إن تنفيذ مبادئ الاقتصاد الدائري في عمليات هندسة النظم هو نهج ابتكاري لإيجاد نظم مستدامة وفعالة، ويركز على الحد من النفايات، وزيادة استخدام الموارد إلى أقصى حد، وتصميم المنتجات والعمليات المسؤولة بيئياً طوال دورة حياتها، وهذا التحول من النماذج التقليدية ذات القيمة المضافة إلى المهندسين والمنظمات الذين يُطلق عليهم اسم " المستلزمات " ، إلى إعادة النظر في كيفية وضع النظم وخطوات الهندسة المتطورة والمتقاعدة.

Understanding Circular Economy in Systems Engineering

الاقتصاد الدائري هو نموذج يتناقض مع النظم التقليدية للخطوط، التي تتبع نمط " التصريف المؤثر " ، بل يركز على تصميم نظم تعزز إعادة الاستخدام وإعادة التصنيع وإعادة التدوير، مما يقلل من الأثر البيئي وتحفظ الموارد، وفي هندسة النظم، يعني ذلك النظر إلى كل نظام فرعي ومكون وتدفق مادي كجزء من حلقة مغلقة تُصمم فيها النفايات من البداية.

(أ) تركز هندسة النظم تقليدياً على تحقيق الأداء الأمثل والتكلفة والجداول، ولكن عندما يضاف التعميم كشرط أساسي، يجب أن يحسب المهندسون متغيرات مثل ندرة المواد، والسمية، والتصليح، وإعادة التدوير، مثلاً، يمكن لنظام دائري أن يعطي الأولوية للهياكل الأساسية التي تتيح رفع مستوى المكونات الفردية دون التخلص من التجمع بأكمله، كما يمكن أن يحدد المواد التي يمكن إعادتها بأمان إلى الصناعات الثانوية ذات الجودة العالية.

ويتطلب إدماج مبادئ الاقتصاد الدائري في هندسة النظم تحولاً في التفكير من اعتبار النفايات منتجاً ثانوياً لا يمكن تجنبه إلى الاعتراف بها كمورد خارج المكان، وهذا النموذج الذي يُدعى أحياناً [(FLT:0]]] التصميم الإبداعي ، يتوافق مع أهداف الاستدامة الأوسع نطاقاً مثل أهداف التنمية المستدامة والالتزامات الصافية للشركات.

المبادئ الرئيسية للتكامل

ولإدماج التعميم في هندسة النظم، ينبغي للممارسين التركيز على مجموعة من المبادئ الأساسية التي تسترشد بها عملية صنع القرار من مفهوم إلى إغلاقها، وتتوسع القائمة أدناه في المبادئ المشتركة وتضيف عدداً منها ذا أهمية خاصة بالنسبة للنظم الهندسية المعقدة.

  • Design for Longevity:] Creating systems and components that last longer and can be easily maintained or upgraded. This involves selecting durable materials, using corrosion-resistant coatings, and designing for easy access to replaceable parts. In software systems, this translates to clean, modular code that can be fixed or refactored over time.
  • Resource Efficiency:] Optimizing the use of materials to reduce waste during manufacturing and operation. Techniques include light weighting, additive manufacturing (3D printing) to reduce material waste, and just-intime production that minimizes inventory. Energy and water efficiency are also critical resource considerations.
  • ]Recycling and Reuse:] Incorporating processes that allow materials to be recovered and reused at the end of a system’s life, this requires clear labeling of materials, designing for easy separation of different material streams, and establishing reverse supply chains. For electronics, this may involve designing printed circuit metals that can be easily depopulated and the
  • (أ) أن تتحول من الملكية إلى نماذج قائمة على الخدمات لتشجيع تقاسم الموارد وإعادة استخدامها، بدلا من بيع نظام، تحتفظ الشركة بملكية ورسوم للأداء أو الاستخدام، مما يشجع على قابلية التصليح والتصليح والارتقاء لأن الصانع يظل مسؤولا عن النظام طوال فترة حياته.
  • Modularity and Standardization:] Breaking systems into independent modules that can be swapped, upgraded, or recycled independently. Standard interfaces (mechanical, electrical, software) ensure compatibility across generations and suppliers. The modular design is a cornerstone of circular systems because it allows for whole replacement.
  • Deassembly (DfD): ] Creating systems that can be easily taken apart for repair, refurbishment, or recycling. This means using fasteners like beds or snap-fits instead of adhesives or welds, placing connections in accessible locations, and providing clear disassembly instructions as important.
  • Material Health and Circularity:] Choosing sustainable, recyclable, and non-toxic materials to facilitate reuse. Avoiding hazardous substances ensures that materials can be safely recovered and returned to production cycles. The Material Health) principle from the Cradle certification to
  • Data and Digital Traceability:] Using sensors, RFID tags, and blockchain to track materials and components across their life cycle. This data enables informed decisions about when to repair, upgrade, or recycle, and supports secondary markets for used parts. Digital twins can simulate end-of-life scenarios and optimize circular strategies.

التنفيذ في العمليات الهندسية للنظم

Integrating circular economy principles into systems engineering involves several strategic steps. These steps can be woven into existing process frameworks such as the INCOSE Systems Engineering Handbook or the ISO/IEC 15288 standard for system life cycle processes. Below are detailed actionsلكل مرحلة من مراحل دورة الحياة الهندسية

تقييم دورة الحياة

تقييم التأثيرات البيئية في كل مرحلة من مراحل حياة النظام لتحديد فرص التحسين، يجب أن يبدأ تقييم دورة الحياة في مرحلة التصميم المفاهيمي ويستمر من خلال التصميم المفصل، والتصنيع، والتشغيل، ونهاية الحياة، ويمكن أن تحدد أدوات التقييم الذاتي الكمي الكربون المجسد، واستخدام المياه، والسمية، واستنفاد الموارد، وتوفر معايير ISO 14040 و14044 إطاراً لإجراء خطط التكيف المحلية

التصميم لأغراض التفكيك

فإنشاء نظم يمكن تفكيكها بسهولة من أجل الإصلاح أو التجديد أو إعادة التدوير، وهذا يتطلب اختيارا دقيقا لأساليب التسارع التي تستخدمها شركات العجلات القابلة لإعادة الاستخدام بدلا من الرش أو الحامد الدائم، وتصميمها من أجل الحد الأدنى من الخلط بين المواد، كما ينبغي للمهندسين أن يخططوا لترتيبات الاضطرابات: ينبغي أن تكون المكونات التي تواجه صعوبات في الخدمات أقصر مدى يمكن الوصول إليها أكثر من غيرها.

اختيار المواد

اختيار مواد قابلة للاستمرار وإعادة التدوير وغير سمية لتيسير إعادة الاستخدام، ويشمل ذلك مواد فحص للتأكد من توافقها مع البنية التحتية لإعادة التدوير، وتفادي المركبين المتعددي المواد الذين يصعب فصلهم، وتفضيل محتوى متجدد أو معاد تدويره، وينبغي أن تحتفظ الأفرقة الهندسية بقاعدة بيانات للمواد ذات القياسات التعميمية مثل معدل إعادة التدوير، والمحتوى المعاد تدويره، والتحلل البيولوجي.

تعاون أصحاب المصلحة

(ج) إشراك المصممين والمصنعين والمستعملين ومجهزي إعادة التدوير في تعزيز العقليات التعميمية؛ ولا يمكن لهندسة النظم العناقية أن يحدث في صومعة؛ ويحتاج إلى مدخلات من كل من يلمس المنتج؛ وقد يساعد الاشتراك المبكر للمجهزين النهائيين (المدوّنين، والمرتجلين) على تحديد حواجز التصميم أمام الانتعاش.

التوائم الرقمية والحياكة

استخدام تكنولوجيا التواؤم الرقمية لنموذج سيناريوهات دورة الحياة والاختبارات بدون وضع علامات بدائية، يمكن للتوائم الرقمي أن يحيّز تسلسلات مختلفة من التشوهات، ومعدلات استرداد المواد، وتكاليف نهاية العمر، ويمكنه أيضاً تعقب كل عنصر من خلال دورة حياتها، وإثارة التحذيرات عندما يكون النفقة في منتهى أو عندما يصل جزء منها إلى نهاية العمر الافتراضي، والتحسينات الرقمية في المستقبل تقدم

برامج السوقيات العكسية والتعبئة

(ب) إنشاء عمليات لإعادة المنتجات في نهاية الحياة، ويشمل ذلك تصميم العبوة التي يمكن إعادة استخدامها عدة مرات، وإنشاء نقاط لجمعها، وإقامة شراكات مع مقدمي الخدمات اللوجستية من طرف ثالث، ويجب على مهندسي النظم أن يحددوا كيف سيعاد النظام ويفككوا ويجهزوا، وبالنسبة للمعدات الرأسمالية الكبيرة، قد ينطوي ذلك على خدمات وقف التشغيل في الموقع، وتوضيح بطاقات التعريف والوصلات الموحدة لتبسيط التدفق العكسي.

نموذج الابتكار في مجال الأعمال التجارية

:: التحول من بيع المنتجات إلى تقديم الخدمات (مشروع " شركة " ) - في نموذج " باس " ، يحتفظ المصنع بملكية النظام، الذي ينسق حوافزه مع القابلية للدوام والتعميم، ويجب على المهندسين تصميم نظم قادرة على تحمل دورات الاستخدام المتكررة، ومن السهل الحفاظ عليها، ويمكن رفع مستواها، كما ينبغي أن يُدرجوا في حساب المسافات الطويلة على حساب الاستخدام و " سندات " .

الفوائد والتحديات

ويمكن أن يؤدي اعتماد مبادئ الاقتصاد الدائري إلى فوائد كبيرة، بما في ذلك انخفاض الأثر البيئي، ووفورات التكاليف، وتعزيز الابتكار، غير أنه يجب التصدي للتحديات من قبيل تكاليف التنفيذ الأولية، وتعقيد سلسلة الإمداد، والحاجة إلى نماذج جديدة للأعمال التجارية من أجل تحقيق هذه الفوائد على نحو كامل.

الاستحقاقات

أما الفوائد البيئية الرئيسية فهي الحد من استخراج المواد الخام وتوليد النفايات، إذ أن نظم التعميم تستهلك موارد أقل وتنتج قدرا أقل من التلوث عبر دورة حياتها، ومن الناحية الاقتصادية، يمكن للشركات أن تقلل من تكاليف المواد عن طريق إعادة استخدام المكونات وبيع المواد المستعادة، كما أن عقود الصيانة والخدمات تصبح مجاريا جديدة للإيرادات، والمنتجات المصممة لبناء الولاء لدى العملاء، وتحفز الابتكار على إيجاد حلول للتحديات التعميمية، مما يؤدي إلى شراء البراءات والتصميم التنافسي.

وثمة ميزة أخرى تتمثل في انخفاض مخاطر سلسلة الإمداد، إذ إن الشركة، بالاعتماد على المواد المعاد تدويرها والأجزاء المُعاد تصنيعها، تُعدّ نفسها من تقلب أسعار المواد الخام والنقص المحتمل، وهذا القدرة على التكيف أمر يزداد أهمية مع زيادة وضوح ندرة الموارد، وبالإضافة إلى ذلك، فإن التعميم يتوافق مع الاتجاهات التنظيمية مثل قوانين المسؤولية عن المنتجين الموسعة، التي تتطلب من المصنعين تمويل إدارة نهاية العمر.

التحديات

والعقبة الرئيسية هي الاستثمار المباشر في إعادة التصميم وإعادة التأليف وإنشاء شبكات لوجستية معكوسة، وقد يتطلب تصميم المناهج مواد أو عمليات تصنيع أكثر تكلفة في البداية، كما أن مقاومة المنظمة يمكن أن تكون كبيرة: فقد تكافح الأفرقة المعتادة على نماذج الأعمال التجارية المتوازية لاعتماد مقاييس جديدة وطرق عمل، كما أن تعقيد سلسلة الإمداد مع وجوب التنسيق مع الجهات التي تعيد تدويرها، وتهيئها، وتتقاسم شواغل أصحاب المصلحة الآخرين في مجال الأمن.

وثمة تحد آخر هو الحاجة إلى المعايير والاعتماد، فبدون تعاريف مشتركة لـ " قابلة لإعادة التدوير " أو " نموذجية " قد تكافح الشركات من أجل الإبلاغ عن المطالبات التعميمية بصورة موثوقة، وظهور معايير مثل EN 45557 فيما يتعلق بالكفاءة المادية، و قد تتغلب مؤشرات الاقتصاد الدائري على نماذج القبول العالمية للتنمية المستدامة.

دراسات الحالة والتطبيقات العالمية الحقيقية

وقد نجحت عدة منظمات في إدماج مبادئ الاقتصاد الدائري في عملياتها الهندسية للنظم، وهذه الأمثلة توضح الخطوات العملية والنتائج المذكورة أعلاه.

صناعة السيارات - كاتربيار

وقد احتضن برنامج المطاعم منذ وقت طويل إعادة تصنيع مكونات المعدات الثقيلة، وتشمل عملية هندسة النظم التي تقوم بها تصميم دورات متعددة من دورات الحياة، مع وضع بروتوكولات مفصلة ومسارات لاسترداد المواد، حيث يتم إعادة المحركات، ونقل المواد، والمكونات الهيدروليكية، وتفكيكها، وتنظيفها، وتفتيشها، وإعادة بناءها إلى ظروف جديدة، وتُبلغ الشركة عن وجود تحسينات جديدة في إنتاجها بنسبة 85 في المائة.

نظام الوحدات - فيرفن

(فايرفون) شركة صناعية هولندية تعمل بالهواتف الذكية، قامت بتطبيق مبادئ التعميم من خلال تصميم هاتف نموذجي مع عناصر يسهل استبدالها مثل البطارية والشاشة ونموذج الكاميرا، وتعطي عملية هندسة النظم الأولوية لقابلية التصليح وإعادة التدوير، وتوفر الشركة قطع الغيار ودليل الإصلاح، ولديها برنامج للاسترداد يكفل تفكيك الهواتف النهائية واستعادة المواد.

الجهاز الصناعي - الرعاية الصحية فيليب

وقد نفذت مؤسسة الرعاية الصحية في الفلبين نموذجاً دائرياً لأجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي وغيرها من معدات التصوير الطبي، فبدلاً من بيع الآلات مباشرة، تقدم عقوداً " دفع مقابل الاستخدام " أو " الأداء المطلق " ، ويقوم مهندسو النظم بتصميم الآلات اللازمة لتحسين مستوياتها - وهي مكونات مثل المغناطيسات المتفوقة، وتُقدَّم إلى 20 سنة الأخيرة، بينما تُحدَّدَّدَّد في نهاية عقود الإنتاج الثانوي.

خاتمة

وتنفيذ مبادئ الاقتصاد الدائري في العمليات الهندسية للنظم أمر أساسي لتطوير نظم مستدامة ومرنة، ومن خلال ترسيخ هذه المبادئ، يمكن للمهندسين والمنظمات أن يسهموا في إيجاد كوكب أكثر صحة مع تعزيز الابتكار والفوائد الاقتصادية الطويلة الأجل، ويتطلب المسار المتعمد تحولا في كيفية تصميم النظم وصمتها وإدارتها، ويدعو إلى التعاون عبر التخصصات وسلاسل التوريد، والاستثمار في أدوات جديدة مثل نماذج الأعمال التجارية الرقمية وجوازات السفر المادية، والاستعداد لتجارب الإيرادات.

Regulatory pressure, consumer demand, and resource constraints will only expedite the adoption of circularity. Systems engineers have a unique opportunity to lead this transition by embedding circularity as a core requirement - not an afterthought. The principles and processes outlined in this article provide a starting point. To dive deeper, readers can explore the Ellen MacArthur