工藝輸入和輸出，建立了制造過程輸入和輸出之間的關(guān)聯(lián)性模型．該模型能夠?qū)χ圃爝^程資源流和環(huán)境影響之間的關(guān)系進行描述，通過對模型中的輸入輸出進行對照分析，達到改進輸入，抑制環(huán)境排放流輸出的目的，從源頭上減少制造過程環(huán)境排放量．