[发明专利]一种制造车间碳排放综合评估方法

摘要

本发明提供一种制造车间碳排放综合评估方法，该方法首先通过建立制造车间加工过程图式描述，将制造车间自下而上分解为设备层、零件层和车间层三个层次，基于全生命周期评估方法，构建了设备层、零件层及车间层的能耗足迹、碳足迹计算方法；然后依据设备‐工序‐零件‐车间的层次结构，将制造车间中的碳排放活动进行粒度分解和演化，并基于环境效率的概念，建立了不同评价粒度下的多个碳效率评价指标，包括碳排放利用率、生产碳效率和经济碳效率等；最后，建立了制造车间不同评价粒度下碳排放综合评估的多属性妥协方法，该方法既可以帮助企业寻找节能减排的薄弱环节，也能为企业的生产决策提供数据支撑。

主权项

1.一种制造车间碳排放综合评估方法，其特征在于，包括以下步骤：1)通过分析制造车间的特点，将制造车间自下而上进行分解形成设备层、零件层和车间层三个层次，并基于全生命周期评估方法，计算单台设备、单个零件及整个制造车间的能耗足迹和碳足迹；设备层：设备层包含了制造车间所有可以执行某种工序的设备，每台设备执行一个或者多个工序；设备在执行一次加工工序中的能耗为：EFmach＝MR+AEMR＝SEC·V＝(C0+C1/MRR)·VAE＝nSA·SA+nTC·TC+Pac·tac+EFstandbyEFstandby＝Ps·ts其中，EFmach为设备的能耗，MR为材料切除能耗，AE为辅助能耗，SEC为单位切除能耗，MRR为材料切除率，V为材料切除体积，C0和C1是设备特征参数，SA为设备主轴加速能耗，TC为设备一次换刀能耗，nSA和nTC分别表示设备主轴加速和换刀次数，Pac和tac为设备空切削功率和时间，EFstandby为制造车间设备等待能耗，Ps和ts表示设备等待过程的功率和等待时间；设备执行一道加工工序的碳排放为：CFmach＝EFmach·emfel+CEau+CEtool其中，CFmach为设备的碳足迹，emfel、emfcool和emflu分别为能耗、切削液和润滑油的碳排放因子，CEau、CEtool和CEprod分别表示辅助材料碳排放、刀具磨损碳排放和刀具生产碳排放，t为该工序的加工时间，Tcool、Ttool和Tlu分别为切削液的更新周期、刀具/刀片使用寿命和润滑油更新周期，ICcool和LOlu分别为切削液和润滑油的使用量，Ngr和Pgr分别为刀具/刀片刃磨次数和一次刃磨能耗，ωau和ωtool为辅助材料和刀具的碳排放系数；零件层：零件层包含制造车间目前加工的零件，每个零件加工过程由一个或者多个工序流组成；单个零件的能耗足迹为：其中，EF^part为零件的能耗足迹，DE_j为第j道工序的间接能耗，IE_j为第j道工序，为第j道工序的设备能耗，p表示该零件的加工工序数，分别表示第j道工序的物流运输能耗和缓存能耗，和分别表示第j‑1道工序和第j道工序之间单位距离的物流运输能耗和运输距离，(x_j‑1,y_j‑1)、(x_j,y_j)表示第j‑1道工序和第j道工序所用设备的位置坐标，和分别表示第j‑1道工序和第j道工序之间缓存区域的使用时间和单位时间能耗；零件的碳足迹为：其中，CF^part为零件的碳足迹，为第j道工序的设备碳足迹；车间层：车间层包含了制造车间物理上所有的设备、资源、能源；制造车间的能耗足迹为：其中，EF^shop为制造车间能耗，n为车间工件个数，EF_i^part为制造车间第i个工件的能耗足迹，EF^inv为制造车间库存能耗，表示车间中第j个库存单位时间的能，T^makespan表示任务的工期；制造车间的碳足迹为：其中，CF^shop为制造车间的碳足迹，CF^part为零件的碳足迹，下标i对应车间第i个工件，和T_l^rs分别表示制造车间第l种耗能工质单位时间的消耗量和消耗的时间，emf_l^rs表示第l种耗能工质的碳排放因子；工序：工序是指在一台加工设备周围发生的一组有序的操作/动作的集合；工序流：将工序流定义为制造车间一组有序的操作/动作的集合，一条工序流包括若干道工序；2)基于能耗足迹和碳足迹，并依据评价粒度将制造车间中的制造活动进行粒度分解和演化，其中的每一个过程都代表了一个独立的碳排放活动，碳排放活动指制造车间中产生直接碳排放和间接碳排放的生产活动的集合，然后基于环境效率的概念建立不同评价粒度下的多个碳效率评价指标，碳效率评价指标包括碳排放利用率、加工以及生产碳效率和经济碳效率；所述碳效率指制造车间各个碳排放活动单位碳排放的价值产出；所述制造车间碳排放综合评估方法还包括以下步骤：依据所述碳效率评价指标，并采用多属性妥协方法，对不同制造车间相同评价粒度下的碳排放活动进行整体评估，或者，对不同时期制造车间中的某一碳排放活动进行整体评估，通过整体评估以获得碳排放活动碳排放综合性能优劣排序。