设计-2013-易运远学生

绪 国内现 国外现 生命周期评价（LCA）理 局限 参考文 致 154-5专业化生产也是促进技术水平的提高和提高劳动生产率提高的重要组织措施。齿轮加工机床,目前还不能完全自给,每年还在陆续进口,但国内目前己建成三十多300081.616003-4801级精度。另外，工具等单位研制出了我国首创的齿轮整体误差检查仪,利用这种仪器可以分析加工误差来源,哈尔滨工具厂成功研制渐开线齿轮齿形座1.11.1酸养酸养化生态系统质资源消图1.1指标体因此针对上述现状结合我国基本国情采取绿色设计制造是必由要实逐步实现在不严重影响经济发展的同时实现节能减排的低碳经济。低碳化经济主要是指能耗低、污染小、排放少的经济增长方式，实质是改变和调整现有的资源消耗和生产加工结构，在尽可能不影响经济增幅的情况下，实现资源消耗低和环国际能源机构的，到2030年的我国一次能源需求将比2005年至少翻1翻，随着世界工业的高速发展以及人们的追求经济增长这些活动产生的碳排制造业产生的高排放、高污染、高消耗对环境产生的效应尤为严重。因此，各国采取各项节能减排措施力图改变，如：世界自然分会[5]已制定低碳制造计划，致力于通过高效利用能源和资源进而降低全生命周期的碳排放总量；国家Golove.H.人分析了1960-1993年的能源消耗及碳排放变化趋势，并对制造业的能源消耗及碳排放趋势进行了分析67]；2009年英国与能源部先后发布《TheUKLowCarbonransitionlan》[8TheUKLowCarbonIndustrialtrtegy》[9，文中对英国所面临的低碳发展形势以及低碳工业发展进行了分析；英 大（CranfieldUniversity）P.D.Ball教授等提出了零碳制（Zerocarbon的输入与输出关系，实现零碳制造的可能性[10]。麻省理工学院能源除了数量的多少，还有品位的高低，节能的新方向[11-12]；英国尔大学（BrunelUniversity）先进制造与工业工程系S.Tridech及K.Cheng教授对低地利用能源和资源和废弃物最少化[13]； 大学（CarnegieMellonUniversity）Hawkins教授引入IPO模型用于环境生命周期评估与物料流分析[14]。哥伦比亚Dyner教授[15]引入系统动力学模型对能源效率进行分析与管理，该模型环保型绿色新产品。因此,这为企业的长久经营指明了方企业的生产技术也提出更高的要求，必须在原有基础上进行必要的革新与创造以适应时代的要求。就目前世界各国的发展形势来很有潜力成为世界上最大的低碳制品生产和交易市场、最大的环保节能市场已经最大的碳产品出口国。因此，国内外相关单位与组织都看清楚了这个未来的发展趋势，加强了从各个方面式低碳产品的研究，全力开拓中国低碳化市场，发展低碳经济。生命周期评价（LCA）理生命周期评价理论的发展历1992年，SETAC专门举办有关“影响评价”的研讨班，并了“生命周期订生命周期评价标准。1997年6月，国际标准ISO14040:1997《环境管理生命周期发展成熟阶进入本世纪以来，SETAC等组织联合发起关于产品“生命周期行动”国际多生命周期评价理论的定生命周期是目前一种非常实用的理论工具，二十世纪七十年代被首次提出。它生命周期理论包含产品周期理论、行业生命周期理论、市场生命周期理论等多个领域[20。主要有一下几种定义：产品生命周期评价是一个基于对产品的整个生命周期进行研究，尤其是对碳排放情况的研究，对其工艺过程、资源消耗和能源消耗产生的进行定性和定量的研究，从而得出一个关于产品生命周期对环境影响程度的一个客观评价的评价方法。并在此基础上，寻求一种节能减排、资源利用率高、小的改善评价的方法。该评价涉及到产品从原材料到最终处理整个生命周期的过产生的影响[21。产品生命周期评价是评价一个产品系统生命周期整个阶段，从原材料的提取和加工，到产品生产、包装、市场、使用、再使用和产品，直至再循环和最终废物处置的的工具[22。生命周期评价理论的意义及应用原性能，使其与环境相容。因此，生命周期评价的最终原则是实现新的环保生命周期评价理论的各阶段主要特①生命周期评价是全面的而且系统的对产品整个生命周期中对环境产生影响②生命周期评价所涉及的时间跨度和研究深度，通常取决于所确定研究的目③生命周期评价所研究的目的与范围、数据收集、方法的应用和结果的④确保生命周期评价方法具有一定的包容性，以便在后续的研究中能够容纳进其他新的研究技术或是；⑤用于已经取得研究结论的评价，在向外界时要考虑一些在研究中没有 2.1.5生命周期评价的总体框1993SETAC示[25]示[25]目的与范围的界产品产品开发与改公共决其分释影2.12.2生命周期评价过程图1)目的和范围的界定建立保证研究质量的程序等内容。研究的目的、范围和应用意图涉及到研究的地[2728]确的定义以及研究对象的系统边界、使用的研究方法、数据收集和计算情况2)分分析是进行生命周期评价之前的数据收集阶段,是进行生命周期影响评价的基础。分析是对产品、工艺或活动在其整个生命周期阶段的资源、能源消耗或向环境的排放进行数据量化分析。分析的是建立以产品功能单位2.32.3目标和范目标和范围的确 数据有效性分数据与单位阶段的连数数据完善与汇总得数数据与功能单图数据与功能单SETAC的影响评价模型包含三个步骤:分类(Classification):将来自分析的数据进行影响类型分类，一般可为即类健态健康和资源破坏面0-1之间．以表示环境的优劣；第三，根据环划行动，纵轴上列出环境特性和条件，然后在矩阵各栏目列出从1-10的数局限LCA方法仍然存在很多不足和值得进一步改进的地方。ISO14040了LCA方法的局限性，通过归纳总结得出以下几点作为一种环境管理工具，LCA并不总是适合于所有的情况，所以在决策过程中不可能依赖LCA方法解决所有的问题。LCA只考虑了生态环境、健康、资LCA的评估范围没有包括所有与环境相关的问题。例如，LCA只考虑发生了措施。LCA方法也没有要求必须考虑环境法律的规定和限制。但在企业的环境政LCA的评估方法既包括了客观，也包括了的成分，因此它并不完全是一LCA中的原始数据还是评估结果，都存在时间和地域上的限制。在不国外表明:在完成一种产品的LCA，一般需要1.5-30万和6-50-1001-204-6个月的时间[33]改善评在理论的理想状态下,研究对象整个生命周期的所有都可被全部完LCA单可分为以下几个步骤:数据收集的准备、数据收集、数据确认、数据与单元过EPA530R95

的数据质量目标和收集计划见表2.1表在数据收集阶段,建立原始数据收集的数据记 ,对数据收集的方法据收集的地点和时间进行严格的界定。在数据的确认阶段,应用数据质量指示器据来源的有效性。在数据的处理阶段,数据类型是等价物且具有类似时目前分析的理论和方法相对比较成熟其中最的是国家环局的“生命周期评价:分析的纲要与原则”(1993)；的和张天柱在现有数据质量分析方法的基础上提出了新的反映数据质量的评价指标。他们采用诸如地域代表性、数据年代或数据获取方法等数据质量指标和用不确定性来代表总的数据质量,并通过分析与每个过程原始数据相关的不确定性得出系统数据的不确定性两种评价方法相结合的方式,在数据质量指标的基础上,把数据质量分值转化为一定的数据概率分布,进一步模拟结果的不确定性。从指标值的度、完整性、时间相关、地理相关和技术相关五个方面建立数据质量矩阵,根据系统各单元格数据属性对各指标从1-5进行打分,形成数据的质量指标向量,根据数据质量向量元素的算术平均在总指标范围中所占的百分数将质量指标向量转化为对应的综合数据质量指标(DQI),继而根据I得出每个数据的随机分布,对结果的不确定性进行随机模拟该评价方法避免了单独采用标法或随机方法进行不确定性分析来评价数据质量的不全面性,但DQI与随机模型相结合是相对较新的领域,该分析模型的推广具有相当大的难度,其具体应用还需要更加详细的研究34。LCA的机构和公司应该从生态经济效益的角度,选择合适的生命周期评价范围和外的数据库并不直接适用于的产品生命周期分析,因此我国应尽快建立符合造企业在生产中对原材料的使用和工艺过程的能源物料消耗产生的影响进行评价,为指定的产品进行工艺流程有效性评估；生命周期评价需要考虑政策的变化和其他方面的综合影响因子,从中找到最佳研究方案,确定优先项，同时对企业实施生态效益计划,进行有步骤、有计划地清洁生产提供参考,促进企业可持续增长和向生态效益型转变。关于LCI:现阶段尚不存在普遍接受的方法在数据和具体的潜在环境LCA其标准化的建立。LC生命周期管理体（LC从而为企业或的决策过程提供综合信息是LCA应用研究的大方向[37]。HB＜3504535SiMn40Cr40CrNi40MnB8度要求不高等特点，锻造技术采用的工艺过程：锻造毛坯→正火→粗车→调质、精加工。HB＞350时，称为硬齿面，常用材料为40Cr、40CrNi等中碳钢，具有齿芯保持调质后的韧性，耐冲击能力好，承载能力较高，适用于大量生产，如：汽车、机中频淬火→低温回火→珩齿或研磨剂跑合、电火花跑合。该种齿轮制造工艺的碳排放主要来源如下表12345678该种齿轮制造工艺的碳排放主要来源如下表123456781234563.3绿色制造的决策性框。齿轮低碳化制造工艺决策（isionattributes)主要指制造决策过需要考虑的主要因素或目标麻省理工学院Chryssolouris教授1992年曾提出过著名的产品制造的TQCF决策模型。其中T(time)-产品制造系统对市场需求的响应能力;uality)-产品质量;C(cost)-成本，F-制造系统柔性。。E——(environmentalR——资源消耗(resource该模型与Chryssolouris四面体模型相比，其中增加了元素、，减少F经济效益，必须在原有的基础上提高系统的柔性，才能做到对市场的快速响应，从而获得的利润。因此T中实际隐含了对F的要求。另外，该模型中也没有S(servc)S是其重要组成部分之一[38。造过的物料碳排放。所所再生性的品可的行再性制回产品可再制造再利用修维与包品装绿产原回包收原材料开3.2绿色制造的物流闭环特性2EconEvar和Eoper三部分[40]：变变值能（驱动系统等常值能（控制系统、润滑冷却等负载3.3在齿轮制造过能耗主要包括设备运行中各个系统的电力消耗和除电力外QjQ

式中，QjT1,T2为起始时间和终止时间，min；Pcon为设备运行常值功率，kW；Pvar为设备运行编制功率，kW；QQiCFP11

EFi其中

CFP1表示物料消耗产生的碳排放，KgCO2e/EFi表示各种物料的碳排放系数，KgCO2e/Qi碳排放来

nEFjQjnQjQjQj

CFP2表示能量消耗产生的碳排放，KgCO2e/吨标煤；EFj表示各种能量的碳排放系数，KgCO2e/吨标煤；Qj表示各种能量的总消耗量，吨标煤。T1,T2为起始时间和终止时间，min；Pcon为设备运行常值功率，kW；Pvar为设备运行编制功率，kW；QQi（KgCO2e/吨标煤（KgCO2e/吨标煤1829油3气451.63kgCO2e/kW67EFm mQ mQj其中

CFP3表示辅助材料消耗产生的碳排放，KgCO2e/EFk表示各种辅助材料的碳排放系数，KgCO2e/QkQmQmimQiQnknQkCFPCFP1CFP2其中,CFP表示齿轮制造的碳；CFP2CFP3

452336-70.47kg，年需求量为10000件。加工此种齿轮有三种不同工艺方案可供选择，现利用加工工艺的决5.1开始进行滚齿加工；剃齿用于淬火的齿轮的精加工，其生产率高，刀具使用6-7级；珩齿则应用于淬硬齿轮的最终加工，可以消除齿轮在经过热理后精度和表面精度的变化。该工艺各阶段的数据,加工余量20%，如下表5.1：理流流料注：物料单位：Kg;能量单位

根据式（1）5.21.63kgCO2e/kW5.3综上得碳总量为：2.514KgCO2e。详见表碳5.4碳5.5碳5.686锻压齿86锻压齿粉末冶420碳小结本节基于对产品的整个生命周期的研究确立了计算产品碳的方法最终实现了本课题对于典型齿轮制造工艺碳评估的研究，并得出了相应的结论。为人类创造的支柱产业，在将资源转化为产品的过也造成了严重的资源在追求可续发展和绿色制造的今天，实现节能减排已经成为制造亟待解决的重大问题，在这种背景之下，本文进行了符合中国国情和制造业现状采用生命周期评价方法对齿轮制造工艺过程进行研究。取得的主要结论和创新点如下:对其产生的物料消耗和能源消耗进行数据收集研究，产品的整个生命周期过的碳排放情况，以提高物料能源利用率、改善企业能源结构等措施，实现节能减排的目的，最终实现经济效益及社会健康可持续发展的目标。的重要问题。在国外，绿色制造早已引起了企业的高度重视，并且积极推行制造（Reduce（Reuse（Recycle3R生产模式。节能减排不应是简单的降低能源消耗和减少排放，应该是以应用先进技术，以提高产品质量为中心的综合节能减排。[1]，岳凌云.国内外低碳经济发展情况研究及对浙江的建议.浙江政研室特莱[苏]著,译.机械制造厂电能的合理使用[M].:交通大学社,2008.,,.机械加工系统能量特性及其应用[M].:机械工业 /page/Default.asp?ID=95,2011-01-WilliamHGolove,LeeJSchipper.RestrainingCarbonEmissions:MeasuringEnergyUseandEfficiencyintheUSA[J].EnergyPolicy,1997,25(7-9):803-812.WilliamH.Golove,LeeJschipper.Long-termTrendsinU.S.ManufacturingEnergyConsumptionandCarbonDioxideEmissions[J].Energy,1996,21(7/8):683-692.HMG(2009),TheUKLowCarbonTransition1-HMG(2009).TheUKLowCarbonIndustrial,2011-1-15.PDBall,SEvans,ALevers,etal.Zerocarbonmanufacturingfacility-towardsintegratingmaterial,energy,andwasteprocessflows[A].ProceedingsoftheInstitutionofMechanicalEngineers.PartB.Journalofengineeringmanufacture,2009,223(9):1085-1096.M.Branham,T.Gutowski,A.Jones,D.Sekulic,Athermodynamicframeworkforyzingandimprovingmanufacturingprocesses[C],IEEEIntSympElectronEnviron,SanT.Gutowski,M.Branham,J.Dahmus,etc,Thermodynamicysisofresourcesusedinmanufacturingprocesses[J].EnvironmentalScienceandTechnology,2009,43(5):1584-1590.S.TridechandK.Cheng.Lowcarbonmanufacturing:characterization,theoriticalmodelsandimplementation[J].The6thInternationalConferenceonManufacturingResearch(ICMR08),UK,2008:403-412.T.Hawkins,C.Hendrickson,C.Hiins,etc.Amixed-unitinput-outputmodelforenvironmentallife-cycleassessmentandmaterialflowysis[J],EnvironmentalScienceandI.Dyner,R,Smith,G.Pena.SystemdynamicsmodellingforresidentialenergyefficiencyFavaJ,ConsoliFandbenisonRetal.Aconceptualframeworkforlife-cycleimpactassessment.SETAC,PensacolaFL,1993.GB/T24040-1999idtISO14040:1997)环境管理生命周期评价原则与框架GB/T24041-2000(idtISO14041:1998)环境管理生命周期评价日的与范围的确定和分 NageshaN.Roleofenergyefficiencyinsustainabledevelopmentofsmall-scaleindustryclusters,anempiricalstudy[J].EnergyforSustainableDevelopment,2008,12(3):34-39.环境规划署 国际标准化组织 /doc/view-d4389128.htmlNageshaN.