一种基于隐含碳能的机床装备产品碳排放量化方法技术

本发明专利技术提供了一种基于隐含碳能的机床装备产品碳排放量化方法，包括机床装备产品物料流和能量流分析；机床装备产品碳排放量化模型和基于隐含碳能的碳排放量化方法三部分。通过分析能量流、物料流特性，给出机床装备产品物料流和能量流叠加原理；建立主要生命周期阶段的碳排放边界模型，基于隐含碳能概念给出机床装备产品碳排放量化原理；依据主要生命周期阶段特点，得到基于隐含碳能的具体碳排放计算公式。本发明专利技术采用以产品自身为边界的隐含碳能量化方法为低碳设计提供数据支持，更加贴近实际低碳优化改进的目标对象要求，保证了碳排放边界和计算结果的实用性和一致性，为机床装备制造产品的节能减排提供有效依据和理论支持。

Carbon emission quantification method for machine tool equipment products based on implicit carbon energy

The present invention provides a carbon energy machine equipment product carbon emissions evaluation method based on flow analysis, including machine tool equipment product material flow and energy; machine tool equipment product carbon emissions carbon emissions based on quantitative model and quantitative method to the three part of the implied carbon. Through the analysis of the energy flow and material flow characteristics, gives the machine tool equipment product material flow and energy flow superposition principle; carbon emission boundary model the main stages of the life cycle, the carbon can give the concept of machine tool equipment product carbon emissions based on the principle of quantization; mainly based on life cycle characteristics, calculation formula of implicit carbon emissions based on concrete can be obtained. The invention adopts the product itself as implicit carbon can provide data support for the quantitative method of low carbon design boundary, closer to the actual low carbon optimization target requirements, ensure the practicability and consistency of carbon emission boundary and the calculation results of energy saving and emission reduction, manufacturing products for machine tools and equipment to provide effective basis and theoretical support.

【技术实现步骤摘要】
一种基于隐含碳能的机床装备产品碳排放量化方法
：本专利技术属于先进制造与自动化
，具体涉及一种基于隐含碳能的机床装备产品碳排放量化方法。
技术介绍
：进入21世纪以来，随着人类经济的迅猛发展发展，能源消耗量逐年增加，随之而来的环境问题愈加突出。具有全球性的环境问题——温室气体造成的温室效应，已经严重制约了人类生存与社会发展。同时，我国制造业呈现出“高投入、高能耗、高污染、低效益”的“三高一低”的特点，已经严重制约我国成为世界制造强国的战略部署。机床装备制造业作为制造业的典型代表，在经济建设中的作用巨大。2015年统计公报显示，装备制造业占生产总值增长的6.8％，占规模以上工业增加值比重的31.8％。可见，机床装备行业必将导致大量CO2的排放，有效的碳排放量化方法对机床装备产品优化设计中的碳排放评估和控制提供数据支持。因此以机床装备产品生命周期角度出发的主要生命周期碳排放量化的理论和方法正成为亟待突破的研究领域。当前产品碳排放方法侧重于整个系统的碳排放建模、分析和计算，没有关注以产品自身为研究重点的碳排放分析，造成了后续低碳优化改进以产品为对象与目前的碳排放量化方法边界不统一的情况；碳排放具有多源性、动态性，伴随着物料流、能量流的紧密耦合，难以在整个系统边界内对碳排放进行定量化计算。因此，需要进一步根据机床装备产品的碳排放特点，重新划定碳排放边界，得到碳排放量的定量计算模型和方法。
技术实现思路
：为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于隐含碳能的机床装备产品碳排放量化方法，该方法通过以机床装备产品为碳排放计算的主体对象，在生命周期的主要阶段内，根据能量流和物料流的特点，提供机床装备产品生命周期内主要阶段的碳排放量化模型和计算方法，为解决低碳设计改进问题奠定理论和方法基础。为了达到上述目的，本专利技术采取如下的技术方案实现：一种基于隐含碳能的机床装备产品碳排放量化方法，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；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。本专利技术进一步的改进在于，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。本专利技术进一步的改进在于，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。本专利技术进一步的改进在于，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。本专利技术进一步的改进在于，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。本专利技术进一步的改进在于，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。本专利技术进一步的改进在于，步骤2)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，Ecarbon表示最终的隐含碳能，EI_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：ΔEj＝Ej,act+Ej,aux(2)其中，ΔEj表示第j个活动的隐含碳能增量，Ej,act表示第j个活动的活动能量隐含碳能，同理，Ej,aux表示第j个活动的辅助能量隐含碳能。本专利技术进一步的改进在于，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，EI_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；Ema_Pm表示第Pm个组件的隐含碳能；MiCi表示Pm组件内第i种材料的碳排放，其中Mi表示组件Pm内第i种材料的质量，Ci表示组件Pm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，EF_carbon_pro为制造阶段的最终隐含碳能；Epro_Pm表示第Pm个组件的隐含碳能，若该组件需要k道工艺加工，则Eprocessk表示第k个工艺的隐含碳能；Eact_processk表示第k个工艺的活动能量隐含碳能；Eaux_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，或者使用阶段共本文档来自技高网...

【技术保护点】
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；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。

【技术特征摘要】
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；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2)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：

【专利技术属性】
技术研发人员：周光辉，鲁麒，周策，常丰田，田长乐，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61