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碳達峰與碳中和已經(jīng)成為全社會關注的熱點，也是我國的一項重要發(fā)展戰(zhàn)略。我國碳排放超過50%來源于制造業(yè)，本書面向我國制造業(yè)碳達峰、碳中和需求，系統(tǒng)總結了制造系統(tǒng)碳流動態(tài)建模及碳效率評估的基礎理論與方法，包括低碳制造的內(nèi)涵、典型制造工藝碳排放特性、碳流動態(tài)建模方法、碳效率評價指標體系及模型、制造系統(tǒng)碳效率優(yōu)化與精益管控方法等，并結合該理論與方法在壓鑄、半導體基材、陶瓷制造系統(tǒng)的應用，開發(fā)了一種制造系統(tǒng)碳排放智能云管理系統(tǒng)。
本書可作為高等學校機械工程、智能制造、工業(yè)工程、制造工程等相關專業(yè)研究生的教材或參考書，也可供制造企業(yè)工程技術人員和管理人員參考。

氣候變暖問題已經(jīng)成為全球共同關注的問題。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）研究表明：工業(yè)革命后，人類社會工業(yè)化活動導致的大氣中碳儲量增加是所觀測到的氣候變化的主要驅動力。為應對氣候變暖問題，歐美等發(fā)達國家正發(fā)動一場以高能效、低排放為核心的“低碳革命”，英國、美國、日本、德國等紛紛提出了減排目標，制定了碳中和發(fā)展計劃。在此背景下，一種全新的可持續(xù)制造模式應運而生——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，其目標是實現(xiàn)產(chǎn)品在生產(chǎn)、制造、使用過程中的低資源消耗、低排放、低污染，實現(xiàn)制造企業(yè)經(jīng)濟效益、社會效益、環(huán)境效益的統(tǒng)一，其實質是提高制造業(yè)能源、物料等資源的利用效率和創(chuàng)建清潔能源結構，核心是制造業(yè)的技術創(chuàng)新、制度創(chuàng)新和發(fā)展觀的轉變。
2020年9月22日，我國在第75屆聯(lián)合國大會一般性辯論上鄭重承諾：中國將力爭于2030年前實現(xiàn)碳達峰，2060年前實現(xiàn)碳中和。制造業(yè)的快速發(fā)展是造成我國整個工業(yè)領域的能源消耗與碳排放量激增的主要源頭。國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)表明，我國碳排放超過50%來源于制造業(yè)。為了實現(xiàn)我國的碳達峰與碳中和目標，亟須開展低碳制造。中國科學技術部部長王志剛在香山科學會議上表示，碳達峰碳中和將帶來一場由科技革命引起的經(jīng)濟社會環(huán)境的重大變革，其意義不亞于三次工業(yè)革命。開展低碳制造對于優(yōu)化我國制造業(yè)結構、推動制造業(yè)轉型升級、實現(xiàn)制造強國戰(zhàn)略具有重要意義。然而，低碳制造基礎理論與先進技術仍較缺乏，如何理解和識別制造工廠生產(chǎn)過程碳排放狀況、機理，揭示制造系統(tǒng)及過程的碳排放靜動態(tài)特性、碳源分布與流量、碳排放全過程時空動態(tài)變化及擾動規(guī)律，構建制造系統(tǒng)碳排放動態(tài)模型及評估方法是首先需要解決的問題。
在國家自然科學基金“基于廣義特性函數(shù)集的制造系統(tǒng)碳流動態(tài)模型及碳效率評估方法研究(No.51075415)”“面向低碳制造的激光加工工藝及系統(tǒng)優(yōu)化基礎理論與關鍵技術(中英NSFCUKRI_EPSRC項目，No.51861165202)” “擠壓成形工藝能耗與產(chǎn)品質量強耦合機理及多源協(xié)同調控(No.51805066)”，以及國家重點研發(fā)“新能源汽車齒輪綠色精密加工關鍵技術與成套裝備研制(戰(zhàn)略性科技創(chuàng)新合作專項，No.2020YFE0201000)”等項目的支持下，課題組自2010年開始持續(xù)、系統(tǒng)地開展了低碳制造研究，對制造系統(tǒng)及其生產(chǎn)過程碳排放特性、碳源廣義特性函數(shù)、制造系統(tǒng)碳流動態(tài)模型及制造系統(tǒng)碳效率分析、評估、優(yōu)化、管控方法等進行了系統(tǒng)的研究與應用。
本書共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體系以及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、未來發(fā)展趨勢等；第3章揭示了制造系統(tǒng)碳排放源分布與驅動力、碳排放動態(tài)輸入輸出特性、碳流的時域與空域特性以及碳流交匯特性等；第4章針對工藝碳源，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氣體保護焊接、自由鍛造等典型機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)碳排放動力學過程參考模型，并分別基于Petri網(wǎng)、價值流等建立了制造系統(tǒng)碳流動態(tài)模型；第6章提出了制造系統(tǒng)碳效率概念及評價指標體系，提出了基于生命周期的機床設備碳效率動態(tài)評估模型，以及基于Petri網(wǎng)、狀態(tài)空間方法的生產(chǎn)線、生產(chǎn)車間碳效率評價模型；第7章研究了基于工藝路線決策的碳效率優(yōu)化方法，以及基于生產(chǎn)調度的碳效率優(yōu)化方法，并通過能量價值流理論實現(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)、藍寶石襯底制造系統(tǒng)、陶瓷制造系統(tǒng)進行了理論、方法、模型應用；第11章介紹了一種制造系統(tǒng)碳排放智能云管理系統(tǒng)及應用。
本書是對課題組10年低碳制造研究成果的系統(tǒng)總結。除本書主要作者外，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。本書內(nèi)容為一種學術與實踐探討，加之時間倉促，難免存在不當之處，敬請讀者指正。

作者
2021年12月

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