本發(fā)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(shù)：
碳排放數(shù)據(jù)作為一項技術(shù)數(shù)據(jù)納入產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)優(yōu)化過程并與CAD/CAM/PDM系統(tǒng)進行集成，支持產(chǎn)品低碳化開發(fā)將成為制造業(yè)的一個發(fā)展趨勢。2009年9月，國際生產(chǎn)工程學(xué)會(CIRP)在愛爾蘭都柏林大學(xué)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(yè)創(chuàng)新與發(fā)展，必須準確評價制造過程與系統(tǒng)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(shù)的研究尤為受到關(guān)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(guān)注不同的切削條件下碳排放的不同，而忽略了切削參數(shù)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(dǎo)致的碳排放一致。根據(jù)Sara所提供的金屬切削比能耗數(shù)據(jù)，對于同一種材料，加工方法確定的基礎(chǔ)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(jù)經(jīng)驗取值，只能獲得大致估算結(jié)果。加拿大Jeswiet J.等指出產(chǎn)品制造過程的碳排放與制造過程的耗電量有關(guān)，建立了一種基于電廠的碳排放指數(shù)及零部件制造的耗電量的函數(shù)關(guān)系，用于碳排放估算。意大利Scipioni A.等針對企業(yè)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(yè)生產(chǎn)及供應(yīng)鏈中影響氣候變化的核心環(huán)節(jié)。Narita H.在基于產(chǎn)品的LCA基礎(chǔ)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(chǎn)生的碳排放、以及各種原材料、輔助材料以及工具消耗所產(chǎn)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(shù)數(shù)據(jù)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(yīng)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(tǒng)和工藝不同的層面進行工藝環(huán)境影響的分析，通過建立相關(guān)模型以控制制造過程環(huán)境影響。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)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(tǒng)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(jié)能減排都有著至關(guān)重要的作用，有利于減少工業(yè)生產(chǎn)中溫室氣體的排放，改善環(huán)境。
本發(fā)明的技術(shù)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(shè)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(shù)：
其中CFm·j表示該零件機加工過程中，第j個工序因物料損耗所導(dǎo)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；CFe·j表示在該過程中為完成加工任務(wù)，第j個工序使用的加工設(shè)備消耗的能源所導(dǎo)致的間接碳排放，稱為工序能耗碳排放；CFae·k表示該該過程中使用的第k臺輔助設(shè)備消耗的能源所導(dǎo)致的間接碳排放，稱為輔助設(shè)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(shè)備能耗碳排放三種碳排放源的輸入?yún)?shù)向量，其數(shù)值根據(jù)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(shù)(kgCO2e/kg)；指第j道工序中所使用的第p種能源的碳排放系數(shù)(kgCO2e/kg or kgCO2e/kWh)；Ce指輔助設(shè)備能耗碳排放系數(shù)(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(shè)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(shè)備能耗碳排放三方面相結(jié)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(chǎn)工件原材料及輔助材料的生產(chǎn)過程產(chǎn)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(shè)備所消耗的各種能源在自身的制造過程中產(chǎn)生的碳排放，包括一次能源和二次能源。
上述方法中，所述輔助設(shè)備能耗碳排放是指在機加工過程中所使用的輔助設(shè)備所消耗的各種能源在自身的制造過程中所運用的產(chǎn)生的碳排放，包括一次能源和二次能源。
由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的優(yōu)點在于：本發(fā)明將零件機加工過程的碳排放分為工序物料碳排放、工序能耗碳排放和輔助設(shè)備能耗碳排放三方面進行分析，通過碳排放量化函數(shù)系統(tǒng)地、精確地確定零件的機加工過程的碳排放情況，是機械制造工藝碳排放分析和低碳工藝改進的基礎(chǔ)，對節(jié)約能源和減少工業(yè)生產(chǎn)中溫室氣體的排放都有著重要的意義。
具體實施方式
為了使本發(fā)明目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
本發(fā)明的實施例：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(shè)備能耗碳排放三方面進行分析：
工序物料碳排放是指與零件的整個機加工過程沒有直接關(guān)系的物料生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的碳排放，包括工件原材料生產(chǎn)過程產(chǎn)生的碳排放、輔助材料(切削液、潤滑液等)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的碳排放以及運輸、銷售等與產(chǎn)品相關(guān)的過程產(chǎn)生的碳排放，但本發(fā)明是對零件機加工過程碳排放的量化，不考慮運輸、銷售等與產(chǎn)品相關(guān)的過程產(chǎn)生的碳排放；
工序能耗碳排放是指在零件的整個機加工過程中所消耗的各種能源在自身的制造過程中產(chǎn)生的碳排放，包括一次能源和二次能源，例如電能源生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的碳排放；
輔助設(shè)備能耗碳排放是指在零件的整個機加工過程中所使用的輔助設(shè)備所消耗的各種能源在自身的制造過程中所運用的產(chǎn)生的碳排放，包括一次能源和二次能源；
根據(jù)上述三個碳排放的分析結(jié)果，建立零件的機加工過程碳排放量化函數(shù)：
其中CFm·j表示該零件機加工過程中，第j個工序因物料損耗所導(dǎo)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；CFe·j表示在該過程中為完成加工任務(wù)，第j個工序使用的加工設(shè)備消耗的能源所導(dǎo)致的間接碳排放，稱為工序能耗碳排放；CFae·k表示該該過程中使用的第k臺輔助設(shè)備消耗的能源所導(dǎo)致的間接碳排放，稱為輔助設(shè)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(shè)備能耗碳排放三種碳排放源的輸入?yún)?shù)向量，其數(shù)值根據(jù)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(shù)(kgCO2e/kg)；指第j道工序中所使用的第p種能源的碳排放系數(shù)(kgCO2e/kg or kgCO2e/kWh)；Ce指輔助設(shè)備能耗碳排放系數(shù)(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(shè)備能耗總和(kg or kWh)。
對于具體的零件機加工過程而言，碳排放量化函數(shù)中，等式右邊的量均為已知量，從而可以通過工序物料碳排放、工序能耗碳排放和輔助設(shè)備能耗碳排放三方面相結(jié)合來確定零件機加工過程整體的碳排放量。