基于宏微特征的机电产品方案设计碳排放计算研究

摘要

随着二氧化碳排放量增加，全球气候变暖趋势明显。机电产品在国民经济中占有重要地位，也是碳排放量大户。同时，机电产品作为我国出口第一大类产品，减少其碳排放不仅能够维持生态平衡，而且利于我国在碳关税贸易交往中提高竞争力。 目前的绿色设计研究和应用大多集中在产品详细设计完成或基本完成后，此时，设计信息较为完整、准确，易于开展环境影响评估或低碳评价，并进而对具体设计参数进行优化改进；其明显缺点是设计变更的成本高，改进优化方向湮没于大量非关键信息和设计变量中，故总体设计效率低下，企业难以应用且缺乏主动实施意愿。 本文主要研究机电产品设计方案与其生命周期碳排放的关联建模，以及产品方案设计阶段生命周期碳排放计算方法。首先用宏微特征来表达产品。其次根据宏微特征值得到特征操作活动量，再乘以特征关联活动碳排放强度系数，得到产品生命周期碳排放量。主要研究内容如下： （1）通过分析产品方案设计过程，梳理产品零部件设计所需的数据，细化宏微特征概念及其具体内容。用宏特征表征零部件之间关联特征，包括空间位置特征、连接特征等；用微特征表征产品零部件的详细设计特征，包括尺寸特征、形状特征、材料特征等。 （2）基于宏微特征概念建立产品方案设计表征模型。按照产品的不同功能将零部件逐层分解，先将每个零部件用微特征来表达，再根据装配关系将产品零部件用宏特征串联起来。该模型既能表示产品的设计思路，又为产品生命周期碳排放的计算奠定基础。 （3）基于宏微特征提出碳排放量化方法。通过对产品宏微特征分析，从材料特征碳排放计算、形状特征碳排放计算、技术处理特征碳排放计算和宏特征碳排放计算四个方面分步计算，最终得到产品方案设计过程中总碳排放量。 （4）实例研究。本文选取电动自行车中部分重要零部件从制造和装配两方面进行碳排放计算研究，通过分析计算结果表明制造过程中产生的碳排放量要远远多于装配产生的碳排放量；由材料特征产生的碳排放量是其中最多的部分。

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