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铸造过程资源和环境负荷数据采集方法

Data acquisition method of casting process resource and environmental load

ICS分类号:ICS 25.020

中国标准分类号:TG24

主起草单位:中机生产力促进中心有限公司

牵头机构:中国铸造协会标准工作委员会

项目状态:发布

立项时间:2022-04-21

标准情况说明
目的、意义或必要性

目的:随着资源、环境刚性约束的增强,铸造工艺资源能源消耗大、污染严重的问题亟待解决。铸造工艺环境影响评价可有效识别工艺节能减排关键环节,为绿色产品设计、工艺绿色提升提供分析决策依据。然而受工艺类型、设备、产品、原材料、生产规模、生产现场以及管理水平等复杂工艺场景影响,使得工艺资源环境负荷数据特征指标体系复杂,高质量数据采集获取难度大,数据采集方法不规范,导致工艺环境影响评价所需的数据严重缺失,且由行业、工厂、车间等高层级向工序、设备等低层级数据精准分配难,无法有效支持铸造工艺环境影响评价。因此,需要在铸造工艺资源环境负荷数据采集方法建立规范的标准。本标准的建立,旨在规范铸造工艺资源环境负荷数据采集方法,为铸造工艺绿色化改造提供有力支撑。

意义:随着铸造技术的不断发展,机械化、自动化、数字化、智能化技术不断发展及深入融合,人类对可持续发展环境的要求越来越高,未来15年是我国铸造产业发展的结构调整期和战略机遇期,发展“优质、高效、智能、绿色”铸造技术已成行业共识。当前我国铸造技术的发展目标是,大幅度提高我国装备制造业发展所需高端铸件自主设计和制造的创新能力,在先进铸造技术、重大工程特大型及关键零部件的铸造成形技术、数字化智能化铸造技术、绿色铸造技术等方面形成一批世界一流的创新成果,为我国国民经济重要部门的装备制造提供强有力的技术支持,使我国从世界铸造大国发展成为世界铸造强国。 绿色制造的顺利开展离不开高质量数据的支撑,在铸造领域,规范化、高质量的资源环境负荷数据是长期制约绿色铸造技术发展的关键性问题之一,制定规范的、统一的数据采集标准是解决数据支撑问题的有力武器。本标准可为铸造行业实施工艺绿色评价、工艺优化、清洁生产、绿色改造提供数据获取与使用参考,有利于推动我国制造业整体的绿色发展。

必要性:业界目前尚无规范、统一、通用的铸造工艺资源环境负荷数据采集方法,易造成铸造企业采集方法不规范、采集数据可利用性较低等问题,不利于企业的绿色评价与工艺优化,不利于铸造工艺的绿色提升。逐步推动建立针对铸造工艺资源环境负荷数据采集方法体系,解决铸造工艺资源环境负荷数据采集过程中的采集方法不规范、采集标准不一致、数据要求不统一问题是铸造工艺进行绿色化提升的必然道路。因此,针对铸造工艺资源环境负荷数据采集方法制定相关标准势在必行。

范围和主要技术内容

本标准规定了:本文件规定了铸造过程资源和环境负荷数据采集的术语和定义、采集项目、采集方法及数据处理。

本标准适用于:本文件适用于采集铸造过程中消耗和产生的资源和环境负荷的数据。

国内外情况简要说明

1.国内外对该技术研究情况说明:目前对铸造工艺数据库研究很多,主要考虑的是工艺设计的可行性和经济性,对资源消耗和环境污染研究的比较少,随着绿色制造技术的兴起,国内外很多专家学者对铸造工艺资源环境属性及绿色工艺评价进行了研究。 密歇根技术大学的John W.Sutherland教授对环境意识系统和加工过程中的废物流进行了研究,伊利诺斯州大学的Thurston, Deborah L.和Hoffman,Wi lliam F .II在研究铸造工艺的决策体系时,对用户的意见进行一定的分析和处理,将用户的意见和建议考虑进铸造工艺决策体系中去,从而真正的体现了“绿色”的概念和涵义。日本在1991年就推出了“绿色行业计划”。新加坡南洋理工大学 P.S. Sreeji th等人对绿色加工技术进行了研究。新加坡南洋技术大学机械产品工程学院的S.H. Yeo A l和A.K.New在综合考虑了时间、能量、质量和物质损耗等情况下,提出了多目标综合决策体系,使制造过程中物质消耗等达到最佳的搭配,并在实际应用中取得了较好的效果。A.C.K.Choi,H.Kaebernick等提出了一种铸造工艺环境影响建模方法,该方法采用输入-处理-输出(Input-Process-Out,IPO)图对工艺过程的资源消耗和环境排放进行描述,为铸造工艺过程的环境影响的描述提供了一种较好的方法。 中东技术大学(Middle East Technical University)的Dogru,A liH.和Tanik,Murat M.等将绿色制造工艺和分布式数据库、网络相结合,根据用户各个方面具体的要求(主要考虑了对环境的“绿色”要求),来规划最终的铸造工艺。 重庆大学承担了国家自然科学基金和国家863/C工MS主题资助的关于绿色制造技术的研究项目。制造工程研究所的刘飞、张华等分析了绿色制造过程中决策问题的决策目标,提出了包含T(时间),Q(质量),C(成本),E(环境影响)和R(资源消耗)等五大决策目标的决策体系,对绿色工艺规划问题的决策变量进行了一系列的成功描述,并建立了相应的绿色制造决策框架模型。 合肥工业大学开展了铸造产品可回收设计理论和关键技术及回收指标评价体系的研究。刘光复、刘学平和刘志峰等根据“绿色”工业产品的特点,提出了绿色产品的评价指标体系,并用模糊层次评价方法(Fuzzy-AHP)对铸造产品的“绿色”程度进行了综合评价。 东南大学机械工程系的曹杰、易红等通过对铸造产品制造工艺决策的因素进行定量和定性相结合的分析和对铸造工艺决策体系的研究,从资源利用属性、能源利用属性、环境负荷和经济性等方面建立了铸造工艺评价体系的层次结构模型,并应用层次分析确定铸造工艺决策的权重和应用有限方案多目标决策逼近理想解法对决策工艺方案进行排序,最后确定铸造工艺的最优解。在此基础上应用实例求铸造产品多个工艺方案的最优解,取得了较好的结果。 华中科技大学机械科学与工程学院的曹武军、胡于进等在 IS014000系列国际标准的基础上,利用模糊层次分析法建立产品全生命周期评价环境决策模型的方法。模型在获得产品全生命周期环境影响数据清单之后,通过对环境影响因子的权重的确定,可以对产品的环境影响进行量化分析,并根据分析结果评价产品的环境影响值,从而实现产品环境友好度评价由定性向定量的转化。 机械科学研究总院孙婷婷等通过企业调研采集了典型铸造企业熔炼工序的能耗数据,能耗数据进行了统计、整理和分析;确定以单位金属液平均能耗作为熔炼工序能耗的评定指标,并根据金属材质和熔炼设备的不同,对其进行具体分类;分析了铸造行业典型熔炼设备的结构、能量平衡、能耗分布以及熔炼工艺流程的能耗情况。李玉兰等就四川省铸造企业能耗状况,在四川省内的187 家铸造企业(独立企业或事业部、车间、分厂等)进行调查;从单位应税销售收入能耗量、单位工业增加值能耗量的角度,评价了区域内铸造行业能耗状况的趋势、区域内铸造企业之间能耗状况、铸造企业自我能耗状况趋势。孙海燕等探讨了绿色铸造的实施体系, 对铸造过程中材料选择的关键技术提出了相关原则,详细分析了绿色铸造LCA 过程评价指标和评价方案;将铸造过程与LCA评价方法有机结合起来。 对于铸造所产生的粉尘污染问题,佟瑞鹏等收集了某汽车铸造作业粉尘污染数据,并构建了相关模型,最后利用蒙特卡罗方法对某汽车铸造作业粉尘健康风险进行了不确定性分析;但是他最终着眼于健康问题,未能进行有效的粉尘污染环境分析。在污染物分析方面,上海交通大学朱纯熙讨论了铸造生产二恶英与呋喃的环境污染,论证了水玻璃的环保性。胡建人等从厌氧燃烧、富氧燃烧、金属催化剂和飞灰触媒、温度等角度讨论铸造对二恶英循环和生成的影响, 分析铸造过程二恶英生成机理及防止措施;统计表明铸造过程微粒释放数量与型砂所含苯-碳量呈正相关。 重庆大学曹华军等提出了一种基于工艺 IPO 过程模型和列昂波特相互作用矩阵的零件制造过程资源消耗与环境影响评价方法及其技术框架;并基于对工艺过程的资源消耗与环境影响进行有效的分析和评价,进行了面向绿色制造的工艺规划应用支持系统的设计开发。重庆大学绿色制造课题组在国家863计划的资助下曾对9大类26种典型制造工艺(切削、铸造、冲压、焊接、涂层、电镀等)的资源消耗与环境影响特性以及制造过程环境影响评价进行了研究,发现由于不同工艺的能源、物料资源的种类繁多,很难进行工艺之间的统计与综合;不同工艺的污染排放物也是千差万别,技术水平也不一样,导致环境影响定量计算与比较评价成为难题,使得目前绿色性评价仍然以定性定量结合、定性评价为主的方式进行。 综观国内外的研究现状,对铸造工艺的研究取得了一定的成果,但总的来说,理论研究比较多,可供企业和工厂使用的实用化研究比较少,还有许多地方有待更为深入和系统的研究。目前已有的铸造工艺评价体系也存在较多的问题,如:工件原材料消耗量和利用率、能量和辅助耗材的消耗量、利用率、以及加工过程中的废物排放特性等。目前对铸造工艺资源和环境特性数据的量化等问题的研究还有待深入与完善,因此,有必要对铸造工艺资源环境负荷数据建立系统和完善的采集方法。

2.与国内相关标准间的关系:本文件制定过程中无国内相关标准

3.相关国际标准或国外先进标准情况:本文件制定过程中无国外相关标准

4.对相关国际标准或国外先进标准采用程度的考虑:本文件制定过程中未采用国际相关标准

项目实施计划

起草阶段:2020年11月至2022年4月

征求意见阶段:2022年4月至2022年6月

审查阶段:2022年6月至2022年7月

报批阶段:2022年7月至2022年8月

起草单位
  • 起草单位:中机生产力促进中心有限公司
  • 起草单位:中机生产力促进中心有限公司
  • 起草单位:中国铸造协会
  • 起草单位:安徽合力股份有限公司
  • 起草单位:机械工业科技发展中心

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