[发明专利]一种基于隐含碳能的机床装备产品碳排放量化方法

权利要求书

1.一种基于隐含碳能的机床装备产品碳排放量化方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)依据机床装备产品能量流、物料流特性，对机床装备产品的生命周期的碳排放源进行分类，对产品各个不同阶段的物料流和能量流的动态特性进行分析，给出机床装备产品制造系统的物料流和能量流叠加原理；

2)根据步骤1)的物料流和能量流叠加原理，给出机床装备产品主要生命周期阶段的碳排放边界模型，并依据碳排放边界模型，给出基于隐含碳能的机床装备产品的碳排放计算方法原理；其中，基于隐含碳能的机床装备产品的碳排放计算方法原理具体为：

为了对碳流动态叠加特性进行描述，提出隐含碳能的概念，其定义为：度量产品生命周期阶段一系列活动过程链中的碳足迹增量，即隐含碳能表示为原材料的初始隐含碳能与所有隐含碳能活动的变化量之和；隐含碳能反映了物料和能量作用于产品自身产生碳排放的综合作用结果，按照生命周期阶段活动的特点，将造成碳排放变化的诱因分为活动能量活动和辅助能量活动；

按照隐含碳能的定义，其表达式如下：

其中，E_carbon表示最终的隐含碳能，E_{I_carbon}为初始隐含碳能，为产品生命周期各阶段活动过程链中的隐含碳能增量，如(2)式：

ΔE_j＝E_j,act+E_j,aux (2)

其中，ΔE_j表示第j个活动的隐含碳能增量，E_j,act表示第j个活动的活动能量隐含碳能，同理，E_j,aux表示第j个活动的辅助能量隐含碳能；

3)根据步骤2)的碳排放计算方法原理，分别给出机床装备产品的主要生命周期阶段的隐含碳能量化方法，得到对应阶段基于隐含碳能模型的具体碳排放计算公式。

2.根据权利要求1所述的一种基于隐含碳能的机床装备产品碳排放量化方法，其特征在于，步骤1)中，机床装备产品的生命周期碳排放源具体包括：

按照能源碳和物料碳的分类，能源碳包括能源非燃烧使用产生的碳排放，具体到机床装备产品当中为电能消耗产生的碳排放；物料碳包括原材料获取过程产生的碳排放及辅助材料因使用产生消耗部分的碳排放，具体到机床装备产品中为刀具损耗和切削液损耗部分产生的碳排放。

3.根据权利要求1所述的一种基于隐含碳能的机床装备产品碳排放量化方法，其特征在于，步骤1)中，物料流和能量流的动态特性进行分析为：

机床装备产品在其生命周期当中，伴随着物料流和能量流的运行，对物料流来说，物质是能量的载体，在机床装备产品当中表现为物料的变化；对能量流来说，能量是用以衡量所有物质运动规模的统一的客观尺度，能量在机床装备产品当中的动态变化产生了能耗，由于产品各个阶段的不同活动内容，造成物料和能量的输入和输出。

4.根据权利要求1所述的一种基于隐含碳能的机床装备产品碳排放量化方法，其特征在于，步骤1)中，机床装备产品制造系统的物料流和能量流的叠加原理为：

在物料和能量的共同作用下，机床装备制造产品因为各种阶段的活动造成了碳排放，其碳排放量通过碳足迹的方法进行折算，将机床装备产品各阶段物料和能量的变化分别进行量化，映射为机床装备产品各阶段碳排放一部分，然后对各阶段的物料和能量产生的碳排放进行累积叠加，得到机床装备产品最终的碳排放输出。

5.根据权利要求1所述的一种基于隐含碳能的机床装备产品碳排放量化方法，其特征在于，步骤2)中，主要生命周期阶段具体包括：机床装备产品的材料获取阶段、制造阶段和使用阶段。

6.根据权利要求1所述的一种基于隐含碳能的机床装备产品碳排放量化方法，其特征在于，步骤2)中，碳排放边界模型具体内容为：

在机床装备产品碳排放叠加原理基础上，物料、能量为输入，碳排放为输出，构建机床装备产品自身为边界的碳流系统边界模型，该碳流系统边界模型中，能量、物料始终贯穿在机床装备产品的生命周期当中，在各阶段进行过程当中，碳排放是伴随着各阶段的活动累积产生的。

7.根据权利要求1所述的一种基于隐含碳能的机床装备产品碳排放量化方法，其特征在于，步骤3)中，基于隐含碳能计算原理的机床装备产品主要生命周期阶段的具体碳排放计算公式如下：

301)原材料获取阶段的机床装备产品碳排放量化方法

根据机床装备产品物料清单数据中的零部件的质量、材料属性用来计算隐含碳能，每种零部件的碳排放只与最终使用的材料用量有关，结合零部件尺寸，采用碳排放因子法进行计算；

依据隐含碳能的叠加原理，产品的初始隐含碳能是所有部件物料消耗隐含碳能之和，而每个部件的隐含碳能又是其组成零件材料的隐含碳能的累积，进而得到原材料获取阶段的产品最终隐含碳能，有如下计算公式：

其中，E_{I_carbon}为原材料获取阶段的最终隐含碳能，也是产品整个生命周期的初始隐含碳能；E_{ma_Pm}表示第P_m个组件的隐含碳能；M_iC_i表示P_m组件内第i种材料的碳排放，其中M_i表示组件P_m内第i种材料的质量，C_i表示组件P_m内第i种材料的碳排放因子；

302)制造阶段的机床装备产品碳排放量化方法

根据产品结构信息，分析不同工艺碳排放，采用碳足迹计算方法，计算每一个工艺过程下的隐含碳能，得到制造阶段碳排放计算流程，隐含碳能增量是各个工艺活动在加工制造阶段产生隐含碳能的累积，有如下计算公式：

其中，E_{F_carbon_pro}为制造阶段的最终隐含碳能；E_{pro_Pm}表示第P_m个组件的隐含碳能，若该组件需要k道工艺加工，则E_processk表示第k个工艺的隐含碳能；E_{act_processk}表示第k个工艺的活动能量隐含碳能；E_{aux_processk}表示第k个工艺的辅助能量隐含碳能；

303)使用阶段的机床装备产品碳排放量化方法

以使用阶段的物料和能量活动为输入，使用阶段各功能过程为主线，造成活动能量隐含碳能和辅助能量隐含碳能增加，根据产品或零部件功能分解，采用碳足迹计算方法，得到使用阶段碳排放值；

使用阶段隐含碳能增量是各个功能活动在加工制造阶段产生隐含碳能的累积，每个功能活动都包括活动能量隐含碳能和辅助能量隐含碳能，或者使用阶段共同累计的辅助能量隐含碳能，因此有如下的计算公式：

其中，E_{F_carbon_use}为使用阶段的最终隐含碳能；E_usez表示第z个功能的隐含碳能；E_{act_usez}表示第z个功能的活动能量隐含碳能；E_{aux_usez}表示第z个功能的辅助能量隐含碳能。