汽车工业资深专家陈光祖:当前要重视抓好内燃机汽车的“双碳”行动

从历史上看重点国家实施“双碳”的经历和现实行动

汽车是世界上一致性要求很强的一种产品,一般要制订实施统一性很近似的标准。如手机你现在还去买 2G、3G 的吗?在汽车排放上国际通行实施欧六标准,而且正向欧七标准行进,你还想买便宜些的国三或欧三标准汽车吗?

内燃机汽车治污,主要是从尾气排放来治理。尾气排放物有两种类别,一是排放一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOX)、碳氢化合物(CH),二氧化硫(SO2)、微颗粒(PM),及其派生的光化学烟雾,这是构成对社会的直接污染,特别对人们的呼吸系统上危害,这叫“社会性污染”,国际上多仿照欧盟汽车排放标准来治理。一是以排放二氧化碳(CO2)为主,还有甲烷(CH4)、一氧化二氮(N20)、氟氮化碳(CFC)等微量气体,这构成对地球性污染,产生温室效应,反过来对社会产生巨大危害。为了减少汽车对社会和地球的危害,我们主要是采取“节能和低碳”举措,而且多年来不断进行科技和管理机制创新,以提升效应。

这里先谈谈汽车排放 CO2的低碳化措施。在 1997 年“京都治理气候会议”之后,全球主要国家都对防控 CO2排放制定限值目标,这是本世纪初IPCC 对主要国家车辆 CO2排放的水平分析。

各国(地区)车辆统一从 CO2 排放衡量的水平比较。

那时美国单车 CO2排放量最高,特别是美国的加利福利亚最为严重,但经采取措施,加州的汽车 CO2排放减少有明显效果,即在 2010 年单车平均 CO2排放量的 285g/km,到 2016 年降到 193 g/km,接着加州大力开展汽车污染治理,当前加州天气清洁度已成为世界的典范。

到 2019 年按国际能源署(IEA)对全球汽车燃油经济性测试表示,单车 g/km CO2排放状况:美国 198、加拿大 206、菲律宾 196、俄罗斯 192、智利 189、澳大利亚 188、秘鲁 187、埃及 187、阿根廷 187、印尼 184、泰国 180、巴西 179、南非 176、墨西哥 175、中国 175。中国还居于与中度排放的水平,而美国则是大排量车多,特别是皮卡车,多到山区、海边非正规路面上跑着玩的多,而菲律宾等发展中国家多用老车型,技术水平低、耗油多,污染大。

在本世纪初,欧洲汽车制造商协会报告,主要型号车辆在法国应用的测试水平看,各国车辆单车的 CO2排放水平很有特色,雷诺最低 2004 年为148g/km,而保时捷最高达到 321g/km。

不同制造商在法国的平均排放 CO2值

按欧盟标准,在 2008 年新车平均 CO2 排放量应达到 140 g/km,2012年为 120 g/km,2020 为 95 g/km,并规定在 2021 年新车出来不达标的要重罚,并规定 2025 年要达到 80.75 g/km,2030 年达到 61.75g/km 的标准。

这样按欧盟标准的要求,法国政府于 2012 年实施 bonrs-malus 计划,规定 CO2排放小于 60 g/km 奖励 5000 欧元,101~120g/km 奖励 700 欧元,如超标,166~200g/km 罚 750 欧元,超过 200 g/km 罚 2600 欧元。

英国 SMMT 发布 2008 新车平均 CO2排放量为 158g/km,比 2007 年减少 4.2%,比 2006 年减少 6.8%,在 2010 年前英国车型平均值在 130g/km水平。

在 2006 年英国 Docklanks 绿色大赛中测定 CO2 排放量。丰田 Prius混合动力车为 104g/km,本田 Civic 混合动力车为 109g/km,雷克萨斯 SUV为 192.8g/km,丰田 Aygol1.4 柴油为 113g/km,德国 Smart 小型轿车 113g/km,萨博乙醇 2 升机柴油为 64 g/km,FordFocus 生物乙醇为 54.7g/km,雪铁龙3(带自动停车装置)4 缸机为 133 g/km,总之,大家对汽车的 CO2 的排放都很重视都有进步,但仍在减排艰难的征途上前行。

汽车生产商努力实现 CO2排放 140g/km 的目标

正是由于科技不断创新,环境不断变化,各主要国家对车辆 CO2排放都按国情提出各种新的绿色低碳思路和行动。

我国从国情出发,在 2020 年乘用 CO2排放水平,处于国际中上水平,B 级乘用车 CO2平均排放值处在 258.8g/km 水平,减碳任务仍艰巨。

据中国汽车研发中心测算,汽车碳排放占我国交通排放 80%以上,占全社会碳排放 7.5%左右,2020 年汽车使用阶段碳排放 7.2 亿吨,占汽车碳排放总周期量九成。传统内燃机汽车保有量比很大,使用的化石燃料很多,这是造成汽车使用阶段碳排放高的主要因素。

美国环保局在 2021 年 12 月 20 表示,“我们正制定强有力,严格的标准,这将积极减少汽车排放对人类和地球造成的污染和伤害……”。确定2026 年 CO2 排放是限值在 171 克/英里,这是取代特朗普政府确定上线的208 克/英里的进步修正。国务卿安东尼·布林肯说:拜登·哈里斯政府将比历史上任何一届政府更加努力应对气候变化的危机,我们的未来取决于我们今日所做的选择。

进入新世纪,日本在“环境立国”战略和“低碳社会行动”指引下,是比较重视应对气候变化行为,采取相应对策和行动,显得比较积极和主动,计划在 2050 年之前将温室气体净排放降为零。汽车产业是日本经济的重要支撑点,将在碳排放约束中实现强劲的变革。在内燃机汽车上首先推行混合动力汽车,把混动汽车推向大量化、产业化、全球化市场上应用,而且不断创新改进,是世界上生产和销售,出口混动汽车最多的国家。21世纪初本田汽车公司福井威夫说:日本汽车要领居世界前列,是靠“混”出来的,这叫先“混”后“电”,就是燃料电池汽车。

当代中国也很现实的成为混合动力新兴发展的车种,既减排又节能,这是零碳汽车的很好过渡办法。

现在我们谈内燃机汽车排放限值标准问题。

按欧盟制定的汽车尾气排放污染物的控制状态,在 1993 年实施欧一标准,到 2009 年已实施欧二标准,现在已实施欧六标准,从节能角度汽车用燃油少了,对碳排放自然也减少,这主要是利用节能办法来实现的,当然这对社会空气的净化也起到很重要的作用,因为汽车在道路上跑的太多了。

欧盟制定的汽车尾气排放污染物的控制图

欧洲标准汽车排放限值表

根据 ICCT 资料部分内燃机汽车节能技术对。CO2 减排效果是:气缸停缸 3.5~5.8%、缸内直喷 1.5%、汽却式废气再循环 1.7~5.3%、48V 轻度混动技术 10.5~12.9%、高压缩比发动机 10.1~14.1%、电驱动压缩机 5%,米勒循环发动机是 12.4~20.3%。可见内燃机汽车节能技术为排碳立功的窍门还不少。

现在欧盟正规划在 2026 年前推行欧七排放标准,包括各种类别车辆,如重卡等,欧七排放 CO2由现在 500~1000kg/km 降到 100-300kg/km,氮氧化物降到 30kg/km 等,提案建议该系统监控要确保 150000 英里(241401公里),要求十分苛刻。据说有关人士表示欧七标准还会提前实施。

我国的生态环境部、工信部、商务部、海关总署公告,要在 2020 年 7月实施国六 A 标准,2023 年 7 月实施国六 B 标准,禁止生产国五排放轻型汽车,进口汽车也要符合国内标准。由于国六标准技术实施难度比较大,各省市推行时间有的提前,有的要推迟。对国六标准作了过渡安排分为国六 A,相关数值要求低些,最终为国六 B,这才是真正终极的要求。现在北京、广东已经开始实施国六 B 标准了,而且最近海南省公示,禁销内燃机汽车,全省实行汽车电动化。据了解国六 B 比国五在一氧化碳,氮氧化物,时颗粒物排放上加严了 30-50%。

与此同时,国家还积极推行天然气汽车,数据显示,天然气汽车 CO2排放,轻型车可减少 50%以上,重型卡车可降低排放 8%。

此外,近来还应用醇类燃料发动机,如甲醇和乙醇,这可与汽柴油一定比例掺烧,也可以直按作为醇类燃料作为发动机一种替代品。目前仍处于初期应用状态,推行情况,还有待观察。

我想再谈谈一些大家感兴趣,也都在试运作中的奇特内燃机汽车。

HCCI 指的是“均质充量压燃发动机”。它是一种往复式汽油机为基础的新型燃烧模式,柴油机也可用。主要是通过高压缩比,现已达 17 压缩行程,均质混合达到自燃特点。这样有效地解决燃油高质量的运作程序,大幅提升尾气排放水平,特别是降低 NOx 和 PM 的排放。

目前国际上,包括我们多家汽车公司都在研发样机并取得较好的进展,这同样对 CO2排放起到良好降低水平,但由于形成高温均质混合燃烧的均质补偿比较难,还不断的在改进中,真正实用化还难预测。

HCCI 更清洁更有效的引擎

2020 年 5 月马自达昂克塞拉轿车,称是世界上首台推出应用 HCCI 发动机的商品

空气汽车:可以说是一种另类汽车,是以空气作为一种二次能源,通过空气发动机经压缩、充气、造功,完成发动机功能,再由变速箱,传动机构、驱动汽车行进,空气缸用 300 大气压装置,它的最高时速可达 120公里,加速能力到 50 公里为 6 秒,行车距离 250 公里或 12 小时,现在南非、墨西哥已成为小批量运输工具。我早在法国看过样车。

近来我们也研发出空气客车,空气小型汽车,今后如何应用还待研究。国际汽车专家认为,这种不耗油、不耗电,只吃空气就能跑,不管其功能比汽车差,但还是一个可用的动力源。

空气动力发动机

中国试制空气动大客车

氢能发动机汽车:氢能汽车是以氢作为能源所产生化学转换为机械能以推动的车辆。目前氢能汽分为两种,一是氢内燃机汽车(HICEV),一是氢燃料电池汽车(FCEV)。

这里讲的是氢内燃机汽车(HICEV),这是用现有的内燃机为基础稍加改装而成的,使内载满的氢气缸,及吸取空气中的氧气,混为一体而燃烧产生动力,推动汽车运行。

近来维柴、玉柴和北京理工大学合作推出商用车氢内燃机汽车,标志着我们汽车氢能利用的具有一定意义的重要成果,为国家实施“双碳”目标开拓的一个新领域。

在一汽集团由研发总院研发“红旗”2.0L 氢能内燃机(HICEV)汽车也顺利交付试运行,这标志着“红旗”品牌零污染,零排放的重要成效。当然一汽集团还有很优秀的氢燃料电池汽车(FCEV),这以后再作推介。

一汽“红旗”轿车上氢气内燃机

我这里作了不少传统内燃机汽车新科技简要推介,最终目的是为了在相当时段里更好的推动内燃机汽车产销量的增长,成为扩内需展外需,“双需”的发达,以及推动“双碳”目标的推进工作尽微薄之力。

作者近来在解放牌汽车展示台上留影

(说明:由于汽车 CO2排放数据来源很多,可能在不同时间,不同车种,各有依据,又有区别,这有待我们多收集多观察)

区块链走势还不错,不过显然强度是不够的,预计是震荡走高为主了,数字货币是个很重要的东西,后续预计会不断活跃。
汽车配件方向,只给大家提个万向钱潮,走势上来说,这几天大跌压根不跌,资金还在买入明显就是异常,子公司跟大众有关。
免税方向版块跌停的很多,不过版块有个海汽集团顽强涨停,这里要跟大家说一下,这种明显逆势的个股肯定是有原因的,没有无缘无故的上涨,具体不方便给大家透露太多。
这里只给大家个图,其他的自己去挖掘了,本来给大家透露消息已经得罪不少人了,再得罪更多人的话会被针对只会对大家更不好

【原创好文】设备综合效率OEE和计算方法#OEE# #六西格玛# #精益生产管理# #智能制造#
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OEE(Overall Equipment Effectiveness),即设备综合效率,其本质就是设备负荷时间内实际产量与理论产量的比值。企业在进行OEE计算时常常遇到很多迷惑的问题,如工厂停水、停电、停气等使设备不能工作,等待定单、等待排产计划、等待检查、等待上一道工序造成的停机,不知如何计算。本文引入非设备因素停机的概念,修改了OEE的算法,使计算得到的OEE更能够真实反映设备维护的实际状况,让设备完全利用的情况由完全有效生产率这个指标来反映。更有利于管理观测分析聚焦解决问题,那OEE对什么样的生产线适用?
简单的概括就是单机和已设备为主的流水线都适合这样的指标来反映。

01OEE表述和计算实例
OEE= 时间开动率×性能开动率×合格品率
其中,时间开动率 = 开动时间/负荷时间
而,负荷时间 = 日历工作时间-计划停机时间
开动时间 = 负荷时间 – 故障停机时间 – 设备调整初始化时间
性能开动率 = 加工数量×理论加工周期/开动时间
合格品率 = 合格品数量/ 加工数量
在OEE公式里,时间开动率反映了设备的时间利用情况;性能开动率反映了设备的性能发挥情况;而合格品率则反映了设备的有效工作情况。反过来,时间开动率度量了设备的故障、调整等项停机损失,性能开动率度量了设备短暂停机、空转、速度降低等项性能损失;合格品率度量了设备加工废品损失。
OEE还有另一种表述方法,更适用于流动生产线的评估, 即
OEE= 时间开动率×性能开动率×合格品率
而,时间开动率 = 开动时间/计划利用时间
而,计划利用时间 = 日历工作时间-计划停机时间
开动时间 = 计划利用时间 – 非计划停机时间
性能开动率 = 完成的节拍数/计划节拍数
其中,计划节拍数 = 开动时间/标准节拍时间
合格品率 = 合格品数量/加工数量
这与前述的OEE公式实际上是同一的。

02流水线OEE表述和计算实例
OEE= 时间开动率×性能开动率×合格品率
需要这里说明的是这里默认一台机停了,整条线都要停的原则来收集统计的数据,如果不是请遵照单机收集方可有意义;
其中,时间开动率 = 开动时间/负荷时间
而,负荷时间 = 日历工作时间-计划停机时间
开动时间 = 负荷时间 – 故障停机时间 – 设备调整初始化时间
性能开动率 = 加工数量×理论加工周期/开动时间
*注意:这里的理论加工周期是遵循瓶颈机器作为基准计算的*
合格品率 = 合格品数量/ 加工数量
*注意:这里的合格品数量是遵循最终下线合格数量作为基准计算的*

03OEE的实质
如果追究OEE的本质内涵,OEE是企业管理作为评估和分析改善用的指标,核心是在后者,如果单从评估角度看待也可以采用简易算法,其实就是计算周期内用于加工的理论时间和负荷时间百分比,请注意,当展开OEE公式,有OEE = 时间开动率×性能开动率×合格品率
= (开动时间/负荷时间)×(加工数量×实际加工周期/开动时间)×(理论加工周期/实际加工周期)×(合格产量/加工数量)
= (开动时间×加工数量×实际加工周期×理论加工周期×合格产量)/(负荷时间×开动时间×实际加工周期×加工数量)
约去分子、分母的公因子,OEE = (理论加工周期×合格产量)/负荷时间 = 合格产品的理论加工总时间/负荷时间
这也就是实际产量与负荷时间内理论产量的比值。
例如设ME243设备某日运转情况如下:
A:当日之实勤时间=60分×8小时=480分
B:当日之计划休止时间(生产计划上之休止、计划保养之休止、朝会及其他管理上之休止时间合计)=20分
C:当日之停止损失时间(故障20分,换型准备20分,调整20分)=60分
D:当日之生产量=400个
E:良品率=98%
F:理论(或基准)周程时间=0.6分/个
G:实际周程时间     =0.8分/个
试求算设备综合效率?
设备综合效率=时间运转率×性能运转率×质量合格率
=0.87×0.6×0.98×100%=51.2%
从案例中不难看出设备综合效率=一次合格品数*标准节拍时间/负荷时间

04OEE的本质内涵,利用OEE进行损失分析
既然上述的计算方法可以如此简单,那么为什么要用这么复杂的公式呢?主要是为了分析问题。计算OEE值不是目的,而是为了分析六大损失。设备的OEE水平不高,是由多种原因造成的,而每一种原因对OEE的影响又可能是大小不同。在分别计算OEE的不同“率”的过程中,可以分别反映出不同类型的损失。进一步,我们还可以结合运用PM分析方法, 对OEE不高的原因进行分析。
例如,当设备的OEE水平不高,从OEE计算看出是时间开动率低下,于是将时间开动率用方框框起来,再问为什么时间开动率不高,发现是设备故障引起,再继续往下分析,直到找出根本原因为止。

05OEE 计算中遇到的困难和解决方案
我们在计算OEE时,遇到计划停机以外的外部因素,如无订单、停水、电、气、汽等因素造成停机损失,常不知把这部分损失放到哪部分去计算。有人把它们列入计划停机,但它们又不是真正意义上的计划停机。如果算做故障停机,但又不是设备本身故障引起的停机。各个企业的计算五花八门,失去相互的可比性。当我们把OEE的计算作一扩展,给出“设备完全有效生产率(TEEP)”这一新概念和新算法,上述的问题可以迎刃而解。

06引入TEEP条件下OEE公式的修正
在引入TEEP条件下, 因为我们已经把非设备因素( 即设备外部因素)1引起的停机损失分离出来,作为利用率的损失来度量,故在计算OEE时,设备的时间开动率就要做相应调整。
在TEEP计算中
设备利用率 =(日历工作时间—计划停机时间—设备外部因素停机时间)/日历工作时间
正确的OEE计算,应该有设备时间开动率 = 开动时间/负荷时间,其中,负荷时间 = 日历工作时间—计划停机时间—设备外部因素停机时间
开动时间 = 负荷时间—设备调整初始化时间(包括更换产品规格、更换工装模具、更换刀具等活动所用时间)
其他公式的算法和项目内容不变。
这样计算得到的OEE可以准确反映设备本身的问题,能够客观评价企业的设备管理水平,同时也不会使企业之间的OEE因理解与算法不同而不可比。如果要全面反映企业设备效率,即把所有与设备有关和无关的因素都考虑在内,则可以通过TEEP来反映。
企业OEE计算疑惑辨析
笔者根据众多企业的统计和计算实际,提出将OEE公式的计算方法加以修正。原来的★ 负荷时间=日历工作时间—计划停机时间
现在修正为:
★ 负荷时间=日历工作时间—计划停机时间—非设备因素停机时间原来的★ 开动时间=负荷时间—故障停机时间—安装、调整和初始化停机时间, 仍保持不变,上述的“非设备因素停机”包括开工不足停机、等待订单、等待计划排产、因企业系统管理不善或外部环境而造成的停水、停电、停汽、停气,使需要上述供给的设备停机。上述的停机损失并不属于停机设备本身的问题,而是大系统对设备的影响。上述的“计划停机”应界定为设备生产前后的例行保养,如加油、加冷却剂、停机点检、清扫、紧固、升温、预热、升速等活动。计划停机应不包括因更换产品而造成的工、模、夹具更换,设备参数调整所造成的停机。这样修正之后所计算得到的OEE,基本反映了设备本身人一机系统的维护状况。而全面设备效率发挥状况可以由完全有效生产率来反映,
★ 完全有效生产率=设备利用率×设备综合效率(OEE)
其中,★ 设备利用率=(日历工作时—计划停机时间—非设备因素停机时间)/ 日历工作时间
由此看出,完全有效生产率把因为设备本身保养不善的损失和系统管理不善、设备产能不平衡、企业经营不善损失全面地反映出来。而OEE的计算公式则主要反映了设备本身的系统维护、保养和作业效率状况。上述OEE的计算中,合格品率既反映了设备状况不良损失,又反映了操作、工艺执行、参数控制方面的损失。从设备管理的角度来看,合格品率不一定全面、真实地反映设备维护、保养水平。笔者建议引入一个纯设备合格品率的概念,
即★ 纯设备合格品率 =合格品数量/(生产数量—非设备因素废品数量)由此引出了纯设备OEE的概念,简记为OEE纯 ,即
★ OEE纯 = 时间开动率×性能开动率×纯设备合格品率
这里的时间开动率是上述经过修正的公式,性能开动率的定义不变。OEE更集中反映了设备维护、保养水平。完全有效生产率的公式不必修改。OEE纯仅仅是为了集中、客观反映设备维护、保养水平。因为完全有效生产率就是全面反映设备的总效率状况,没有必要分清哪些是因为设备,哪些是来自设备以外的因素。
另外,有些企业在OEE计算时,出现了性能开动率大于100%的状况,甚至有的高达150%。众所周知,
★ 性能开动率=净开动率×速度开动率其中,
★ 性能开动率=(生产数量×实际加工周期)/ 开动时间
性能开动率反映了实际加工产品所用时间与开动时间的比例,它的高低反映了生产中的设备空转,无法统计的小停机损失。净开动率是不大于100%的统计量。问题就出在速度开动率上。
★ 速度开动率=理论加工周期/ 实际加工周期
原则上,理论加工周期不大于实际加工周期,即速度开动率是不大于100%的统计结果。
有的企业设备加工运转速度超出了设计速度,这样使速度开动率超过100%,进而使性能开动率超过100%。笔者认为,速度开动率超过100%是不合理、也是不可取的,理由如下:
1、如果设备开动速度超过了设计速度,就如同设计负荷5吨的大桥开过8吨的汽车一样,是掠夺性的使用设备,是不可取、不科学的做法,不应提倡。
2、若设备的原设计指标保守,根据实际,设备开动速度可以提升。经过论证,这种提升不会造成对设备的损坏。那么,应该改变设备的设计速度指标,即理论加工周期,使速度开动率始终保持为一个不大于100%的统计结果。
3、因为异常提升设备运行速度(使设备过早进入耗损故障状态)造成速度开动率不正常的夸大,得到较高的OEE水平,掩盖了设备维护不当等问题,可能误导企业,不利于激发设备管理者对人—机系统六大损失的攻关和控制。
总之,让OEE应保持为一个不大于100%的统计量,可以激发企业始终不渝地致力于OEE的提升。

07结语
本文根据企业的运行实际,提出修正的OEE算法,又提出OEE纯的概念。同时澄清了速度开动率的统计计算问题。如果企业OEE的计算按笔者介绍的规范算法统一起来,就可以使这一指标横向、纵向可比。同时可以使这一指标客观反映设备维护状况,成为引导设备管理进步的积极因素。


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