涂裝是汽車制造過程中一個關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，其直接影響到汽車外觀質(zhì)量和保護(hù)車身材料的耐久性 [1]。然而，隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和汽車產(chǎn)業(yè)的迅猛增長，在涂裝過程中產(chǎn)生的碳排放問題逐漸凸顯。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)給出的企業(yè)調(diào)研數(shù)據(jù)，從能耗角度分析，涂裝車間消耗能源的折標(biāo)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(chǎn)過程中占比最大。碳排放不僅對環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響，而且與氣候變化、全球暖化等問題密切相關(guān)[2]。

碳排放分析是應(yīng)對氣候變化的重要工具。因此，大量學(xué)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(yù)制混凝土樁產(chǎn)品及施工階段的碳足跡進(jìn)行了研究，并開發(fā)了基于 IPCC 和中國生命周期數(shù)據(jù)庫（CLCD）的機(jī)械設(shè)備碳排放因子數(shù)據(jù)庫。張立軍[4]及其團(tuán)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(chǎn)、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(shè)、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.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/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(fā)方面卻鮮有研究。文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autopentu202411677.html

因此，基于 MVVM（Model-View-View Model）的開發(fā)模式，構(gòu)建汽車涂裝車間碳排放分析系統(tǒng)，為汽車制造企業(yè)提供低碳設(shè)計與工藝優(yōu)化的理論及方法。同時，根據(jù)車間碳排放情況，識別高碳環(huán)節(jié)，對企業(yè)降低分析成本、可持續(xù)發(fā)展有極大的促進(jìn)作用。文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autopentu202411677.html

1 碳排放分析系統(tǒng)的設(shè)計與功能實現(xiàn)文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autopentu202411677.html

1.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autopentu202411677.html

該系統(tǒng)主要是由交互層、業(yè)務(wù)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.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autopentu202411677.html

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圖 1 碳排放分析原型系統(tǒng)框架圖文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/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(dǎo)使用人員進(jìn)行操作，以及數(shù)據(jù)處理過后的結(jié)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.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autopentu202411677.html

2）業(yè)務(wù)層是系統(tǒng)處理各功能模塊數(shù)據(jù)的內(nèi)在運行邏輯，即碳排放分析模型的基礎(chǔ)實現(xiàn)，并實現(xiàn)交互層和支持層之間的數(shù)據(jù)交換。文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autopentu202411677.html

3）支持層為原型系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持和運行環(huán)境，主要包括各類數(shù)據(jù)庫、NET Framework 框架和 WPF的各類開源控件庫等。

1.2 系統(tǒng)功能模塊

本系統(tǒng)主要功能為實現(xiàn)涂裝車間碳排放分析，輔助設(shè)計人員準(zhǔn)確把握涂裝車間碳排放特點及高碳環(huán)節(jié)，輔助減排降碳工作順利進(jìn)行。主要包括系統(tǒng)運行模塊、清單數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊、碳排放分析模塊、信息查詢模塊和數(shù)據(jù)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(tǒng)各功能模塊信息

1）系統(tǒng)運行模塊：打開系統(tǒng)登錄后進(jìn)入主界面，可跳轉(zhuǎn)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(biāo)與范圍。

2）清單數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊：該模塊主要用來添加分析所需的清單數(shù)據(jù)，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(jù)導(dǎo)入的清單數(shù)據(jù)，通過內(nèi)置的碳排放分析模型，自動生成分析結(jié)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(xiàn)。

4）信息查詢模塊：該模塊支持政策法規(guī)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(qū)、類別、評價方法、大小以及備注等信息。

5）數(shù)據(jù)管理模塊：該模塊支持?jǐn)?shù)據(jù)的添加、修改和刪除，用于完善系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫。可通過管理碳排放因子數(shù)據(jù)和政策法規(guī)數(shù)據(jù)，為碳排放分析提供數(shù)據(jù)支撐。

1.3 工作流程

系統(tǒng)的運行主要分為三步：新建或打開案例、清單數(shù)據(jù)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(tǒng)總體框架

1.3.1 系統(tǒng)主界面

完成系統(tǒng)登錄后進(jìn)入涂裝車間碳排放分析系統(tǒng)的主界面，如圖 4 所示。該界面左側(cè)為各功能模塊的菜單欄，有清單數(shù)據(jù)導(dǎo)入、碳排放分析、信息查詢和數(shù)據(jù)管理等；右側(cè)為新建或打開案例區(qū)域可通過搜索打開已有案例查看分析結(jié)果，或直接新建案例。

圖 4 系統(tǒng)主界面

1.3.2 清單數(shù)據(jù)導(dǎo)入

清單數(shù)據(jù)的收集與導(dǎo)入是進(jìn)行碳排放分析的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)收集越完善則分析結(jié)果越精確。根據(jù)碳排放分析模型，將車間繁雜的數(shù)據(jù)劃分為物料、能源和排污三種清單，并以生產(chǎn)系統(tǒng)為基準(zhǔn)對涂裝車間進(jìn)行規(guī)劃，將涂裝車間主要生產(chǎn)系統(tǒng)劃分為前處理、電泳等不同的工藝區(qū)域，然后對不同清單信息進(jìn)行編輯。以物料清單的導(dǎo)入為例，如圖 5 所示。

圖 5 物料清單導(dǎo)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(chǎn)量、質(zhì)量和成本 3 個角度進(jìn)行碳效益的評估。如圖 6 所示，通過餅狀圖直觀展現(xiàn)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(tǒng)支持對碳排放因子及相關(guān)政策法規(guī)進(jìn)行查詢的功能。以碳排放因子為例，這些因子包含實測、標(biāo)準(zhǔn)推薦以及文獻(xiàn)收集等不同方式獲得數(shù)據(jù)，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(guān)碳排放因子，主要包含因子的數(shù)據(jù)來源、地區(qū)和數(shù)值大小等信息。

1.3.5 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)管理包括添加、修改和刪除功能，在添加或修改數(shù)據(jù)時，根據(jù)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，包括碳排放因子數(shù)據(jù)管理和政策法規(guī)數(shù)據(jù)管理，為碳排放分析提供數(shù)據(jù)支撐。

圖 7 碳排放因子數(shù)據(jù)管理

2 結(jié)論

本文設(shè)計了一套汽車涂裝車間碳排放分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過五大功能模塊的協(xié)同作用，為汽車制造業(yè)的環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展提供了有力的支持。在系統(tǒng)運行模塊的保障下，有效地實現(xiàn)了清單數(shù)據(jù)導(dǎo)入、碳排放分析、信息查詢和數(shù)據(jù)管理等關(guān)鍵功能。通過該系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅可以為企業(yè)提供科學(xué)的碳排放數(shù)據(jù)支持，也為環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展提供實際可行的解決方案。在未來，可以進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)，拓展適用范圍，以滿足不斷增長的環(huán)保要求，為汽車制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)更多的價值。

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