自然的特性如何帮助建立可持续的工业网络

通过将自然界食物链之间的相互联系模式转化为工业网络，德克萨斯农工大学的研究人员制定了建立成功工业社区的指导方针。研究人员表示，这一指导方针可以促进经济增长、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。

“行业通常可以合作交换副产品，随着时间的推移，这些行业可能会形成更大的社区。虽然这些网络听起来对社区内的所有行业伙伴都很有益，但它们并不总是成功的，”机械工程系助理教授Astrid Layton博士说。“我们试图通过提供受自然食物链启发的设计指南来解决这个问题，这样整个系统既环保又为每个人省钱。”

经营任何行业的一个重要组成部分是识别经济上可行的资源，如原材料。生态工业园区或合作产业网络不是让每个产业独立解决这些细节问题，而是一种新兴趋势。此外，属于这些园区的企业是共生的，就像自然界一样，各产业相互受益。例如，一个行业的废弃物是另一个行业的原材料，这通常可以为双方节省资金。

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，同时产生可观的财务回报。然而，也有生态工业园区没有发挥作用的例子。

莱顿说:“当生态工业园区开始取得成功时，人们开始注意到这一点，并开始试图建立自己的公司社区，交换副产品，但这些‘从头开始’的设计可能会受到影响，也可能会失败。”“潜在的原因可能有很多，可能是经济方面的，或者如果一家公司破产，整个系统就会崩溃，因为它们都是相互关联的。”

为了解决这个问题，研究人员试图提供指导方针，指导如何最好地设计这些工业社区，以利用工业共生的好处，同时避免崩溃。

在他们的分析中，莱顿和她的团队提到了既能抵御干扰又能产生最小浪费的食物网。这些生物网络由连接捕食者和猎物的多条食物链组成。此外，在食物网中相互连接的链的组织已经被广泛地研究了多年，使用定量的措施。在众多指标中，研究人员对一项指标特别感兴趣。

这个度量值的范围从0到1，反映了网络中连接发生的位置。当嵌套的值接近于1时，连接中就会有一个层次结构，换句话说，一个参与者连接到网络中的所有其他参与者，另一个参与者连接到这些参与者的子集，以此类推。例如，在一个高度嵌套的结构中，特定种类的蜜蜂为多种植物授粉，而其他“专门”的蜜蜂只为更广泛范围内的少数植物授粉。或者，嵌套较差的结构的值更接近于零，网络中的每个参与者都可能连接到其他每个参与者。

但与食物网不同的是，许多工业网络的筑巢率很低。因此，研究人员测试了增加工业网络的巢是否可以促进经济效益和工业从干扰中恢复的能力。

在他们的研究中，莱顿和她的团队包括9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类型的水基交换。接下来，他们创造了4000种不同的网络设计，分成200种设计，有20种不同的嵌套值。

他们发现，当网络设计有较高的嵌套度时，淡水使用量减少，网络经受住了不可预见的干扰，这最终转化为更多的节约和资源保护。他们还发现，在更具体的情况下，例如当行业在地理上分散、资源非常昂贵时，行业网络的高嵌套性同样更有优势。

研究人员指出，他们在目前的研究中只分析了水的交换，他们未来的工作将涉及其他类型的资源交换和环境影响。然而，他们表示，工业网络中高度嵌套的好处也适用于其他交易所。

莱顿说:“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。“我们的研究结果已经识别出高嵌套度是优势的情况，这可以指导网络的设计。从经济角度和弹性角度来看，这项工作将支持成功。”

- Chris Vavra编辑，网页内容经理，控制工程， CFE Media and Technology，cvavra@cfemedia.com．