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1、第三章第三章 清洁生产的理论基清洁生产的理论基 础础 主要内容主要内容 系统论系统论 清洁生产的重要方法论清洁生产的重要方法论 质量守恒定理质量守恒定理 物质流物质流/ /能量流的分析调控能量流的分析调控 生态学理论生态学理论 产业系统与自然系统的协调产业系统与自然系统的协调 一、系统论与系统工程一、系统论与系统工程 1 1、什么是系统？、什么是系统？ 由各要素组成的有机整体，而不是各部分的机械组合或由各要素组成的有机整体，而不是各部分的机械组合或 简单相加；每个要素在系统中都处于一定位置，起着特定作简单相加；每个要素在系统中都处于一定位置，起着特定作 用。要素之间相互关联，构成不可分割的有机
2、整体。作为生用。要素之间相互关联，构成不可分割的有机整体。作为生 产产品的企业的一种组织体，它具有销售、设计、加工、交产产品的企业的一种组织体，它具有销售、设计、加工、交 货等综合功能，并有对其提供服务的研究开发功能。货等综合功能，并有对其提供服务的研究开发功能。 贝塔朗菲贝塔朗菲 （1 1）系统的定义）系统的定义 是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合的具有特定是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合的具有特定 功能的有机整体。功能的有机整体。 钱钱学森学森 一、系统论与系统工程一、系统论与系统工程 （2 2）系统的基本特征）系统的基本特征 系统是由若干元素组成系统是由若干元素组成 系统中
3、的元素相互作用、相互依赖系统中的元素相互作用、相互依赖 系统作为一个整体具有特定的功能系统作为一个整体具有特定的功能 （3 3）系统的结构）系统的结构 S=E， R S:system; E:elements; R:relations 系统由要素的集合以及要素之间关系的集合所构成系统由要素的集合以及要素之间关系的集合所构成, ,缺一不可。缺一不可。 一、系统论与系统工程一、系统论与系统工程 要素集合要素集合E E是系统的躯体是系统的躯体 关系集合关系集合R R是系统的灵魂是系统的灵魂 系统结构决定了系统的功能。系统结构决定了系统的功能。 E、R可以划分成若干层次。可以划分成若干层次。 企业，企业
4、，E 人员子集人员子集E1、设备子集、设备子集E2、原材料子集、原材料子集E3、产品子集、产品子集E4等。人员子集等。人员子集E1由工人子集由工人子集 E11、技术人员子集、技术人员子集E12 、管理人员子集、管理人员子集E13等。等。 E=E1 U E2 U E3U- E1 =E11 U E12 U E13U- R=R1 U R2 U R3 U R4 R1要素与要素之间、局部与局部之间的关系要素与要素之间、局部与局部之间的关系 R2局部与全局之间的关系局部与全局之间的关系 R3系统整体与环境之间的关系系统整体与环境之间的关系 R4其他各种关系其他各种关系 系统的分类系统的分类一：一： a.a
5、.根据系统规模：小系统、大系统、巨系统根据系统规模：小系统、大系统、巨系统 b.b.根据系统复杂程度：简单系统、复杂系统根据系统复杂程度：简单系统、复杂系统 一、系统论与系统工程一、系统论与系统工程 系统系统 简单系统简单系统 复杂系统复杂系统 小系统小系统 ：中小型企业：中小型企业 大系统大系统 巨系统巨系统 大系统大系统 巨系统巨系统 一般复杂巨系统一般复杂巨系统 特殊复杂巨系统（社会特殊复杂巨系统（社会 系统）系统） （4 4）系统的分类）系统的分类 系统的分类二系统的分类二： 系统与环境之间是否存在物质和能量的传递：系统与环境之间是否存在物质和能量的传递： 孤立系统孤立系统：无物质和能
6、量交换：无物质和能量交换 封闭系统封闭系统：只有能量交换，没有物质交换：只有能量交换，没有物质交换地球（相对的）地球（相对的） 开放系统开放系统：既有物质交换，也有能量交换：既有物质交换，也有能量交换自然界系统、自然界系统、 人类社会系统人类社会系统 一、系统论与系统工程一、系统论与系统工程 正反馈：输出正反馈：输出增强增强原输入作用的反馈放大、发散原输入作用的反馈放大、发散 负反馈：输出负反馈：输出削弱削弱原输入作用的反馈缩小、收敛原输入作用的反馈缩小、收敛 开环系统的一般表示开环系统的一般表示 开放系统的分类（按反馈属性）：开环系统、闭环系统。开放系统的分类（按反馈属性）：开环系统、闭环系
7、统。 一、系统论与系统工程一、系统论与系统工程 闭环系统的一般表示闭环系统的一般表示 有反馈的，不论是正反馈还是负反馈，都是闭环系统，没有有反馈的，不论是正反馈还是负反馈，都是闭环系统，没有 反馈的是开环系统。反馈的是开环系统。 反馈作用：系统输出影响系统输入的现象。反馈作用：系统输出影响系统输入的现象。 （5 5）开放系统）开放系统 一、系统论与系统工程一、系统论与系统工程 （6 6）清洁生产与系统论）清洁生产与系统论 开开放的放的闭闭 环环系系统统 一、系统论与系统工程一、系统论与系统工程 2 2、系统的属性、系统的属性 集合性集合性：要素集及要素关系集所组成：要素集及要素关系集所组成 整
8、体性整体性：系统是有机整体：系统是有机整体 清洁生产必须从生产系统整体出发来发现和解决问题清洁生产必须从生产系统整体出发来发现和解决问题 要从提高整体功能的角度去提高和协调各要素的功能要从提高整体功能的角度去提高和协调各要素的功能 层次性层次性：一个系统往往是另一个大系统的要素：一个系统往往是另一个大系统的要素 系统可以分为若干子系统系统可以分为若干子系统 清洁生产具有明显的层次性清洁生产具有明显的层次性 协同性协同性：各子系统之间以及系统与环境之间在发展过程中保持协调和匹：各子系统之间以及系统与环境之间在发展过程中保持协调和匹 配。配。 涌现性涌现性：系统的各个部分组成一个整体之后，就会出现
9、整体具有而各个：系统的各个部分组成一个整体之后，就会出现整体具有而各个 部分原来没有的某些特征事物。部分原来没有的某些特征事物。 一、系统论与系统工程一、系统论与系统工程 6060年代，年代，A.D.A.D.霍尔：霍尔：系统工程方法论系统工程方法论、著名的、著名的霍尔三霍尔三 维结构维结构，即系统工程形态图，为系统工程提供了一种广泛即系统工程形态图，为系统工程提供了一种广泛 采用的方法论采用的方法论。 系统工程方法的七个步骤：系统工程方法的七个步骤： 明确问题：调查、收集和整理资料明确问题：调查、收集和整理资料 系统指标设计：设计评价系统，评系统指标设计：设计评价系统，评 价和比较各种方案价和
10、比较各种方案 系统方案综合：确定可行的一组方案系统方案综合：确定可行的一组方案 系统分析：分析和评价方案的重要性系统分析：分析和评价方案的重要性 和优先次序和优先次序 系统选择：找出最佳方案或方案组合系统选择：找出最佳方案或方案组合 决策：选定行动方案决策：选定行动方案 实施计划：将方案付诸实施实施计划：将方案付诸实施 3 3、系统工程、系统工程 一、系统论与系统工程一、系统论与系统工程 70年代后期，中国科学家年代后期，中国科学家钱学森钱学森等澄清了国外把一些学等澄清了国外把一些学 科名称混用的现象，又提出系统工程可以分为科名称混用的现象，又提出系统工程可以分为工程系统工程工程系统工程、 企
11、业系统工程企业系统工程、经济系统工程经济系统工程和和军事系统工程军事系统工程等十几个专业。等十几个专业。 系统论创始人钱学森系统论创始人钱学森1978年提出年提出： 系系统统工工程程是是组组织织管管理理系系统统的的规规划划、研研究究、制制造造、 试试验验和和使使用用的的科科学学方方法法，是是对对所所有有系系统统都都具具有有普普遍遍意意义义 的的科学方法科学方法。 一、系统论与系统工程一、系统论与系统工程 用用数学模型数学模型和和逻辑模型逻辑模型来描来描 述系统，通过模拟反映系统述系统，通过模拟反映系统 的运行、求得系统的最优组的运行、求得系统的最优组 合方案和最优的运行方案合方案和最优的运行方
12、案. 系系统统工程技工程技术术被被应应用于用于复杂复杂工程：工程： 从太空从太空飞飞船到芯片船到芯片设计设计，从机器人，从机器人 技技术术到大型到大型软软件件产产品，系品，系统统工程用工程用 到的工具包括建模与仿真，需求分到的工具包括建模与仿真，需求分 析，析，时时序安排以及序安排以及复杂复杂性管性管 理。理。 50年代以来，系统工程在大型工程项目和军事装备系统的开发中年代以来，系统工程在大型工程项目和军事装备系统的开发中 充分显示了它在解决复杂问题时的效用。充分显示了它在解决复杂问题时的效用。 典型例子：典型例子：美国的登月火箭阿波罗计划、北欧跨国电网协调方案美国的登月火箭阿波罗计划、北欧跨
13、国电网协调方案。 一、系统论与系统工程一、系统论与系统工程 系统工程是按照系统科学的思想，运用系统工程是按照系统科学的思想，运用控制论控制论、信息论信息论、 运筹学运筹学等理论，以信息技术为工具，用现代工程的方法去解决等理论，以信息技术为工具，用现代工程的方法去解决 和管理系统的技术。和管理系统的技术。 一个系统，两个最优（目标最优、途径最优）一个系统，两个最优（目标最优、途径最优） 以以“软软”为主，为主，“软软”“”“硬硬”结合结合 跨学科多，综合性强跨学科多，综合性强 实践性与咨询性实践性与咨询性 清洁生产的有效实施必须遵循系统原理和系统工程清洁生产的有效实施必须遵循系统原理和系统工程
14、方法，强调系统的整体性，优先考虑系统的整体功方法，强调系统的整体性，优先考虑系统的整体功 能以及技术方法的最优化。能以及技术方法的最优化。 清洁生产的实施主体是作为生产单元的企业，但其清洁生产的实施主体是作为生产单元的企业，但其 有效实施必须建立在企业、政府与公众良好的协调有效实施必须建立在企业、政府与公众良好的协调 关系上。关系上。 一、系统论与系统工程一、系统论与系统工程 二、质量守恒原理二、质量守恒原理 清洁生产和循环经济清洁生产和循环经济 是我国实施可持续发是我国实施可持续发 展展“瓶颈瓶颈”的唯一选的唯一选 择。择。 二、质量守恒原理二、质量守恒原理 清洁生产的核心清洁生产的核心 节
15、能是企业生产过程中衡节能是企业生产过程中衡 量经济效益和成本的一项量经济效益和成本的一项 重要指标重要指标 减排是衡量企业减少污染减排是衡量企业减少污染 物排放的一项重要指标，物排放的一项重要指标， 也是企业社会贡献率的一也是企业社会贡献率的一 项重要指标项重要指标 减排减排 二、质量守恒原理二、质量守恒原理 废弃废弃 物物 排放排放 废弃物只是放错了位置的废弃物只是放错了位置的 资源，实现废物的利用，资源，实现废物的利用， 则则废物不废！废物不废！ 物质守恒原理物质守恒原理：优化物优化物 质流动过程，使质流动过程，使物料利物料利 用率尽可能高，废弃资用率尽可能高，废弃资 源尽可能少源尽可能少。 环环 境境 污污 染染 回收回收 产品产品 二、质量守恒原理二、质量守恒原理 1 1、 物质守恒物质守恒 （1）物质守恒原理）物质守恒原理 体系：单元操作、过程的一部分或整体。体系：单元操作、过程的一部分或整体。 例：一个反应器、一个精馏塔、一个工厂例：一个反应器、一个精馏塔、一个工厂 的一部分、一个工业园区等。的一部分、一个工业园区等。 物料衡算中的体系和
