وقد برزت الهندسة الصناعية كإنضباط حاسم في الجهد العالمي لإلغاء النمو الاقتصادي من التدهور البيئي، ومن خلال التحليل المنتظم وإعادة تصميم نظم الإنتاج والخدمات، تمكن المهندسين الصناعيين المنظمات من تحقيق كفاءة أعلى مع الحد في الوقت نفسه من النفايات واستهلاك الطاقة واستخدام المواد الخام، كما أن حجم الأثر البيئي الصناعي يمثل عوامل تصنيع هائلة لنحو ثلث الطلب العالمي على الطاقة، كما أن حصة مماثلة من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون ستستمر دون تدخل متعمد.

تطور الهندسة الصناعية

وقد نشأت الهندسة الصناعية في أوائل القرن العشرين مع رواد مثل فريدريك تايلور وفرانك وليلين جيلبيث، الذين ركزوا على دراسات الزمن والحركة لتحسين إنتاجية المصنع، وعلى مدى العقود، اتسع المجال ليشمل بحوث العمليات وإدارة سلسلة الإمداد والهندسة للعوامل البشرية، واليوم، تدمج الهندسة الصناعية المحاكاة الحاسوبية، والمحللين المتقدمين، والنظم التي تفكّر في تحقيق أقصى قدر من الفعالية في العمليات المعقدة.

المبادئ الأساسية للهندسة الصناعية المستدامة

وتستند الهندسة الصناعية المستدامة إلى عدة مبادئ أساسية تسترشد بها عملية صنع القرار وتصميم العمليات، وتحرص هذه المبادئ على أن تكون الاعتبارات البيئية جزءا من كل مرحلة من مراحل الإنتاج، بدءا من مصادر المواد الخام للتخلص من المواد الخام.

نظم التفكير

ويقترب المهندسون الصناعيون من الاستدامة بصورة شاملة بدلا من أن يكونوا في سقف معزول، وهم يصممون النظم الإيكولوجية الإنتاجية بأكملها - بما في ذلك الموردون والمصنعون والموزعون والمعادن - لتحديد نقاط التأثير التي يمكن أن تحقق فيها التغيرات الصغيرة فوائد بيئية كبيرة، ويمنع التفكير في النظم من الآثار غير المقصودة، مثل الحد من النفايات في خطوة واحدة، مع زيادة استخدام الطاقة في مرحلة أخرى.

تقييم دورة الحياة

ومن الأدوات الرئيسية في مجموعة أدوات استدامة المهندس الصناعي تقييم دورة الحياة، ويصف قانون التجارة والبيئة الأثر البيئي لمنتج أو عملية من الحفر إلى القبر، ويشمل استخراج المواد الخام، والصناعة التحويلية، والنقل، والاستخدام، والتخلص منها، ويمكن للمهندسين، بتحديد المراحل الأكثر تأثيرا، أن يرتبوا أولويات جهود إعادة تصميم المنتجات، وعلى سبيل المثال، قد يكشف التقييم المحلي أن العبوة هي مساهم أكبر في إعادة استخدام المواد الكربونية بدلا من إنتاجها.

التحسين المستمر

إن منهجيات ليان وسيكما التي كانت منذ فترة طويلة من مراحل الهندسة الصناعية تُعير نفسها مباشرة للاستدامة، كما أن دورات التحسين المستمر - بين مهندسي شركة بلان دو - تشيك - أكتي - القادرين على اختبار التغيرات الإضافية التي تقلل من النفايات وتُبسط استخدام الموارد وتخفض الانبعاثات، وقد أدرجت شركات كثيرة الآن مقاييس الاستدامة في أحداثها التي وقعت في كايزن، مما يكفل تقييم كل عملية تغيير بالنسبة للأداء البيئي والمالي.

Key Contributions to Environmental Sustainability

ويقوم المهندسون الصناعيون بحفز المكاسب البيئية عبر مجالات متعددة داخل منظمة ما وتتراوح مساهماتهم بين توابل عملية التسوق والتحولات الاستراتيجية على نطاق المؤسسة.

العملية على الوجه الأمثل

ومن أكثر المساهمات المباشرة في الهندسة الصناعية، أن أفضل عمليات التصنيع الرامية إلى خفض الطاقة والنفايات المادية، وتكشف تقنيات مثل رسم خرائط مسار القيمة عن أنشطة غير قيمة مضافة تستهلك الموارد دون داع، مثلاً، أن عملية الإدارة السليمة بيئياً في مصنع للتصنيع المعدني قد تبين أن النقل المفرط بين وقود النفايات وزمن المشغلين، ومن خلال إعادة تنظيم مسلسل الخلايا، يمكن أن يؤدي نصف هندسة صناعية إلى قطع المسافة.

ويوفر النهج الديموغرافي للتنميط (Define, Measure, Analyze, Improve, Control) ستة إطار إحصائي صارم للحد من التقلبات، وعندما تكون العمليات أكثر اتساقا، ينتج عدد أقل من المنتجات العيبة، مما يعني أقل من الخردة، وقل دورات إعادة العمل، وانخفاض استهلاك المواد الخام، وفي صناعة الإلكترونيات، حيث تكون المعادن الثمينة والعناصر الأرضية النادرة باهظة التكلفة والمكثفة بيئيا من الألغام، مما يقلل من معدلات العيوب إلى 1 في المائة.

إدارة الموارد

ويعتبر الاستخدام الفعال للمواد الخام والمياه والطاقة أمراً أساسياً في الهندسة الصناعية، ويصمم المهندسون نظماً مغلقة حيث تصبح النفايات من إحدى العمليات مدخلاً في عملية أخرى، وفي مجال الصناعات الكيميائية، يمكن لنظم الاسترداد المذيبة أن تستعيد ما يصل إلى 90 في المائة من المذيبات المستعملة، مما يقلل بشكل كبير تكاليف الشراء والتخلص من النفايات الخطرة، وبالمثل، يقوم المهندسون الصناعيون بتنفيذ نظم لإعادة تدوير المياه في محطات تصنيع شبه الموصلات، حيث تكون المياه باه باهظة باهية باهظة باهظة باهظة باهظة ومكلفة للغاية.

وتمثل كفاءة الطاقة مجالا رئيسيا آخر، إذ يقوم المهندسون الصناعيون بعمليات مراجعة للطاقة، وتحديد التحسينات المنخفضة التكلفة مثل الإضاءة بالأشعة المبلَّغ عنها والسيارات المتغيِّرة السرعة، وتصميم نظم متطورة لإدارة الطاقة تكيف الاستخدام تلقائيا على أساس الطلب على الإنتاج في الوقت الحقيقي، ويمكن أن تؤدي نظم الحرارة والطاقة المجمَّعة التي تلتقط حرارة النفايات من توليد الكهرباء لتدفئة أو استخدام العمليات إلى زيادة الكفاءة العامة من 50 في المائة إلى 80 في المائة أو أكثر.

سلسلة الإمدادات واللوجستيات

ولا يقتصر الأثر البيئي للمنتج على بوابة المصنع، إذ يمثل النقل واللوجستي حصة كبيرة من انبعاثات غازات الدفيئة في العديد من الصناعات، ويقلل المهندسون الصناعيون من مسارات تحويل الأميال إلى الحد الأدنى من السفر، ويجمعون الشحنات لزيادة معدلات ملء الشاحنات، ويحولون الشحن من الهواء إلى السكك الحديدية أو البحر كلما أمكن، كما يصممون نماذج لشبكة التوزيع التي تُقرب من مراكز الطلب، ويُقصرون عمليات الجرد في المسافات.

تصميم المنتجات للبيئة

ويتعاون المهندسون الصناعيون مع مصممي المنتجات من أجل إدماج الاستدامة في مرحلة مبكرة من دورة التنمية، فالتصميم من أجل التجمع وتصميم التفكك وتصميم إعادة التدوير هي جميع النُهج التي تقلل من الأثر البيئي، وباختيار مكونات نموذجية يمكن إصلاحها أو تحسينها بسهولة، ومد المهندسين دورات حياة المنتج وتحويل النفايات من مدافن القمامة، مثلاً شركات الهواتف الذكية التي تصمم البطاريات التي يسهل استبدالها والتي تُن الصناعية - المُنَّة - المُنَة -

التكنولوجيات الداعمة للاستدامة

تعتمد الهندسة الصناعية الحديثة على مجموعة من التكنولوجيات المتقدمة لتحقيق أهداف الاستدامة، وتتيح هذه الأدوات الرقابة الدقيقة والرصد في الوقت الحقيقي وتحليل البيانات العميقة، مما يحول التطلعات البيئية إلى نتائج قابلة للقياس.

التلقائية والروبوت

فالتألق يقلل من النفايات عن طريق التمكين من التطبيق الدقيق للمواد والطاقة، فالأسلحة الآلية في كشك الطلاء مثلاً، تطبق المعاطف الدقيقة دون الإفراط في الرش، وتقطع استخدام الطلاء بنسبة 30 في المائة أو أكثر، وفي تجهيز الأغذية، تكفل أجهزة الاستشعار الآلية دقة أوقات الطهي ودرجات الحرارة، وتقضي على الطاقة المهدرة في التغليف أو إعادة العمل، كما أن الآلات التعاونية (الز) تقلل من خسائر المناولة المادية عن طريق التقاط.

Renewable Energy Integration

فنظم تصميم المهندسين الصناعيين من أجل تحقيق التكامل السلس بين مصادر الطاقة المتجددة - عمليات تصنيع الريح والحرارة الأرضية - الداخلية، وهي تُعدّل نماذج الطلب على الطاقة وتُضاهيها مع توليد الطاقة المتجددة المتقطع باستخدام استراتيجيات تخزين البطاريات أو الاستجابة للطلبات، وعلى سبيل المثال، قد يُحدّد مصنع عمليات الطاقة العالية مثل الحام خلال ساعات توليد الطاقة الشمسية لتحقيق أقصى قدر من الاستخدام المتجدد.

تحليل البيانات وشبكة الإنترنت

وتولد شبكات الاستشعار ومنابر ايوت تدفقا هائلا من البيانات عن درجة الحرارة والضغط والاهتزاز والرطوبة واستخدام الطاقة، ويستخدم المهندسون الصناعيون خوارزميات التعلم الآلاتي لكشف أنماط تدل على عدم الكفاءة أو الفشل في المعدات، ويمكن أن تحل الصيانة الافتراضية، على سبيل المثال، محل الاستبدال الروتيني بخدمة قائمة على الظروف، وتوسيع نطاق المعدات، وتقليل نفايات قطع الغيار.

التوائم الرقمية والحياكة

ويمكن للمهندسين، من خلال تحفيز التغييرات على بارامترات العمليات أو التصميم أو الجدول الزمني، التنبؤ بالأثر البيئي لكل بديل قبل تنفيذه، مثلاً، يمكن أن يؤدي التوأم الرقمي من خلية الأسمنت إلى تحقيق المستوى الأمثل من الوقود والمواد الخام للتقليل من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون مع الحفاظ على جودة الاختبارات.

سائقو السياسات الاقتصادية

والدفعة إلى الهندسة الصناعية المستدامة ليست مجرد تآلف؛ فالقوى الاقتصادية والتنظيمية القوية تتسارع في عملية التبني، وتنتج تكاليف الطاقة، ورسوم التخلص من النفايات، وضرائب الكربون حوافز مالية للكفاءة، وفي العديد من الولايات القضائية، تواجه الشركات التي تتجاوز أهداف الانبعاثات عقوبات شديدة، بينما تواجه الشركات التي تستثمر في التكنولوجيا الخضراء قروضا ضريبية أو إعانات.

ويحسب المهندسون الصناعيون عائد الاستثمار من أجل مشاريع الاستدامة، مما يجعل العمل في حالة القيادة، فعلى سبيل المثال، فإن الاستعاضة عن نظام جوي مكثف بنموذج أكثر كفاءة قد يكلف 000 100 دولار، ولكن يوفر 000 20 دولار سنويا في مجال الكهرباء، وينتج عن ذلك انتقاماً لمدة خمس سنوات في حدود العتبات العادية للشركات، وعندما يُراعى في تسعير الكربون، فإن فترة الانتقام تقصر أيضاً.

التحديات والاتجاهات المستقبلية

ورغم الفوائد الواضحة، فإن إدماج الاستدامة في الممارسات الهندسية الصناعية يواجه عقبات عديدة، وسيتطلب التغلب على هذه التحديات مواصلة الابتكار والتعليم والتعاون.

الحواجز الاقتصادية

ويمكن أن يكون رأس المال الأولي المطلوب للمعدات الفعالة للطاقة، أو منشآت الطاقة المتجددة، أو التشغيل الآلي المتقدم باهظا، لا سيما بالنسبة للمشاريع الصغيرة والمتوسطة الحجم، ويجب على المهندسين الصناعيين أن يضعوا نماذج تمويل مبتكرة، مثل عقود أداء الطاقة التي يتقاسمها البائعون في المدخرات، لجعل الاستثمارات الخضراء في متناولهم، وبالإضافة إلى ذلك، قد تتعارض فترات الانتقام الطويلة لبعض مشاريع الاستدامة مع دورات الإبلاغ القصيرة الأجل، مما يتطلب من المهندسين أن يصفوا بقيمة محددة من حيث الحد من المخاطر والميزات التنافسية.

الحواجز التكنولوجية

وفي حين أن العديد من التكنولوجيات المستدامة ناضجة، فإن إدماجها في النظم القديمة لا يزال معقدا، فإعادة تجهيز منشأة قديمة ذات أجهزة استشعار وضوابط تنطوي في كثير من الأحيان على تحديات غير متوقعة، مثل بروتوكولات الاتصالات المتعارضة أو الحيز المادي المحدود، ويجب على المهندسين الصناعيين تصميم خطط تنفيذ تدريجية تقلل من وقت العمل وتتيح إدخال تحسينات إضافية، كما أن سرعة وتيرة الابتكار تعني أن على المهندسين أن يستكملوا باستمرار مهاراتهم لتقييم الحلول الجديدة مثل خلايا الهيدروجين للوقود، واستيبات الكربون، وعمليات إعادة التدوير المتقدمة.

رد المنظمة

وإدارة التغيير جانب حاسم الأهمية، ولكن كثيرا ما يغفله، من مبادرات الاستدامة، وقد يقاوم العمال والمديرون الإجراءات أو التكنولوجيات الجديدة خوفا من فقدان الوظائف أو تعطيل الروتينات القائمة، ويستخدم المهندسون الصناعيون خبرتهم في العوامل الإنسانية والحركات الإبداعية في تصميم برامج التدريب وهياكل الحوافز التي تعزز عملية الشراء، ويزيد إشراك المشغلين في تصميم محطات عمل وعمليات مستدامة من الملكية ويقلل من المقاومة.

السياسات والتنظيم

وتحدد السياسات الحكومية الحدود التي يعمل بها المهندسون الصناعيون، وتضع الأنظمة المتعلقة بالانبعاثات والنفايات والاستخدام الكيميائي معايير دنيا، ولكنها يمكن أن تحفز الابتكار أيضا، غير أن السياسات غير المتسقة أو التي كثيرا ما تتغيّر تخلق عدم يقين يثني الاستثمار الطويل الأجل، ويدافع المهندسون الصناعيون عن أنظمة مستقرة قائمة على الأداء تكافئ الكفاءة على الامتثال الوصفي، كما يشاركون في اتحادات الصناعة التي تضع معايير طوعية مثل المعيار ISO 50001 لإدارة الطاقة، التي توفر أطرا لتحسين مستمر.

دراسات حالة في الهندسة الصناعية المستدامة

وتوضح الأمثلة على العالم الحقيقي كيف تترجم مبادئ الهندسة الصناعية إلى مكاسب بيئية ملموسة، إذ تشمل هذه الدراسات قطاعات وجغرافيات مختلفة، مما يدل على عالمية الانضباط.

الصناعة التحويلية

وقد قام أحد كبار صانعي السيارات بتطبيق ليان وست سيغما على محل الطلاء الذي يمثل عادة ما يتراوح بين ٦٠ و ٧٠ في المائة من استخدام الطاقة في مصنع المركبات، ومن خلال توحيد الخصائص الصناعية وتخفيض عدد طبقات الطلاء، قامت الشركة بقطع استهلاك الطلاء بنسبة ١٥ في المائة، وإلغاء الحاجة إلى فرن كثيف الطاقة، وقل استخدام الغاز الطبيعي بمقدار ٠٠٠ ٨ ميغابتو في السنة، وتجنبت أيضا تخفيض ٥٠٠ طن متري من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.

صناعة الأغذية والبيفير

وقد كلفت شركة عالمية للصيد مهندسيها الصناعيين بتخفيض استخدام المياه عبر شبكة محطات التعبئة، ومن خلال عمليات مراجعة تفصيلية للمياه ورسم خرائط لجداول القيمة، حدد الفريق أن خطوط التنظيف والتنظيف تستهلك أكثر أنواع المياه، ونفذوا عمليات التنظيف المضادة للتدفقات، حيث تتدفق المياه باتجاه الزجاجات، باستخدام ما يصل إلى 90 في المائة من المياه لكل زجاجة، إضافة إلى أنها وضعت مضخات للتدفقات في الوقت الحقيقي، وقطعت محطات التنظيف.

صناعة الإلكترونيات

وقد واجه مصنع إلكتروني ضغطاً لتقليل الأثر البيئي لعملية التجميع التي يقوم بها مجلس الدوائر المطبوعة، واستخدم المهندسون الصناعيون محاكاة للحدث المتباين لنموذج آثار التحول من دفعة إلى نظام تدفق واحد، وقد حقق هذا التغيير مخزوناً من المواد غير المتطورة من العمل وما يرتبط به من طاقة لتخزين ونقل لوحات مكتملة جزئياً، كما استحدثوا نظاماً لإعادة التثبيت قدره 140 في المائة.

دور المهندسين الصناعيين في الاقتصاد العلماني

فالاقتصاد الدائري - حيث تُستخدم المنتجات والمكونات والمواد إلى أقصى حد ممكن - يمثل تحولاً في النموذج من النموذج التقليدي للأخشاب المتحركة، والمهندسين الصناعيين في موقع فريد من حيث تفعيل التعميم، ويصممون شبكات لوجستية عكسية للمنتجات المعادة، ويطورون عمليات إعادة تصنيع تعيد تصنيع السلع المستخدمة إلى حالة جديدة مماثلة، وينشئون مرافق لاستعادة المواد تفرز بكفاءة وتنظيف أكثر من غيرها.

ويتفق التفكير في دورة الحياة، وهو كفاءة أساسية في الهندسة الصناعية، تماما مع المبادئ التعميمية، ويضع المهندسون نموذجا للتكلفة الإجمالية والأثر البيئي لدورات الاستخدام المتعددة، ويفسرون الإصلاح، والتجديد، وإعادة التدوير في نهاية المطاف، كما يطورون مقاييس تتجاوز معدلات إعادة التدوير البسيطة لقياس التعميم المادي، مثل مؤشر الاقتصاد العلماني، ويصبح إدماج هذه القياسات في لوحات العمل ونظم الحوافز الصناعية.

خاتمة

إن الهندسة الصناعية ليست مجرد وظيفة دعم في السعي إلى الاستدامة البيئية - بل هي قوة دافعة، فمن أرض المصنع إلى قاعة المجلس، يطبق المهندسون الصناعيون أساليب كمية صارمة لتحديد النفايات وتحسين الكفاءة والحد من الآثار الإيكولوجية لنظم الإنتاج، حيث أن التحديات العالمية مثل تغير المناخ، وشح الموارد، وتكثيف التلوث، فإن الطلب على المهندسين الصناعيين المهرة الذين يمكنهم تحقيق التوازن بين الأهداف الاقتصادية والبيئية لن ينمو إلا في المستقبل الأمثل في مجال تشجيع التكنولوجيات الجديدة.

Learn more about industrial engineering from IIE] ⁇ ]Explore sustainability resources from the U.S. EPA ⁇ View McKinsey’s insights on sustainable operations]