Terminology to Support Manufacturing Process Characterization and Assessment for Sustainable Production
Research Areas :
HamidReza Sabbaghi
1
Ali Abbasian
2
Keywords: Process characterization, Terminology, Sustainable production, Process modeling, Unit manufacturing process, Manufacturing,
Abstract :
Common terminology is essential for accurate communication among researchers, scientists, engineers, and other decision makers. To assist manufacturing process characterization, a common understanding of terminology is imperative for efficient and effective communication in industry; it can also facilitate automation and interoperability of software tools. Manufacturing process characterization enables the assessment and improvement of unit manufacturing processes, products, and systems from a sustain- ability perspective. To develop and implement sustainability-related standards and best practices in industry, naming conventions and definitions of common terms are needed. Presently, many terms used are ill-defined, vague, or overlap in meaning. Although there are ongoing standards efforts related to terminology identification and definition, an identified common set is yet to be developed. The objective of this work was to facilitate ongoing standards development efforts by harmonizing the varied array of terms used to describe production processes. As a result of a review of the literature, a concise set of 47 terms focusing on process characterization and able to describe sustainable production was generated; terms unique to individual production processes were omitted. The terms were orga- nized into six categories to define the overarching concepts: Scope, Boundary, Material, Measurement, Model, and Flow. Definitions of the terms were then derived from the literature in sustainable manufacturing and chemical and process industries, process characterization and planning, organization standards, and life cycle assessment and management. The reported terms and definitions are not unique to sustainable production, and could foster wide- spread use of the concepts to improve the economic, environmental, and social performance of industry. In the future, the terminology described could be standardized through international standards orga- nizations.
Ian C. Garretson, Mahesh Mani, Swee Leong, Kevin W. Lyons, Karl R. Haapala; “Terminology to support manufacturing process characterization and assessment for sustainable production”; ELSEVIER, Journal of Cleaner Production 139 (August 2016) 986-1000
شناخت و تبیین اصطلاحات فرایند ساخت و ارزیابی تولید زیست‌پایدار
مترجم1: سیدحمیدرضا صباغی
مترجم*2: علی عباسیان
1 تهران، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات تهران، گروه مهندسی پلیمر
2 تهران، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات تهران، گروه مهندسی پلیمر
چکیده
اصطلاحات رایج و تدوین‌شده، برای ارتباط و تعاملِ دقیق در میان پژوهشگران، دانشمندان، مهندسان و دیگر تصمیم‌گیرندگان، نیازی حیاتی محسوب می‌شود. برای کمک به شناخت فرایند ساخت، درک مشترکی از اصطلاح‌شناسی به‌منظور تعامل و ارتباطی کارا و موثر در صنعت، اجباری است؛ هم‌‌چنین این مهم می‌تواند خودکارسازی (Automation) و هم‌کنش‌پذیری (interoperability) ابزارهای نرم‌افزاری را تسهیل ببخشد. شناختِ مشخصات فرایند ساخت، ارزیابی و پیشبردِ دقیقی از فرایندهایِ ساختِ واحد، محصولات و سامانه‌های آن را از چشم‌انداز زیست‌پایدار (Sustainable) امکان‌پذیر می‌کند. برای توسعه و اجرای استانداردهای مرتبط با موضوع زیست‌پایداری (Sustainability) و دست‌یابی به بهترین اقدام‌ها در صنعت، لازم است تا علاوه‌بر نام‌گذاری‌های مصوب؛ معانی، تعاریف و درکی رایج و مشترک از اصطلاحات در کاربردهای گوناگون به وجود آید. در حال حاضر بسیاری از اصطلاحات مورد استفاده معنایی نامشخص، مبهم، و گنگ دارد و به طور کلی از لحاظ مفهومی [برای پژوهشگران و کارکنان در صنعت] هم‌‌پوشانی داشته و اعوجاج ایجاد می‌کند. اگرچه تلاش‌های استانداردسازی در ارتباط با شناسایی و تعریف اصطلاح‌شناسی ادامه دارد، اما هم‌‌چنان مجموعه‌ی مشترک و مدونی در این حوزه توسعه نیافته است.
هدف از این کار در پژوهش و بازنگری فعلی، تسهیل تلاش‌های مداوم برای توسعه‌ی استانداردهای مشخص، از طریق هماهنگ‌سازی ارائه‌ی متنوعی از اصطلاحاتِ موردِ استفاده در راستای توصیفِ فرایندهای تولید بود. نتیجه‌ی بازنگریِ این مقاله، مجموعه‌ی مختصری از 47 اصطلاح با تمرکز بر شناخت مشخصات فرایند است که روش‌های ایجادشده در جهت تولید زیست‌پایدار را توصیف می‌کند؛ [اما در ادامه] اصطلاحات منحصر‌به‌فردی که برای فرایندهای تولیدِ خاص ایجاد شده بودند از این نگارش حذف شدند. اصطلاحات برای معنا و تعریف در مفاهیمِ کَلان (Overarching) در 6 دسته سازمان‌دهی شده‌اند: گستره (Scope)، مرز (Boundary)، ماده (Material)، اندازه‌‌گیری (Measurement)، مدل (Model)، و جریان (Flow). سپس معنا و تعریف‌های هرکدام از این اصطلاحات از متن مقاله‌ها و استانداردهای پیشین به‌‌دست آمده و برای ارائه در کاربردهایی نظیر ساخت صنایع فرایندی و شیمیایی زیست‌پایدار، برنامه‌ریزی و مشخصه‌یابی فرایند، سازمان‌دهی استانداردها، ارزیابی چرخه‌ی عمر و مدیریت آماده هستند. ((ارزیابی چرخه‌ی عمر LCA یا Life Cycle Assessment، تحلیل فناورانه‌ای است که برای ارزیابی تأثیرات زیست‌محیطی مواد، همراه با تمامی مراحل مختلف چرخه‌ی عمر آن‌ها یعنی از گهواره (تولید) به گور (دفع)، یا از گهواره به گهواره (Cradle to Cradle، تولید به بازیافت) ارائه شدند؛ از استخراج مواد خام گرفته تا فراورش مواد، ساخت، توزیع، استفاده و در نهایت دفع یا بازیافت آن‌ها را به دقت مورد ارزیابی و تحلیل قرار می‌دهد. مترجم))
اصطلاحات و معانی گزارش‌شده منحصر به تولید زیست‌پایدار نبوده، و قادرند استفاده گسترده‌ای از این مفاهیم را برای بهبود اقتصاد، محیط‌زیست و عملکرد اجتماعیِ صنعت پرورش دهند. اصطلاح‌شناسی توصیف‌شده در این کار، در آینده می‌تواند از طریق سازمان‌‌های استانداردهای بین‌‌المللی استانداردسازی شود. از این بیشتر، هم‌‌چنان جای آن که بازنگری موشکافانه و دقیق‌تری از پژوهش فعلی، در مورد شناخت مشخصات فرایند ساخت و مدل‌سازی آن، در حمایت از تولید زیست‌پایدار تکمیل شود، باقی است. چنین بازنگری‌ای می‌تواند به سازمان‌دهی کارهای پیشین براساس نوع فرایند، شاید با استفاده از طبقه‌بندیِ-استاندارد-فرایندها (Standard Process Taxonomy) در آینده، کمک کند. بنابراین روش تعمیم‌یافته و باب میلِ صنعت، برای شناخت مشخصات فرایند ساخت می‌تواند ایجاد شود؛ تا افزون بر پشتیبانی از ارزیابی‌های زیست‌پایدار، بتواند از طریق برنامه‌های نرم‌افزاری قابل دسترس برای کاربران مختلف به اجرا گذاشته شود.
واژگان کلیدی: مشخصه‌سازی فرایند، اصطلاح‌شناسی، تولید زیست‌پایدار، مدل‌سازی فرایند، فرایند ساخت واحد (فرسو)، ساخت
رایانامه مسئول مکاتبات:
4 بحث اصطلاح‌شناسی
اصطلاحات تعریف‌شده در این قسمت تا جایی که امکان آن وجود داشت و دسترسی به منابع مختلف امکان‌پذیر بود، از منابع متعددی استخراج شده‌اند. برای شمار متعددی از اصطلاحات تعاریف و معانیِ صریح و شفاف شناسایی شده‌اند، اگرچه که همگی این تعریف‌ها برای یک اصطلاح واحد یکسان نبودند. زمانی که تعریف‌های متفاوت ارائه شدند، تعریف‌های هماهنگ (Harmonized) بر اساس ایده‌های (Notions) مقاله Block در سال 2001 خلق شدند. زیرا ایده‌ها و مفاهیم مطرح‌شده در این مقاله نکته‌ی مهمی را یادآور شده‌اند: «بسیاری از اصطلاحات (پرکاربرد در صنعت و فناوری) معنای مبهم و گنگی داشته و استفاده‌ی هر نویسنده‌ای از این اصطلاحات چه برای پژوهش‌های دانشگاهی و چه برای فعالیت‌های صنعتی، با معنایِ ضمنی و برداشت‌های متفاوتی صورت می‌گیرد»، این روند تا زمانی که برای اصطلاحات معانی و تعریف‌های رسمی و تدوین‌شده ارائه نشود ادامه خواهد داشت. از همین رو، نگرش و رویکرد بازنگری فعلی به‌منظور خلق تعریف‌ها و معانی هماهنگ‌‌شده، به‌وسیله‌ی شناسایی فراگیرترین و مرتبط‌ترین تعریف‌ها برای هر اصطلاحِ واحد آغاز می‌شود. این امر با استفاده از 1) گرفتن تعریف از منبع مشخص صورت می‌پذیرد، و در صورت عدم امکان، 2) ایجاد نسخه‌ی هماهنگ‌شده‌ی جدید که به سایر تعریف‌های دیگر ارجاع داده شده است، محقق می‌شود. هم‌‌چنین از آن جایی که تمامی تعریف‌ها به صورت دقیق به منابعشان ارجاع داده می‌شوند (در تمامی جدول‌هایی که در ادامه خواهیم داشت) جای هیچ‌گونه بحث و اختلافی باقی نخواهد ماند.
فرایند ساخت، خلق محصولات گسسته و مجزا از هم را شامل می‌شود؛ اما فراورش (Processing) توالی‌ای از «عملیات واحدِ شیمیایی» است که با هدف تولید محصولات شیمیایی چه به‌صورت پیوسته یا پیمانه‌‌ای (Batch) انجام می‌پذیرد. در نتیجه تولید می‌تواند به عبارتی هر دو مفهوم را یعنی هم فرایند ساخت و هم فراورش را دربرگیرد. به همین ترتیب، عملیات واحد و فرایند کامل می‌توانند از یکدیگر متمایز باشند (Shreve 1954). چرا که عملیات واحد، عملیات فیزیکی پایه‌ای است که از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به پدیده‌های واکنش، جداسازی، اختلاط، گرمایش، سرمایش، انتقال سیال، و انتقال جرم اشاره کرد)، درحالی‌که فرایند کامل مشتمل بر تبدیل شیمیایی (Chemical Conversion) به‌عنوان مثال اکسایش، کاهش، و استری‌شدن است.
اصطلاح‌شناسی با هدف انتقال مفاهیم مشخصه فرایند ساخت واحد، به‌منظور برآوردی از قابلیت زیست‌پایداری به شش گروه دسته‌بندی شده‌اند (جداول 1 الی 6). برای جزئیات بیشتر می‌توان به بخش‌های بعدی مراجعه کرد اما خلاصه مختصری در این قسمت بیان خواهد شد: ابتدا، اصطلاح‌شناسی گستره (Scope) به شناساییِ هدفِ غاییِ قلمروی مطالعاتیِ قابلیتِ زیست‌پایداری کمک می‌کند. سپس، اصطلاح‌شناسی مرزی (Boundary) برای شفاف کردن شرایط مرزی با هدف مدل‌سازی جریان ورودی و خروجی استفاده می‌شود. در مرحله‌ی سوم، اصطلاح‌شناسی ماده (Material) به طور خاص، رسانه‌ی (بستر) فیزیکی در تولیدِ محصول را توصیف می‌کند. در مرحله‌ی چهارم، اصطلاح‌شناسی اندازه‌‌گیری (Measurement) مرتبط با مقادیر کمّی است، که از ارزیابی و کمیت‌بخشیِ قابلیت زیست‌پایداری پشتیبانی می‌کند. در مرحله‌ی پنجم، اصطلاح‌شناسی مدل (Model) مدل‌های متفاوت و وابستگی (Attributes) مدل‌ها به یکدیگر را معنا و بیان می‌دارند. درنهایت، اصطلاح‌شناسی جریان (Flow) حرکت و انتقال انرژی، مواد، و اطلاعات را درون سامانه‌ی تولید توصیف می‌کنند. اصطلاحات با استفاده از روش تکاملی سازمان‌دهی شده‌اند که نتیجه‌ی آن دسته‌بندی، در شش گروه ذکر شده است؛ همان‌گونه که پیشتر هم کامل بحث شد (2. روشی برای تعریف و بیان اصطلاح‌شناسی) دسته‌هایی شامل تغییر، ادغام، یا حذف شدند (نظیر داده، تصمیم، خطمشی، فرایند و محصول). در بعضی موارد، زمانی که این اصطلاحات در گروه مشخصی جای نمی‌گرفتند، گروهی که بیشترین تناسب و سازگاری را با ایشان داشت انتخاب می‌شد. برای نمونه، اصطلاح تخصیص (که به دسته‌ی جریان وابسته بود) درنهایت به دسته‌ی مرز اختصاص یافت؛ اصطلاح واحد کارویژه که در واقع توصیفی از دسته‌ی گستره است، به دسته‌ی جریان پیوست؛ و عامل مشخصه (Characterization Factor) که اصطلاحی است که در مدل استفاده می‌شده‌است، در دسته‌ی اندازه‌‌گیری ادغام شد.
1-4 اصطلاح‌شناسی گستره
به‌طورکلی اصطلاح‌شناسی گستره، به شناسایی فرایند ساخت واحد و نوعِ محیطِ تولیدی که فعالیت‌ها در آن موردِ بررسی قرار می‌گیرد کمک می‌کند. اصطلاحاتی که در دسته‌ی «اصطلاح‌شناسی گستره» مورد بحث قرار خواهند گرفت شامل ساخت زیست‌پایدار، سامانه‌ی ساخت، فرایند ترکیبی، فرایند ساخت واحد (فرسو)، زیرفرایند (Sub-Process)، ماشین‌آلات، فرایند ساخت پیوسته، فرایند ساخت گسسته،