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

任依萍

山東勝利生物工程有限公司，山東 濟寧，272000

0 引言

由于日益嚴重的環(huán)境和資源消耗等問題，越來越多的國家意識到綠色制造和可持續(xù)發(fā)展的重要性，生命周期評價（LCA）技術(shù)作為一種用于分析評價產(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]。生命周期評價過程涉及大量的數(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、匯總需要大量時間，通過應(yīng)用計算機可有效提高LCA的應(yīng)用效果和效率，推動生命周期評價產(chǎn)品開發(fā)和生命周期設(shè)計中的應(yīng)用實踐。山東勝利生物工程有限公司以“綠色制造系統(tǒng)集成項目”建設(shè)為依托，對其生產(chǎn)的動物專用抗生素-泰妙菌素進行全生命周期評價，研究開發(fā)適用于企業(yè)生產(chǎn)實際的泰妙菌素專用生命周期評價軟件，對于推進我國生命周期評價工作以及指導生態(tài)產(chǎn)品的設(shè)計和開發(fā)具有重要的意義。

1 泰妙菌素全生命周期模型構(gòu)建

將抽象生命周期評價方法轉(zhuǎn)化為具體的邏輯模型是實現(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)系實現(xiàn)生命周期評價模型的建模，該過程對用戶的專業(yè)背景知識要求很高，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，同時建立獨立的模型數(shù)據(jù)集（支持模型更新），用戶開展生命周期評價時可直接調(diào)用模型數(shù)據(jù)，實現(xiàn)“一鍵建?！?，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價系統(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邏輯關(guān)系樞紐，建立泰妙菌素生命周期評價模型，如圖1所示。

圖1 泰妙菌素生命周期評價模型

泰妙菌素生命周期模型共分三級，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、氮氣、甲醇、對甲苯磺酰氯、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

本系統(tǒng)設(shè)計過程采用面向?qū)ο蟮木幊趟枷耄浴案邇?nèi)聚低耦合”的設(shè)計原則，同時根據(jù)系統(tǒng)總體設(shè)計與需求分析，將系統(tǒng)結(jié)構(gòu)劃分為四個層次：用戶應(yīng)用層、系統(tǒng)工具層、模型方法層、數(shù)據(jù)儲存層，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價系統(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價各要素步驟，以標準的生命周期評價向?qū)搅鞒梯o助用戶完成產(chǎn)品的生命周期評價。用戶通過輸入泰妙菌素物質(zhì)流、能量流、污染流數(shù)據(jù)完成用戶與評價系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換，最終實現(xiàn)生命周期評價。

（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、分析評價、報告管理。其中數(shù)據(jù)采集管理用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫管理與數(shù)據(jù)采集管理（包括數(shù)據(jù)錄入與自動采集）；產(chǎn)品模型管理基于產(chǎn)品樹狀模型，實現(xiàn)泰妙菌素生命周期建模關(guān)聯(lián)；分析評價基于產(chǎn)品樹狀模型，實現(xiàn)生命周期清單計算及環(huán)境影響定量計算分析；報告管理基于分析評價結(jié)果，按照ISO14000系列標準要求標準化自動生成生命周期評價報告。

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

（4）數(shù)據(jù)儲存層。該層是系統(tǒng)實現(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。該層利用計算機網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫遠程訪問，為泰妙菌素專用生命周期評價系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。儲存層采用MySQL數(shù)據(jù)庫作為后臺服務(wù)器。主要包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、背景數(shù)據(jù)庫、評價方法數(shù)據(jù)庫。

3 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

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、分析評價模塊、報告管理模塊等，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，用戶可通過手動錄入或在線一鍵獲取（數(shù)據(jù)來源于EMS、MES系統(tǒng)）評價相關(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)品評價模型的功能總稱，本功能模塊結(jié)合產(chǎn)品信息、生產(chǎn)工藝管理兩個模塊提供的信息，對產(chǎn)品的評價模型以及評價相關(guān)要素進行匹配管理。并對產(chǎn)品的關(guān)聯(lián)物料、排放、能源以及評價距離（長度）進行更加具體的約定。

（3）分析評價模塊。評價分析模塊是實現(xiàn)清單分析、影響評價、結(jié)果解釋的核心模塊，單耗計算、清單分析計算、特征化計算、歸一化計算。同時該模塊實現(xiàn)生命周期評價結(jié)果的圖形化展示。

（4）報告管理模塊。報告管理模塊是應(yīng)用生命周期評價結(jié)果，按照ISO14000系列標準要求標準化自動生成生命周期評價報告的核心模塊，報告可按照不同內(nèi)容分成不同的選項卡來對信息進行展示。

4 泰妙菌素專用生命周期評價數(shù)據(jù)庫設(shè)計

生命周期評價數(shù)據(jù)的準確性、完整性是生命周期評價系統(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)是實現(xiàn)生命周期評價的重要保障[4-10]?；趯ι芷谠u價模型數(shù)據(jù)分析，將泰妙菌素生命周期評價數(shù)據(jù)分為兩大類：公共數(shù)據(jù)集與評價方法數(shù)據(jù)集[11-14]。數(shù)據(jù)庫整體結(jié)構(gòu)及部分參數(shù)與生命周期評價各階段關(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)包括建模和驗證信息數(shù)據(jù)、流文檔管理數(shù)據(jù)；評價方法數(shù)據(jù)集包含的實體為：LCIA評價方法、LCIA因子、歸一化指標值、歸一化方案值、加權(quán)綜合指標值等數(shù)據(jù)。

泰妙菌素生命周期評價中涉及多項資源、產(chǎn)品及能源的前景數(shù)據(jù)，應(yīng)用非本地化數(shù)據(jù)評價中國產(chǎn)品將帶來評價誤差，因此準確、可靠的生命周期評價前景數(shù)據(jù)是決定評價成敗的重要因素。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價過程中涉及的物質(zhì)流、能量流數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)的地域性進行歸類，區(qū)分國內(nèi)國外數(shù)據(jù)，同時對于國內(nèi)數(shù)據(jù)進行區(qū)域細分，選用當前主流的數(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價前景數(shù)據(jù)集，數(shù)據(jù)集儲存于過程清單數(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)計實踐的不斷深入，一定程度上對綠色制造支撐技術(shù)研究提出新的要求，特別是面向生命周期評價軟件工具的用戶對象，開發(fā)建設(shè)系統(tǒng)操作簡單、應(yīng)用效率高、準確可靠的生命周期評價軟件工具是生產(chǎn)企業(yè)實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，按照生命周期評價標準要求及數(shù)據(jù)規(guī)范要求，完成泰妙菌素專用生命周期評價系統(tǒng)設(shè)計與開發(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)計理念，面向生產(chǎn)企業(yè)實際應(yīng)用需求，定制化開發(fā)完成泰妙菌素專用生命周期評價系統(tǒng)，系統(tǒng)采用向?qū)皆u價流程，操作便捷，系統(tǒng)界面友好，對用戶的專業(yè)背景要求不高，具有更廣泛的使用群體；

（2）應(yīng)用生命周期評價原理，對泰妙菌素生命周期進行分析，完成泰妙菌素生命周期模型設(shè)計并實現(xiàn)模型的“一鍵式”調(diào)用，同時系統(tǒng)與企業(yè)信息化系統(tǒng)（EMS、MES）實現(xiàn)互聯(lián)互通，用戶可按任意時間實時獲取評價數(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)外先進生命周期評價數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，按照ISO14048標準要求，建立了泰妙菌素生命周期評價本地化前景數(shù)據(jù)集，進一步提高了數(shù)據(jù)的可靠性與準確性。