[發明專利]一種零件的機加工過程碳排放量化方法

在審

• 申請號: 201611139196.8
• 申請日: 2016-12-08
• 公開（公告）號: CN106611085A
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發明（設計）人: 尹瑞雪;吳偉
• 申請（專利權）人: 貴州大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 貴陽中新專利商標事務所52100
• 代理人: 朱法恒,程新敏

技術領域

本發明涉及一種碳排放量化方法，具體涉及一種零件的機加工過程的碳排放量化方法。

背景技術

碳排放數據作為一項技術數據納入產品開發與生產優化過程并與CAD/CAM/PDM系統進行集成，支持產品低碳化開發將成為制造業的一個發展趨勢。2009年9月，國際生產工程學會(CIRP)在愛爾蘭都柏林大學召開了第26屆國際制造會議(International Manufacturing Conference，IMC’26)，將“能源效率與低碳制造”作為會議主題，提出“為了確保制造業創新與發展，必須準確評價制造過程與系統的能量消耗狀況”。因此，工藝過程的能效及碳排放的定量計算、碳排放減量化理論及技術的研究尤為受到關注。

在已有的研究中，Shimoda M.提出了一種用于干切削、少切削液切削及濕切削碳排放的評估模型，在該模型中主要關注不同的切削條件下碳排放的不同，而忽略了切削參數對碳排放的影響，認為零件材料及金屬去除體積相同的情況下，加工能耗所導致的碳排放一致。根據Sara所提供的金屬切削比能耗數據，對于同一種材料，加工方法確定的基礎上，比能耗的范圍是2.0～9.0J/mm³.s，通過確定加工方法及加工材料，根據經驗取值，只能獲得大致估算結果。加拿大Jeswiet J.等指出產品制造過程的碳排放與制造過程的耗電量有關，建立了一種基于電廠的碳排放指數及零部件制造的耗電量的函數關系，用于碳排放估算。意大利Scipioni A.等針對企業進行碳排放管理(Voluntary GHG Management)存在的問題，提出了一種生命周期法，用于識別企業生產及供應鏈中影響氣候變化的核心環節。Narita H.在基于產品的LCA基礎上，提出了一種相對較準確的金屬工藝碳排放模型，在該模型中，由機床電能耗產生的碳排放、以及各種原材料、輔助材料以及工具消耗所產生的碳排放都進行了估算，相比以往的模型，該模型具有較好的通用性，但它的局限性在于只能用于金屬切削工藝。

此外研究者們還建立了一些工藝碳排放評估模型，但在建立這些模型的過程中，大多數數據來源于實際采集，往往是針對某一種加工方法，或某一臺機床，缺乏靈活性，無法將模型應用于更大范圍的制造工藝碳排放的評估。有的研究試圖從系統和工藝不同的層面進行工藝環境影響的分析，通過建立相關模型以控制制造過程環境影響。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種針對零件的機加工過程碳排放量化方法，從而系統準確地確定機械制造工藝中的碳排放情況，對于碳排放分析、低碳工藝改進及節能減排都有著至關重要的作用，有利于減少工業生產中溫室氣體的排放，改善環境。

本發明的技術方案：一種零件的機加工過程碳排放量化方法，將機械制造工藝中的碳排放分為工序物料碳排放、工序能耗碳排放和輔助設備能耗碳排放三方面進行分析，建立機加工過程碳排放量化函數：

其中CF_m·j表示該零件機加工過程中，第j個工序因物料損耗所導致的間接碳排放，包括工件原材料(即切屑)損耗、切削液損耗、刀具磨損等，稱為工序物料碳排放；CF_e·j表示在該過程中為完成加工任務，第j個工序使用的加工設備消耗的能源所導致的間接碳排放，稱為工序能耗碳排放；CF_ae·k表示該該過程中使用的第k臺輔助設備消耗的能源所導致的間接碳排放，稱為輔助設備能耗碳排放。

X,Y,Z分別是工序物料碳排放、工序能耗碳排放和輔助設備能耗碳排放三種碳排放源的輸入參數向量，其數值根據具體工藝而定；指在第j道工序中所使用的第i種物料碳排放系數(kgCO2e/kg)；指第j道工序中所使用的第p種能源的碳排放系數(kgCO2e/kg or kgCO2e/kWh)；C_e指輔助設備能耗碳排放系數(kgCO2e/kg or kgCO2e/kWh)；指第j道工序消耗的第i種物料的總和(kg)；指第j道工序所使用的第p種能源總和(kg or kWh)；指第k種輔助設備能耗總和(kg or kWh)。

通過工序物料排放、工序能耗碳排放和輔助設備能耗碳排放三方面相結合來確定零件的機加工過程的碳排放量。

上述方法中，所述的工序物料碳排放是指在生產工件原材料及輔助材料的生產過程產生的直接及間接碳排放。

上述方法中，所述的工序能耗碳排放是指機加工過程中所使用的各機床設備所消耗的各種能源在自身的制造過程中產生的碳排放，包括一次能源和二次能源。