劉宇，高峰，孫博學，李小青

［摘 要］ 綠色制造是我國生態(tài)文明建設(shè)與工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的必經(jīng)之路。針對當前對材料綠色制造人才培養(yǎng)的迫切需求，系統(tǒng)梳理制造企業(yè)進行綠色產(chǎn)品研發(fā)、綠色工藝改進、節(jié)能減排潛力評價的標準流程與關(guān)鍵環(huán)節(jié)，設(shè)計融合材料生態(tài)設(shè)計、清潔生產(chǎn)技術(shù)優(yōu)選、綠色產(chǎn)品評估認證等綠色制造全流程一體化的實踐教學方案，整合先進企業(yè)的實際研發(fā)經(jīng)驗與管理運行數(shù)據(jù)，建立集成綜合教學方案、教學案例庫與專業(yè)軟件的綠色制造實踐平臺，探索產(chǎn)學融合、實踐創(chuàng)新的新工科教學模式。

［關(guān)鍵詞］ 綠色制造；實踐教學；生命周期工程

［基金項目］ 2020年度北京工業(yè)大學教育教學研究課題“材料綠色制造理論與實踐教學資源優(yōu)化整合研究”（ER2020B041）；2020年度北京工業(yè)大學教育教學研究課題“新工科背景下資源循環(huán)科學與工程專業(yè)升級改造與創(chuàng)新人才培養(yǎng)路徑探索”（ER2020A009）；2020年度教育部第二批新工科研究與實踐項目“京津冀區(qū)域材料新工科人才教育共同體構(gòu)建與運行機制研究”（E-CL20201902）

［作者簡介］ 劉 宇（1984—），男，北京人，工學博士，北京工業(yè)大學材料與制造學部副教授，主要從事生態(tài)環(huán)境材料與生命周期評價研究；高 峰（1978—），男，北京人，工學博士，北京工業(yè)大學材料與制造學部材料學院院長，教授，博士生導師，主要從事生態(tài)環(huán)境材料與資源循環(huán)科學研究；孫博學（1985—），男，山西大同人，工學博士，北京工業(yè)大學材料與制造學部副教授，主要從事材料生命周期設(shè)計評價方法研究。

［中圖分類號］ G642.0［文獻標識碼］ A［文章編號］ 1674-9324（2023）11-0005-04［收稿日期］ 2022-05-13

一、背景

材料制造業(yè)是建設(shè)制造強國、促進新興產(chǎn)業(yè)成長、加強國防軍工建設(shè)、維護國家穩(wěn)定的重要支撐。進入21世紀，面對資源日漸匱乏、能源漸趨短缺、環(huán)境問題日趨嚴峻等全球普遍關(guān)注的熱點問題，強調(diào)材料與資源、環(huán)境協(xié)調(diào)統(tǒng)一，已成為社會可持續(xù)發(fā)展的基本需求。當前，我國材料制造業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏重，能源結(jié)構(gòu)偏煤，生產(chǎn)能耗約占全國總能耗的40%，直接溫室氣體排放超過40億噸。全面推行綠色制造，通過材料的設(shè)計、制造、回收等一系列環(huán)節(jié)的技術(shù)革新，降低產(chǎn)品全生命周期的環(huán)境影響，已成為材料產(chǎn)業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型的重點戰(zhàn)略任務(wù)。

近年來，多項國家政策與規(guī)劃明確提出強化綠色發(fā)展理念，加快構(gòu)建綠色制造體系，實現(xiàn)制造業(yè)高效清潔低碳循環(huán)和可持續(xù)發(fā)展，促進工業(yè)文明與生態(tài)文明和諧共融?！吨腥A人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》強調(diào)，要深入實施智能制造和綠色制造工程，發(fā)展服務(wù)型制造新模式，推動制造業(yè)高端化智能化綠色化［1］。

在新時代背景下，工科人才培養(yǎng)應(yīng)積極探索將綠色制造理論與企業(yè)綠色產(chǎn)品研發(fā)/綠色工廠建設(shè)融入課程教學的有效途徑［2］，從先進企業(yè)的成功實踐中挖掘優(yōu)質(zhì)實踐教學資源，開發(fā)綠色制造案例庫與教學平臺，支撐在課堂模擬企業(yè)綠色技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)的完整流程，并注重引入綠色制造國家政策與相關(guān)標準，優(yōu)化實踐教學方案，以契合政府管理部門、制造企業(yè)與行業(yè)認證機構(gòu)對綠色制造人才的能力需求。

二、綠色制造背景下人才培養(yǎng)及教學模式轉(zhuǎn)型需求

針對當前工業(yè)領(lǐng)域的綠色發(fā)展與綠色制造趨勢，企業(yè)從傳統(tǒng)制造向綠色制造的轉(zhuǎn)型升級勢必引發(fā)勞動力市場的巨大變革［3］，進而對高校工科人才培養(yǎng)提出側(cè)重綠色生產(chǎn)技術(shù)、綠色產(chǎn)品設(shè)計、綠色管理規(guī)范、綠色經(jīng)營理念等新需求，相關(guān)理論與實踐教學模式也應(yīng)及時調(diào)整。材料科學與工程專業(yè)人才培養(yǎng)與課程設(shè)計的思路應(yīng)從“不斷改進與拓寬材料的應(yīng)用性能”轉(zhuǎn)變?yōu)椤安牧稀h(huán)境—社會的協(xié)調(diào)發(fā)展”，使新材料/新工藝研發(fā)與傳統(tǒng)材料改造既滿足社會發(fā)展的需求，又具有良好的環(huán)境協(xié)調(diào)性。具體舉措包括：（1）摒棄傳統(tǒng)“重功能，輕環(huán)?！钡钠嫠季S定式［4］，從引導追求材料性能指標最優(yōu)轉(zhuǎn)變到性能—資源—環(huán)境—成本等多維指標的綜合優(yōu)化。（2）從單獨關(guān)注材料制造/服役等局部流程改進轉(zhuǎn)變到前端毒害/稀缺元素替代、制造階段節(jié)能減排、使用階段高效安全服役、末端再生循環(huán)的全流程優(yōu)化，灌輸未來工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計與綠色制造的全生命周期理念。（3）從末端被動治理轉(zhuǎn)變到前端生態(tài)設(shè)計，設(shè)計階段決定了約80%的產(chǎn)品生命周期成本及環(huán)境影響，將環(huán)境因素納入產(chǎn)品設(shè)計，可實現(xiàn)從源頭優(yōu)化資源配置，系統(tǒng)降低產(chǎn)品環(huán)境負荷。（4）注重材料科學與工程基本理論和資源環(huán)境、社會經(jīng)濟等相關(guān)學科知識的深度交叉融合，培養(yǎng)具備從多方位制訂綠色制造集成解決方案的綜合能力。（5）課程教學結(jié)合企業(yè)實踐，持續(xù)追蹤國家在綠色產(chǎn)品、綠色工廠、綠色園區(qū)、綠色供應(yīng)鏈等領(lǐng)域的政策部署，結(jié)合用人單位對綠色產(chǎn)品設(shè)計、綠色管理等相關(guān)崗位的實際需求，將綠色制造與評價認證的標準流程和成功案例融入課程教學。

針對以上思路，北京工業(yè)大學資源循環(huán)科學與工程專業(yè)開設(shè)了系列綠色制造相關(guān)理論課程，包括側(cè)重講授宏觀產(chǎn)業(yè)鏈綠色轉(zhuǎn)型理論的“工業(yè)生態(tài)學”、側(cè)重講授低環(huán)境負荷材料設(shè)計與評價理論的“環(huán)境材料基礎(chǔ)”、側(cè)重講授材料制備流程節(jié)能減排技術(shù)的“清潔生產(chǎn)技術(shù)”等；在綠色制造實踐教學方面，開設(shè)了“產(chǎn)品與流程生態(tài)設(shè)計實驗”“材料綜合實驗”等課程，教學內(nèi)容以生命周期工程理論框架為基礎(chǔ)，有機融合產(chǎn)業(yè)園區(qū)規(guī)劃、材料生態(tài)設(shè)計、清潔工藝研發(fā)等綠色發(fā)展途徑與方法，從產(chǎn)業(yè)、企業(yè)、技術(shù)、產(chǎn)品等多個層級，系統(tǒng)實踐綠色制造理論體系的關(guān)鍵要素［5］。

三、材料綠色制造實踐教學模式探索

面向綠色制造背景下實踐教學的改革需求，以及當前實踐教學存在的與企業(yè)實際工作模式脫節(jié)、相關(guān)優(yōu)質(zhì)教學資源不足等問題，將現(xiàn)行的國家標準、設(shè)計規(guī)范、綠色認證制度等融入實踐教學，結(jié)合先進企業(yè)綠色產(chǎn)品研發(fā)與推廣經(jīng)驗模式，挖掘優(yōu)質(zhì)教學資源建立綠色制造教學案例庫，開發(fā)融合材料生態(tài)設(shè)計、綠色技術(shù)優(yōu)選、綠色產(chǎn)品評估等綠色制造全流程一體化的實踐教學平臺，探索新工科建設(shè)背景下生態(tài)環(huán)境材料研發(fā)與應(yīng)用的實踐教學模式。

（一）融入綠色制造理論的實踐教學方案設(shè)計

基于當前材料制造企業(yè)進行綠色產(chǎn)品研發(fā)、制造技術(shù)改進、節(jié)能減排潛力評價等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，設(shè)計模擬企業(yè)綠色產(chǎn)品研發(fā)、改進、評價及聲明的標準實踐流程（見圖1），形成集合國家標準、設(shè)計方法、認證評價等全流程多維度的材料綠色制造實踐教學方案。第一，對材料制造現(xiàn)狀開展生命周期評價，辨識產(chǎn)品系統(tǒng)生命周期中產(chǎn)生資源、環(huán)境問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過與行業(yè)最優(yōu)技術(shù)組合（BATs）進行比對，挖掘產(chǎn)品改進潛力并制定改進/設(shè)計目標；第二，針對生命周期評價辨識的關(guān)鍵環(huán)節(jié)與改進潛力，通過理論課程學習、自主查閱文獻與綠色技術(shù)數(shù)據(jù)庫，提出有針對性的改進方案或技術(shù)組合；第三，基于生態(tài)設(shè)計多維評價方法，分別評估不同設(shè)計/改進方案的產(chǎn)品性能、環(huán)境影響與經(jīng)濟成本，形成綜合考慮性能、資源環(huán)境與經(jīng)濟成本的最優(yōu)方案；第四，對最優(yōu)技術(shù)方案組合的改進潛力進行預測性評估，確定是否達到設(shè)計目標，分析其實施風險與社會效益。

通過設(shè)計以生命周期評價方法為核心的產(chǎn)品綜合診斷、技術(shù)方案擇優(yōu)、設(shè)計效果評價、產(chǎn)品持續(xù)改進等綠色制造全流程實踐教學方案，教師能夠幫助學生理解材料的生產(chǎn)、使用、廢棄等對環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的影響，掌握材料生態(tài)設(shè)計與評價的理論方法與分析軟件使用方法，培養(yǎng)解決材料設(shè)計、制備和應(yīng)用中組成—工藝—性能—環(huán)境影響之間可能出現(xiàn)的矛盾與沖突問題的能力。

（二）綠色制造教學資源整合及平臺搭建

綠色制造實踐教學方案實施需要大量來自實際企業(yè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，支撐融合行業(yè)綠色管理、企業(yè)綠色制造、產(chǎn)品綠色認證等多維度實踐教學模式。通過挖掘綠色制造的先進企業(yè)在設(shè)計、管理與運行等環(huán)節(jié)的教學資源，教師可建立綠色制造教學案例庫與綠色制造技術(shù)信息庫（見圖2），以案例的形式提供教學方案實施過程所需的標準規(guī)范、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及關(guān)鍵技術(shù)。開發(fā)集成生態(tài)設(shè)計、生命周期評價等方法模型的軟件工具，形成集合綜合教學方案、優(yōu)質(zhì)教學資源庫與專業(yè)教學軟件的綠色制造實踐平臺，實現(xiàn)從生產(chǎn)企業(yè)的設(shè)計工程師/環(huán)境管理工程師、行業(yè)監(jiān)管部門的產(chǎn)品能耗/排放管理、認證機構(gòu)的綠色產(chǎn)品/綠色工廠評審等多方面對綠色制造相關(guān)流程進行仿真模擬。

結(jié)語

將可持續(xù)發(fā)展理念與綠色制造理論融入實踐教學，結(jié)合當前我國工業(yè)領(lǐng)域推進綠色制造的政策部署與工作流程，我們設(shè)計了面向行業(yè)管理部門、綠色制造企業(yè)、綠色認證機構(gòu)等多維度的綠色制造實踐教學模式，基于先進企業(yè)的綠色設(shè)計/管理經(jīng)驗與實際運行數(shù)據(jù)，建立了標準、技術(shù)與認證一體化的教學案例庫與軟件平臺，支撐面向傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級和戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)綠色制造的復合型人才培養(yǎng)體系。

參考文獻

［1］中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要［EB/OL］.（2021-03-13）［2021-12-02］.http：//www.gov.cn/xinwen/2021-03/13/content_5592681.htm.

［2］楊東升，羅先群，李小麗.基于綠色制造的生物工程人才培養(yǎng)模式［J］.高教學刊，2020（20）：156-158+162.

［3］許艷麗，李資成.制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級背景下綠色技能人才培養(yǎng)的挑戰(zhàn)與策略［J］.職業(yè)技術(shù)教育，2017，38（9）：

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［5］高峰，劉宇，崔素萍.資源循環(huán)科學與工程專業(yè)實踐教學模式探索［J］.教育教學論壇，2021（33）：105-108.

Exploration on Practical Teaching model of Material Green Manufacturing

LIU Yu a，b， GAO Feng a，b， SUN Bo-xue a，b， LI Xiao-qing a，b

（a. Faculty of Materials and Manufacturing， b. National Engineering Laboratory for Industrial Big-data Application Technology， Beijing University of Technology， Beijing 100124， China）

Abstract： Green manufacturing is the path for ecological civilization development and industrial transformation and upgrading. In view of the urgent demand for green manufacturing talents in materials industry， this paper? conducts a thorough review on the standards and critical control points of manufacturing enterprises throughout green product research and development， green processes optimization， energy saving potential evaluation， thereby creating a practical teaching model to integrate the stages of material eco-design， cleaner production techniques， and green product evaluation. Furthermore， the advanced experiences of enterprise research and development and the management and operation data are integrated， and a green manufacturing practice platform is established which integrates teaching programs， case database and professional software， so as to explore a teaching model of industry-education integration and practical innovation in Emerging Engineering.

Key words： green manufacturing; practice teaching; life cycle engineering