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基于碳足迹的机械产品碳效益评估及工具系统开发

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摘要

第1章 绪论

1.1 研究背景概述

1.1.1 环境污染与资源浪费问题不断加剧

1.1.2 环保法律法规日益严苛

1.2 国内外研究现状

1.2.1 碳足迹的定义

1.2.2 产品碳足迹核算方法

1.2.3 产品碳效益评估

1.2.4 软件工具及数据库

1.3 课题提出与论文框架

1.3.1 课题来源

1.3.2 课题提出

1.3.3 研究内容

第2章 机械产品碳足迹量化模型研究

2.1 机械产品碳足迹分析流程

2.2 目的与范围的确定

2.3 机械产品生命周期碳排放量化模型

2.3.1 原材料采集阶段碳排放量化模型

2.3.2 加工制造阶段碳排放量化模型

2.3.3 使用与维护阶段碳排放量化模型

2.3.4 废弃、回收、再利用阶段碳排放量化模型

2.4 案例分析

2.4.1 目标与范围的确定

2.4.2 碳足迹量化

2.4.3 结果解释

2.5 本章小结

第3章 基于碳足迹的机械产品碳效益评估方法

3.1 碳效益的概念及模型

3.2 碳效益模型的计算方法

3.2.1 机械产品碳足迹量化

3.2.2 机械产品生命周期成本量化

3.2.3 机械产品功能量化

3.3 碳效益应用——决策

3.4 案例分析

3.4.1 行星架碳效益分析

3.4.2 行星架碳效益不确定性分析

3.4.3 齿轮碳效益及决策应用分析

3.5 本章小结

第4章 机械产品碳足迹分析工具系统

4.1 系统目的及特点

4.2 系统总体框架

4.3 系统开发环境

4.4 系统设计

4.4.1 系统登陆及用户注册界面

4.4.2 机械产品结构特征要素数据查询

4.4.3 工艺要素数据查询

4.4.4 碳排放影响数据查询

4.4.5 机械产品碳足迹分析

4.4.6 数据库架构与数据格式

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文与参研课题

致谢

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摘要

制造业的迅速发展促进了社会文明的进步,同时也给环境、资源以及人们的生活带来了严重的负担。机械产品生产制造消耗大量能源和资源,并伴随着大量温室气体排放。近年来,由于温室气体排放引起的全球变暖、冰川融化、海平面上升等问题,无形中影响着人们的生活,国际社会也已逐步认识到绿色制造、低碳制造的重要性。
  本文结合生命周期评价的思想,建立了机械产品碳足迹分析流程,并基于该流程展开了以下工作:
  (1)针对机械产品生命周期碳排放核算问题,建立了基于碳排放因子和机床比能耗的机械产品碳足迹量化模型。
  关于机械产品碳足迹的量化研究,目前发展相对成熟的是投入产出分析法、生命周期评价法以及混合生命周期评价法,国内很多学者普遍采用基于碳排放因子的方法。上述计算方法对数据精度要求高、需求量大,且实施周期较长;而仅基于碳排放因子的碳足迹量化方法尽管可以缩短计算时长,但是不能完全反映瞬时功率变化较大的加工制造阶段碳排放量。本文学习其他学者的相关研究,建立了基于碳排放因子和机床比能耗的机械产品生命周期碳排放量化模型;其中针对加工制造阶段,研究不同材料对机床功率的影响,从而建立机床的比能耗公式,支持机加工阶段的碳排放量化;最后以某变速箱行星架为例对模型进行说明,并对其计算结果进行不确定性分析,较为全面地分析机械产品生命周期碳排放情况。
  (2)针对机械产品效益评估及方案决策问题,提出了基于碳足迹的机械产品碳效益评估方法。
  已有相关研究提出了碳效益或者碳效率的概念用以评价机械产品制造过程的低碳性,这种模型大多考虑产品的制造过程碳排放、制造过程成本以及制造过程的生产率、设备利用率等,不能用来对机械产品生命周期碳排放进行评估。本文综合考量机械产品生命周期阶段产生的环境影响、经济成本和产品功能,提出碳效益模型并建立以碳效益极大化为目标的基于碳足迹的机械产品碳效益评估方法;介绍了碳效益评估模型中涉及到的产品生命周期成本及产品功能的量化方法及碳效益的应用;最后承接某变速箱行星架碳足迹量化的实例,对其碳效益进行评估量化,并以直齿圆柱齿轮为例,利用碳效益对制造方案进行决策分析。
  (3)针对目前相对匮乏的机械产品碳足迹工具,开发了机械产品碳足迹分析工具系统。
  结合上述机械产品碳足迹量化模型及碳效益评估方法,并基于VisualStudio.NET软件开发平台,采用B/S软件开发模式,开发了机械产品碳足迹分析及数据库系统。提供了典型零件结构特征、加工要素、碳排放因子、机床比能耗的数据查询功能,为机械产品碳足迹分析提供支持工具。

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