基于特征的双肘杆伺服压力机LCA方法研究

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近些年来,我国装备制造业飞速发展,但随之带来了资源消耗和环境排放方面的问题,尤其在全球气候变暖的背景下,如何有效进行“低碳”的绿色设计成为了今后研究的重点和趋势。生命周期评价(Life cycle assessment,LCA)作为一种环境影响评价工具,在国内外被广泛应用于各类产品,并得到了越来越多的关注,因此将其运用到压力机的研究中有着重要的现实意义。但是传统LCA方法的数据清单收集量过于繁杂,没有考虑到产品在设计和制造阶段具有某些可以提取的相似属性。本研究针对这个问题,将基于特征的思想运用到LCA研究中,进行了以下工作:首先构建了面向LCA的产品数据信息模型,由CAD、CAPP以及基于特征的LCA系统组成。对面向伺服压力机LCA的特征进行了定义和分类,在传统LCA方法的基础上,清单分析环节新增特征选择、提取和转换等步骤,完成了基于特征LCA方法的总体框架。以典型LCA建模过程为例,着重阐述CAD、CAPP系统中的特征信息,通过原材料输入、能量物料消耗输入、典型工艺输入以及排放物输出等中间转换参数,经过转换计算成为生命周期清单(Life cycle inventory,LCI)结果的一般化特征转换模型。其次选择具有代表性的温室气体排放作为LCA的评价指标,从伺服压力机制造阶段涉及的原材料制备、焊接、铸造、锻造、机械加工等工艺入手,定性分析各工艺的碳排放类型和来源,在此基础上完成了它们的特征转换模型。通过公式明确表达出CAD、CAPP提供的设计和制造特征向LCI的转换过程。由于制造工艺具有通用性,本章建立的转换模型不仅对伺服压力机零件,对其他研究对象也是适用的。最后以双肘杆伺服压力机为例,具体说明基于特征LCA方法的应用过程。按照步骤首先明确研究目的和系统边界,再依次分析制造阶段、运输与使用阶段和废弃处理阶段的碳排放。通过从CAD、CAPP系统提取到的相关特征参数以及特征转换模型,计算出全生命周期的等效碳排放,并利用SimaPro软件建模,得到清单结果进行对比核算,从而验证模型的科学性。采取Ecoindicator-99方法进行生命周期影响评价(Life cycle impact assessment,LCIA)。清单结果表明使用阶段碳排放占总量的97.4%,从压力机的驱动技术入手,实现工作过程的节能对碳排放有着至关重要的意义。制造阶段的主要来源是原材料制备环节,说明在满足功能和刚度的前提下,进行轻量化设计也是减轻碳排放的有效途径。
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