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大自然的特点是如何帮助建立可持续的工业网络

德克萨斯州A&M大学的研究人员已经通过在自然食物链中发现的模式进行了建立成功的工业网络的指导方针,这可以促进经济增长,降低排放量,减少浪费。

通过这个苏雷什 2021年5月16日
Courtesy: Rachel Anthony Barton, Texas A&M Engineering

通过将自然食物链之间的互连模式翻译为工业网络,德克萨斯农工大学的研究人员为建立成功的工业社区制定了指导方针。研究人员表示,这一指导可以促进经济增长、降低排放和减少浪费,同时确保合作行业能够从意外干扰中恢复。

“行业往往可以伴随副产品,随着时间的推移,这些行业可能形成更大的社区。虽然这些网络对社区内的所有行业合作伙伴都非常有利于,但它们并不总是成功,“机械工程系助理教授Astrid Layton博士说。“我们试图通过提供由大自然的食物网的设计指南来解决这个问题,以便整体系统将既生态友好,为每个人省钱。”

任何产业的一个重要组成部分就是找到经济上可行的资源,比如原材料。与其让每个行业独立解决这些细节问题,生态工业园区或合作产业网络是一个新兴趋势。此外,属于这些园区的企业是共生的,就像在自然界一样,产业之间相互受益。例如,一个行业的废弃物就是另一个行业的原材料——这通常为双方都节省了资金。

如果成功,工业共生可以帮助减少原材料的使用、成本和排放,同时产生可观的经济回报。然而,也有生态工业园区不起作用的例子。

“当生态工业园区开始表现出成功时,人们注意到,并开始尝试形成自己的公司社区,这些公司交换了副产品,但这些”从 - 地下“设计可以击中或错过,”莱顿说。“潜在的原因可能是许多,也许经济或如果一家公司遭到破坏,整个系统都会崩溃,因为它们都是连接的。”

为了解决这个问题,研究人员试图提供有关如何最好地设计这些行业社区的指导方针,以利用产业共生的益处,同时避免垮台。

对于他们的分析,莱顿和她的团队提到了对扰动的弹性纤维网并产生最小的浪费。这些生物网络由连接捕食者和捕食者的多个食物链组成。此外,使用定量措施,多年来,食品网中的相互连接链的组织已被广泛研究。在许多指标中,研究人员对一个被称为嵌套的人特别感兴趣。

该度量从0到1的范围反映了网络内发生连接的位置。当嵌套的值更接近一个时,连接中存在层次结构,换句话说,一个演员连接到网络中的所有其他演员,另一个演员连接到那些的子集,等等。例如,高度嵌套的结构将是某些种类蜂授粉各种植物的蜂授授粉,而其他“专家”蜜蜂只授粉这么宽的植物。或者,嵌套的结构不良,具有更接近零的值,并且网络中的每个actor可以连接到每个actor。

但与食物网不同,许多工业网络已被证明具有低嵌套。因此,研究人员在增加工业网络中的嵌套可以促进财政福利和行业从干扰中恢复的能力的情况下进行测试。

研究表明,基于食物网连接特性的设计准则可以创建成功的产业网络。Courtesy: Rachel Anthony Barton, Texas A&M Engineering

研究表明,基于食物网连接特性的设计准则可以创建成功的产业网络。Courtesy: Rachel Anthony Barton, Texas A&M Engineering

在他们的研究中,Layton和她的团队包括了九个行业,包括一个化肥厂、一个制药厂和一个废水处理设施,这些行业可以参与五种基于水的交换。接下来,他们创建了4000个不同的网络设计,分成200个设计,有20个不同的嵌套值。

他们发现,当网络设计具有高嵌套性时,淡水使用量更少,而且网络能够经受住不可预见的干扰,最终转化为更多的节约和资源节约。他们还发现,在更具体的情况下,如当行业在地理上分散且资源非常昂贵时,行业网络的高嵌套性再次更具优势。

研究人员指出,他们在当前的研究中只分析了水的交换,他们未来的工作将解决其他类型的资源交换和环境影响。不过,他们表示,工业网络高嵌套性的好处也适用于其他交易所。

Layton说:“就基础设施成本而言,与其他交换产品相比,水是最糟糕的情况。”“我们的研究结果确定了高嵌套性是一种优势的情况,这可以指导网络的设计。这项工作将从经济角度和弹性角度支持成功。”

- 由Chris Vavra,Web Content Manager编辑,控制工程,CFE媒体和技术,cvavra@cfemedia.com.


这个镇苏雷什
作者简介:德州农工大学的Vandana Suresh