SYSTEM OCENY ODDZIAŁYWANIA TECHNOLOGII WYTWARZANIA NA ŚRODOWISKO

Transkrypt

1 Z E S Z Y T Y N A U K O W E P O L I T E C H N I K I P O Z N AŃSKIEJ Nr 6 Budowa Maszyn i Zarządzanie Produkcją 2007 STANISŁAW JANIK, IZABELA GABRYELEWICZ SYSTEM OCENY ODDZIAŁYWANIA TECHNOLOGII WYTWARZANIA NA ŚRODOWISKO W artykule przedstawiono propozycję systemu oceny środowiskowej technologii wytwarzania wyrobów ze stopów żelaza. Scharakteryzowano tendencje w kierunkach rozwoju technologii wytwarzania. Opisano korzyści wynikające ze stosowania przedstawionego systemu oceny środowiskowej. Słowa kluczowe: ocena środowiskowa, technologia wytwarzania, aspekty środowiskowe 1. EKOLOGICZNE KRYTERIA WYBORU TECHNOLOGII WYTWARZANIA Celem każdego producenta wytwarzającego produkt (usługę) jest jak największy zysk przy jak najmniejszych kosztach. Do tej pory o wyborze technologii lub materiału decydowały kryteria użytkowe, techniczne i ekonomiczne. Gwałtowna degradacja środowiska i coraz wyraźniej odczuwalne jej skutki zmuszają do wprowadzenia kryterium ekologicznego (rys. 1). KRYTERIA WPŁYWAJĄCE NA WYBÓR PROCESU TECHNOLOGICZNEGO KRYTERIA UŻYTKOWE KRYTERIA EKONOMICZNE KRYTERIA TECHNICZNE Rys. 1. Kryteria wyboru procesu technologicznego Fig. 1. Ecological aspects of manufacturing process KRYTERIA EKOLOGICZNE Konieczność wprowadzenia dodatkowych kryteriów związana jest z narastającym zanieczyszczeniem środowiska i wyczerpywaniem się surowców naturalnych. Do najważniejszych cech ekologicznego wyrobu zalicza się:

2 70 S. Janik, I. Gabryelewicz stosowanie technologii możliwie najbardziej przyjaznych środowisku (takich które bez zmiany funkcji i jakości danego wyrobu w jak najmniejszym stopniu wpływają na środowisko), łatwy demontaż i segregacja poszczególnych części w celu recyklingu, stosowanie materiałów, które można poddać procesowi powtórnego przerobu. 2. USTAWOWA ODPOWIEDZIALNOŚĆ ZA STAN ŚRODOWISKA Ewolucja podejścia do ochrony środowiska (od modelu zrzutów niekontrolowanych poprzez model usuwania skutków aż do modelu zapobiegania zanieczyszczeniem), spowodowała szereg uregulowań prawnych nakazujących podmiotom gospodarczym wprowadzenie kryteriów ekologicznych do swojej działalności. Obecnie najważniejszym dokumentem obowiązującym wszystkie kraje Unii Europejskiej jest Dyrektywa 96/61/WE z dnia 24 września 1996 r. dotycząca zintegrowanego zapobiegania zanieczyszczeniom i ich kontroli (w Polsce odpowiednikiem jest ustawa z dnia 27 kwietnia 2001r. Prawo ochrony środowiska (Dz.U z późn. zm.)). Drugim dokumentem jest dyrektywa 2004/35/WE z dnia 21 kwietnia 2004r. w sprawie odpowiedzialności za środowisko w odniesieniu do zapobiegania i zaradzania szkodom wyrządzonym środowisku naturalnemu (odpowiednik w Polsce to Ustawa z 13 kwietnia 2007 r. o zapobieganiu szkodom w środowisku i ich naprawie (Dz.U. 2007, )). Najważniejszą konsekwencją tych unormowań prawnych jest obowiązek uzyskiwania przez określone instalacje pozwoleń zintegrowanych (PZ). Są to pozwolenia obejmujące w jednej decyzji zezwolenie na wprowadzanie zanieczyszczeń pochodzących z instalacji do wszystkich komponentów środowiska. Podejście to jest gwarancją obniżenia wpływu instalacji na środowisko do poziomu uzasadnionego względami technicznymi i ekonomicznymi. PZ dotyczy następujących oddziaływań na środowisko: wprowadzania gazów lub pyłów do powietrza, wytwarzania odpadów, wprowadzania ścieków do wód, kanalizacji i ziemi oraz poboru wód, emitowania hałasu, emitowania pól elektromagnetycznych. Wielkości emisji muszą być wyrażone w jednostkach fizycznych odniesionych do konkretnej jednostki funkcyjnej (np. kg/t produktu). Z ustaw wynikają dodatkowe konsekwencje dla podmiotów gospodarczych: zasada całościowego podejścia do ochrony środowiska naturalnego polegająca na zapobieganiu, zmniejszaniu oraz unieszkodliwianiu zanieczyszczeń poprzez przyznanie priorytetu interwencji u źródła,

3 System oceny oddziaływania 71 zapewnienie rozsądnej gospodarki zasobami naturalnymi zgodnie z zasadą zanieczyszczający płaci i zasadą stałego rozwoju, priorytetowe znaczenie zintegrowanego zapobiegania zanieczyszczeniom, wartości dopuszczalne emisji, parametry lub równoważne środki techniczne powinny zostać oparte na najlepszych dostępnych technikach bez zalecenia stosowania jednej konkretnej. 3. KONCEPCJA SYSTEMU ŚRODOWISKOWEJ OCENY TECHNOLOGII WYTWARZANIA Ogólna koncepcja systemu środowiskowej oceny technologii wytwarzania wyrobów ze stopów żelaza pokazana jest na rys. 2. Proces oceny rozpoczyna się od określenia materiału z jakiego jest wykonywany wyrób, a następnie od ustalenia jego procesu technologicznego oraz określenia granic systemu. Określenie granic systemu determinuje zakres i szczegółowość badań. Granice systemu to obszar styku pomiędzy systemem wyrobu i środowiskiem lub systemami innych wyrobów. 1 WYRÓB PROCES TECHNOLOGICZNY 3 4 TYP 1 TYP 2... TYP n PROCESY JEDNOSTKOWE (procesy technologiczne w postaci siatki przepływów) 2 BAZA WIEDZY 5 BAZA DANYCH o procesach jednostkowych 7 Ewentualna decyzja o zmianie technologii, materiału lub urządzenia 6 System ekspertowy (ocena technologii wytwarzania ze względu na aspekty środowiskowe) Rys. 2. Koncepcja systemu środowiskowej oceny wyrobów ze stopów żelaza Fig. 2. Conception of system of environmental assessment products with iron-carbon alloys

4 72 S. Janik, I. Gabryelewicz W praktyce przemysłowej dla danego wyrobu można ustalić kilka typów (typ 1, typ 2,..., typ n) procesów technologicznych, w wyniku których uzyskuje się wyroby o tej samej funkcji i zakładanej jakości. Proces oceny systemu wytwarzania rozpoczyna się od prezentacji wyrobu zapisanej w bazie wiedzy na temat możliwych do zastosowania procesów technologicznych. Proces technologiczny zostaje zdekomponowany na procesy jednostkowe, które są powiązane ze sobą strumieniami produktów i odpadów. Dla każdego procesu jednostkowego jest stworzona baza danych (w postaci arkusza Excel, Access lub innego programu umożliwiającego tworzenie baz danych). Z bazy danych pobierane są informacje, które następnie są przeliczane na określoną jednostkę funkcyjną. W module tym do każdego procesu jednostkowego zostają przypisane odpowiednie wielkości fizyczne według ustalonej jednostki funkcyjnej. Po uzyskaniu niezbędnych danych następuje proces wygenerowania informacji (dane) na temat aspektów środowiskowych. Na podstawie wielkości fizycznych następuje wybór najkorzystniejszego procesu technologicznego ze względu na aspekty środowiskowe. Należy przy tym pamiętać o konieczności zachowania jakości i funkcji wyrobu. W kolejnym kroku wszystkie dane trafiają do systemu ekspertowego, w którym zostaje dokonana ocena technologii wytwarzania ze względu na aspekty ekologiczne. Wyniki tej oceny trafiają następnie do modułu (7), którego zadaniem jest wygenerowanie informacji dotyczących zmian technologicznych w procesie wytwarzania. Zmiany te trafiają ponownie do modułu (1), skąd opisany powyżej przebieg rozpoczyna się na nowo, aż do uzyskania zadowalających rezultatów. Dla każdego procesu jednostkowego konieczna jest analiza zbioru wejść i wyjść według schematu przedstawionego na rys. 3. Proces jednostkowy jest to najmniejsza część systemu wyrobu, dla której gromadzone są dane podczas prowadzenia analizy cyklu życia. Emisja do powietrza (pyły, gazy) Określenie granic systemu jest bardzo ważnym etapem proponowanego postępowania. Od dobrze sformułowanego i określonego problemu w dużej mierze zależy dalszy tok badań. Do granic systemu należy włączać tylko procesy mająmateriały energia Proces jednostkowy Produkt procesu jednostkowego Ścieki Odpady Hałas Rys. 3. Procesy jednostkowe wraz z głównymi aspektami środowiskowymi Fig. 3. Unit processes with main ecological aspects

5 System oceny oddziaływania 73 ce wpływ na dalsze procesy jednostkowe. Należy także zwracać uwagę na dostępność i ważność danych przypisywanych do poszczególnych etapów wytwórczych. Poprawnie zdefiniowane granice systemu pozwolą na otrzymanie wiarygodnych wyników. Idea określania granic systemu za pomocą procesów jednostkowych jest przedstawiona na rys. 4. Proces jednostkowy Jednostki funkcjonalne Proces jednostkowy wyjście Jednostki funkcjonalne Granice procesu jednostkowego Proces jednostkowy Jednostki funkcjonalne Granice procesu jednostkowego wyjście Proces jednostkowy Jednostki funkcjonalne Granice procesu jednostkowego wyjście Rys. 4. Przykład zbioru procesów jednostkowych w ramach systemu wyrobu Fig.4. Example of set of unit processes within a product system Zastosowana metoda badawcza polega na analizie procesu wytwórczego. Podejście obliczeniowe jest podejściem technologicznym, tzn. że będą stosowane jednostki fizyczne. Dopiero w końcowym etapie prac wielkości fizyczne zostają sprowadzone do jednostki finansowej. Ze względu na potrzebę zachowania określonych kroków proceduralnych analiza technologii wytwarzania wyrobów ze stopów żelaza będzie wyglądać jak na rys. 5. Metoda analizy procesu wytwórczego odwzorowuje ciąg kolejnych operacji technologicznych prowadzących do wytworzenia produktu. Dane liczbowe wykorzystywane do obliczeń, tj. dotyczące nakładów energetycznych, wielkość emisja zanieczyszczeń, ilość ścieków i odpadów, ilość zużytych surowców, półproduktów i materiałów można przedstawić na dwa sposoby. Po pierwsze można podawać je w postaci naturalnej, fizycznej, tj. w jednostkach energii, masy, objętości itp. jest to typ obliczeń nazywany technologicznym albo w postaci wartościowej, ekonomicznej, w kategoriach kosztu lub ceny jest to typ obliczeń nazywany ekonomicznym.

6 74 S. Janik, I. Gabryelewicz ETAP I Określenie celu i zakresu Zbieranie danych Walidacja danych ETAP II Przyporządkowanie danych do procesu jednostkowego Przyporządkowanie danych do jednostki funkcjonalnej Agregacja danych ETAP III Korekta granic systemu Analiza danych Zbiorcze zestawienie danych Rys. 5. Etapy oceny technologii wytwarzania wyrobów ze stopów Fe-C Fig. 5. Steps to assesment manufacturing technology of products made of iron-carbon alloys Tok badań podzielono na trzy etapy (rys. 5): Etap I siatka technologiczna (określenie strumieni przepływów i ustalenie granic badanego systemu). Polega na stworzeniu schematu ideowego odwzorowującego hierarchicznie kolejne fazy powstawania wyrobu. Etap II wypełnianie siatki technologicznej danymi liczbowymi określającymi wielkość produkcji rozpatrywanego wyrobu oraz zużycia każdego z surowców, energii itp. Dane muszą się odnosić do tego samego obiektu i do tego samego okresu. Pozyskiwanie danych to najbardziej czasochłonny etap pracy, polegający na ustaleniu i zebraniu jakościowych i ilościowych informacji o wszystkich istotnych procesach cząstkowych składających się na cykl życia produktu. Dane uzyskuje się z różnych źródeł, które można podzielić na następujące kategorie: dostępne bazy danych w formie elektronicznej lub papierowej, często z wcześniej przeprowadzonych analiz, literatura, prasa naukowa, publikacje, raporty, dane niepublikowane, pochodzące z przedsiębiorstw, instytucji naukowych itp., właściwe pomiary i obliczenia, pochodzące bezpośrednio z ocenianego systemu produkcyjnego.

7 System oceny oddziaływania 75 Po etapie zbierania danych następuje ich walidacja. Walidacja danych polega na sprawdzeniu ich wiarygodności i poprawności. Może polegać na wykonaniu obliczeń bilansu masy, energii i/ (lub) na dokonaniu analizy porównawczej. Etap III przeliczanie wszystkich wartości na jednostkę badanego wyrobu i sumowanie po liniach siatki. Można przy tym uzyskać (po dodatkowym przeliczeniu na jednostkę funkcyjną) wskaźniki skumulowane odnoszące się do pewnych wybranych półproduktów rozpatrywanego wyrobu. Etap III może również skutkować korektą granic systemu. Wyniki analiz można przedstawić jako: proste sumowanie poszczególnych wielkości z procesów jednostkowych odniesione do jednostki funkcyjnej, analizę wielkości na wejściu i wyjściu wyrażoną jako stosunek produktu do odpadu, analizę danych uwzględniającą wskaźniki szkodliwości z przypisaniem do kategorii oddziaływań. 4. PODSUMOWANIE W zależności od technologii wytwarzania można uzyskać różne wielkości fizyczne odnoszące się do poszczególnych aspektów środowiskowych. Dzięki zastosowaniu oceny środowiskowej można przypisać poszczególnym technologiom wielkości fizyczne opisujące wypływ poszczególnych technologii wytwarzania na środowisko. Ocena według zaproponowanego systemu pozwoli na spełnienie wymagań z zakresu uzyskania pozwolenia zintegrowanego przez określone instalacje przemysłowe. Możliwość porównywania różnych technologii wytwarzania umożliwi stosowanie najlepszych dostępnych technik. Celem systemu jest ustalenie rzeczywistego nakładu środowiskowego związanego z istnieniem obiektu technicznego. W wyniku tego staje się możliwa optymalizacja technologii wytwarzania oraz weryfikacji materiałów i technologii. Powyższa koncepcja zapewnia zgodność systemu oceny technologii wytwarzania wyrobów ze stopów żelaza z wymogami prawnymi. Ocena technologii wytwarzania pozwala badać i identyfikować punkty krytyczne występujące w danym systemie wytwarzania. System oparty na proponowanej koncepcji charakteryzuje się dużą elastycznością, jeśli chodzi o stopień automatyzacji. System może funkcjonować jako nieskomputeryzowany (niezautomatyzowany), tj. w którym wszystkie dane i obliczenia mogą być wykonywane ręcznie, ale jest też możliwe stopniowe uzupełnianie go o moduły programu komputerowego aż do osiągnięcia pełnej komputeryzacji (w miarę uzupełniania baz danych i dostosowywania ich do wymogów i możliwości oprogramowania komputerowego).

8 76 S. Janik, I. Gabryelewicz Przy założeniu maksymalnego stopnia automatyzacji systemu interakcja użytkownika z systemem polegałaby wyłącznie na udzieleniu odpowiedzi na pytanie o nazwę analizowanego wyrobu. Tak wysoki stopień automatyzacji nie jest jednak łatwy do osiągnięcia, ze względu na trudności powstające przy próbie automatycznego przełożenia wiedzy technologicznej i intuicji technologa i doświadczenia projektanta na język komputerowy. LITERATURA [1] Normy serii ISO [2] Gabryelewicz I., Janik S., Budowa i eksploatacja maszyn w aspekcie kryteriów ekologicznych, Mechanika - zeszyt 66, Wyd. Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów [3] Sala A., Zmniejszanie energochłonności, Międzynarodowe Centrum Naukowe Eksploatacji Majątku Trwałego, Radom Recenzent: dr hab. inż Edward Pająk, prof. nadzw. SYSTEM OF ASSESSING THE ENVIRONMENTAL MANUFACTURING TECHNOLOGY S u m m a r y This paper presents sugesstion of system for environmental assessment manufacturing technology products of the iron-carbon alloys. Characterize tredns in direction of development mufacturing technology. Describe profits to result from apply presents of system environmental assessment. Key words: environmental assessment, manufacturing technology, envirinmental aspects dr hab. inż. Stanisław JANIK, prof. PP Politechnika Poznańska, Wydział Informatyki i Zarządzania, ul. Strzelecka 11, Poznań, tel. (061) , stanislaw.janik@put.poznan.pl mgr inż. Izabela GABRYELEWICZ Uniwersytet Zielonogórski, Wydział Mechaniczny, ul. Szafrana 4, Zielona Góra, tel. (068) , i.gabryelewicz@ibem.uz.zgora.pl