[发明专利]一种零件的机加工过程碳排放量化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳排放量化方法，具体涉及一种零件的机加工过程的碳排放量化方法。

背景技术

碳排放数据作为一项技术数据纳入产品开发与生产优化过程并与CAD/CAM/PDM系统进行集成，支持产品低碳化开发将成为制造业的一个发展趋势。2009年9月，国际生产工程学会(CIRP)在爱尔兰都柏林大学召开了第26届国际制造会议(International Manufacturing Conference，IMC’26)，将“能源效率与低碳制造”作为会议主题，提出“为了确保制造业创新与发展，必须准确评价制造过程与系统的能量消耗状况”。因此，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。

在已有的研究中，Shimoda M.提出了一种用于干切削、少切削液切削及湿切削碳排放的评估模型，在该模型中主要关注不同的切削条件下碳排放的不同，而忽略了切削参数对碳排放的影响，认为零件材料及金属去除体积相同的情况下，加工能耗所导致的碳排放一致。根据Sara所提供的金属切削比能耗数据，对于同一种材料，加工方法确定的基础上，比能耗的范围是2.0～9.0J/mm³.s，通过确定加工方法及加工材料，根据经验取值，只能获得大致估算结果。加拿大Jeswiet J.等指出产品制造过程的碳排放与制造过程的耗电量有关，建立了一种基于电厂的碳排放指数及零部件制造的耗电量的函数关系，用于碳排放估算。意大利Scipioni A.等针对企业进行碳排放管理(Voluntary GHG Management)存在的问题，提出了一种生命周期法，用于识别企业生产及供应链中影响气候变化的核心环节。Narita H.在基于产品的LCA基础上，提出了一种相对较准确的金属工艺碳排放模型，在该模型中，由机床电能耗产生的碳排放、以及各种原材料、辅助材料以及工具消耗所产生的碳排放都进行了估算，相比以往的模型，该模型具有较好的通用性，但它的局限性在于只能用于金属切削工艺。

此外研究者们还建立了一些工艺碳排放评估模型，但在建立这些模型的过程中，大多数数据来源于实际采集，往往是针对某一种加工方法，或某一台机床，缺乏灵活性，无法将模型应用于更大范围的制造工艺碳排放的评估。有的研究试图从系统和工艺不同的层面进行工艺环境影响的分析，通过建立相关模型以控制制造过程环境影响。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种针对零件的机加工过程碳排放量化方法，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。

本发明的技术方案：一种零件的机加工过程碳排放量化方法，将机械制造工艺中的碳排放分为工序物料碳排放、工序能耗碳排放和辅助设备能耗碳排放三方面进行分析，建立机加工过程碳排放量化函数：

其中CF_m·j表示该零件机加工过程中，第j个工序因物料损耗所导致的间接碳排放，包括工件原材料(即切屑)损耗、切削液损耗、刀具磨损等，称为工序物料碳排放；CF_e·j表示在该过程中为完成加工任务，第j个工序使用的加工设备消耗的能源所导致的间接碳排放，称为工序能耗碳排放；CF_ae·k表示该该过程中使用的第k台辅助设备消耗的能源所导致的间接碳排放，称为辅助设备能耗碳排放。

X,Y,Z分别是工序物料碳排放、工序能耗碳排放和辅助设备能耗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；指在第j道工序中所使用的第i种物料碳排放系数(kgCO2e/kg)；指第j道工序中所使用的第p种能源的碳排放系数(kgCO2e/kg or kgCO2e/kWh)；C_e指辅助设备能耗碳排放系数(kgCO2e/kg or kgCO2e/kWh)；指第j道工序消耗的第i种物料的总和(kg)；指第j道工序所使用的第p种能源总和(kg or kWh)；指第k种辅助设备能耗总和(kg or kWh)。

通过工序物料排放、工序能耗碳排放和辅助设备能耗碳排放三方面相结合来确定零件的机加工过程的碳排放量。

上述方法中，所述的工序物料碳排放是指在生产工件原材料及辅助材料的生产过程产生的直接及间接碳排放。

上述方法中，所述的工序能耗碳排放是指机加工过程中所使用的各机床设备所消耗的各种能源在自身的制造过程中产生的碳排放，包括一次能源和二次能源。