汽車涂裝車間碳排放分析系統的設計與開發

涂裝是汽車制造過程中一個關鍵的環節，其直接影響到汽車外觀質量和保護車身材料的耐久性 [1]。然而，隨著全球經濟的發展和汽車產業的迅猛增長，在涂裝過程中產生的碳排放問題逐漸凸顯。據相關文獻給出的企業調研數據，從能耗角度分析，涂裝車間消耗能源的折標煤量占總量的 80% 左右，由此可見涂裝車間的碳排放量在整車生產過程中占比最大。碳排放不僅對環境產生負面影響，而且與氣候變化、全球暖化等問題密切相關[2]。

碳排放分析是應對氣候變化的重要工具。因此，大量學者對碳排放分析展開研究。Li[3] 等基于生命周期分析的方法，對預制混凝土樁產品及施工階段的碳足跡進行了研究，并開發了基于 IPCC 和中國生命周期數據庫（CLCD）的機械設備碳排放因子數據庫。張立軍[4]及其團隊采用生命周期分析方法，研究了一款燃油車的白車身采用不同材料的情況下，在生產、使用和回收階段的等效碳排放和能源消。黃躍群[5] 等基于生命周期評價理論，探討水利水電工程的碳排放計算方法，并針對工程建設、運行階段的碳排放總量開展了定量計算和分析。文章源自好焊孫輝博客 http://www.surpass-tech.com.cn好焊孫輝-http://www.surpass-tech.com.cn/weldgyzb/autopentu202411677.html

綜上所述，雖然在碳排放分析方面開展了大量研究，但是在汽車涂裝車間碳排放分析軟件開發方面卻鮮有研究。文章源自好焊孫輝博客 http://www.surpass-tech.com.cn好焊孫輝-http://www.surpass-tech.com.cn/weldgyzb/autopentu202411677.html

因此，基于 MVVM（Model-View-View Model）的開發模式，構建汽車涂裝車間碳排放分析系統，為汽車制造企業提供低碳設計與工藝優化的理論及方法。同時，根據車間碳排放情況，識別高碳環節，對企業降低分析成本、可持續發展有極大的促進作用。文章源自好焊孫輝博客 http://www.surpass-tech.com.cn好焊孫輝-http://www.surpass-tech.com.cn/weldgyzb/autopentu202411677.html

1 碳排放分析系統的設計與功能實現文章源自好焊孫輝博客 http://www.surpass-tech.com.cn好焊孫輝-http://www.surpass-tech.com.cn/weldgyzb/autopentu202411677.html

1.1 系統總體架構文章源自好焊孫輝博客 http://www.surpass-tech.com.cn好焊孫輝-http://www.surpass-tech.com.cn/weldgyzb/autopentu202411677.html

該系統主要是由交互層、業務層和支持層三個層面組成，框架如圖1所示。文章源自好焊孫輝博客 http://www.surpass-tech.com.cn好焊孫輝-http://www.surpass-tech.com.cn/weldgyzb/autopentu202411677.html

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圖 1 碳排放分析原型系統框架圖文章源自好焊孫輝博客 http://www.surpass-tech.com.cn好焊孫輝-http://www.surpass-tech.com.cn/weldgyzb/autopentu202411677.html

1）交互層是用戶直接接觸的可視化操作界面，包括軟件運行過程中的操作按鍵、提示引導使用人員進行操作，以及數據處理過后的結果展示，如圖表、文檔等直接展示方式。此外，交互層還具備新建、修改和保存分析案例的基本功能。文章源自好焊孫輝博客 http://www.surpass-tech.com.cn好焊孫輝-http://www.surpass-tech.com.cn/weldgyzb/autopentu202411677.html

2）業務層是系統處理各功能模塊數據的內在運行邏輯，即碳排放分析模型的基礎實現，并實現交互層和支持層之間的數據交換。文章源自好焊孫輝博客 http://www.surpass-tech.com.cn好焊孫輝-http://www.surpass-tech.com.cn/weldgyzb/autopentu202411677.html

3）支持層為原型系統提供數據支持和運行環境，主要包括各類數據庫、NET Framework 框架和 WPF的各類開源控件庫等。

1.2 系統功能模塊

本系統主要功能為實現涂裝車間碳排放分析，輔助設計人員準確把握涂裝車間碳排放特點及高碳環節，輔助減排降碳工作順利進行。主要包括系統運行模塊、清單數據導入模塊、碳排放分析模塊、信息查詢模塊和數據管理模塊五大功能模塊，其各模塊功能信息如圖 2 所示。

圖 2 系統各功能模塊信息

1）系統運行模塊：打開系統登錄后進入主界面，可跳轉到各個功能模塊，在主界面可以新建或打開碳排放分析案例，案例新建或打開后需錄入車間的基本信息，明確碳排放分析的目標與范圍。

2）清單數據導入模塊：該模塊主要用來添加分析所需的清單數據，包括物料清單、能源清單和排污清單等。

3）碳排放分析模塊：該模塊是根據導入的清單數據，通過內置的碳排放分析模型，自動生成分析結果，包括各工藝階段的碳排放量及碳效益，可通過柱狀圖、餅狀圖等形式展現。

4）信息查詢模塊：該模塊支持政策法規、行業標準及碳排放因子的查詢，在查詢碳排放因子時可查看碳排放因子的名稱、地區、類別、評價方法、大小以及備注等信息。

5）數據管理模塊：該模塊支持數據的添加、修改和刪除，用于完善系統的數據庫。可通過管理碳排放因子數據和政策法規數據，為碳排放分析提供數據支撐。

1.3 工作流程

系統的運行主要分為三步：新建或打開案例、清單數據錄入和碳排放分析，完成這三個步驟即可完成涂裝車間碳排放分析。整體的工作流程框架如圖 3 所示。

圖 3 涂裝車間碳排放分析原型系統總體框架

1.3.1 系統主界面

完成系統登錄后進入涂裝車間碳排放分析系統的主界面，如圖 4 所示。該界面左側為各功能模塊的菜單欄，有清單數據導入、碳排放分析、信息查詢和數據管理等；右側為新建或打開案例區域可通過搜索打開已有案例查看分析結果，或直接新建案例。

圖 4 系統主界面

1.3.2 清單數據導入

清單數據的收集與導入是進行碳排放分析的基礎，數據收集越完善則分析結果越精確。根據碳排放分析模型，將車間繁雜的數據劃分為物料、能源和排污三種清單，并以生產系統為基準對涂裝車間進行規劃，將涂裝車間主要生產系統劃分為前處理、電泳等不同的工藝區域，然后對不同清單信息進行編輯。以物料清單的導入為例，如圖 5 所示。

圖 5 物料清單導入頁面

1.3.3 碳排放分析

基于上述清單編制，利用碳排放分析模型完成車間碳排放的量化。從產量、質量和成本 3 個角度進行碳效益的評估。如圖 6 所示，通過餅狀圖直觀展現涂裝車間各類型碳排放的占比情況。

圖 6 碳排放分析頁面

1.3.4 信息查詢

系統支持對碳排放因子及相關政策法規進行查詢的功能。以碳排放因子為例，這些因子包含實測、標準推薦以及文獻收集等不同方式獲得數據，給碳排放分析帶來方便。該界面可通過物料類型或名稱等檢索相關碳排放因子，主要包含因子的數據來源、地區和數值大小等信息。

1.3.5 基礎數據管理

數據管理包括添加、修改和刪除功能，在添加或修改數據時，根據數據類別不同會有不同的必填項，在輸入必填項后才能完成添加或修改，如圖 7 所示。該功能主要用來管理基本數據，包括碳排放因子數據管理和政策法規數據管理，為碳排放分析提供數據支撐。

圖 7 碳排放因子數據管理

2 結論

本文設計了一套汽車涂裝車間碳排放分析系統，該系統通過五大功能模塊的協同作用，為汽車制造業的環境保護和可持續發展提供了有力的支持。在系統運行模塊的保障下，有效地實現了清單數據導入、碳排放分析、信息查詢和數據管理等關鍵功能。通過該系統的應用，不僅可以為企業提供科學的碳排放數據支持，也為環境保護和可持續發展提供實際可行的解決方案。在未來，可以進一步優化系統，拓展適用范圍，以滿足不斷增長的環保要求，為汽車制造業的可持續發展貢獻更多的價值。

專項項目：安徽省科技重大專項項目，“面向“碳達峰”與“碳中和”的汽車產品綠色低碳制造集成技術研究與應用示范”（202203f07020006）