基于云制造模式的产品碳足迹生命周期评价

摘要：随着全球气候变暖的趋势进一步加剧，如何准确测量和评价碳足迹，实现社会经济和资源的可持续发展，成为当下重要议题。其中生命周期评价方法被广泛应用于碳足迹评价。云制造是新提出的一种制造模式，通过云制造服务平台实现产品或服务信息及数据的实时共享，从而实现资源的高效利用。其不仅为产品制造服务以及供应链协同提供了平台，也为产品碳足迹管理以及企业低碳发展提供了新思路。该文将云制造模式应用于产品碳足迹评价，探究供应链上产品碳足迹的评价问题。

关键词：产品碳足迹;云制造模式;生命周期评价

中图分类号：TP391     文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）11-0129-03

气候变暖是当下社会面临的重大全球性挑战之一[1]。世界环保组织、全球环境基金等多个国际组织以及致力于环境优化的学者们，频繁号召各国把更多精力投入到降低二氧化碳排放事项，但全球碳排放量却没有得到明显改善，这说明全球应对气候变暖仍有很长的路要走。对人类活动的碳足迹进行准确评价、科学严谨地制定减排对策是实现低碳可持续发展的关键。而碳足迹评价最常用的方法是生命周期评价[2]。云制造作为一种新的制造模式为产品碳足迹的研究带来了新机遇[3]。它以云计算为核心，将虚拟化、服务化的制造资源和能力实现统一、集中、智能化管理，通过云平台实时共享安全可靠的产品信息及服务，以实现资源高效利用[4-5]。云制造模式的出现加速了制造业的转型升级，突破了空间地理位置对供应链企业的限制，云制造不仅为产品制造服务以及供应链协同提供了平台，也为产品碳足迹管理以及企业低碳发展提供了新思路。

1 基于云制造模式的供应链产品碳足迹信息集成管理方案

1.1 机遇与必要性

很多企业社会责任心强的企业都曾先后对供应链上的产品碳足迹管理进行过探索，但目前仍然面临许多挑战。给产品碳足迹的计算和评价带来了诸多问题。比如，数据信息的不对称、不实时，无法准确计算碳足迹，从而无法精准确定哪个生命周期阶段碳足迹最多，也就导致无法降低关键步骤的碳排放量;传统上，企业之间在收集和共享的碳相关信息时，由于时间和空间的不同、能力和规模的差异，导致对于单一供应链成员来说，为上下游企业、甚至是整条供应链提供和延续全面、最新的碳足迹生命周期信息显得非常吃力且几乎无法做到。目前，已有研究开始探索供应链成员之间共享生命周期信息的新型协作模式，例如由Nakano和Hirao提出的供应链协作模型，以解决从供应链收集LCI数据的问题[6]。然而，研究范围局限在了供应链某个或某几个特定部分。这可能是由于难以获得来自不同上下游供应链企业的实际信息，企业不仅需要意识到自己本身对环境的影响，同时还要兼顾来自上下游企业之间的相互影响。这就需要不断更新的数据信息，并且成员之间数据要做到实时共享。这再次明确协作式生命周期信息共享平台的必要性，以便评价整条供应链的产品碳足迹。

云制造为解决上述问题带来了机遇。首先，云制造服务平台具有海量的数据存贮能力，它超强的存储空间为碳足迹数据信息的收集奠定了坚实的基础。其次，其拥有超强的数据运算能力，能对海量数据进行精准极速计算。同时，它还为供应链上的制造服务和数据信息共享提供了平台，各成员企业均可将数据上传至云平台，由平台进行整合和管理，非常安全、高效、便捷。

1.2 基于云制造模式的产品碳足迹信息集成管理方案

云制造服务能促进供应链上产品碳足迹跨企业的生命周期信息共享与协作。所以需要在云服务平台上集成建模，建立数据管理和LCA功能的协作模型，也就是产品碳足迹信息集成管理方案，便于为产品碳足迹评价提供支持。这种协作模型的本质，是将分散的资源虚拟化，虚拟成为一个企业。由于供应链具有动态性和复杂性特点，所以虚拟成的企业需要一个灵活便于操作的平台，来整合资源和信息协作，这就促成了不同云制造服务和平台的多元联合和应用。

图1即为产品碳足迹信息集成管理方案。供应链云制造服务平台提供给每个供应链成员赋有云服务功能的平台，以便于进行生命周期数据存储、数据管理和数据交换。供应链成员通过访问LCA云平台进行LCI分析和影响评估来计量个人碳足迹。数据信息和碳足迹计算结果，都存储在供应链云平台的数据库中，并可以供其余供应链成员查看和调用，以期更好地进行整个生命周期过程的碳足迹分析。

运行步骤：（1） 在供应链云平台上，LCA系统边界与信息共享需求通过供应链上企业之间的通信且根据各自的要求来定义;（2） 请求的数据反馈到供应链上已注册的企业，服务管理模块唤起本地操作;（3） 获取的LCI数据和产品碳足迹测量结果被传回并存储在相应的企业。这些信息可以共享和检查，以便在供应链云平台进行结果合成和解释;（4） 将评估结果和改进策略传达回各供应链相关企业，以对其生产和服务系统实施必要的变更或改善。

2 基于云制造模式的产品碳足迹生命周期评价

通过研究产品的生命周期过程，构建了基于云制造模式的产品碳足迹生命周期评价模型如图2所示。

分为四个步：第一步，目标与范围确定，其中又包含目标产品描述、功能单位分析、绘制流程图和确定优先序，分析产品、原料和生产工艺;第二步，数据提取与整理，包括云平台初级数据和次级数据;第三步，利用云服务平台碳足迹计算系统计算产品碳足迹;第四步，产品碳足迹评价，其中包括低碳减排措施的提出。

2.1 产品目标与范围的确定

2.1.1 目标产品

企业根据实际生产销售情况，通过调研来确定现需进行碳足迹评价的目标产品。对其碳足迹进行生命周期评价，能够确定其从“摇篮”到“坟墓”整个生命周期所产生的碳足迹的具体数值，在此基础上探索如何降低被评估产品的温室气体排放量，为企业环境绩效的改善提供依据，提升企业碳资产管理信息化水平。

2.1.2 功能单位分析

为了给生命周期评价体系提供统一的输入、输出基准，在选定产品之后，应设定产品的功能单位，也称度量单位，即产品最终被实际消费的方式。

2.1.3 确定系统边界

调研清楚目标产品的生命周期过程和阶段，就是确定了产品的系统边界。生命周期流程图能直观且明确地展示产品的系统边界，它包含了目标产品生命周期过程中所涉及的所有能源、资源和活动。

2.2 碳足迹信息集成管理云平台的数据收集

利用产品碳足迹信息集成管理云平台，已注册登记的供应链成员企业，将产品生命周期过程中相关的材料、能源、废弃等数据信息都上传，从而云平台可以快捷地掌握一手且实时的数据信息。计算和评价碳足迹一般需要收集两种数据：初级活动水平数据和次级数据。初级活动水平数据是指产品全生命周期范围内活动数据的定量数值[7]，次级数据并不是针对某个具体产品，而是对同类过程或者材料的平均或者通用的数据，在产品生命周期范围内不是通过直接测量获得的数据[8]。

2.3 云制造模式下产品碳足迹的计算与分析

产品碳足迹计算系统嵌入进碳足迹信息集成管理云平台上，它以产品整机制造企业为核心进行搭建。碳足迹核算过程在云平台业务处理和数据信息交换中心进行，包括数据上传收集、建模、审核、计算以及输出报告，如图3所示。

2.4 产品碳足迹分析

通过上节的计算系统计算所得的数据，来分析供应链上产品在整个生命周期过程中每个阶段的碳排放量，对碳足迹最高的几个阶段进行研究和分析，提出对应的减排策略。

3 案例分析

通过实地参观调研H公司的COSMOPlat平台，对H公司的电冰箱产品生命周期各阶段的数据在云平台进行了收集、分类、归纳和整合。然后对电冰箱产品全生命周期范围内的碳足迹进行了清单分析和计算，并对结果进行解释和评价。

结合所要研究的目标，确定研究范围主要为以下五个阶段：原材料阶段、生产制造阶段、运输阶段、使用阶段和回收阶段。从云制造服务平台获取本文电冰箱产品碳足迹生命周期评价所需的初级活动水平数据和排放因子相关数据。电冰箱产品的清单分析是对一台电冰箱从“出生”到“坟墓”期间所有数据的收集整理工作，如表1所示。

从计算结果可得出：此型号电冰箱产品全生命周期的碳足迹为3198.1131kg，其中原材料生产阶段的碳足迹为185.44kg，占比5.7984%;产品生产制造阶段为48.5263kg，占比1.5173%;运输阶段7.23kg，占比0.2261%;使用阶段的碳足迹为2954.36kg（使用年限为10年） ，占比92.3782%;回收阶段2.5568kg，占比0.0799%。对生命周期的碳足迹进行排序：使用阶段>原材料生产阶段>产品生产制造阶段>运输阶段>回收阶段。由此得出，使用阶段电冰箱产品温室气体排放最多，占比最大，所以在探索碳减排对策时，应该更多把精力放在减少使用阶段的碳排放量。而回收阶段排放量最小，也间接体现了人们和社会对环保理念的践行，老旧电冰箱的有效回收，进行安全环保的二次利用也是对碳足迹减少的一种探索。

4 结论

本文以制造产品碳足迹为研究对象，利用云制造这一种新模式整合资源、收集数据信息实现了资源服务的优化组合。同时提出了云制造模式下产品碳足迹的信息集成管理方案，并构建了基于云制造模式下产品碳足迹的生命周期评价模型，大大提高了云计算在制造业中的应用，也提高了碳足迹计算的准确度。本文虽然系统地研究了产品碳足迹评价的相关问题，但限于各种主客观原因，本文尚存在不足之处有待深入研究与探索。

参考文献：

[1] 杨耀，蔡慈澜.国家气候雄心下城市气候治理的思考[J].环境保护，2021，49（16）：35-38.

[2] Fang K，Heijungs R.Rethinking the relationship between footprints and LCA[J].Environmental Science & Technology，2015，49（1）：10-11.

[3] 李伯虎，张霖，王时龙，等.云制造——面向服务的网络化制造新模式[J].计算机集成制造系统，2010，16（1）：1-7，16.

[4] 易树平，刘觅，温沛涵.基于全生命周期的云制造服务研究综述[J].计算机集成制造系统，2016，22（4）：871-883.

[5] 齐二石，李天博，刘亮，等.云制造理论、技术及相关应用研究综述[J].工业工程与管理，2015，20（1）：8-14.

[6] Nakano K，Hirao M.Collaborative activity with business partners for improvement of product environmental performance using LCA[J].Journal of Cleaner Production，2011，19（11）：1189-1197.

[7] 郑德凤，刘晓星，王燕燕，等.中国省际碳足迹广度、深度评价及时空格局[J].生态学报，2020，40（2）：447-458.

[8] 田成诗，张诗雅.中国行业供应链碳足迹的来源分解分析——基于投入产出的生命周期评价模型[J].环境经济研究，2019，4（2）：58-75.

收稿日期：2021-11-21

基金项目：河北省高校基本科研业务经费项目：云制造模式下产品碳足迹的生命周期评价研究（课题编号：JYT2021022）

作者简介：武琪（1995—） ，女，河北张家口人，硕士，助教，研究方向为云制造，供应链管理。