加工中心零部件生命周期碳排放評(píng)估與減排策略研究
海天精工 加工中心 鉆攻中心前言：全球變暖日趨嚴(yán)重，溫室氣體的不斷增加對(duì)全球氣候的嚴(yán)重影響已不僅僅是單純的自然科學(xué)課題，它已經(jīng)逐漸成為全球普遍關(guān)注的涉及國(guó)家政治經(jīng)濟(jì)安全等多個(gè)領(lǐng)域的綜合性科學(xué)問(wèn)題[1]。二氧化碳是溫室氣體主要成份，而資源和能源的消耗則會(huì) [1]產(chǎn)生了大量的碳排放。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)能源消耗的主要源頭是制造業(yè)，約占總能耗的57%[2]。我國(guó)是世界上加工中心保有量最多的國(guó)家，有超過(guò)800多萬(wàn)臺(tái)機(jī)床，而加工中心又是制造業(yè)的最重要的加工設(shè)備。因此，研究加工中心零部件的低碳制造，是實(shí)現(xiàn)我國(guó)2020年減排任務(wù)的關(guān)鍵。生命周期評(píng)價(jià)(Life cycle assessment，LCA)是目前全新的一種用來(lái)管理和保護(hù)環(huán)境的手段，目前主要是通過(guò)分析某種產(chǎn)品或者某種工藝的物料、能量及能量再利用以及環(huán)境等的影響，來(lái)評(píng)價(jià)環(huán)境影響及尋求改善的方法。目前國(guó)內(nèi)外將生命周期評(píng)價(jià)應(yīng)用到低碳制造方面的文獻(xiàn)并不多。NARITA等[3]基于生命周期評(píng)估(LCA)通過(guò)計(jì)算各加工組成部分在加工過(guò)程的電能消耗量對(duì)制造系統(tǒng)的碳排放進(jìn)行了研究。01；等[4]結(jié)合產(chǎn)品生命周期理論，建立了考慮客觀層、戰(zhàn)略層、過(guò)程層和支持層的加工中心制造業(yè)的低碳操作系統(tǒng)框架模型。張雷等[5]以空調(diào)室外機(jī)為例，采用生命周期分析軟件計(jì)算了空調(diào)室外機(jī)生命周期碳排放，以及其內(nèi)部各聯(lián)接關(guān)系裝配過(guò)程的碳排放。曹華軍等[6]提出了固定和變動(dòng)排放的全生命周期碳排放特性模型，建立了線性特性方程，提出以生產(chǎn)單位加工中心產(chǎn)生碳排放量為碳排放效率來(lái)描述加工中心碳排放變動(dòng)特性。以基本碳排放為度量，研究裝配過(guò)程的輔助工藝及裝配環(huán)境對(duì)碳排放解算的影響。加工中心的生產(chǎn)制造過(guò)程會(huì)引起大量碳排放，但是考慮到加工中心是由各個(gè)零部件組成，而目前并沒(méi)有具體針對(duì)加工中心零部件加工進(jìn)行生命周期碳排放分析。研究零部件的全生命周期碳排放能更清晰地展現(xiàn)出零部件加工各個(gè)階段的碳排放情況，來(lái)進(jìn)行有針對(duì)性的節(jié)能減排。基于零部件成型的重點(diǎn)，關(guān)于其生產(chǎn)加工階段的碳排放，國(guó)內(nèi)外有不少學(xué)者進(jìn)行了研究。李先廣等分析了針對(duì)齒輪加工過(guò)程的碳排放特性，從物料、能源消耗、廢物處理等方面進(jìn)行分析，建立了齒輪加工過(guò)程碳排放邊界條件及碳排放模型。鄭軍等基于工序碳源建立了空載碳源、負(fù)載碳源、物料消耗碳源、能源消耗碳源、非期望碳源等五類基礎(chǔ)工序碳源，利用基礎(chǔ)工序碳源表示并計(jì)算了砂型鑄造過(guò)程的碳排放量。李聰波P]等建立了考慮電能碳排放、刀具碳排放、切削液碳排放的切削過(guò)程碳排放目標(biāo)函數(shù)并進(jìn)行了高效低碳優(yōu)化。郭登月等[1Q|基于公理化設(shè)計(jì)找出丁低碳磨削過(guò)程中的各層關(guān)鍵影響因素，建立了磨削過(guò)程的ERWCX能源、資源、廢棄物、碳排放)的分析模型„尹瑞雪'等[11]分析了機(jī)械制造工藝碳排放源，建立了機(jī)械制造碳排放特性函數(shù)，并列舉了包括車削、砂型鑄造、C02氣體保護(hù)焊、自由鍛等典型機(jī)械制造工藝碳排放函數(shù)。但是上述的這些模型一般是針對(duì)某一種特定的加工工藝或加工某種特定零部件，缺乏通用性。且沒(méi)有明確工序與工序之間的具體的碳排放的關(guān)系，也沒(méi)有一個(gè)整體的加工中心零部件整個(gè)生產(chǎn)加工工藝的碳排放量化模型，來(lái)提供較準(zhǔn)確的各個(gè)工藝工序的碳排放信息。因此，考慮到減少加工中心零部件碳排放在節(jié)能減排中的重要地位，本文對(duì)加工中心零部件全生命周期碳排放的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，基于全生命周期碳排放的評(píng)估方法，分析加工中心零部件的生產(chǎn)階段、加工階段、使用階段、回收處理階段以及運(yùn)輸階段的碳排放情況。并具體針對(duì)生產(chǎn)加工過(guò)程，分析零部件毛坯生產(chǎn)工藝、熱處理工藝以及機(jī)械加工工藝的碳排放情況，建立基于物料流、能量流、環(huán)境排放流的碳排放量化模型。以某企業(yè)常用的加工中心典型零部件主軸套筒作為實(shí)例開(kāi)展研究，分析主軸套筒的生命周期碳排放情況，基于碳排放對(duì)加工工藝參數(shù)和加工工藝方案進(jìn)行低碳分析與優(yōu)選，驗(yàn)證所提分析方法的有效性和實(shí)用性，并提出相應(yīng)的減排策略，可為我國(guó)加工中心零部件碳排放生命周期管理提供量化方法和思路。1加工中心零部件全生命周期碳排放評(píng)估1.1碳排放量化方法最常見(jiàn)的碳排放的量化方法有實(shí)際測(cè)量法，物料平衡法以及碳排放因子法[12]?？紤]到加工中心零部件加工生產(chǎn)的特殊性，最適合使用的是碳排放因子法。碳排放因子一般是指在正常技術(shù)經(jīng)濟(jì)和管理?xiàng)l件下，生產(chǎn)某單位產(chǎn)品所產(chǎn)生(或排放)的二氧化碳數(shù)量的統(tǒng)計(jì)平均值，也可通過(guò)標(biāo)煤來(lái)進(jìn)行碳排放因子的換算。綜合各研究結(jié)果[13_16]，可以得知加工中心典型零部件生產(chǎn)加工過(guò)程中各種主要因素的碳排放因子如表1所示： 表1常見(jiàn)材料的碳排放因子表 因素 碳排放因子 鋼(kg/kg) 2.69 鐵(kg/kg) 2.22 鋁(kg/kg) 16.13 物料流 切削液(kg/L) 2.85 磨削液(kg/L) 0.978 刀具(kg/kg) 29.6 砂輪(kg/kg) 33.7 電力(kW ■h/kg) 0.403 5 能量流 原煤(kg/kg) 3.138 原油(kg/kg) 2.253 天然氣(m3/kg) 1.744 廢鋼(kg/kg) 0361 環(huán)境排放流 廢鐵(kg/kg)廢鋁(kg/kg) 0.361 0.256 廢切削液(kg/L) 0.2 1.2加工中心零部件生命周期碳排放評(píng)估方法 岑部件是機(jī)器的最基本元素，是制造過(guò)程中的基^單元，是不可分拆的單個(gè)制件。根據(jù)加工中心零部件產(chǎn)，LCA原理，可將碳排放系統(tǒng)理解為包括零部件生產(chǎn)階段、零部件加工階段、零部件使用階段、零部件回收處理階段和零部件運(yùn)輸階段的基于產(chǎn)品生命周期的碳排放系統(tǒng)運(yùn)行模型，如圖1所示。環(huán)境供應(yīng)系統(tǒng)通過(guò)資源環(huán)境屬性系統(tǒng)將物料和能量傳遞給零部件生產(chǎn)加工各個(gè)階段，該階段再將工藝伝息反饋至制造信息控制與反饋系統(tǒng)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)規(guī)劃系統(tǒng)將產(chǎn)品信息應(yīng)于毛坯生產(chǎn)和加工階段，反饋信息全部集成至計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，集成的信息將用于控制整個(gè)系統(tǒng)，保證整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。通過(guò)上述分析，加工中心零部件生命周期碳排放主要包括零部件毛坯成型階段的碳排放Cprodcti。!!、零部件加工階段的碳排放CprcMss、零部件使用階段的碳排放Cg、零部件回收處理階段的碳排放Crecovcry以及零部件運(yùn)輸階段的碳排放Clransport。因此，加工中心零部件全生命周期碳排放量化模型如下海天精工 備注：為保證文章的完整度，本文核心內(nèi)容都PDF格式顯示，如未有顯示請(qǐng)刷新或轉(zhuǎn)換瀏覽器嘗試，手機(jī)瀏覽可能無(wú)法正常使用！結(jié)束語(yǔ)：(1) 分析了加工中心關(guān)鍵零部件的全生命周期過(guò)程及其關(guān)鍵碳排放環(huán)節(jié)，分析了加工中心零部件生產(chǎn)階段、加工階段、使用階段、回收處理階段、運(yùn)輸階段的碳排放情況，提出了基于加工中心零部件生命周期的碳排放系統(tǒng)運(yùn)行模型。(2) 根據(jù)不同生產(chǎn)加工工藝過(guò)程的工藝特點(diǎn)，分析了零部件毛坯生產(chǎn)工藝、熱處理工藝以及機(jī)械加工工藝的碳排放情況，建立了基于物料流、能量流、環(huán)境排放流的碳排放量化模型，用于識(shí)別和分析各個(gè)階段的碳排放量。(3) 通過(guò)建立的碳排放模型，分析了主軸套筒的生命周期碳排放情況，可以有效地了解不同方面的碳排放情況，并針對(duì)其影響情況采取相應(yīng)的節(jié)能減排措施；針對(duì)其磨削過(guò)程進(jìn)行了具體分析，分析加工參數(shù)對(duì)碳排放情況的影響；基于碳排放量進(jìn)fj;了加工工序方案優(yōu)選，通過(guò)試驗(yàn)研究，證明合理的工藝規(guī)劃可以有效地減少碳排放量。海天精工是一家集銷售、應(yīng)用及服務(wù)于一體的公司。產(chǎn)品包括：CNC加工中心、鉆攻中心、龍門(mén)加工中心、雕銑機(jī)、石墨機(jī)、五軸加工中心、立式加工中心、臥式加工中心等。我們機(jī)床的生產(chǎn)工廠設(shè)在廣東省寧波市，目前其生產(chǎn)的加工中心70%出口，其中出口到歐洲占到50%。我們盡心、盡力、盡意的服務(wù)！聲明：本站文章均來(lái)自網(wǎng)絡(luò)，所有內(nèi)容不代表本站觀點(diǎn)，本站不承擔(dān)任何法律責(zé)任！