廢舊轎車無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝的碳排放評(píng)估

王秋成 魏瑞暉 張啟炯

浙江工業(yè)大學(xué)車輛工程研究所，杭州,310014

廢舊轎車無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝的碳排放評(píng)估

王秋成 魏瑞暉 張啟炯

浙江工業(yè)大學(xué)車輛工程研究所，杭州,310014

針對(duì)廢舊轎車無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝碳排放問(wèn)題，提出了一種多層次關(guān)聯(lián)分析理論與碳排放系數(shù)法相結(jié)合的再制造工藝碳排放量化方法。對(duì)無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝過(guò)程的碳排放特性進(jìn)行分析，定義了再制造工藝系統(tǒng)邊界，將系統(tǒng)內(nèi)多種碳源進(jìn)行歸類分析，構(gòu)建了多層次碳排放要素之間的關(guān)聯(lián)矩陣，并結(jié)合碳排放系數(shù)法進(jìn)行基本碳源建模，提出無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝碳排放量化方法?；谔寂欧旁u(píng)估的角度對(duì)無(wú)級(jí)變速箱的再制造工藝進(jìn)行研究，并以帶輪盤激光修復(fù)工藝為例，驗(yàn)證了所提出碳排放量化方法的有效性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在無(wú)級(jí)變速箱帶輪盤激光修復(fù)工藝過(guò)程中，設(shè)備碳排放是總碳排放的主要組成部分，相比于其他碳排放影響因素，掃描速度對(duì)設(shè)備碳排放以及總碳排放的影響程度最大。

無(wú)級(jí)變速箱； 碳排放； 再制造； 多層次關(guān)聯(lián)分析；激光修復(fù)

0 引言

隨著全球氣候變暖問(wèn)題愈演愈烈，以低能耗、低污染和低排放為基礎(chǔ)的低碳制造已成為全球研究熱點(diǎn)[1]。制造業(yè)是我國(guó)以及其他各國(guó)碳排放主要來(lái)源之一，國(guó)際能源署(international energy agency, IEA)的調(diào)查表明，制造業(yè)碳排放占全球總碳排放量的36%[2],因此以提高資源利用率為目的的低碳制造成為制造業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)的重要途徑。目前國(guó)內(nèi)外相關(guān)機(jī)構(gòu)與學(xué)者已經(jīng)開始對(duì)制造過(guò)程碳排放進(jìn)行定量分析研究，TSENG等[3]基于成本分析建立了制造業(yè)可持續(xù)供應(yīng)鏈的碳排放決策模型；WOLF等[4]針對(duì)制造過(guò)程中資源消耗以及環(huán)境影響進(jìn)行了研究，從車間層面研究了各種加工工藝能量消耗特性以及相關(guān)性能評(píng)價(jià)模型；WIEDMANN[5]使用投入產(chǎn)出法對(duì)產(chǎn)品碳排放進(jìn)行了定量計(jì)算；DIETMAIR等[6]針對(duì)制造過(guò)程中的能量預(yù)測(cè)、評(píng)估和優(yōu)化進(jìn)行了研究；李玉霞等[7]基于碳流率分析了作業(yè)車間碳排放動(dòng)態(tài)特性并建立了優(yōu)化調(diào)度模型；羅毅等[8]分析了焊接工藝的碳排放特性，建立了包括能源碳、物料碳和工藝碳在內(nèi)的焊接工藝碳排放函數(shù)；鄭軍等[9-10]建立了機(jī)械加工工藝過(guò)程能量需求模型，并提出砂型鑄造過(guò)程中碳排放計(jì)算方法；張雷等[11]從生命周期角度建立了產(chǎn)品裝配過(guò)程中碳排放解算方法；鐘軍等[12]提出了基于動(dòng)作元的組焊件制造工藝碳排放解算方法；郭登月等[13]利用公理化設(shè)計(jì)找到低碳磨削的關(guān)鍵影響因素，提出了無(wú)心磨削過(guò)程碳排放分析模型。

國(guó)內(nèi)外研究已經(jīng)取得階段性成果，然而這些研究主要集中于車間調(diào)度或不同類型機(jī)床的碳排放評(píng)估上，針對(duì)再制造工藝的碳排放研究較少，而涉及無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝的碳排放研究幾乎沒(méi)有。隨著國(guó)家對(duì)再制造技術(shù)的不斷重視以及無(wú)級(jí)變速箱再制造產(chǎn)業(yè)化推廣，無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝在著重于再制造產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，更有必要重視再制造工藝過(guò)程的環(huán)境效益。無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝碳排放研究的意義在于通過(guò)對(duì)其進(jìn)行碳排放評(píng)估，分析無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝的碳排放特性并建立相應(yīng)的碳排放模型，通過(guò)對(duì)工藝過(guò)程進(jìn)行不斷改進(jìn)從而降低無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝過(guò)程碳排放量。

1 無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝碳排放特性

再制造(remanufacturing)[14]是對(duì)損壞或即將報(bào)廢的零部件通過(guò)更換以及再加工修復(fù)的方式，使再制造產(chǎn)品性能達(dá)到或超過(guò)新品的過(guò)程。無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝流程具體包括拆卸、清洗、檢測(cè)、修復(fù)、再裝配、測(cè)試等主要環(huán)節(jié)，如圖1所示。

圖1 無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝流程圖Fig.1 Remanufacturing process flowchart of CVT

拆卸環(huán)節(jié)是將無(wú)級(jí)變速箱先拆卸至子總成，然后綜合考慮檢測(cè)結(jié)果、成本以及實(shí)際條件再?zèng)Q定整體替換、直接利用或是進(jìn)一步拆解修復(fù)的環(huán)節(jié)。

清洗環(huán)節(jié)包括前外殼清洗、拆卸檢測(cè)后再制造零件清洗以及裝配前清洗，各次清洗的目的在于使零部件滿足再制造外觀潔凈要求。

檢測(cè)環(huán)節(jié)通過(guò)對(duì)拆解后的子總成或零部件進(jìn)行表面尺寸及性能狀態(tài)檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果決定修復(fù)或是棄用相應(yīng)子總成或零部件的環(huán)節(jié)。

修復(fù)環(huán)節(jié)是再制造工藝的關(guān)鍵部分，修復(fù)質(zhì)量的好壞往往決定了再制造產(chǎn)品后期使用性能的高低。根據(jù)再制造修復(fù)工藝選擇的合理性原則，并結(jié)合廢舊無(wú)級(jí)變速箱的材質(zhì)種類、修復(fù)厚度和強(qiáng)度以及耐磨性等修復(fù)要求，電刷鍍、噴涂和激光修復(fù)等是目前針對(duì)無(wú)級(jí)變速箱研究較多的再制造修復(fù)工藝手段。

再裝配與測(cè)試環(huán)節(jié)是按照規(guī)定的技術(shù)要求和精度，將再制造零部件再次裝配成性能合格的無(wú)級(jí)變速箱并進(jìn)行磨合和運(yùn)行測(cè)試，以保證再制造無(wú)級(jí)變速箱滿足質(zhì)量要求的環(huán)節(jié)。

對(duì)上述環(huán)節(jié)進(jìn)行分析可知，無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝碳排放的產(chǎn)生主要是由于各個(gè)環(huán)節(jié)能源、物料消耗以及廢棄物處理所導(dǎo)致的。能源所包含的一次能源、二次能源以及耗能工質(zhì)等在轉(zhuǎn)換和使用過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生碳排放；再制造工藝所消耗的物料在制備過(guò)程中均會(huì)產(chǎn)生碳排放，例如修復(fù)環(huán)節(jié)所需鎳基合金在制備過(guò)程中的碳排放；各個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的廢棄物需要處理才能進(jìn)入環(huán)境中，因此特定的處理工藝也會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的碳排放。無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝能源、物料消耗及產(chǎn)生廢棄物情況如表1所示。

表1 無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝能源、物料消耗及廢棄物產(chǎn)生情況Tab.1 Energy and materials consuming and wastesproducing in remanufacturing process of CVT

由表1可知，無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝碳排放的主要特征是過(guò)程復(fù)雜、排放環(huán)節(jié)多，能源及物料消耗大、排放量大。如果不采用合適的方法對(duì)其碳排放量進(jìn)行計(jì)算，不僅會(huì)造成資源的大量浪費(fèi)，同時(shí)還會(huì)影響碳排放結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2 無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝碳排放建模

筆者根據(jù)無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝碳排放特性，定義了碳排放系統(tǒng)邊界并發(fā)現(xiàn)了碳排放源頭，使用多層次關(guān)聯(lián)分析理論(hierarchical relevance analysis)梳理邊界內(nèi)碳排放要素，結(jié)合PAS2050[15]碳排放系數(shù)法(emission-factor approach)計(jì)算碳源碳排放，從而進(jìn)一步建立了無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝碳排放模型。

2.1系統(tǒng)邊界

無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝碳排放系統(tǒng)邊界如圖2所示，邊界內(nèi)各個(gè)環(huán)節(jié)輸入輸出的實(shí)質(zhì)是能量流、物料流和廢棄物流的流動(dòng)過(guò)程。能量流包括設(shè)備運(yùn)行所導(dǎo)致的電能以及其他能源，物料流包括毛坯以及其他輔助物料的投入，廢棄物流包括廢棄件、廢液以及廢渣等不同環(huán)節(jié)產(chǎn)生的廢棄物。能量流、物料流和廢棄物流帶動(dòng)了邊界內(nèi)碳的流動(dòng)，由此可知，設(shè)備電能消耗、其他能源消耗、物料消耗和廢棄物處理是無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝碳排放的主要源頭。

圖2 無(wú)級(jí)變速箱再制造過(guò)程碳排放系統(tǒng)邊界Fig.2 Boundary of carbon emission system in CVT remanufacturing

由無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝碳排放特性可知，系統(tǒng)邊界內(nèi)所涉及的零部件、設(shè)備、物料和廢棄物種類較多且數(shù)量較大，這些特征增加了碳排放計(jì)算難度。為此，本文以無(wú)級(jí)變速箱具體零部件為基本單元U，并借鑒IPCC(intergovernmental panel on climate change)[16]對(duì)碳源的描述對(duì)系統(tǒng)邊界內(nèi)的四類基本碳源、局部碳排放以及總碳排放作相關(guān)定義，從而對(duì)零部件、碳源、工藝環(huán)節(jié)及影響因素等要素進(jìn)行多層次關(guān)聯(lián)分析。

定義1 無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝所需設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中由于空載和負(fù)載所導(dǎo)致的碳排放稱為設(shè)備碳排放(device carbon emission)，用EDCE表示。

定義2 無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝所消耗的非電力能源在制備過(guò)程中的碳排放稱為能源碳排放(energy carbon emission),用EECE表示。

定義3 無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝所消耗的物料在制備過(guò)程中的碳排放稱為物料碳排放(material carbon emission),用EMCE表示。

定義4 無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝所產(chǎn)生的廢棄物在處理過(guò)程中的碳排放稱為廢棄物碳排放(waste carbon emission)，用EWCE表示。

定義5 無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝不同總成所產(chǎn)生的碳排放稱為局部碳排放(partial carbon emission)，用EPCE表示，以衡量不同總成在總碳排放中的比重。

定義6 無(wú)級(jí)變速箱整個(gè)再制造工藝過(guò)程所產(chǎn)生的總體碳排放稱為總碳排放(total carbon emission)，用ETCE表示。

使用多層次關(guān)聯(lián)分析理論將邊界內(nèi)碳排放要素進(jìn)行歸類，共分成六層，如圖3所示。圖中最高層為總碳排放量，最低層為碳排放源影響因素。同一層要素的屬性相同，作用于其上一層要素，同時(shí)又受到下一層要素的影響。

總碳排放ETCE局部碳排放EPCE1，EPCE2，…，EPCEn基本單元U1，U2，…，Un基本碳源EDCE，EECE，EMCE，EWCE工藝環(huán)節(jié)L1，L2，…，Ln影響因素i1，i2，…，ij

圖3無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝碳排放要素分層
Fig.3ElementsofcarbonemissionclassifyinCVTremanufacturing

相鄰層不同要素之間的關(guān)聯(lián)性可能不同，為表征其關(guān)聯(lián)程度需要建立相應(yīng)的關(guān)聯(lián)矩陣。假設(shè)第k(k=1,2,3,4)層一共包括n個(gè)要素，第k+1層一共包括m個(gè)要素，則第k層與第k+1層間要素的關(guān)聯(lián)矩陣為

(1)

式中，r(i,j)為第k層第i個(gè)要素與第k+1層第j個(gè)要素之間的關(guān)聯(lián)函數(shù)，函數(shù)值為0或1。

為表征同層要素對(duì)上一層要素的影響程度，對(duì)同層要素分別進(jìn)行比較并構(gòu)建判斷矩陣。判斷矩陣可計(jì)算得到最大特征根λmax以及相應(yīng)的特征向量W，歸一化后的特征向量即為同層要素對(duì)于上一層某一要素相對(duì)重要性的層次單排序權(quán)重值。在此基礎(chǔ)上，從最高層到最低層對(duì)各層要素進(jìn)行層次總排序，結(jié)合無(wú)級(jí)變速箱碳排放評(píng)價(jià)指標(biāo)建立評(píng)價(jià)矩陣，最終得到碳排放影響因素與總碳排放的關(guān)聯(lián)度大小，從而確定具有針對(duì)性的改進(jìn)方法。

鑒于無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝碳排放特征，通過(guò)對(duì)碳排放要素進(jìn)行多層次關(guān)聯(lián)分析，可清晰了解到不同要素在碳排放量化過(guò)程中的地位，幫助制訂碳排放量化過(guò)程的先后順序。碳排放影響因素在層次中處于最底層的基礎(chǔ)地位，因此可首先建立影響因素與工藝環(huán)節(jié)之間的關(guān)聯(lián)矩陣，計(jì)算得到下層中基本碳源和基本單元的具體碳排放，進(jìn)而逐層上升計(jì)算得到局部碳排放和總碳排放，從而保證計(jì)算過(guò)程的規(guī)范性以及計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.2無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝過(guò)程基本碳源建模

由圖3可知，基本碳源建模是無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝碳排放量化方法的基礎(chǔ)，由于無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝包括許多環(huán)節(jié)，基本碳源建模需要首先建立工藝環(huán)節(jié)與影響因素之間的關(guān)系矩陣，然后結(jié)合碳排放系數(shù)法進(jìn)行碳源碳排放計(jì)算。

(1)設(shè)備碳排放。無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝過(guò)程不同環(huán)節(jié)所使用的設(shè)備種類不盡相同，即使相同設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間也基本不同，因此需要建立相應(yīng)的關(guān)系矩陣。設(shè)設(shè)備與工藝環(huán)節(jié)的時(shí)間關(guān)系矩陣為

MDCE1=

(2)

MDCE2=

(3)

式中，t1(i,j)為第i種設(shè)備在第j個(gè)環(huán)節(jié)中空載運(yùn)行時(shí)間；t2(i,j)為第i種設(shè)備在第j個(gè)環(huán)節(jié)中負(fù)載運(yùn)行時(shí)間。

由此可以得到基本單元設(shè)備碳排放量為

(4)

式中，Poi為第i種設(shè)備的空載功率；P1i為第i種設(shè)備的負(fù)載功率；Ee為電力碳排放系數(shù)，通常為0.93 kg/(kW·h)(CO2當(dāng)量)。

(2)能源碳排放。能源碳排放與其消耗質(zhì)量之間存在密切關(guān)系，因此需要建立能源與無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝環(huán)節(jié)之間的質(zhì)量關(guān)系矩陣。設(shè)能源與工藝環(huán)節(jié)的質(zhì)量關(guān)系矩陣為

MECE=

(5)

式中，m1(i,j)為第i種能源在第j個(gè)環(huán)節(jié)中所消耗的質(zhì)量，具體數(shù)值可根據(jù)實(shí)際工況測(cè)量獲得。

由此可得基本單元能源碳排放量為

(6)

式中，Ei為第i種能源的碳排放系數(shù)。

(3)物料碳排放。物料碳排放與其消耗質(zhì)量之間存在密切關(guān)系，因此需要建立物料與再制造不同環(huán)節(jié)之間的質(zhì)量關(guān)系矩陣。設(shè)物料與工藝環(huán)節(jié)的質(zhì)量關(guān)系矩陣為

MMCE=

(7)

式中，m2(i,j)為第i種物料在第j個(gè)環(huán)節(jié)中所消耗質(zhì)量。

工藝環(huán)節(jié)中輔助物料消耗(刀具、切削液、潤(rùn)滑油等)多與使用壽命有關(guān)，采用時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)折算的方法將其轉(zhuǎn)化為質(zhì)量單位進(jìn)行計(jì)算，具體如下：

(8)

式中，mij為第i種輔助物料在第j個(gè)環(huán)節(jié)中消耗的質(zhì)量；Tij為第i種輔助物料在第j個(gè)環(huán)節(jié)中使用時(shí)間；Ti為第i種輔助物料標(biāo)準(zhǔn)使用壽命；mi為第i種輔助物料質(zhì)量。

由此可得基本單元物料消耗碳源碳排放量為

(9)

式中，Emi為第i種物料的碳排放系數(shù)。

(4)廢棄物碳排放。廢棄物碳排放與其被處理質(zhì)量之間存在密切關(guān)系，因此也需要建立廢棄物與再制造不同環(huán)節(jié)之間的質(zhì)量關(guān)系矩陣。設(shè)廢棄物與工藝環(huán)節(jié)質(zhì)量關(guān)系矩陣為

MWCE=

(10)

式中，m3(i,j)為在第j個(gè)環(huán)節(jié)中所產(chǎn)生第i種廢棄物的質(zhì)量，具體數(shù)值可根據(jù)實(shí)際工況測(cè)量獲得。

由此可得基本單元廢棄物碳源碳排放量為

(11)

式中，Ewi為第i種廢棄物的處理碳排放系數(shù)。

2.3無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝過(guò)程碳排放量化方法

通過(guò)建立碳源碳排放模型以及基本單元與基本碳源之間的關(guān)聯(lián)矩陣，無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝的局部碳排放可由下式計(jì)算得到：

EPCE=

(12)

式中，r(i,j)為第i個(gè)基本單元與第j種基本碳源之間的關(guān)聯(lián)函數(shù);EDCE、EECE、EMCE、EWCE分別為設(shè)備碳排放、能源碳排放、物料碳排放和廢棄物碳排放。

根據(jù)基本單元和基本碳源之間的關(guān)聯(lián)矩陣可計(jì)算得到無(wú)級(jí)變速箱不同總成的局部碳排放。

無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝總碳排放由多個(gè)局部碳排放組成，因此無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝總碳排放為

(13)

3 實(shí)驗(yàn)研究

為了驗(yàn)證上述再制造工藝過(guò)程碳排放量化方法的可行性，以無(wú)級(jí)變速箱關(guān)鍵零部件的再制造修復(fù)過(guò)程為例，在保證修復(fù)質(zhì)量的同時(shí)研究其碳排放情況。

3.1實(shí)驗(yàn)方案介紹

實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備有：Ni60A+20%WC合金粉末(粒度150～325目)、20CrMnTi材質(zhì)圓盤(φ65×10 mm)；LDF400半導(dǎo)體激光發(fā)生器、ABB IRB2400工業(yè)機(jī)械臂、洛氏硬度儀、線切割機(jī)床、光學(xué)顯微鏡。

實(shí)驗(yàn)原理如下：同步式激光修復(fù)的基本原理是通過(guò)高能束激光輻照基材，同時(shí)將待修復(fù)粉末同步送入熔池，粉末在激光的輻射下快速熔化，并在激光掃描后快速冷卻凝固從而形成修復(fù)涂層，如圖4所示。

圖4 同步式激光修復(fù)原理圖Fig.4 Schematic diagram of synchronous laser repairing

實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下。

(1)對(duì)實(shí)驗(yàn)用圓盤表面除銹去油污處理，并稍作打磨，標(biāo)上相應(yīng)的標(biāo)號(hào)。

(2)使用正交試驗(yàn)法分別設(shè)置a、b、c、d共4組激光修復(fù)參數(shù)，每組修復(fù)參數(shù)對(duì)3個(gè)圓盤進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)軌跡過(guò)圓心，長(zhǎng)度等于圓盤直徑，具體過(guò)程如圖5a所示。

(a)激光修復(fù)過(guò)程 (b)線切割試樣圖5 再制造修復(fù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程Fig.5 Repair testing process in remanufacturing

(3)打磨修復(fù)層，避開修復(fù)始末點(diǎn)，等間距選取五點(diǎn)測(cè)量硬度。

(4)垂直修復(fù)軌跡進(jìn)行線切割，試樣如圖5b所示，打磨、清洗截面后，使用光學(xué)顯微鏡觀察結(jié)合質(zhì)量，觀察結(jié)果如圖6所示。

(a)a組 (b)b組

(c)c組 (d)d組圖6 修復(fù)層與基體結(jié)合界面顯微圖Fig.6 Micrographs of bonding interface between repair layer and matrix

3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程，將相同組別圓盤試樣的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行平均化處理，不同修復(fù)參數(shù)下的試樣修復(fù)層質(zhì)量如表2和圖6所示。

20CrMnTi作為無(wú)級(jí)變速箱帶輪盤常用材料，經(jīng)過(guò)滲碳淬火后表面硬度可達(dá)58～62HRC，由表2可知，不同修復(fù)參數(shù)下試樣表面硬度均在55HRC以上，且b組試樣表面硬度為58.40HRC，達(dá)到無(wú)級(jí)變速箱帶輪盤修復(fù)后硬度要求。

表2 不同參數(shù)下修復(fù)層硬度

同時(shí)通過(guò)觀察圖6可知，修復(fù)層組織形態(tài)良好，比基體組織更加細(xì)膩。b組金屬結(jié)合界面紋理清晰，均勻細(xì)膩，b組試樣修復(fù)層與基體結(jié)合狀態(tài)最佳。根據(jù)上文所提出的碳排放量化方法，以a組為例，過(guò)程參數(shù)及數(shù)據(jù)清單分別如表3和表4所示。

表3 再制造修復(fù)過(guò)程工序參數(shù)(a組)Tab.3 Parameters of repairing process in remanufacturing(a-group)

表4 再制造修復(fù)過(guò)程能源、物料及廢棄物清單(a組)Tab.4 List of energy, materials and wastes of repairingprocess in remanufacturing (a-group)

將上述清單數(shù)據(jù)分別代入式(2)、式(3)、式(5)、式(7)和式(10)中建立碳排放影響因素與工序之間的時(shí)間關(guān)系矩陣和質(zhì)量關(guān)系矩陣,結(jié)果如下：

建立關(guān)系矩陣后可通過(guò)式(4)、式(6)、式(9)和式(11)分別計(jì)算得到帶輪錐盤制造過(guò)程的設(shè)備碳排放、能源碳排放、物料碳排放和廢棄物碳排放結(jié)果如下:

同理，分別計(jì)算a、b、c、d四組碳排放量并將結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

表5 不同組別的碳排放量Tab.5 Carbon emissions in different groups

由表5可知，隨著過(guò)程參數(shù)的變化，修復(fù)工藝過(guò)程碳排放量也發(fā)生變化。與其他三組相比，d組碳排放量雖然最少，但其修復(fù)效果不佳，修復(fù)層硬度無(wú)法滿足工藝要求。綜合比較發(fā)現(xiàn)，b組修復(fù)效果最佳，修復(fù)層硬度最高，且碳排放量?jī)H高于d組，因此b組參數(shù)更適用于無(wú)級(jí)變速箱帶輪盤修復(fù)工藝。

使用關(guān)聯(lián)分析理論對(duì)碳排放影響因素進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，構(gòu)造碳排放影響因素(負(fù)載功率P1、掃描速度v0、送粉速度v1)之間的判斷矩陣如下：

計(jì)算判斷矩陣最大特征根以及相應(yīng)的歸一化特征向量，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，得到如下計(jì)算結(jié)果：

W(ETCE)=(0.3108，0.4934，0.1958)T
λmax(ETCE)=3.0536
CI(ETCE)=0.0268
CR(ETCE)=0.0515<0.1

式中，W為判斷矩陣特征向量；λmax為所求矩陣最大特征根；CI、CR分別為一致性指標(biāo)和一致性比率。

通過(guò)關(guān)聯(lián)分析可知，在設(shè)備碳排放影響因素中，與激光功率相比，掃描速度具有更顯著的影響效果，掃描速度的提升可有效降低設(shè)備碳排放量。物料碳排放則受到送粉速度和掃描速度的交叉影響，它隨著送粉速度的降低而減少，同時(shí)隨著掃描速度的降低而增多。

由此可見(jiàn)，在無(wú)級(jí)變速箱再制造激光修復(fù)工藝過(guò)程中，設(shè)備碳排放是過(guò)程碳排放的最主要組成部分，另外，相比于其他碳排放影響因素，掃描速度對(duì)設(shè)備碳排放及過(guò)程碳排放的影響程度最大。

4 結(jié)語(yǔ)

本文在對(duì)無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝過(guò)程特征進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，定義了工藝系統(tǒng)邊界，將系統(tǒng)內(nèi)多種碳源進(jìn)行歸類分析。針對(duì)無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝過(guò)程的碳排放特性，利用多層次關(guān)聯(lián)分析理論對(duì)再制造工藝中的零部件、碳源、工藝環(huán)節(jié)及碳排放影響因素進(jìn)行分析，建立相應(yīng)的關(guān)聯(lián)矩陣不僅將復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化，還可以使計(jì)算過(guò)程更加規(guī)范合理，從而提高碳排放量化結(jié)果的準(zhǔn)確性。同時(shí)結(jié)合碳排放系數(shù)法進(jìn)行基本碳源建模，在此基礎(chǔ)上提出了無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝碳排放的量化方法，并通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證了所提出碳排放量化方法的有效性。

實(shí)驗(yàn)表明，在無(wú)級(jí)變速箱再制造激光修復(fù)工藝過(guò)程中，設(shè)備碳排放是過(guò)程碳排放的最主要組成部分，相比于其他碳排放影響因素，掃描速度對(duì)設(shè)備碳排放以及修復(fù)過(guò)程總碳排放的影響程度最大。本文下一步將在此基礎(chǔ)之上研究以碳排放量最小為目標(biāo)的無(wú)級(jí)變速箱再制造工藝過(guò)程參數(shù)優(yōu)化，在保證無(wú)級(jí)變速箱再制造產(chǎn)品質(zhì)量的前提下實(shí)現(xiàn)再制造工藝過(guò)程碳排放量最小化。

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(編輯王艷麗)

ISSN 1004-132X
CHINA MECHANICAL ENGINEERING
(Transactions of CMES)
Vol.28,No.18,2017 the second half of September Semimonthly(Serial No.474)

EditedandPublishedby:CHINA MECHANICAL

ENGINEERING Magazine Office

Add：P.O.Box 772,Hubei University of Technology, Wuhan,430068,ChinaDistributerAbroadby: China International Book

Trading Corporation (P.O.Box 399,Beijing)

Code:SM4163

AssessmentofCarbonEmissionsofRemanufacturingProcessesofUsedCVT

WANG Qiucheng WEI Ruihui ZHANG Qijiong

Institute of Vehicle Engineering, Zhejiang University of Technology,Hangzhou,310014

Aiming at assessing carbon emission in waste car continuously variable transmission(CVT) remanufacturing processes, a carbon emission quantitative method was proposed which combined the hierarchical relevance analysis theory (HRA) and emission-factor approach (EFA). The characteristics of used car CVT remanufacturing processes were analyzed, the boundary of system was defined, various carbon sources of the system were classified, the correlation matrices among hierarchical essential factors of carbon emission were established, and then EFA was combined to compute the carbon emission of each carbon sources, then CVT remanufacturing process carbon emission quantitative method was proposed. Studying the assessment of carbon emissions of the CVT remanufacturing processes, and the perspective feasibility of the proposed method were verified through the example of CVT with wheel laser repairing processes. The results show that the carbon emission of the device is the major contributor of total carbon emissions, and compared with other carbon emission factors, the scanning speed has the greatest influences on the carbon emissions of the device and total carbon emissions.

continuously variable transmission(CVT); carbon emissions; remanufacturing; hierarchical relevance analysis; laser repairing

TH166

10.3969/j.issn.1004-132X.2017.18.012

2016-10-09

浙江省錢江人才資助項(xiàng)目(2013R10058)

王秋成,男，1964年生。浙江工業(yè)大學(xué)車輛工程研究所所長(zhǎng)、教授、博士研究生導(dǎo)師。研究方向?yàn)榭沙掷m(xù)設(shè)計(jì)與制造等。E-mail: wqc@zjut.edu.cn。魏瑞暉，男，1993年生。浙江工業(yè)大學(xué)車輛工程研究所碩士研究生。張啟炯，男，1994年生。浙江工業(yè)大學(xué)車輛工程研究所碩士研究生。