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基于改进价值流程图分析的机械制造系统碳排放模型及应用研究

孙菡悦  
【摘要】:我国机械制造业面临着高能耗、高资源消耗、高排放以及低效率的压力,在节能减排成为我国战略性发展目标的背景下,加快机械工业从资源消耗、环境污染型向低碳制造型的转变,是机械工业可持续发展的必由之路。因此,资源、环境、能耗的约束性挑战使得缓解温室效应的“低碳制造”模式不断受到学术界和工业界的广泛关注。机械制造系统作为典型离散制造系统,受生产时间、产量、产值因素影响,使其碳排放存在多源性、多样性,因此为了实现机械制造过程的低碳化,将制造系统碳排放特性与生产过程的增值性和非增值性进行关联,从精益生产价值流的角度实现低碳优化,这对企业实施低碳制造具有重要的指导意义。本论文在国家自然科学基金项目“基于广义特性函数集的制造系统碳流动态模型及碳效率评估方法研究(51075415)”的资助下,基于改进价值流程图分析对机械制造系统碳排放模型及应用展开研究。首先,对机械制造系统进行碳源识别和量化分析。基于制造过程的物料流、能量流、信息流、价值流、时间流角度,分析了机械制造系统的特点;通过对机械制造系统的加工设备、辅助设备和外围设备三类能耗进行分析、识别碳排放源,建立了机械制造系统的碳排放边界;并以该系统边界为基础,提出了系统中能量流、物料流、运输过程及存储过程所产生的碳排放的量化方法。其次,建立基于改进价值流程图的机械制造系统碳排放模型。基于精益生产的价值流思想,提出可用于表征时间流、物料流、能耗流、运输流、碳排放流非增值性和增值性的改进价值流程图,提供非增值碳排放和增值碳排放的量化方法;基于生态效率从生产率、生产效益、增值率情况综合评价制造系统的碳排放性能,提出机械制造系统碳效率综合评价指标。再次,提出基于七种浪费的机械制造系统碳排放优化分析方法。从非增值特性角度,分析机械制造系统中传统七种浪费所产生的的环境影响,论述七种浪费导致的碳排放影响;结合非增值碳排放的量化方法,提出机械制造系统中七种浪费所产生的碳排放量化方法;并针对浪费问题从生产层面提出了优化策略。最后,对减速器二级齿轮生产线进行案例分析。建立齿轮生产线的改进价值流图,分析该系统的非增值特性;识别该产线所存在的浪费,并从生产管理层面提出相应的改善措施,降低浪费导致的非增值排放,进而提高齿轮生产线碳效率综合评价指标,以验证所提方法的有效性。


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