传统的产业单元——企业,都是从环境中调入原材料,而将大量多余副产物以废物形式排放到环境中去。虽然近年来,在工业园区实施的环境管理体系(EMS) 有效地改善了环境质量,但这样的体系依然普遍地把经济活动视为一种开放体系,仍无法实现产业与环境的协调。为此,即把经济视为一种类似于自然生态系统的循环体系,其中一个体系要素产生的“废”产物被当作另一个体系要素的“营养物”,各公司就象自然生态一样,利用彼此的副产物作为原料,而并非是不断吸收未被动用过的材料和抛弃废物。因此,产业生态系统,即生态工业园是一个由制造业企业和服务业企业组成的群落,它利用结构功能优化,并通过能源、水和材料的管理环境与资源问题的合作,以便协同提高环境质量和经济效益,实现比每家公司个体优化实现的效益总和更大的整体效益。从理论上说,产业生态系统是一个远离平衡状态的开放体系,它遵循耗散结构原理,其物质流与能量流尽可能多层次利用以减少体系的熵值,从而做到良性循环,实现产业与环境的协同和谐。
产业生态系统在过去的几百年中发生了巨大的变革,从粗线条看,我们经历了至少从传统手工作坊、大规模生产、多单位公司、专业化分工、制造外包和知识性外包等几个阶段。
传统手工作坊时期的特点是单独作业、基本上不能形成批量生产。工业革命则带来了生产能力的大幅提升,实现大规模生产,这一阶段的产品相对简单,原材料经过很少的加工过程就形成了产品,譬如纺织业产品的过程只有棉花、棉线和布匹。这两个阶段特点是生产还是由市场力量协调的,也就是所谓“看不见的手”。
在多单位公司阶段,产品已经复杂到需要经过多个加工过程和大量的零部件。此时,由市场无形的手协调的成本相当大,许多企业开始纵向一体化,“将以前几个经营单位进行的活动及其相互交易内部化”,也就是从最基本的原材料开始,经过多个部门的生产,大规模生产最终产品。亨利·福特时期的汽车业是最典型的例子,从铸铁开始,福特公司自行生产T型车的零部件,最终组装成车。零部件生产开始是在一个工厂里进行,逐渐转变为建立专门的工厂生产相应的零部件,从而形成所谓多单位公司。(福特曾试图将纵向一体化再推进一步,向前推进到矿石采矿和橡胶采集等原材料生产过程,向后推进到作为销售商销售新车,但未能成功。)
在随后的发展过程中,生产进一步专业化,零部件的生产开始部分独立于汽车制造商,从而过渡到专业化阶段。在之后很长的时期里,汽车制造业的过程再无重大变化,只不过越来越多的零部件由独立厂商生产,生产的效率越来越高,在日本汽车企业发明即时生产?Just-in-time?JIT 达到顶点。但是,汽车制造商依然完全控制着汽车的设计与生产,零部件厂商在产业链中没有多大的发言权,不同的汽车之间零部件很难通用。在过去十几年中,随着产业竞争加剧,不同汽车型号之间的平台共享正在变得普遍,但不同厂商之间的平台共享依然没有出现。
按照生态学的基本原则,产业生态学系统中的成员可以划分为生产者、消费者和分解者。
生产者分为两个层次,初级层次的生产者利用基本环境要素生产出初级产品,如采矿厂、冶炼厂、火电厂等;高级层次的生产者进行初级产品的深度加工和高级产品的生产。
消费者利用生产者提供的产品,同自身运行发展,同时产生生产力和服务功能,如行政、商业、服务业等。
分解者把工业企业产生的副产品和“废物”进行处置、转化、再利用,如废物回收公司、资源再生公司等。