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碳達(dá)峰與碳中和已經(jīng)成為全社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)，也是我國(guó)的一項(xiàng)重要發(fā)展戰(zhàn)略。我國(guó)碳排放超過(guò)50%來(lái)源于制造業(yè)，本書(shū)面向我國(guó)制造業(yè)碳達(dá)峰、碳中和需求，系統(tǒng)總結(jié)了制造系統(tǒng)碳流動(dòng)態(tài)建模及碳效率評(píng)估的基礎(chǔ)理論與方法，包括低碳制造的內(nèi)涵、典型制造工藝碳排放特性、碳流動(dòng)態(tài)建模方法、碳效率評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及模型、制造系統(tǒng)碳效率優(yōu)化與精益管控方法等，并結(jié)合該理論與方法在壓鑄、半導(dǎo)體基材、陶瓷制造系統(tǒng)的應(yīng)用，開(kāi)發(fā)了一種制造系統(tǒng)碳排放智能云管理系統(tǒng)。
本書(shū)可作為高等學(xué)校機(jī)械工程、智能制造、工業(yè)工程、制造工程等相關(guān)專(zhuān)業(yè)研究生的教材或參考書(shū)，也可供制造企業(yè)工程技術(shù)人員和管理人員參考。

氣候變暖問(wèn)題已經(jīng)成為全球共同關(guān)注的問(wèn)題。聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）研究表明：工業(yè)革命后，人類(lèi)社會(huì)工業(yè)化活動(dòng)導(dǎo)致的大氣中碳儲(chǔ)量增加是所觀測(cè)到的氣候變化的主要驅(qū)動(dòng)力。為應(yīng)對(duì)氣候變暖問(wèn)題，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家正發(fā)動(dòng)一場(chǎng)以高能效、低排放為核心的“低碳革命”，英國(guó)、美國(guó)、日本、德國(guó)等紛紛提出了減排目標(biāo)，制定了碳中和發(fā)展計(jì)劃。在此背景下，一種全新的可持續(xù)制造模式應(yīng)運(yùn)而生——低碳制造。低碳制造不同于綠色制造、可持續(xù)制造、環(huán)境意識(shí)制造，它是一種綜合考慮產(chǎn)品全生命周期資源消耗以及碳排放的可持續(xù)制造模式，其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品在生產(chǎn)、制造、使用過(guò)程中的低資源消耗、低排放、低污染，實(shí)現(xiàn)制造企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、環(huán)境效益的統(tǒng)一，其實(shí)質(zhì)是提高制造業(yè)能源、物料等資源的利用效率和創(chuàng)建清潔能源結(jié)構(gòu)，核心是制造業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新、制度創(chuàng)新和發(fā)展觀的轉(zhuǎn)變。
2020年9月22日，我國(guó)在第75屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上鄭重承諾：中國(guó)將力爭(zhēng)于2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。制造業(yè)的快速發(fā)展是造成我國(guó)整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的能源消耗與碳排放量激增的主要源頭。國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)表明，我國(guó)碳排放超過(guò)50%來(lái)源于制造業(yè)。為了實(shí)現(xiàn)我國(guó)的碳達(dá)峰與碳中和目標(biāo)，亟須開(kāi)展低碳制造。中國(guó)科學(xué)技術(shù)部部長(zhǎng)王志剛在香山科學(xué)會(huì)議上表示，碳達(dá)峰碳中和將帶來(lái)一場(chǎng)由科技革命引起的經(jīng)濟(jì)社會(huì)環(huán)境的重大變革，其意義不亞于三次工業(yè)革命。開(kāi)展低碳制造對(duì)于優(yōu)化我國(guó)制造業(yè)結(jié)構(gòu)、推動(dòng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略具有重要意義。然而，低碳制造基礎(chǔ)理論與先進(jìn)技術(shù)仍較缺乏，如何理解和識(shí)別制造工廠生產(chǎn)過(guò)程碳排放狀況、機(jī)理，揭示制造系統(tǒng)及過(guò)程的碳排放靜動(dòng)態(tài)特性、碳源分布與流量、碳排放全過(guò)程時(shí)空動(dòng)態(tài)變化及擾動(dòng)規(guī)律，構(gòu)建制造系統(tǒng)碳排放動(dòng)態(tài)模型及評(píng)估方法是首先需要解決的問(wèn)題。
在國(guó)家自然科學(xué)基金“基于廣義特性函數(shù)集的制造系統(tǒng)碳流動(dòng)態(tài)模型及碳效率評(píng)估方法研究(No.51075415)”“面向低碳制造的激光加工工藝及系統(tǒng)優(yōu)化基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)(中英NSFCUKRI_EPSRC項(xiàng)目，No.51861165202)” “擠壓成形工藝能耗與產(chǎn)品質(zhì)量強(qiáng)耦合機(jī)理及多源協(xié)同調(diào)控(No.51805066)”，以及國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)“新能源汽車(chē)齒輪綠色精密加工關(guān)鍵技術(shù)與成套裝備研制(戰(zhàn)略性科技創(chuàng)新合作專(zhuān)項(xiàng)，No.2020YFE0201000)”等項(xiàng)目的支持下，課題組自2010年開(kāi)始持續(xù)、系統(tǒng)地開(kāi)展了低碳制造研究，對(duì)制造系統(tǒng)及其生產(chǎn)過(guò)程碳排放特性、碳源廣義特性函數(shù)、制造系統(tǒng)碳流動(dòng)態(tài)模型及制造系統(tǒng)碳效率分析、評(píng)估、優(yōu)化、管控方法等進(jìn)行了系統(tǒng)的研究與應(yīng)用。
本書(shū)共11章。第1章介紹了低碳制造發(fā)展的背景及內(nèi)涵；第2章分析了低碳制造的技術(shù)體系以及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)等；第3章揭示了制造系統(tǒng)碳排放源分布與驅(qū)動(dòng)力、碳排放動(dòng)態(tài)輸入輸出特性、碳流的時(shí)域與空域特性以及碳流交匯特性等；第4章針對(duì)工藝碳源，提出了制造系統(tǒng)碳源廣義特性函數(shù)的概念，提出了金屬切削工藝、砂型鑄造、CO2氣體保護(hù)焊接、自由鍛造等典型機(jī)械工藝的碳源特性函數(shù)，并建立了一種制造系統(tǒng)低碳工藝規(guī)劃模型；第5章介紹了制造系統(tǒng)碳排放動(dòng)力學(xué)過(guò)程參考模型，并分別基于Petri網(wǎng)、價(jià)值流等建立了制造系統(tǒng)碳流動(dòng)態(tài)模型；第6章提出了制造系統(tǒng)碳效率概念及評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，提出了基于生命周期的機(jī)床設(shè)備碳效率動(dòng)態(tài)評(píng)估模型，以及基于Petri網(wǎng)、狀態(tài)空間方法的生產(chǎn)線(xiàn)、生產(chǎn)車(chē)間碳效率評(píng)價(jià)模型；第7章研究了基于工藝路線(xiàn)決策的碳效率優(yōu)化方法，以及基于生產(chǎn)調(diào)度的碳效率優(yōu)化方法，并通過(guò)能量?jī)r(jià)值流理論實(shí)現(xiàn)了制造系統(tǒng)碳效率精益管控；第8～10章分別面向壓鑄制造系統(tǒng)、藍(lán)寶石襯底制造系統(tǒng)、陶瓷制造系統(tǒng)進(jìn)行了理論、方法、模型應(yīng)用；第11章介紹了一種制造系統(tǒng)碳排放智能云管理系統(tǒng)及應(yīng)用。
本書(shū)是對(duì)課題組10年低碳制造研究成果的系統(tǒng)總結(jié)。除本書(shū)主要作者外，感謝尹瑞雪教授以及陳二恒、葛威威、文旋豪、李成超、李彥妮、何凱、曾丹、尹久、程海琴、羅毅等多位研究生的參與。本書(shū)內(nèi)容為一種學(xué)術(shù)與實(shí)踐探討，加之時(shí)間倉(cāng)促，難免存在不當(dāng)之處，敬請(qǐng)讀者指正。

作者
2021年12月

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