铸造是制造业的基础,也是国民经济的基础产业,砂型铸造应用广泛,但能量消耗大、环境污染严重,存在着巨大的节能减排潜力。本研究针对砂型铸造过程碳排放、碳效率建模问题,着重研究了砂型铸造低碳过程模型、砂型铸造过程碳排放量计算、碳效率计算、低碳对标以及碳效率提升有效性评价等内容。针对铸造工序运行状态过程模型的构建问题,研究了砂型铸造低碳过程及其碳排放特性,建立了基于事件工序节点的扩展有向权重砂型铸造过程模型。首先,对砂型铸造生产过程及其碳排放特性进行分析,提出了面向低碳铸造的砂型铸造过程事件工序节点构建方法,描述了事件工序节点关系及工序事件的定义,建立了基于事件的工序节点和工序事件状态矩阵及其变换模型；针对模型描述的需求,建立基于事件工序节点的扩展有向权重砂型铸造过程模型,从而实现对铸造过程工序运行状态与各种对象之间的描述,为下一步砂型铸造过程碳排放量计算与分析提供研究基础。针对铸造过程碳排放量的分析与计算问题,研究了铸造过程碳排放量计算方法,提出了基于工序碳源的砂型铸造过程碳排放计算方法。首先,根据砂型铸造碳排放特性以及过程模型,建立了八类砂型铸造工序特征要素、五类基础砂型铸造工序碳源以及砂型铸造工序碳源的构建规则,实现对铸造过程的分解；在工序碳源基础上,研究并描述了砂型铸造过程模型工序碳源的扩展模型；接着,提出了空载(待机)工序碳源、负载工序碳源、物料消耗工序碳源、能源消耗工序碳源以及非期望工序碳源的碳排放量计算方法,实现了砂型铸造过程工序碳排放量的计算。针对铸造过程的碳效率计算及低碳对标问题,研究了铸造过程碳效率影响因素,提出了基于工序碳源的砂型铸造过程碳效能力计算方法和低碳对标模型。首先,对砂型铸造过程碳效率影响因素进行分析,并给出了碳效率的定义,提出了基于工序碳源的砂型铸造过程碳效能力计算模型,构建了基于分层递阶的生产能力模型,在此基础上,分别提出了四个层次的碳效率和生产能力综合碳效率计算方法；其次,构建了基于灰色关联分析的砂型铸造过程碳效率评价模型,实现了从碳效率角度的砂型铸造工艺路线的碳效率最优综合评价；接着,在工序碳源和碳效模型基础上,提出了砂型铸造低碳对标模型的体系结构,建立了砂型铸造工序编码模型、工艺路线结构变换模型；提出了从工艺路线相似度和工序碳源相似度两个角度出发的对标相似度模型；最后,从对标工序碳排放量角度出发,构建了砂型铸造过程低碳对标计算模型,从不同层次和角度实现铸造过程的碳排放对标,指导企业有针对性的找出标杆对象并进行比较。针对铸造过程节能降耗措施的有效性问题,提出了砂型铸造过程碳效率提升有效性评价和计算方法。首先,建立了基于成熟的砂型铸造过程碳效率等级结构,给出基于成熟度的碳效率等级定义,提出了砂型铸造过程碳效率等级工序模块域的构建方法以及碳效率等级提升能力的描述模型；其次,提出砂型铸造碳效率等级判定方法和等级标杆路线关联模型,实现碳效率等级标杆路线的确定；接着,分析方案有效性的影响因素,构建影响因素的确定模型,根据提升方案的优势度提出了基于优势度的碳效率等级提升方案有效性的评价方法；最后,根据有效性评价结果,提出了基于马氏距离的砂型铸造过程碳效率提升有效性计算方法,实现了方案实施后有效性的预估与比较。最后,对全文的工作进行总结,归纳了创新点,并对后续研究工作进行展望和讨论。