[发明专利]一种机械制造工艺碳排放特性分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳排放特性分析方法方法，具体涉及一种机械制造工艺的碳排放特性分析方法。

背景技术

碳排放是关于温室气体（Greenhouse Gas, GHG）排放的一个总称或简称。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）研究表明：工业革命后，人类社会工业化活动导致的大气中碳储量增加是所观测到的气候变化的主要驱动力。而《哥本哈根协议》则预示：减少碳排放、应对全球气候变化已成为世界各国工业化发展不得不面对的一项中长期战略性挑战。

2010年1月10日，中国工程院院长徐匡迪在“低碳经济与绿色制造（Low Carbon Economy and Green Manufacturing）”宁波国际研讨会上对我国碳排放数据进行了分析：2007年中国二氧化碳的排放量为59.6亿吨，超过了美国的58.2亿吨，居世界第一；在过去8年的时间里，全球碳排放量增长了三分之一，其中的三分之二来自中国；2006年我国单位GDP碳排放强度是1.03kg/$1，美国是0.45 kg/$1，日本为0.33 kg/$1。可见，我国二氧化碳排放形势非常严峻。2007年国家统计局数据表明，制造业的能源消耗占我国能源消费总量的60%左右。同时，制造业又是采矿、电力等高能耗工业产出产品（电能、材料等）的消费者。因此制造业的快速发展是造成我国整个工业领域的能源消耗与碳排放激增的主要源头。我国在2009年12月举行的哥本哈根《联合国气候变化框架公约》缔约方第15次会议上率先提出了到2020年碳排放强度相对于2005年减少40~45%的承诺指标。显然，制造业将成为我国实现2020年减排任务的主战场之一。因此积极推进制造业低碳化进程，实现低碳制造与产业转型是在应对全球气候变化新形势下对我国制造业提出的新要求与新挑战。

面向绿色制造的工艺问题，即产品加工过程中的废物流及其影响问题是绿色制造中急需解决的关键技术之一，在国际上受到了研究机构、高校以及政府部门的高度重视。英国Brunel大学先进制造与工业工程系S. Tridech及K. Cheng教授对低碳制造进行了定义，并认为实现低碳制造的途径包括：减少加工机床和相关设备的能量损耗；提高工艺能量效率；减少制造过程因空闲、等待和排队而发生的碳排放浪费；提高原材料利用效率并减少供应链库存等[8]。美国国家标准与技术研究院（NIST）正在进行一项制造过程碳排放分析研究，旨在探索和开发一项计算零部件及装配体制造过程碳排放的新方法，该项研究采用了零部件工艺链的概念并将其用于分析零部件制造过程的碳排放，将“公差”的概念引入用于描述碳排放数据的统计值，并试图将碳排放计算值集成到产品设计中，成为BOM表中的一项技术参数，但该项研究目前主要集中在切削加工，以电能消耗作为碳排放考虑的唯一要素，忽略了物料消耗导致的间接碳排放以及工厂车间的其他设施的能耗，研究方法上侧重具体工艺的能耗计算方法研究，忽略了制造系统能耗及碳排放的系统特性。

在全球气候变化压力以及各国纷纷提出碳排放减排具体承诺指标的背景下，低碳制造的研究已成为新的学术热点并受到国内外学术界的关注，关于工艺过程的能效及碳排放的定量计算、碳排放减量化理论及技术的研究尤为受到关注。未来碳排放特性及排放状况将可能成为产品及制造系统的一项重要决策指标。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种机械制造工艺碳排放特性分析方法，以解决工艺碳排放忽略了物料消耗导致的间接碳排放以及工厂车间的其他设施的能耗的问题，从而系统准确地确定机械制造工艺中的碳排放情况，对于碳排放分析、低碳工艺改进及节能减排都有着至关重要的作用，有利于减少工业生产中温室气体的排放，改善环境。

本发明方案如下：一种机械制造工艺碳排放特性分析方法，将机械制造工艺中的碳排放分为过程碳排放、物料碳排放和能源碳排放三方面进行分析，建立碳排放广义特性函数：

其中：分别是过程碳排放、物料碳排放和能源碳排放三种碳排放源的输入参数向量，其数值根据具体工艺而定；是物料碳排放系数；是能源的碳排放系数；是物料碳排放的碳源广义特性函数；是能源碳排放的碳源广义函数；是过程碳排放的碳源广义特性函数。

对于具体的机械制造工艺而言，碳排放广义特性函数中，等式右边的量均为已知量，从而通过过程碳排放、物料碳排放和能源碳排放三方面相结合来确定机械制造工艺中每个单工序的碳排放量，进而确定机械制造工艺整体的碳排放量。

所述过程碳排放是指生产过程中直接产生的碳排放，包括生产过程中燃料燃烧产生的碳排放和生产中采用的辅助材料相互作用后产生的碳排放。