基于Web架構(gòu)的泰妙菌素專用生命周期評(píng)價(jià)系統(tǒng)開發(fā)

任依萍

山東勝利生物工程有限公司，山東 濟(jì)寧，272000

0 引言

由于日益嚴(yán)重的環(huán)境和資源消耗等問題，越來越多的國家意識(shí)到綠色制造和可持續(xù)發(fā)展的重要性，生命周期評(píng)價(jià)（LCA）技術(shù)作為一種用于分析評(píng)價(jià)產(chǎn)品和服務(wù)相關(guān)生命周期環(huán)境影響的工具，可為產(chǎn)品的綠色制造提供決策依據(jù)，緩解企業(yè)所面臨的環(huán)境與資源問題[1-2]。生命周期評(píng)價(jià)過程涉及大量的數(shù)據(jù)，包含了產(chǎn)品生命周期中全部的輸入和輸出，數(shù)據(jù)的獲取、分析、匯總需要大量時(shí)間，通過應(yīng)用計(jì)算機(jī)可有效提高LCA的應(yīng)用效果和效率，推動(dòng)生命周期評(píng)價(jià)產(chǎn)品開發(fā)和生命周期設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)踐。山東勝利生物工程有限公司以“綠色制造系統(tǒng)集成項(xiàng)目”建設(shè)為依托，對(duì)其生產(chǎn)的動(dòng)物專用抗生素-泰妙菌素進(jìn)行全生命周期評(píng)價(jià)，研究開發(fā)適用于企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際的泰妙菌素專用生命周期評(píng)價(jià)軟件，對(duì)于推進(jìn)我國生命周期評(píng)價(jià)工作以及指導(dǎo)生態(tài)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和開發(fā)具有重要的意義。

1 泰妙菌素全生命周期模型構(gòu)建

將抽象生命周期評(píng)價(jià)方法轉(zhuǎn)化為具體的邏輯模型是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)開發(fā)的重要基礎(chǔ)，目前通用式的LCA系統(tǒng)軟件總體上是按照產(chǎn)品系統(tǒng)的物質(zhì)流、能流、污染流關(guān)系實(shí)現(xiàn)生命周期評(píng)價(jià)模型的建模，該過程對(duì)用戶的專業(yè)背景知識(shí)要求很高，因此，本系統(tǒng)在兼顧普遍適用性的前提下，通過對(duì)山東勝利生物工程有限公司泰妙菌素生產(chǎn)全生命周期分析，構(gòu)建泰妙菌素全生命周期模型，同時(shí)建立獨(dú)立的模型數(shù)據(jù)集（支持模型更新），用戶開展生命周期評(píng)價(jià)時(shí)可直接調(diào)用模型數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)“一鍵建模”，真正將用戶從復(fù)雜的建模過程解放出來，提高了系統(tǒng)應(yīng)用效率。

根據(jù)泰妙菌素生命周期評(píng)價(jià)系統(tǒng)邊界，匯總各單元過程輸入、輸出所涉及的原料投入、能源投入、產(chǎn)品產(chǎn)出、污染排放關(guān)系，以物質(zhì)流（包括中間產(chǎn)品）作為單元過程上下級(jí)邏輯關(guān)系樞紐，建立泰妙菌素生命周期評(píng)價(jià)模型，如圖1所示。

圖1 泰妙菌素生命周期評(píng)價(jià)模型

泰妙菌素生命周期模型共分三級(jí)，涉及的物料前景過程數(shù)據(jù)包括：葡萄糖、黃豆餅粉、復(fù)合酵母粉、豆油、玉米漿、液堿、4-甲基-2-戊、碳酸鈉、氮?dú)狻⒓状肌?duì)甲苯磺酰氯、二乙氨基己硫醇等；涉及的能源前景過程數(shù)據(jù)包括：電力、蒸汽、壓縮空氣等。

2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程采用面向?qū)ο蟮木幊趟枷耄浴案邇?nèi)聚低耦合”的設(shè)計(jì)原則，同時(shí)根據(jù)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與需求分析，將系統(tǒng)結(jié)構(gòu)劃分為四個(gè)層次：用戶應(yīng)用層、系統(tǒng)工具層、模型方法層、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存層，不同層次之間結(jié)構(gòu)清晰，具有“低依賴性、高邏輯復(fù)用性”，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架如圖2所示。

圖2 基于WEB 的泰妙菌素專用生命周期評(píng)價(jià)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（1）用戶層應(yīng)用層。采用Web瀏覽器作為用戶界面，與用戶直接關(guān)聯(lián)，該層以Web網(wǎng)絡(luò)功能與數(shù)據(jù)庫為支撐，按照泰妙菌素全生命周期評(píng)價(jià)各要素步驟，以標(biāo)準(zhǔn)的生命周期評(píng)價(jià)向?qū)搅鞒梯o助用戶完成產(chǎn)品的生命周期評(píng)價(jià)。用戶通過輸入泰妙菌素物質(zhì)流、能量流、污染流數(shù)據(jù)完成用戶與評(píng)價(jià)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換，最終實(shí)現(xiàn)生命周期評(píng)價(jià)。

（2）系統(tǒng)工具層。該層為用戶應(yīng)用提供相關(guān)的數(shù)據(jù)接口，主要包括：數(shù)據(jù)采集管理、產(chǎn)品模型管理、分析評(píng)價(jià)、報(bào)告管理。其中數(shù)據(jù)采集管理用來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫管理與數(shù)據(jù)采集管理（包括數(shù)據(jù)錄入與自動(dòng)采集）；產(chǎn)品模型管理基于產(chǎn)品樹狀模型，實(shí)現(xiàn)泰妙菌素生命周期建模關(guān)聯(lián)；分析評(píng)價(jià)基于產(chǎn)品樹狀模型，實(shí)現(xiàn)生命周期清單計(jì)算及環(huán)境影響定量計(jì)算分析；報(bào)告管理基于分析評(píng)價(jià)結(jié)果，按照ISO14000系列標(biāo)準(zhǔn)要求標(biāo)準(zhǔn)化自動(dòng)生成生命周期評(píng)價(jià)報(bào)告。

（3）模型方法層。該層為系統(tǒng)核心業(yè)務(wù)邏輯層，實(shí)現(xiàn)了抽象化的生命周期理論方法的模型邏輯化，同時(shí)與各層之間業(yè)務(wù)邏輯相互關(guān)聯(lián)，對(duì)輸入的實(shí)例化對(duì)象數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最終將計(jì)算結(jié)果通過系統(tǒng)工具層展示。

（4）數(shù)據(jù)儲(chǔ)存層。該層是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，主要包括網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等相關(guān)軟硬件。該層利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫遠(yuǎn)程訪問，為泰妙菌素專用生命周期評(píng)價(jià)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。儲(chǔ)存層采用MySQL數(shù)據(jù)庫作為后臺(tái)服務(wù)器。主要包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、背景數(shù)據(jù)庫、評(píng)價(jià)方法數(shù)據(jù)庫。

3 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要功能模塊包括：數(shù)據(jù)采集管理模塊、產(chǎn)品模型管理模塊、分析評(píng)價(jià)模塊、報(bào)告管理模塊等，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)主要功能模塊

（1）數(shù)據(jù)采集管理模塊。數(shù)據(jù)管理模塊實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、前景數(shù)據(jù)配置的重要操作模塊，用戶可通過手動(dòng)錄入或在線一鍵獲取（數(shù)據(jù)來源于EMS、MES系統(tǒng)）評(píng)價(jià)相關(guān)數(shù)據(jù)。

（2）產(chǎn)品模型管理模塊。產(chǎn)品模型管理模塊是管理產(chǎn)品評(píng)價(jià)模型的功能總稱，本功能模塊結(jié)合產(chǎn)品信息、生產(chǎn)工藝管理兩個(gè)模塊提供的信息，對(duì)產(chǎn)品的評(píng)價(jià)模型以及評(píng)價(jià)相關(guān)要素進(jìn)行匹配管理。并對(duì)產(chǎn)品的關(guān)聯(lián)物料、排放、能源以及評(píng)價(jià)距離（長(zhǎng)度）進(jìn)行更加具體的約定。

（3）分析評(píng)價(jià)模塊。評(píng)價(jià)分析模塊是實(shí)現(xiàn)清單分析、影響評(píng)價(jià)、結(jié)果解釋的核心模塊，單耗計(jì)算、清單分析計(jì)算、特征化計(jì)算、歸一化計(jì)算。同時(shí)該模塊實(shí)現(xiàn)生命周期評(píng)價(jià)結(jié)果的圖形化展示。

（4）報(bào)告管理模塊。報(bào)告管理模塊是應(yīng)用生命周期評(píng)價(jià)結(jié)果，按照ISO14000系列標(biāo)準(zhǔn)要求標(biāo)準(zhǔn)化自動(dòng)生成生命周期評(píng)價(jià)報(bào)告的核心模塊，報(bào)告可按照不同內(nèi)容分成不同的選項(xiàng)卡來對(duì)信息進(jìn)行展示。

4 泰妙菌素專用生命周期評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

生命周期評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性是生命周期評(píng)價(jià)系統(tǒng)的關(guān)鍵，泰妙菌素全生命周期數(shù)據(jù)數(shù)量相對(duì)龐大，涉及的數(shù)據(jù)種類繁多，因此建立結(jié)構(gòu)合理、邏輯清晰的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)生命周期評(píng)價(jià)的重要保障[4-10]。基于對(duì)生命周期評(píng)價(jià)模型數(shù)據(jù)分析，將泰妙菌素生命周期評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)分為兩大類：公共數(shù)據(jù)集與評(píng)價(jià)方法數(shù)據(jù)集[11-14]。數(shù)據(jù)庫整體結(jié)構(gòu)及部分參數(shù)與生命周期評(píng)價(jià)各階段關(guān)系如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

公共數(shù)據(jù)集包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集、過程清單數(shù)據(jù)和過程管理數(shù)據(jù)，其中過程清單數(shù)據(jù)包括前景資源、產(chǎn)品、能源、服務(wù)等清單數(shù)據(jù)；過程管理數(shù)據(jù)包括建模和驗(yàn)證信息數(shù)據(jù)、流文檔管理數(shù)據(jù)；評(píng)價(jià)方法數(shù)據(jù)集包含的實(shí)體為：LCIA評(píng)價(jià)方法、LCIA因子、歸一化指標(biāo)值、歸一化方案值、加權(quán)綜合指標(biāo)值等數(shù)據(jù)。

泰妙菌素生命周期評(píng)價(jià)中涉及多項(xiàng)資源、產(chǎn)品及能源的前景數(shù)據(jù)，應(yīng)用非本地化數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)中國產(chǎn)品將帶來評(píng)價(jià)誤差，因此準(zhǔn)確、可靠的生命周期評(píng)價(jià)前景數(shù)據(jù)是決定評(píng)價(jià)成敗的重要因素。為降低前景數(shù)據(jù)的地域性因素影響，在系統(tǒng)分析泰妙菌素生命周期評(píng)價(jià)過程中涉及的物質(zhì)流、能量流數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)的地域性進(jìn)行歸類，區(qū)分國內(nèi)國外數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)于國內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)域細(xì)分，選用當(dāng)前主流的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，如荷蘭的SimaPro、瑞士的EMPA和Ecovient、德國的Gabi以及中國的eBalance數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選并獲取數(shù)據(jù)使用權(quán)限，最終按照本系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完成數(shù)據(jù)格式映射轉(zhuǎn)換，得到了泰妙菌素生命周期評(píng)價(jià)前景數(shù)據(jù)集，數(shù)據(jù)集儲(chǔ)存于過程清單數(shù)據(jù)集中。

5 結(jié)語

隨著我國綠色制造理論研究與生態(tài)設(shè)計(jì)實(shí)踐的不斷深入，一定程度上對(duì)綠色制造支撐技術(shù)研究提出新的要求，特別是面向生命周期評(píng)價(jià)軟件工具的用戶對(duì)象，開發(fā)建設(shè)系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、應(yīng)用效率高、準(zhǔn)確可靠的生命周期評(píng)價(jià)軟件工具是生產(chǎn)企業(yè)實(shí)施綠色制造的必然選擇，通過系統(tǒng)分析山東勝利生物工程有限公司泰妙菌素生命周期模型，按照生命周期評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)要求及數(shù)據(jù)規(guī)范要求，完成泰妙菌素專用生命周期評(píng)價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)。通過本系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，得到以下結(jié)論：

（1）系統(tǒng)汲取國內(nèi)外同類軟件系統(tǒng)優(yōu)秀的設(shè)計(jì)理念，面向生產(chǎn)企業(yè)實(shí)際應(yīng)用需求，定制化開發(fā)完成泰妙菌素專用生命周期評(píng)價(jià)系統(tǒng)，系統(tǒng)采用向?qū)皆u(píng)價(jià)流程，操作便捷，系統(tǒng)界面友好，對(duì)用戶的專業(yè)背景要求不高，具有更廣泛的使用群體；

（2）應(yīng)用生命周期評(píng)價(jià)原理，對(duì)泰妙菌素生命周期進(jìn)行分析，完成泰妙菌素生命周期模型設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)模型的“一鍵式”調(diào)用，同時(shí)系統(tǒng)與企業(yè)信息化系統(tǒng)（EMS、MES）實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，用戶可按任意時(shí)間實(shí)時(shí)獲取評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，減少了獲取工藝數(shù)據(jù)過程的巨大工作量，提高了系統(tǒng)應(yīng)用效率；

（3）充分收集國內(nèi)外先進(jìn)生命周期評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，按照ISO14048標(biāo)準(zhǔn)要求，建立了泰妙菌素生命周期評(píng)價(jià)本地化前景數(shù)據(jù)集，進(jìn)一步提高了數(shù)據(jù)的可靠性與準(zhǔn)確性。