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基于Hadoop的零件加工过程中碳足迹核算研究

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摘要

1.1 论文研究背景

1.2 碳足迹核算国内外研究现状

1.2.1 碳足迹核算方法概况

1.2.2 碳足迹量化研究现状

1.2.3 现有碳足迹研究总结

1.3 论文的研究目的意义

1.4 论文的主要研究内容与体系结构

1.4.1.论文的主要研究内容

1.4.2.论文体系结构

第2章 零件加工过程中碳足迹核算模型

2.1 碳足迹核算边界确定

2.2 碳排放源及碳排放与零件对应关系分析

2.2.1 基于工序的零件加工过程中碳排放源分析

2.2.2 碳排放分类及其与零件对应关系分析

2.3 零件加工过程中碳足迹核算模型建立

2.3.1 机床能耗碳足迹核算模型

2.3.2 物料消耗碳足迹核算模型

2.3.3 运输设备能耗碳足迹核算模型

2.4 本章小节

第3章 基于Hadoop的基础数据存储与碳足迹核算流程

3.1 碳足迹核算所需基础数据

3.2 基础数据存储与处理需求分析

3.3 Hadoop技术框架

3.3.1 Hadoop功能特点

3.3.2 HDFS分布式文件系统

3.3.3 MapReduce分布式计算框架

3.4 基于HDFS的基础数据存储

3.4.1 数据采集存储流程

3.4.2 基于鱼骨图的数据存储策略

3.4.3 数据交互

3.5 基于MapReduce的碳足迹核算流程

3.6 本章小节

第4章 基于Hadoop的传动轴加工过程中碳足迹核算实例

4.1 传动轴加工工艺与问题描述

4.1.1 加工工艺

4.1.2 问题描述

4.2 数据定义与数据存储

4.3 碳足迹核算

4.3.1 面向单工序低碳工艺规划的碳足迹核算

4.3.2 面向全工艺链低碳工艺规划的碳足迹核算

4.4 本章小节

第5章 基于Hadoop的碳足迹核算系统

5.1 系统总体框架

5.2 系统开发与运行环境

5.3 系统详细设计

5.3.1 Web系统数据库设计

5.3.2 系统功能模块设计

5.4 本章小节

6.1 论文总结

6.2 工作展望

参考文献

附录

攻读学位期间的研究成果

致谢

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摘要

目前大量温室气体的排放导致的全球变暖问题已引起全球各国的重视,机械加工制造业作为碳排放的重点领域,对其进行碳足迹的量化研究具有重要的意义。为此,本文提出了将Hadoop两大核心组件——HDFS与MapReduce应用到机械加工过程的碳足迹核算中,重点研究了零件加工过程中碳足迹核算与核算所需基础数据的存储等问题。
  本文选取机械零件作为具体研究对象,并确定机械加工阶段作为碳足迹核算系统边界。为建立准确的碳足迹核算数学模型,本文基于加工工序总结了零件加工过程中的各种碳排放源,并将碳排放源分为三种类型;分析得出各种碳排放与单个零件的两种对应关系,并利用该对应关系给出了因加工单个零件时,不同碳排放源产生碳排放的不同计算公式;详细研究了各种碳排放源的碳排放特性建立了三类碳排放源的碳足迹核算数学模型。
  针对碳足迹核算基础数据缺乏问题,本文总结分析了碳足迹核算所需的各种数据,并采用HDFS分布式存储框架来存储零件加工过程中产生的各种实时数据,为碳足迹的准确核算提供数据基础。在数据存储之前,为了保持数据间的关联关系以便后期对数据进行处理从而得到碳足迹核算结果,本文结合碳足迹核算模型与鱼骨图理论提出了以零件为核心的数据存储策略,使各种数据按照一定的格式存储到HDFS中。针对目前碳足迹核算并没有很好的快速的计算方法,本文提出在存储零件加工过程中各种实时数据的基础上,利用MapReduce分布式计算对数据进行处理,将零件加工过程中的碳足迹核算模型转化成MapReduce函数,实现零件加工过程中碳足迹的快速核算。
  为验证本文所提方案有效性,进行了案例研究。以某传动轴加工为例,总结了面向低碳的传动轴加工工艺规划中所需要的两种碳排放数据,然后给出了具体的程序执行流程,通过执行程序得到了单工序和全工艺过程的碳排放计算结果。结合此案例及文章所提理论设计开发了碳足迹核算系统,可实现零件加工过程中的碳足迹实时监控、数据管理等功能,该系统可以很好的应用到企业实现节能减排的工作中,同时也验证了文章所提理论的有效性。
  最后总结归纳了本文主要研究内容及取得的成果,并对后期研究工作进行了讨论和展望。

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