制造系統(tǒng)碳流動態(tài)模型及碳效率評估方法
定 價(jià)：98 元
叢書名：國家出版基金項(xiàng)目·綠色制造叢書
- 作者：曹華軍 李洪丞 著
- 出版時(shí)間：2022/7/1
- ISBN：9787111706670
- 出 版 社：機(jī)械工業(yè)出版社
- 中圖法分類：X510.6
- 頁碼：
- 紙張：純質(zhì)紙
- 版次：
- 開本：16開
碳達(dá)峰與碳中和已經(jīng)成為全社會關(guān)注的熱點(diǎn)，也是我國的一項(xiàng)重要發(fā)展戰(zhàn)略。我國碳排放超過50%來源于制造業(yè)，本書面向我國制造業(yè)碳達(dá)峰、碳中和需求，系統(tǒng)總結(jié)了制造系統(tǒng)碳流動態(tài)建模及碳效率評估的基礎(chǔ)理論與方法，包括低碳制造的內(nèi)涵、典型制造工藝碳排放特性、碳流動態(tài)建模方法、碳效率評價(jià)指標(biāo)體系及模型、制造系統(tǒng)碳效率優(yōu)化與精益管控方法等，并結(jié)合該理論與方法在壓鑄、半導(dǎo)體基材、陶瓷制造系統(tǒng)的應(yīng)用，開發(fā)了一種制造系統(tǒng)碳排放智能云管理系統(tǒng)。
本書可作為高等學(xué)校機(jī)械工程、智能制造、工業(yè)工程、制造工程等相關(guān)專業(yè)研究生的教材或參考書，也可供制造企業(yè)工程技術(shù)人員和管理人員參考。
氣候變暖問題已經(jīng)成為全球共同關(guān)注的問題。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）研究表明：工業(yè)革命后，人類社會工業(yè)化活動導(dǎo)致的大氣中碳儲量增加是所觀測到的氣候變化的主要驅(qū)動力。為應(yīng)對氣候變暖問題，歐美等發(fā)達(dá)國家正發(fā)動一場以高能效、低排放為核心的“低碳革命”，英國、美國、日本、德國等紛紛提出了減排目標(biāo)，制定了碳中和發(fā)展計(jì)劃。在此背景下，一種全新的可持續(xù)制造模式應(yīng)運(yùn)而生——低碳制造。低碳制造不同于綠色制造、可持續(xù)制造、環(huán)境意識制造，它是一種綜合考慮產(chǎn)品全生命周期資源消耗以及碳排放的可持續(xù)制造模式，其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品在生產(chǎn)、制造、使用過程中的低資源消耗、低排放、低污染，實(shí)現(xiàn)制造企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、社會效益、環(huán)境效益的統(tǒng)一，其實(shí)質(zhì)是提高制造業(yè)能源、物料等資源的利用效率和創(chuàng)建清潔能源結(jié)構(gòu)，核心是制造業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新、制度創(chuàng)新和發(fā)展觀的轉(zhuǎn)變。
2020年9月22日，我國在第75屆聯(lián)合國大會一般性辯論上鄭重承諾：中國將力爭于2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。制造業(yè)的快速發(fā)展是造成我國整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的能源消耗與碳排放量激增的主要源頭。國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)表明，我國碳排放超過50%來源于制造業(yè)。為了實(shí)現(xiàn)我國的碳達(dá)峰與碳中和目標(biāo)，亟須開展低碳制造。中國科學(xué)技術(shù)部部長王志剛在香山科學(xué)會議上表示，碳達(dá)峰碳中和將帶來一場由科技革命引起的經(jīng)濟(jì)社會環(huán)境的重大變革，其意義不亞于三次工業(yè)革命。開展低碳制造對于優(yōu)化我國制造業(yè)結(jié)構(gòu)、推動制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級、實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國戰(zhàn)略具有重要意義。然而，低碳制造基礎(chǔ)理論與先進(jìn)技術(shù)仍較缺乏，如何理解和識別制造工廠生產(chǎn)過程碳排放狀況、機(jī)理，揭示制造系統(tǒng)及過程的碳排放靜動態(tài)特性、碳源分布與流量、碳排放全過程時(shí)空動態(tài)變化及擾動規(guī)律，構(gòu)建制造系統(tǒng)碳排放動態(tài)模型及評估方法是首先需要解決的問題。
在國家自然科學(xué)基金“基于廣義特性函數(shù)集的制造系統(tǒng)碳流動態(tài)模型及碳效率評估方法研究(No.51075415)”“面向低碳制造的激光加工工藝及系統(tǒng)優(yōu)化基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)(中英NSFCUKRI_EPSRC項(xiàng)目，No.51861165202)” “擠壓成形工藝能耗與產(chǎn)品質(zhì)量強(qiáng)耦合機(jī)理及多源協(xié)同調(diào)控(No.51805066)”，以及國家重點(diǎn)研發(fā)“新能源汽車齒輪綠色精密加工關(guān)鍵技術(shù)與成套裝備研制(戰(zhàn)略性科技創(chuàng)新合作專項(xiàng)，No.2020YFE0201000)”等項(xiàng)目的支持下，課題組自2010年開始持續(xù)、系統(tǒng)地開展了低碳制造研究，對制造系統(tǒng)及其生產(chǎn)過程碳排放特性、碳源廣義特性函數(shù)、制造系統(tǒng)碳流動態(tài)模型及制造系統(tǒng)碳效率分析、評估、優(yōu)化、管控方法等進(jìn)行了系統(tǒng)的研究與應(yīng)用。
本書共11章。第1章介紹了低碳制造發(fā)展的背景及內(nèi)涵；第2章分析了低碳制造的技術(shù)體系以及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、未來發(fā)展趨勢等；第3章揭示了制造系統(tǒng)碳排放源分布與驅(qū)動力、碳排放動態(tài)輸入輸出特性、碳流的時(shí)域與空域特性以及碳流交匯特性等；第4章針對工藝碳源，提出了制造系統(tǒng)碳源廣義特性函數(shù)的概念，提出了金屬切削工藝、砂型鑄造、CO2氣體保護(hù)焊接、自由鍛造等典型機(jī)械工藝的碳源特性函數(shù)，并建立了一種制造系統(tǒng)低碳工藝規(guī)劃模型；第5章介紹了制造系統(tǒng)碳排放動力學(xué)過程參考模型，并分別基于Petri網(wǎng)、價(jià)值流等建立了制造系統(tǒng)碳流動態(tài)模型；第6章提出了制造系統(tǒng)碳效率概念及評價(jià)指標(biāo)體系，提出了基于生命周期的機(jī)床設(shè)備碳效率動態(tài)評估模型，以及基于Petri網(wǎng)、狀態(tài)空間方法的生產(chǎn)線、生產(chǎn)車間碳效率評價(jià)模型；第7章研究了基于工藝路線決策的碳效率優(yōu)化方法，以及基于生產(chǎn)調(diào)度的碳效率優(yōu)化方法，并通過能量價(jià)值流理論實(shí)現(xiàn)了制造系統(tǒng)碳效率精益管控；第8～10章分別面向壓鑄制造系統(tǒng)、藍(lán)寶石襯底制造系統(tǒng)、陶瓷制造系統(tǒng)進(jìn)行了理論、方法、模型應(yīng)用；第11章介紹了一種制造系統(tǒng)碳排放智能云管理系統(tǒng)及應(yīng)用。
本書是對課題組10年低碳制造研究成果的系統(tǒng)總結(jié)。除本書主要作者外，感謝尹瑞雪教授以及陳二恒、葛威威、文旋豪、李成超、李彥妮、何凱、曾丹、尹久、程海琴、羅毅等多位研究生的參與。本書內(nèi)容為一種學(xué)術(shù)與實(shí)踐探討，加之時(shí)間倉促，難免存在不當(dāng)之處，敬請讀者指正。
作者
2021年12月
曹華軍
重慶大學(xué)二級教授、博士生導(dǎo)師，國家“萬人計(jì)劃”科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、首屆青年長江學(xué)者，現(xiàn)任重慶大學(xué)機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院副院長、制造工程研究所所長，“十二五”“十三五”國家綠色制造重點(diǎn)專項(xiàng)專家組成員，“十四五”國家“高性能制造技術(shù)與重大裝備”重點(diǎn)專項(xiàng)專家組副組長，中英低碳制造聯(lián)盟副主席單位負(fù)責(zé)人。獲獎勵(lì)1項(xiàng)、省部級及行業(yè)一等獎4項(xiàng)。
叢書序一
叢書序二
叢書序三
前言
第1章概論1
1.1全球碳排放現(xiàn)狀2
1.2全球低碳發(fā)展戰(zhàn)略7
1.3產(chǎn)品碳足跡14
1.4低碳制造的提出及其內(nèi)涵20
參考文獻(xiàn)21
第2章低碳制造理論體系及研究現(xiàn)狀23
2.1低碳制造理論體系24
2.2碳排放量化與碳足跡評估25
2.3產(chǎn)品低碳設(shè)計(jì)與開發(fā)27
2.4低碳制造工藝及裝備30
2.5低碳制造系統(tǒng)建模與優(yōu)化32
2.6低碳制造工廠34
2.7低碳制造標(biāo)準(zhǔn)35
參考文獻(xiàn)36
第3章制造系統(tǒng)碳排放源及碳排放特性39
3.1制造系統(tǒng)碳排放源的定義及分類40
3.2制造系統(tǒng)碳排放源分布及驅(qū)動力40
3.3制造系統(tǒng)碳排放動態(tài)交匯特性42
3.4制造系統(tǒng)碳流的時(shí)域與空域特性45
參考文獻(xiàn)46
第4章制造系統(tǒng)工藝碳源特性及工藝規(guī)劃49
4.1概述50
4.2典型機(jī)械制造工藝碳排放廣義特性函數(shù)50
4.2.1工藝碳排放廣義特性函數(shù)的定義及表達(dá)50
4.2.2金屬切削工藝碳排放廣義特性函數(shù)51
4.2.3砂型鑄造工藝碳排放廣義特性函數(shù)54
4.2.4CO2氣體保護(hù)焊工藝碳排放廣義特性函數(shù)56
4.2.5自由鍛工藝碳排放廣義特性函數(shù)58
4.3基于廣義特性函數(shù)的工藝單元碳排放性能評估59
4.3.1機(jī)械加工單工藝物料碳排放量化模型59
4.3.2機(jī)械加工單工藝能耗碳排放量化模型61
4.4基于廣義特性函數(shù)的全工藝鏈碳排放性能評估61
4.5基于工藝參數(shù)選擇的低碳優(yōu)化64
4.5.1加工參數(shù)及加工方法對碳排放的影響64
4.5.2基于工藝參數(shù)選擇的低碳優(yōu)化71
4.6基于工藝順序選擇的低碳優(yōu)化83
4.6.1工藝順序?qū)μ寂欧诺挠绊?3
4.6.2加工工序順序的低碳優(yōu)化決策85
參考文獻(xiàn)94
第5章制造系統(tǒng)碳流動態(tài)模型97
5.1概述98
5.2制造系統(tǒng)碳排放動力學(xué)描述98
5.3多層制造系統(tǒng)碳流動態(tài)平衡特性100
5.3.1制造系統(tǒng)碳流系統(tǒng)邊界及物能平衡方程100
5.3.2碳排放計(jì)算模型102
5.3.3基于EFOHPN的制造系統(tǒng)碳流動態(tài)仿真103
5.4基于Petri網(wǎng)的機(jī)械制造系統(tǒng)碳流動態(tài)建模105
5.4.1模型的形式化定義105
5.4.2模型的使能和激發(fā)規(guī)則107
5.4.3模型的動態(tài)特性分析108
5.4.4模型的沖突解決策略110
5.4.5一階混合Petri網(wǎng)的碳流動態(tài)模型112
5.5基于價(jià)值流的產(chǎn)線碳流動態(tài)模型114
5.5.1基于改進(jìn)價(jià)值流的碳流模型114
5.5.2識別敏感工藝116
5.5.3案例分析117
參考文獻(xiàn)120
第6章制造系統(tǒng)碳效率評價(jià)指標(biāo)及評估模型123
6.1概述124
6.2制造系統(tǒng)碳效率評價(jià)指標(biāo)體系124
6.3基于LCA的機(jī)床設(shè)備碳效率評估127
6.3.1機(jī)床生命周期分析127
6.3.2機(jī)床生命周期各階段碳排放量化方法129
6.3.3機(jī)床碳效率評價(jià)指標(biāo)134
6.3.4機(jī)床生命周期碳效率評估136
6.3.5案例分析138
6.4基于混合Petri網(wǎng)的生產(chǎn)線碳效率評估144
6.4.1機(jī)械加工生產(chǎn)線碳效率144
6.4.2基于混合Petri網(wǎng)的碳效率評估144
6.4.3敏感性分析148
6.4.4案例分析150
6.5基于狀態(tài)空間的制造車間碳效率評估156
6.5.1生產(chǎn)過程狀態(tài)空間模型157
6.5.2排放過程狀態(tài)空間模型159
6.5.3碳流動態(tài)特性評價(jià)160
6.5.4案例分析161
參考文獻(xiàn)165
第7章制造系統(tǒng)碳效率決策優(yōu)化及精益管控167
7.1概述168
7.2基于工藝路線的碳效率優(yōu)化168
7.2.1零件碳效率工藝路線優(yōu)化選擇模型168
7.2.2案例分析170
7.3基于生產(chǎn)調(diào)度的碳效率優(yōu)化176
7.3.1作業(yè)車間描述及碳效率指標(biāo)定義176
7.3.2作業(yè)車間碳效率影響因素分析177
7.3.3作業(yè)車間碳效率評估優(yōu)化模型179
7.4制造車間碳效率精益管控方法189
7.4.1基于能量價(jià)值流的制造車間碳效率優(yōu)化方法190
7.4.2案例分析200
參考文獻(xiàn)209
第8章壓鑄制造系統(tǒng)碳流動態(tài)模型及碳效率評估213
8.1概述214
8.2壓鑄制造系統(tǒng)碳流動模型215
8.2.1壓鑄制造系統(tǒng)能量流分析215
8.2.2壓鑄制造系統(tǒng)物料流分析219
8.2.3壓鑄制造系統(tǒng)碳流分析219
8.3壓鑄制造系統(tǒng)碳效率評估221
8.3.1壓鑄制造系統(tǒng)碳效率評估指標(biāo)221
8.3.2壓鑄制造系統(tǒng)碳效率評估方法222
8.4案例分析223
參考文獻(xiàn)227
第9章藍(lán)寶石襯底制造系統(tǒng)碳流動態(tài)模型及碳效率評估229
9.1概述230
9.2藍(lán)寶石襯底制造系統(tǒng)碳流動態(tài)模型232
9.2.1藍(lán)寶石襯底生產(chǎn)線能量流分析234
9.2.2藍(lán)寶石襯底生產(chǎn)線物料流分析235
9.2.3藍(lán)寶石襯底生產(chǎn)線碳流分析235
9.3藍(lán)寶石襯底制造系統(tǒng)碳效率評估237
9.3.1生產(chǎn)率碳效率評價(jià)指標(biāo)238
9.3.2經(jīng)濟(jì)效益碳效率評價(jià)指標(biāo)238
9.3.3兩種碳效率評價(jià)指標(biāo)之間的關(guān)系239
9.4藍(lán)寶石襯底生產(chǎn)線碳流動態(tài)特性建模239
9.5案例分析242
參考文獻(xiàn)256
第10章陶瓷制造系統(tǒng)碳流動態(tài)模型及碳效率評估257
10.1概述258
10.2陶瓷低碳制造系統(tǒng)生命周期碳排放特性259
10.2.1陶瓷企業(yè)能源碳排放特性及系數(shù)計(jì)算259
10.2.2陶瓷企業(yè)物料碳排放特性及系數(shù)計(jì)算261
10.2.3陶瓷產(chǎn)品生命周期物料與能量平衡分析264
10.3陶瓷低碳制造系統(tǒng)碳足跡評估271
10.3.1研究目的與范圍271
10.3.2數(shù)據(jù)采集272
10.3.3碳足跡計(jì)算272
10.3.4案例分析273
10.4基于模糊Petri網(wǎng)的陶瓷低碳制造系統(tǒng)建模方法276
10.4.1陶瓷企業(yè)生產(chǎn)過程建模276
10.4.2案例分析285
參考文獻(xiàn)288
第11章制造系統(tǒng)碳排放智能云管理系統(tǒng)及應(yīng)用291
11.1低碳制造云管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)292
11.1.1工廠低碳管理現(xiàn)狀292
11.1.2低碳制造云管理系統(tǒng)功能需求292
11.1.3低碳制
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