CN104462771A - 一种产品全生命周期碳足迹建模分析方法 - Google Patents

Abstract

一种产品全生命周期碳足迹建模分析方法，分析计算产品全生命周期碳排放量。首先，将产品在全生命周期中划分八个不同的阶段；然后分别计算多种产品活动行为下的单一产品E₅～E₈和单一产品活动行为的E₁～E₄两个部分碳足迹的计算；最后将各阶段单位产品碳足迹线性相加，得到设备产品全生命周期碳足迹。本发明提供了一种有效实现碳足迹建模和计算，便于实现产品低碳设计过程中全生命周期碳足迹建模分析方法。

Description

一种产品全生命周期碳足迹建模分析方法

技术领域

本发明涉及产品低碳设计领域，尤其是一种产品全生命周期碳足迹建模分析方法。

背景技术

产品低碳设计主要考虑低碳(碳足迹)、性能和成本三要素。碳足迹的计算不仅包括制造环节而且也包括产品全生命周期其他环节。在制造过程中还没有形成零部件生产碳排放标准、工艺碳排放标准；在低碳化设计过程中也没有形成统一的碳足迹计算方法。

发明内容

为了克服现有产品低碳设计中无法进行碳足迹建模和计算、无法实现低碳设计的不足，本发明将产品全生命周期碳足迹(E)的计算划分为八个阶段，并将E分为E1～E4，E5～E8两个部分进行建模分析，提供了一种有效实现碳足迹建模和计算，便于实现产品低碳设计过程中全生命周期碳足迹建模分析方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种产品全生命周期碳足迹建模分析方法，所述建模分析方法包括以下步骤：

1)多种产品活动行为下的单一产品E₅～E₈计算，过程如下：。

1.1)代加工产品间接获取碳足迹，通过BOM表形式间接获取产品零部件的各阶段的对获得的结果进行可拓修正，可拓修正系数如下：

$f=\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\ρ}(x,X)-\mathrm{\ρ}(x,X_0),x\∉X_0\\ \mathrm{\ρ}(x,X)-\mathrm{\ρ}(x,X_0)+y,x\∈X_0\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中x表示产品的X为经典域X＝[min x_i,max x_i]，X₀为可行域，y是X₀中参数的计算函数，y计算公式如下：

$y=\left\{\begin{array}{c}\min x_i-\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i,\mathrm{num}(x_i<\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i)>\mathrm{num}(x_i>\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i)\&DoubleRightArrow;X_0=[\min x_i,\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i]\\ \frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i-\max x_i,\mathrm{num}(x_i<\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i)<\mathrm{unm}(x_i>\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i)\&DoubleRightArrow;X_0=[\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i,\max x_i]\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中， $\mathrm{num}(x_i<\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i)>\mathrm{num}(x_i>\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i)\&DoubleRightArrow;X_0=[\min x_i,\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i]$ 表示BOM表实例库中若小于平均值的实例个数多于大于平均值的实例个数，则可行区间反之，可行区间 $X_0=[\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i,\max x_i].$

因此，输出为

1.2)自生产产品直接获取碳足迹，它包含2大环节，第一环节是资源动因分配，即将资源按资源动因分配到各作业中心；第二环节是作业动因分配计算，即加上代加工购买的零部件，再按其作业动因分配到各种产品中；则该部分碳足迹计算公式表示为：

$\underset{i=5}{\overset{8}{\mathrm{\&Sigma;}}}{E_i}^1=\underset{k=1}{\overset{s}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}({\mathrm{PR}}_{\mathrm{jk}}/\underset{l=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{Q}_{\mathrm{lj}})\&times;Q_{\mathrm{lj}}\&times;{\mathrm{GHG}}_k/s_k---\left(3\right)$

其中，l为第l种产品，总数为m；j为第j个作业，总数为n；k为第k种资源，总数为s；S_k表示在作业中第k种资源的消耗总量；Q_lj表示产品l消耗第j个作业的作业动因量；PR_jk表示作业j消耗的第k种资源总量；GHG_k为第k种资源的碳排量；i为5、6、7、8的四个阶段的单位产品碳足迹表示为：

$\underset{i=5}{\overset{8}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\tilde{E}}_i^1=\underset{i=5}{\overset{8}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{t_i=1}{\mathrm{\&Sigma;}}{E}_{i,t_i}^1=\underset{t=1}{\mathrm{\&Sigma;}}(\underset{k=1}{\overset{s}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}({\mathrm{PR}}_{\mathrm{jk}}/\underset{l=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{Q}_{\mathrm{lj}})\&times;Q_{\mathrm{lj}}\&times;{\mathrm{GHG}}_k/s_k)/N_{t_i}---\left(4\right)$

其中，t_i表示为第i个阶段中需计算的材料种类、零部件数等等，表示为t_i对应的该类的总数量；

因此产品生成阶段碳足迹 $\underset{i=5}{\overset{8}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\tilde{E}}_i=\underset{i=5}{\overset{8}{\mathrm{\&Sigma;}}}{{\tilde{E}}_i}^1+\underset{i=5}{\overset{8}{\mathrm{\&Sigma;}}}f{E}_i^0---\left(5\right)$

2)单一产品活动行为的E₁～E₄计算，过程如下：

2.1)使用阶段

在使用阶段中，只需获得单一产品的资源损耗量，通过资源碳排放系数计算出结果：

$E_4=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}(\underset{j=1}{\overset{s}{\mathrm{\&Sigma;}}}{m}_{i,j}{\mathrm{GHG}}_j+\underset{k=1}{\overset{r}{\mathrm{\&Sigma;}}}{z}_{i,k}{\mathrm{GHG}}_k)---\left(6\right)$

其中n为使用次数，m_i,j为第i次消耗第j种能源的质量，z_i,k为第i次消耗第k种资源的质量，GHG_j、GHG_k分别表示相应能源和资源的碳排放因子；

2.2)在维护阶段，更换零件的碳足迹和成本计算：

$E_3=\underset{g=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left(\underset{i=5}{\overset{8}{\mathrm{\&Sigma;}}}{E}_i\right)}_g---\left(7\right)$

其中n为全生命周期内更换零件总量，g为更换零件；

2.3)可重复利用阶段，考虑到零件直接利用和修复后的间接利用两个方面，直接利用GHG为0、成本为0，修复后利用GHG产生主要来自修复作业中消耗的资源和能源。假设有n个零件可修复利用，则该阶段的表达式为：

$E_2=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(\underset{j=1}{\overset{l}{\mathrm{\&Sigma;}}}{m}_j{\mathrm{GHG}}_j+\underset{k=1}{\overset{r}{\mathrm{\&Sigma;}}}{z}_k{\mathrm{GHG}}_k)}_i---\left(8\right)$

其中m_j表示消耗第j种能源的质量；z_k表示消耗第k种资源的质量；

2.4)可回收阶段，假设第i种材料的零件质量为m_i，对应材料的可回收性为φ，则该阶段的计算公式为：

$E_1=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{m}_i(1-\mathrm{\&phi;}){\mathrm{GHG}}_i---\left(9\right)$

3)进行碳足迹建模，即基于全生命周期的产品碳足迹计算公式为：

$E=\underset{i=5}{\overset{8}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\tilde{E}}_i+\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}{E}_i---\left(10\right).$

本发明工作原理：本发明提出一种产品低碳设计过程中全生命周期碳足迹建模分析方法，将产品按周期分为E1～E4，E5～E8两个部分进行建模分析。多种产品活动行为下的单一产品E₅～E₈计算，划分为代加工生产和自生产两部分碳足迹的计算，在代加工阶段引入可拓修正系数，弥补计算方法、加工工艺、数据采集等方面的差异；自生产阶段通过资源动因分配和作业动因分配，计算单位产品碳足迹。单一产品活动行为的E₁～E₄计算，分别计算产品使用阶段、维护阶段、重复利用阶段、回收阶段的碳足迹值。将各阶段单位产品碳足迹线性相加，得到设备产品全生命周期碳足迹。

本发明有益效果表现在：1、建立产品全生命周期碳足迹计算分析模型，为产品低碳化设计中碳足迹的计算提供了一种全新的方法；2、通过该模型算法，在计算机中建立产品全生命周期碳足迹数据库，方便后期产品低碳设计研究的开展。

附图说明

图1产品全生命周期碳足迹阶段划分

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

参照图1，一种产品全生命周期碳足迹建模分析方法，该方法包括以下步骤：

1)多种产品活动行为下的单一产品E₅～E₈计算，过程如下：。

1.1)代加工产品间接获取碳足迹，通过BOM表形式间接获取产品零部件的各阶段的对获得的结果进行可拓修正，可拓修正系数如下：

$f=\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\&rho;}(x,X)-\mathrm{\&rho;}(x,X_0),x\&NotElement;X_0\\ \mathrm{\&rho;}(x,X)-\mathrm{\&rho;}(x,X_0)+y,x\&Element;X_0\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中x表示产品的X为经典域X＝[min x_i,max x_i]，X₀为可行域，y是X₀中参数的计算函数，y计算公式如下：

$y=\left\{\begin{array}{c}\min x_i-\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i,\mathrm{num}(x_i<\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i)>\mathrm{num}(x_i>\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i)\&DoubleRightArrow;X_0=[\min x_i,\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i]\\ \frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i-\max x_i,\mathrm{num}(x_i<\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i)<\mathrm{unm}(x_i>\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i)\&DoubleRightArrow;X_0=[\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i,\max x_i]\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中， $\mathrm{num}(x_i<\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i)>\mathrm{num}(x_i>\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i)\&DoubleRightArrow;X_0=[\min x_i,\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i]$ 表示BOM表实例库中若小于平均值的实例个数多于大于平均值的实例个数，则可行区间反之，可行区间 $X_0=[\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i,\max x_i].$

因此，输出为

1.2)自生产产品直接获取碳足迹，它包含2大环节，第一环节是资源动因分配，即将资源按资源动因分配到各作业中心；第二环节是作业动因分配计算，即加上代加工购买的零部件，再按其作业动因分配到各种产品中；则该部分碳足迹计算公式表示为：

$\underset{i=5}{\overset{8}{\mathrm{\&Sigma;}}}{E_i}^1=\underset{k=1}{\overset{s}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}({\mathrm{PR}}_{\mathrm{jk}}/\underset{l=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{Q}_{\mathrm{lj}})\&times;Q_{\mathrm{lj}}\&times;{\mathrm{GHG}}_k/s_k---\left(3\right)$

其中，l为第l种产品，总数为m；j为第j个作业，总数为n；k为第k种资源，总数为s；S_k表示在作业中第k种资源的消耗总量；Q_lj表示产品l消耗第j个作业的作业动因量；PR_jk表示作业j消耗的第k种资源总量；GHG_k为第k种资源的碳排量；i为5、6、7、8的四个阶段的单位产品碳足迹表示为：

$\underset{i=5}{\overset{8}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\tilde{E}}_i^1=\underset{i=5}{\overset{8}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{t_i=1}{\mathrm{\&Sigma;}}{E}_{i,t_i}^1=\underset{t=1}{\mathrm{\&Sigma;}}(\underset{k=1}{\overset{s}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}({\mathrm{PR}}_{\mathrm{jk}}/\underset{l=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{Q}_{\mathrm{lj}})\&times;Q_{\mathrm{lj}}\&times;{\mathrm{GHG}}_k/s_k)/N_{t_i}---\left(4\right)$

其中，t_i表示为第i个阶段中需计算的材料种类、零部件数等等，表示为t_i对应的该类的总数量；

因此产品生成阶段碳足迹 $\underset{i=5}{\overset{8}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\tilde{E}}_i=\underset{i=5}{\overset{8}{\mathrm{\&Sigma;}}}{{\tilde{E}}_i}^1+\underset{i=5}{\overset{8}{\mathrm{\&Sigma;}}}f{E}_i^0---\left(5\right)$

2)单一产品活动行为的E₁～E₄计算，过程如下：

2.1)使用阶段

在使用阶段中，只需获得单一产品的资源损耗量，通过资源碳排放系数计算出结果：

$E_4=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}(\underset{j=1}{\overset{s}{\mathrm{\&Sigma;}}}{m}_{i,j}{\mathrm{GHG}}_j+\underset{k=1}{\overset{r}{\mathrm{\&Sigma;}}}{z}_{i,k}{\mathrm{GHG}}_k)---\left(6\right)$

其中n为使用次数，m_i,j为第i次消耗第j种能源的质量，z_i,k为第i次消耗第k种资源的质量，GHG_j、GHG_k分别表示相应能源和资源的碳排放因子；

2.2)在维护阶段，更换零件的碳足迹和成本计算：

$E_3=\underset{g=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left(\underset{i=5}{\overset{8}{\mathrm{\&Sigma;}}}{E}_i\right)}_g---\left(7\right)$

其中n为全生命周期内更换零件总量，g为更换零件；

2.3)可重复利用阶段，考虑到零件直接利用和修复后的间接利用两个方面，直接利用GHG为0、成本为0，修复后利用GHG产生主要来自修复作业中消耗的资源和能源。假设有n个零件可修复利用，则该阶段的表达式为：

$E_2=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(\underset{j=1}{\overset{l}{\mathrm{\&Sigma;}}}{m}_j{\mathrm{GHG}}_j+\underset{k=1}{\overset{r}{\mathrm{\&Sigma;}}}{z}_k{\mathrm{GHG}}_k)}_i---\left(8\right)$

其中m_j表示消耗第j种能源的质量；z_k表示消耗第k种资源的质量；

2.4)可回收阶段，假设第i种材料的零件质量为m_i，对应材料的可回收性为φ，则该阶段的计算公式为：

$E_1=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{m}_i(1-\mathrm{\&phi;}){\mathrm{GHG}}_i---\left(9\right)$

3)进行碳足迹建模，即基于全生命周期的产品碳足迹计算公式为：

$E=\underset{i=5}{\overset{8}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\tilde{E}}_i+\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}{E}_i---\left(10\right).$

本实施例以某企业生产的JN37-10型号螺杆空气压缩机作为研究对象，以其37KW的能效电机YX3-250M-6-37KW为例计算碳足迹。

该电机的主要参数：额定转速为970rpm，额定电压为380V，功率因素为0.84，重量为328kg。其主要由钢材、铜、铝和少量橡胶和塑料等材料组成，除了电缆、密封圈、标准件从外厂购买，其余的绝大部分自行生产。电机中应用的钢材有45#钢、20#钢及硅钢等，这里都统一为钢材计算，该电机各材料的重量依次为钢260.35kg、铜36.08kg、铝21.63kg、橡胶6.34kg及塑料3.53kg。由于前3者的比重占了整机的99％，因此，以钢、铜和铝材计算为主，其他的暂不考虑。

①E₈阶段碳足迹计算

假设以1t钢材获取作为电机零件加工材料为例，它由铁矿石(约1.6t)、焦炭(约0.4t)、煤粉(约0.15t)等炼制生成，消耗的电能为317kw.h、水1.24m³、蒸汽10kg压缩空气13m³等。由于这3种材料是分别炼制获得，需要分开计算，所以这里生产的产品指的是钢材(即l＝m＝1)，资源总数考虑铁矿石、焦炭、煤粉和电能(即s＝4)，由于无法精确的获得各个工艺的各种资源的消耗数据，因此，作业总数设定为1个(即j＝n＝1)，则可确定出Q_lj＝1。常见金属物料的碳排放系数计算数据：铸钢为6356.11(kgCO₂e/吨)，铜材为5926.26(kgCO₂e/吨)，铝材为2215.62(kgCO₂e/吨)，再结合公式(3)可化解计算得到：

$\begin{array}{c}{E}_{\mathrm{8,1}}^1=\underset{k=1}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{GHG}}_k=\underset{k=1}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&thetav;}}_k\&CenterDot;g_k\\ =6356.1+0.4\&times;1000\&times;2.8604+0.15\&times;1000\&times;1.9003+317\&times;0.928\\ \&ap;8079.5\left(\mathrm{kg}{\mathrm{CO}}_{2}e\right)\end{array}$

其中，表示为碳排放系数，g_k表示为资源消耗总量。因此，铜材和铝材的碳排放可参照计算类推出为： $E_{\mathrm{8,2}}^1\&ap;7314.6\left(\mathrm{kg}{\mathrm{CO}}_{2}e\right)$ 及 $E_{\mathrm{8,3}}^1\&ap;3054.3\left(\mathrm{kg}{\mathrm{CO}}_{2}e\right);$

因此，由于这些材料都是外购，依据公式(1)计算得到各自的碳足迹修正系数为：钢材修正系数为0.9831、铜材的为1.035、铝材的为0.8742。假设1吨钢材可用作3个电机的钢配件使用量、1吨铜材可制成20个电机的铜配件使用量、1吨铝材可制成30个电机铝配件，则单位产品(电机)的该阶段碳足迹

②E₇阶段碳足迹计算

假设运送的距离为500公里，10吨大卡车一次运送的重量为10吨，该车百公里柴油油耗约17升，则碳足迹为： $E_{\mathrm{7,1}}^1=E_{\mathrm{7,2}}^1=E_{\mathrm{7,3}}^1=5\&times;17\&times;0.84\&times;3.0959\&ap;221.047\left(\mathrm{kg}{\mathrm{CO}}_{2}e\right),$ 单位产品的碳足迹： ${\tilde{E}}_7^1\&ap;9.21\left(\mathrm{kg}{\mathrm{CO}}_{2}e\right)$

③E₆阶段碳足迹计算

由于金属材料的加工中出现的废料基本上能够全部收回，因此，不存在材料损失产生的碳足迹。该阶段主要的碳足迹排放是零部件加工中的主要能耗(以电能消耗为主)直接转换而来。结合10吨这三种材料自生产加工企业给出的主要工艺加工数据：机轴下料电能消耗为100.64kwh，转子、端盖车削电能消耗4241.16kwh，机轴车、铣、磨削电耗5031.33kwh，机座车、刨削电耗2516.57kwh，机座、端盖和接线盒钻孔电耗327.05kwh，冲片冲制电耗980.74kwh，铁心压装247.66kwh，转子穿轴、铸铝和动平衡电耗975.18kwh，绕线101.31kwh，则该阶段碳足迹 $E_6^1=14521.64\&times;0.928\&ap;13476.08\left(\mathrm{kg}{\mathrm{CO}}_{2}e\right),{\tilde{E}}_6^1\&ap;449.20\left(\mathrm{kg}{\mathrm{CO}}_{2}e\right);$

④E₅阶段碳足迹计算

装卸阶段主要是以塔吊、螺丝钻等电能消耗及叉车等油耗为主，假设该阶段电能消耗514.68kwh，柴油消耗7.5升，则该阶段碳足迹：

$\begin{array}{cc}{E}_5^1=514.68\&times;0.928+7.5\&times;0.84\&times;3.0959\&ap;497.13\left(\mathrm{kg}{\mathrm{CO}}_{2}e\right)& {\tilde{E}}_5^1\&ap;\end{array},16.57\left(\mathrm{kg}{\mathrm{CO}}_{2}e\right);$

则螺杆机其他零部件碳足迹参照该方法获得，则JN37螺杆机上市时前4个阶段的碳足迹总和为

⑤E₄阶段碳足迹计算

电机驱动型的大型螺杆空气压缩机的使用阶段碳足迹的换算主要是电机能耗的转换获取。该电机以平均70％的负荷工作5年且每年的平均工作时间是200天及每天的平均工作时长为6.5小时，则碳足迹： $E_4^1=37\&times;0.7\&times;5\&times;200\&times;6.5\&times;0.928=156228.80\left(\mathrm{kg}{\mathrm{CO}}_{2}e\right).$

⑥E₃阶段碳足迹计算

假设该型号的螺杆空压机在生命周期内更换了5个轴承、1个消声器、2个空气滤清器、2个压力阀和安全阀、1个油气分离器、1个转子等，则该阶段的碳足迹为： $E_3^1\&ap;128.37\left(\mathrm{kg}{\mathrm{CO}}_{2}e\right).$

⑦回收阶段碳足迹计算

假设该型号螺杆空压机中有60％的零部件可直接使用，剩余的无法修复使用，报废零部件的材料重量为：钢材261.53kg、铜材50.16kg、铝28.92。这环节少了金属原材料加工等工序，可直接熔炼成成品，可节省60％左右的能源、86％的废气排放，则这两阶段的碳足迹为：

$E_1^1+E_2^1=0+(6356.11\&times;0.26153+5926.26\&times;0.05016+2215.62\&times;0.02892)\&times;0.14\&ap;283.31\left(\mathrm{kg}{\mathrm{CO}}_{2}e\right);$

则 $\underset{1}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}{E}_i^1=156640.48\left(\mathrm{kg}{\mathrm{CO}}_{2}e\right)$

则该螺杆机全生命周期碳足迹

$E=\underset{1}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}{E}_i^1+\underset{5}{\overset{8}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\widetilde{\mathrm{\&Sigma;}}}_i^1=156640.48+20822.63=177463.11\left(\mathrm{kg}{\mathrm{CO}}_{2}e\right).$

Claims (1)

1.一种产品全生命周期碳足迹建模分析方法，其特征在于：所述建模分析方法包括以下步骤：

1)多种产品活动行为下的单一产品E₅～E₈计算，过程如下：

1.1)代加工产品间接获取碳足迹，通过BOM表形式间接获取产品零部件的各阶段的对获得的结果进行可拓修正，可拓修正系数如下：

$f=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{\&rho;}(x,X)-\mathrm{\&rho;}(x,X_0),& x\&NotElement;X_0\\ \mathrm{\&rho;}(x,X)-\mathrm{\&rho;}(x,X_0),& x\&Element;X_0\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中x表示产品的X为经典域X＝[min x_i,max x_i]，X₀为可行域，y是X₀中参数的计算函数，y计算公式如下：

$y=\left\{\begin{array}{cc}{\min x}_i-\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i,& \mathrm{num}(x_i<\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i)>\mathrm{num}(x_i>\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i)\&DoubleRightArrow;X_0=[\min x_i,\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i]\\ \frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i-\max x_i,& \mathrm{num}(x_i<\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i)<\mathrm{num}(x_i>\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i)\&DoubleRightArrow;X_0=[\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i,\max x_i]\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中， $\mathrm{num}(x_i<\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i)>\mathrm{num}(x_i>\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i)\&DoubleRightArrow;X_0=[\min x_i,\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i]$ 表示BOM表实例库中若小于平均值的实例个数多于大于平均值的实例个数，则可行区间反之，可行区间 $X_0=[\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i,{\max x}_i];$

因此，输出为

1.2)自生产产品直接获取碳足迹，它包含2大环节，第一环节是资源动因分配，即将资源按资源动因分配到各作业中心；第二环节是作业动因分配计算，即加上代加工购买的零部件，再按其作业动因分配到各种产品中；则该部分碳足迹计算公式表示为：

$\underset{i=5}{\overset{8}{\mathrm{\&Sigma;}}}{E_i}^1=\underset{k=1}{\overset{s}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}({\mathrm{PR}}_{\mathrm{jk}}/\underset{l=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{Q}_{\mathrm{lj}})\&times;Q_{\mathrm{lj}}\&times;{\mathrm{GHG}}_k/s_k---\left(3\right)$

其中，l为第l种产品，总数为m；j为第j个作业，总数为n；k为第k种资源，总数为s；S_k表示在作业中第k种资源的消耗总量；Q_lj表示产品l消耗第j个作业的作业动因量；PR_jk表示作业j消耗的第k种资源总量；GHG_k为第k种资源的碳排量；i为5、6、7、8的四个阶段的单位产品碳足迹表示为：

$\underset{i=5}{\overset{8}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\tilde{E}}_i^1=\underset{i=5}{\overset{8}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{t_i=1}{\mathrm{\&Sigma;}}{E}_{i,t_i}^1=\underset{t=1}{\mathrm{\&Sigma;}}(\underset{k=1}{\overset{s}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}({\mathrm{PR}}_{\mathrm{jk}}/\underset{l=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{Q}_{\mathrm{lj}})\&times;Q_{\mathrm{lj}}\&times;{\mathrm{GHG}}_k/s_k)/N_{t_i}---\left(4\right)$

其中，t_i表示为第i个阶段中需计算的材料种类、零部件数等等，表示为t_i对应的该类的总数量；

因此产品生成阶段碳足迹 $\underset{i=5}{\overset{8}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\tilde{E}}_i=\underset{i=5}{\overset{8}{\mathrm{\&Sigma;}}}{{\tilde{E}}_i}^1+\underset{i=5}{\overset{8}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{fE}}_i^0---\left(5\right)$

2)单一产品活动行为的E₁～E₄计算，过程如下：

2.1)使用阶段

在使用阶段中，只需获得单一产品的资源损耗量，通过资源碳排放系数计算出结果：

$E_4=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}(\underset{j=1}{\overset{s}{\mathrm{\&Sigma;}}}{m}_{i,j}{\mathrm{GHG}}_j+\underset{k=1}{\overset{r}{\mathrm{\&Sigma;}}}{z}_{i,k}{\mathrm{GHG}}_k)---\left(6\right)$

其中n为使用次数，m_i,j为第i次消耗第j种能源的质量，z_i,k为第i次消耗第k种资源的质量，GHG_j、GHG_k分别表示相应能源和资源的碳排放因子；

2.2)在维护阶段，更换零件的碳足迹和成本计算：

$E_3=\underset{g=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left(\underset{i=5}{\overset{8}{\mathrm{\&Sigma;}}}{E}_i\right)}_g---\left(7\right)$

其中n为全生命周期内更换零件总量，g为更换零件；

2.3)可重复利用阶段，考虑到零件直接利用和修复后的间接利用两个方面，直接利用GHG为0、成本为0，修复后利用GHG产生主要来自修复作业中消耗的资源和能源，假设有n个零件可修复利用，则该阶段的表达式为：

$E_2=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(\underset{j=1}{\overset{l}{\mathrm{\&Sigma;}}}{m}_j{\mathrm{GHG}}_j+\underset{k=1}{\overset{r}{\mathrm{\&Sigma;}}}{z}_k{\mathrm{GHG}}_k)}_i---\left(8\right)$

其中m_j表示消耗第j种能源的质量；z_k表示消耗第k种资源的质量；

2.4)可回收阶段，假设第i种材料的零件质量为m_i，对应材料的可回收性为φ，则该阶段的计算公式为：

$E_1=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{m}_i(1-\mathrm{\&phi;}){\mathrm{GHG}}_i---\left(9\right)$

3)进行碳足迹建模，即基于全生命周期的产品碳足迹计算公式为：

$E=\underset{i=5}{\overset{8}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\tilde{E}}_i+\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}{E}_i---\left(10\right).$