基于工业工程的家庭作坊式企业低碳减排方式的研究
中图分类号：F425 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）07（b）-0038-04
温室气体浓度的上升使“低碳”概念在全世界范围内升温，社会各界无疑需反思经济发展带来的过度碳排放问题。在低碳经济的时代背景下，我国为实现向国际社会做出的减排承诺，正在逐步建立温室气体碳排放计量体系，以便更准确地评估温室气体排放量。目前国内相关学者已对某个较大行业的碳排放问题进行研究分析，如纺织服装行业、钢铁行业[1-2]等，但却未深入到某个具体的中小企业当中去。而自改革开放以来，我国中小企业迅猛发展，尤其在沿海地区，以生产小商品或为龙头企业提供提供零配件为主的家庭作坊式企业依靠其供需关系稳定、生产成本低的特点成为主要的致富道路之一。但据相关学者的研究表明，在高耗能行业中，中小型企业比例数量达95.24%以上，有的行业甚至达99.56%[3]。家庭作坊式企业以家庭为单位组建从事简单加工工作，以住宅为生产场所，采用融业主家庭及雇工宿舍和车间、仓库为一体的“三合一”生产模式，节能技术水平低，能源管理漏洞多，近年来导致环境问题突出，属于典型的低碳意识浅薄的中小型企业。
从理论上讲，企业低碳减排工作的开展需要管理和技术两方面的支撑。目前，在各部门已采取或拟采取的各项低碳减排措施中，对于生产现场控制技术考虑较少。而企业要想达到低碳减排的良好效果，对工业生产过程的现场控制是低碳减排的重要环节。工业工程作为一种系统工程技术，不仅创造了精益生产这种科学的生产方式，而且能够对生产现场的节能减排进行有效控制，是工业节能减排现场控制环节的科技抓手[4]。尤其是对于家庭作坊式企业来说，由于本身资金缺乏，高新低碳技术较难引进，加之机械设备化程度不高，大多操作由操作人员手工完成，这样，企业则更需要依据工业工程思想，进行现场控制，改善并规范操作，提高生产效率，从而达到低碳减排。
1 基于碳足迹分析的碳排放源识别
碳足迹是指对某一产品或活动在生命周期内直接及间接引起的温室气体排放量的度量，以二氧化碳当量为单位。国内外对于碳足迹的研究已经开始，研究角度也多种多样，穆图（Muthu）[5]，李（Lee）等[6]，克兰斯顿（Cranston）和哈蒙德（Hammond）[7]，艾切莱（Aichele）和菲尔博梅伊（Felbermayr）[8]等从供应链、产品和城市等角度对碳足迹进行了研究。而目前主要使用的碳足迹分析方法可以分为投入产出分析、生命周期评价、混合生命周期评价[9]。
基于工业工程思想，根据家庭作坊式企业产出的零配件大多加工工艺简单且多以零件加工流程作为生产管理单元的这一特点，再结合低碳制造再造模式的流程的提出[10]，笔者认为采用生命周期评价法较合适。该文以某乡镇私人小型喷塑厂为研究对象，对其在拿到订单和原材料后喷塑加工单位批量零件（1100个）到最后的包装存置这一过程中的碳足迹进行分析以识别碳排放源。
1.1 碳足迹初步分析
碳足迹分析的初步分类和过程见表1。
1.2 根据企业核算GHG协议进一步分析
“企业核算 GHG 协议”出于核算目的定义了三种不同的核算范围[11]，具体见表2。
因此，根据温室气体核算与报告原则中的相关性和完整性原则，在对某一具体企业进行碳核算时，应诚实地对温室气体排放量进行全面、准确和一致的核算，这样利于制定最低碳排放限度。而家庭作坊式企业以手工操作为主，除零件加工过程主体消耗传统能源煤炭、电能外，员工通勤、工作环境条件的提供等均需耗能。例如：整个厂内由于通风不佳，各工位都有耗电能较高的大风扇；厂内采光不佳而多采用人工光源。此外，该企业集工厂、办公室、家庭住房于一体，在喷塑加工单位批量产品时，除工厂本身能耗外，还伴随着办公室能耗、家庭能耗等。这些在碳核算时都不应排除。
1.3 该厂碳排放源范围的识别与核查
基于上述分析，最终梳理出该厂在加工单位批量零件过程中的主要温室气体排放清单如表3。
2 基于工业工程对碳排放过程的改善控制
一般来说，生产现场的浪费包括不必要的工序、员工的不必要调动、生产工序的等待等。任何形式的浪费都是低效率、高耗能、多排放的表现。根据上述碳足迹分析及碳排放清单，该文截取单位批量零件喷涂过程中的喷涂环节，对这一碳排放过程应用联合操作分析、动素分析、双手操作分析、5W1H提问等工业工程中的研究方法对该环节进行工作研究，发现每一位操作工人作业方法中存在的问题，然后根据ECRS原则，增加合理的工位器具以及消除其不必要的浪费，提出相应的改善方案，以达到对碳排放过程的改善控制这一目的。
2.1 改善前对喷涂区工作现状的描述
喷涂过程由三位操作工人完成，其任务是将零件表层喷上所需颜色的喷粉，而喷粉是操作工人按一个喷枪喷出的。由于该厂规模较小，所购置的喷房前面只有一个工位，目前喷涂区布局见图1。喷粉由操作工人乙完成，另外两位工人分别负责在零件挂钩及将零件挂至流水悬挂线上。经调查记录，改善前，完成单位批量（1100个）零件的喷涂时间约为363 min，其中完成1个零件的喷涂甲需8.1 s，乙需5 s，丙需6.7 s。
2.2 相应的改善方案
（1）在改善方案中，合理改变喷涂区布局，避免甲在乙背后操作所造成的时间浪费，同时改变喷房的放置方向，使其与流水悬挂线水平，方便操作人员快捷工作，改善后的布局如图2所示。 （2）添加工位器具，零件在运入喷涂区前则已被挂至工位器具上，在人因角度上符合甲工作的灵活性，避免甲弯腰从地面拾取零件从而方便零件的挂取。
（3）重新设计挂钩，中间的钩子与横杆固定住，而左右两边的钩子通过小铁圈与横杆套住，可根据具体情况调节两者的间距，使得操作人员甲可以同时拿起左右两边的钩子，用两个钩子同时挂取两个提前摆放好的零件，再将其挂到喷房内，左右手可操作平衡；喷房内可设置左右两边两个喷枪，操作人员乙左右手同时喷涂两个零件；操作人员丙可左右两只手同时进行工作，握住横杆两边，将上边固定住的挂钩直接挂在流水悬挂线的T型棒上，减少手的闲置状态。前后挂钩形式如图3、图4所示。
（4）重新设计喷枪，原喷枪只有一个喷口，改善使其为360°的喷头形式，如图5所示，操作人员乙则可左右手各持一个喷枪，从而在相同时间内完成两个零件的喷涂。
2.3 改善后的作业时间测定及前后评估比较
测定得到，改善后，甲的作业时间减少了（8.1-3.54）/8.1=56.3%，乙的作业时间减少了（5-1.11）/5=77.8%。丙的作业时间虽未减少，但左右手动作可以平衡，同时可以完成2个零件的悬挂。那么，完成2个零件的全部喷涂工序时间为3.54+1.11+6.7=11.35 s，完成单位批量零件即1100个的总时间则为6242.5 s，合约104 min，比改善前减少了（363-104）/363=71.3%。
3 改善前后整个碳排放过程能源消耗的时间情况
根据排放清单来看，在喷涂区所耗用的时间减少则意味着完成相同数量零件的喷涂所涉及到的无烟煤、员工通勤、工业用电、工业及生活用水等耗能造成的碳排放减少。
再从拿到订单和原材料后喷塑加工单位批量零件（1100个）到最后的包装存置这一整个过程考虑，根据调查记录数据，整理得到改善前后相关工序具体所涉及到的能源消耗的时间情况，即各类活动的持续时间如表4所示。
4 改善前后的碳核算及碳排放量对比
4.1 碳核算方式
按照ISO14064标准，组织在梳理出排放清单后，再根据各项内容的活动数据及其相应的排放系数，进行各排放源的排放量测算，然后汇总得到该厂在核算期内的总排放量。改善前后完成单位批量零件的碳核算情况如表5所示。碳核算计算公式为：
式中，为某一活动的碳足迹；为该喷塑加工过程中第i类活动的活动水平数据（质量/体积/千瓦时/千米）；为排放因子（每个单位的二氧化碳当量）。
其中，排放因子由IPCC指南和国家发改委、财政部文件《节能项目节能量审核指南》中公布的能源发热量系数值进行折算以及根据该厂的实际情况估算所得。
而活动数据则根据时间比例关系，将该厂月耗能量或小时消耗量转化为在该喷塑加工时间段内的消耗量。活动水平数据计算公式为：
式中，为第i类活动单位时间耗能量；为第i类活动的持续时间。
4.2 改善前后碳排放总量的对比
根据《PAS2050规范》非实质性排放排除在外，即占排放总量不到1%的任何单一来源未在表5中列出。
则可得到，该厂在加工喷塑单位批量零件过程中，在未应用工业工程的工作研究改善前，碳排放量为141.155 kg，而改善后的碳排放量为63.055 kg，降低了55.33%。对于多批量零件的加工喷塑，累计减少的碳排放量将是相当可观的，这必然得益于工业工程的工作研究及相关改善方案。
5 结语
我国将碳排放作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划，家庭作坊式企业作为中小企业的一种高耗能企业，对节能减排有义不容辞的责任。本文针对家庭作坊式企业的特点，以浙江省某乡镇私人小型喷塑厂为例，针对加工喷塑单位批量零件这一过程，截取喷涂区操作环节，对其进行工作研究，提出改善方案以减少工作时间，从而降低该碳排放过程的碳排放量。
家庭作坊式企业等中小企业缺乏工业工程管理，则更需要广泛学习工业工程思想，将工业工程的理论和方法应用于企业生产实践，如在生产现场应用工作研究、规范现场操作，制定劳动定额标准等[12]，以技术与管理结合的方式优化企业各项资源配置，消除不必要的浪费，提高资源的利用效率，使得生产制造过程低成本高效进行，从而进一步达到低碳减排这一最终目的。
