0 引言

涂装是汽车制造过程中一个关键的环节，其直接影响到汽车外观质量和保护车身材料的耐久性 ^[1]。然而，随着全球经济的发展和汽车产业的迅猛增长，在涂装过程中产生的碳排放问题逐渐凸显。据相关文献给出的企业调研数据，从能耗角度分析，涂装车间消耗能源的折标煤量占总量的 80% 左右，由此可见涂装车间的碳排放量在整车生产过程中占比最大。碳排放不仅对环境产生负面影响，而且与气候变化、全球暖化等问题密切相关^[2]。

碳排放分析是应对气候变化的重要工具。因此，大量学者对碳排放分析展开研究。Li^[3] 等基于生命周期分析的方法，对预制混凝土桩产品及施工阶段的碳足迹进行了研究，并开发了基于 IPCC 和中国生命周期数据库（CLCD）的机械设备碳排放因子数据库。张立军^[4]及其团队采用生命周期分析方法，研究了一款燃油车的白车身采用不同材料的情况下，在生产、使用和回收阶段的等效碳排放和能源消。黄跃群^[5] 等基于生命周期评价理论，探讨水利水电工程的碳排放计算方法，并针对工程建设、运行阶段的碳排放总量开展了定量计算和分析。

综上所述，虽然在碳排放分析方面开展了大量研究，但是在汽车涂装车间碳排放分析软件开发方面却鲜有研究。

因此，基于 MVVM（Model-View-View Model）的开发模式，构建汽车涂装车间碳排放分析系统，为汽车制造企业提供低碳设计与工艺优化的理论及方法。同时，根据车间碳排放情况，识别高碳环节，对企业降低分析成本、可持续发展有极大的促进作用。

1 碳排放分析系统的设计与功能实现

1.1 系统总体架构

该系统主要是由交互层、业务层和支持层三个层面组成，框架如图1所示。

图 1 碳排放分析原型系统框架图

1）交互层是用户直接接触的可视化操作界面，包括软件运行过程中的操作按键、提示引导使用人员进行操作，以及数据处理过后的结果展示，如图表、文档等直接展示方式。此外，交互层还具备新建、修改和保存分析案例的基本功能。

2）业务层是系统处理各功能模块数据的内在运行逻辑，即碳排放分析模型的基础实现，并实现交互层和支持层之间的数据交换。

3）支持层为原型系统提供数据支持和运行环境，主要包括各类数据库、NET Framework 框架和 WPF的各类开源控件库等。

1.2 系统功能模块

本系统主要功能为实现涂装车间碳排放分析，辅助设计人员准确把握涂装车间碳排放特点及高碳环节，辅助减排降碳工作顺利进行。主要包括系统运行模块、清单数据导入模块、碳排放分析模块、信息查询模块和数据管理模块五大功能模块，其各模块功能信息如图 2 所示。

图 2 系统各功能模块信息

1）系统运行模块：打开系统登录后进入主界面，可跳转到各个功能模块，在主界面可以新建或打开碳排放分析案例，案例新建或打开后需录入车间的基本信息，明确碳排放分析的目标与范围。

2）清单数据导入模块：该模块主要用来添加分析所需的清单数据，包括物料清单、能源清单和排污清单等。

3）碳排放分析模块：该模块是根据导入的清单数据，通过内置的碳排放分析模型，自动生成分析结果，包括各工艺阶段的碳排放量及碳效益，可通过柱状图、饼状图等形式展现。

4）信息查询模块：该模块支持政策法规、行业标准及碳排放因子的查询，在查询碳排放因子时可查看碳排放因子的名称、地区、类别、评价方法、大小以及备注等信息。

5）数据管理模块：该模块支持数据的添加、修改和删除，用于完善系统的数据库。可通过管理碳排放因子数据和政策法规数据，为碳排放分析提供数据支撑。

1.3 工作流程

系统的运行主要分为三步：新建或打开案例、清单数据录入和碳排放分析，完成这三个步骤即可完成涂装车间碳排放分析。整体的工作流程框架如图 3 所示。

图 3 涂装车间碳排放分析原型系统总体框架

1.3.1 系统主界面

完成系统登录后进入涂装车间碳排放分析系统的主界面，如图 4 所示。该界面左侧为各功能模块的菜单栏，有清单数据导入、碳排放分析、信息查询和数据管理等；右侧为新建或打开案例区域可通过搜索打开已有案例查看分析结果，或直接新建案例。

图 4 系统主界面

1.3.2 清单数据导入

清单数据的收集与导入是进行碳排放分析的基础，数据收集越完善则分析结果越精确。根据碳排放分析模型，将车间繁杂的数据划分为物料、能源和排污三种清单，并以生产系统为基准对涂装车间进行规划，将涂装车间主要生产系统划分为前处理、电泳等不同的工艺区域，然后对不同清单信息进行编辑。以物料清单的导入为例，如图 5 所示。

图 5 物料清单导入页面

1.3.3 碳排放分析

基于上述清单编制，利用碳排放分析模型完成车间碳排放的量化。从产量、质量和成本 3 个角度进行碳效益的评估。如图 6 所示，通过饼状图直观展现涂装车间各类型碳排放的占比情况。

图 6 碳排放分析页面

1.3.4 信息查询

系统支持对碳排放因子及相关政策法规进行查询的功能。以碳排放因子为例，这些因子包含实测、标准推荐以及文献收集等不同方式获得数据，给碳排放分析带来方便。该界面可通过物料类型或名称等检索相关碳排放因子，主要包含因子的数据来源、地区和数值大小等信息。

1.3.5 基础数据管理

数据管理包括添加、修改和删除功能，在添加或修改数据时，根据数据类别不同会有不同的必填项，在输入必填项后才能完成添加或修改，如图 7 所示。该功能主要用来管理基本数据，包括碳排放因子数据管理和政策法规数据管理，为碳排放分析提供数据支撑。

图 7 碳排放因子数据管理

2 结论

本文设计了一套汽车涂装车间碳排放分析系统，该系统通过五大功能模块的协同作用，为汽车制造业的环境保护和可持续发展提供了有力的支持。在系统运行模块的保障下，有效地实现了清单数据导入、碳排放分析、信息查询和数据管理等关键功能。通过该系统的应用，不仅可以为企业提供科学的碳排放数据支持，也为环境保护和可持续发展提供实际可行的解决方案。在未来，可以进一步优化系统，拓展适用范围，以满足不断增长的环保要求，为汽车制造业的可持续发展贡献更多的价值。

专项项目：安徽省科技重大专项项目，“面向“碳达峰”与“碳中和”的汽车产品绿色低碳制造集成技术研究与应用示范”（202203f07020006）

参考文献：

[1] 裴一庆 , 许能才 , 王兵等 . 汽车涂装车间废气处理系统的应用 [J]. 中国涂料 ,2023,38(06):P65 ～69.DOI:10.13531/j.cnki.china.coatings.2023.06.011.

[2] Guven D, Hanhan O, Aksoy E C, et al. Impact ofpaint shop decanter effluents on biological treatabilityof automotive industry wastewater [J]. Journal ofHazardous Materials, 2017, 330: P61 ～ 67.

[3] Li X J, Zheng Y D. Using LCA to research carbonfootprint for precast concrete piles during the buildingconstruction stage: A China study [J]. Journal ofCleaner Production, 2020, 245.

[4] 张立军 , 高泽 , 余海燕 . 基于全生命周期分析的白车身选材方法 [J]. 汽车工程 , 2022, 44(06): P945 ～951.

[5] 黄跃群 , 刘耀儒 , 许文彬等 . 水利水电工程全生命周期碳排放研究——以犬木塘工程为例 [J]. 清华大学学报 ( 自然科学版 ),2022,62(08):P1366 ～ P1373.

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