كيف يمكن إدراج معايير الاستدامة في عملية تصميم النماذج الصلبة

فهم الاستدامة في التصميم

فالاستدامة في التصميم تعني تقييم الآثار البيئية والاجتماعية والاقتصادية لمنتج ما عبر دورة حياته الكاملة من استخراج المواد الخام من خلال التصنيع والاستخدام والتخلص أو إعادة التدوير في نهاية المطاف، ويتطلب ذلك، بالنسبة للنموذج الصلب والتصميم بمساعدة الحاسوب، إدماج المعايير البيئية مباشرة في الهندسة والمواد ومنطق التجميع، والنموذج الصلب المستدام حقاً هو نموذج يقلل من استهلاك الموارد ويقلل من الانبعاثات السامة ويمكِّن من إعادة استخدام معايير الاقتصاد الدائري مثل التصميمي المبكر.

معايير الاستدامة الرئيسية للنمذجة الصلبة

اختيار المواد

(ج) إن مواد الانتقاء ذات الطاقة المنخفضة المجسدة، والمحتوى العالي المعاد تدويره، وقابلية إعادة التدوير الكاملة، هي مواد أساسية، أما برامج النموذج الصلب الآن فتتيح مكتبات مادية تشمل خصائص بيئية مثل إمكانيات الاحترار العالمي، وإمكانيات استنفاد الأوزون، واستخدام المياه، وينبغي للمصممين أن يرتبوا أولويات المواد المتجددة (مثل البلاستيك المستند إلى البيئة) وأن يتجنبوا المواد الخطرة التي تقيدها أنظمة من قبيل REACH أو RoHS.

تصميم الصناعة التحويلية والجمعية

وتخفض تقنيات إدارة الدعم الميداني عدد الأجزاء، وتبسط التجمع، وتقليص النفايات المادية إلى أدنى حد، وتدل أجزاء أقل على الطاقة المستخدمة في التصنيع والنقل، وتخفض تكاليف التجميع المبسطة العمالة والتأثيرات، وفي النماذج الصلبة، يُترجم ذلك إلى تصميم سمات تُستخدم على النحو الأمثل في عمليات التصنيع المشتركة (تعقيم الحقن، والقذف، والتدمير) ويقلل من الخردة، مثلا، يمكن أن يؤدي إزالة الأضلاع أو الزعماء إلى خفض استهلاك المواد غير الضروري.

التصميم لأغراض التفكك وإعادة التدوير

يمكن للمنتجات المصممة من أجل تيسير التطهير والتجديد واستعادة المواد، ويمكن أن تتضمن النماذج الصلبة مفاصل سريعة ومجهزات نموذجية لتحديد العناصر التي تسمح بالفصل غير التدميري في نهاية العمر، وتتجنب طرق ربط دائمة مثل الارتداد أو التجاوز في التلف، وتعرقل إعادة التدوير.

الوزن الخفيف والتفريغ بالأرض

ويؤدي ترجيح الضوء إلى الحد من استخدام المواد واستهلاك الطاقة أثناء النقل والاستخدام (وبخاصة إلى أهمية حاسمة في مجال السيارات والفضاء الجوي) وتوليد الخوارزميات المثلى في الأدوات الحديثة للتحكم في المواد الكيميائية، وهي تولد هياكل لا تستخدم المواد إلا عند الحاجة، وتنتج في كثير من الأحيان أشكالاً عضوية غير قابلة للتصميم يدوياً، ويمكن أن يكون ذلك نتيجة لتخفيض الوزن بنسبة 30 إلى 5 في المائة مع الحفاظ على الاحتياجات الوظيفية، وبعد أن تؤدي إلى الحد الأمثل، يمكن أن تؤدي إلى إعادة تركيز عملية الاستدامة إلى إعادة تركيز عملية السلامة على النموذج.

سلسلة الإمدادات ونهاية الحياة

وتمتد الاستدامة إلى ما هو أبعد من النموذج نفسه، وينبغي أن ينظر المصممون في الاستعانة بمصادر جغرافية للمواد (لخفض انبعاثات النقل إلى أدنى حد)، وتصميم العبوة (تخفيض الحجم واستخدام لوحة بطاقات إعادة تدويرها)، والسيناريوهات النهائية (مثل القابلية للتشذيب مقابل إعادة التدوير الميكانيكي) ويمكن أن تحاكي نماذج الصلبة كيفية فرز المنتج وتقطيعه في مرفق لإعادة التدوير - سمات مثل المعادن الكبيرة أو المحسنة.

إدماج الاستدامة في تدفق العمل التصميمي

تحديد الأهداف والمقاييس

(ب) بدء كل مشروع بوضع أهداف قابلة للقياس الكمي للاستدامة، وتشمل القياسات المشتركة ما يلي: إجمالي البصمة الكربونية (في الوثيقة ISO 14040/14044)، النسبة المئوية للمحتوى المعاد تدويرها، والنسبة المئوية للأجزاء التي يمكن إعادة تدويرها، ونسبة خفض النفايات، وهذه الأهداف مرتبطة بقرارات نموذجية صلبة محددة - على سبيل المثال، هدف خفض الوزن بنسبة 20 في المائة من عوامل التقلب، في حين أن هناك هدفاً يتمثل في اختيار المواد المتعلقة بقابلية للتقلبات في مسارات.

اختيار أدوات البرمجيات

وتقدم عدة نظم إيكولوجية تابعة للتجمع نماذج متكاملة للاستدامة:

إجراء تقييمات دورة الحياة

ويقيّم التقييم القطري المشترك على نحو سليم خمس مراحل: استخراج المواد، وصنعها، وتوزيعها، واستخدامها، ونهاية عمرها، وفي النماذج الصلبة، يستخدم نموذج التقييم الذاتي لليد العاملة في مجال الطاقة، والمواد المخصصة لتقدير الكتلة، واستهلاك الطاقة، والانبعاثات، مثلاً، قد يزيد التحول من الألومنيوم إلى الصلب العالي الارتداد بين قوسين وزنه، ولكنه يقلل مجموع الانبعاثات إذا كان الفولاذ ينتج بالطاقة المتجددة.

الترميم الإصطناعي

ولا تكون الاستدامة بمثابة صندوق تفتيش لمرة واحدة، فبعد كل استعراض للتصميم، تعيد النظر في الأهداف وتعديل النموذج: تغيير المواد، أو تغيير سمك الجدار، أو إعادة تصميم وصلة سريعة، واستخدام تصميم التجارب ] في بيئة اللجنة لتحديد البارامترات التي تؤثر أكثر من غيرها على البصمة البيئية.

نموذج عملي: التصميم المستدام لجهاز كشف إلكتروني للمستهلكين

(أ) النظر في ضمّن مُسحَّل يدوي، وقد استخدم التصميم الأصلي بلاستيكي (كثيف الطاقة، يصعب إعادة تدويره) وكان لديه مكونات داخلية متعددة مترابطة، وبتطبيق معايير الاستدامة في النماذج الصلبة، قام الفريق بما يلي:

وكانت النتيجة منتجاً يفي بجميع مواصفات الأداء ويحقق تخفيضاً بنسبة 35 في المائة في البصمة الكربونية لدورة الحياة، وأصبح نموذج سداسي البروم ثنائي الفينيل المصدر الوحيد للحقيقة بالنسبة لمطالبات الاستدامة أثناء التصديق.

التحديات وأفضل الممارسات

وتشمل أفضل الممارسات إنشاء قائمة مرجعية [(FLT:0)] للاستدامة كملكية عرفية في ملفاتك الخاصة بمكافحة التصحر، وتجرى طلقات أسبوعية من هذا النوع، بما في ذلك مؤشرات الاستدامة في استعراضات بوابات تطوير المنتجات الخاصة بك.

خاتمة

إن إدراج معايير الاستدامة في النموذج الصلب لم يعد اختياريا - بل هو ضرورة تنافسية وتنظيمية - ومن خلال معالجة اختيار المواد بصورة منهجية، وإدارة الدعم الميداني، وتصميمها لتفكك، وترجيح الضوء، وتقييم دورة الحياة في إطار سير عمل لجنة التنمية المستدامة، يمكن أن تخلق منتجات ذات أداء عال ومسؤولة بيئيا، والأدوات مدمجة بالفعل في البرامجيات الحديثة؛ والمفتاح هو تطبيق هذه المعايير باستمرار من أول عملية لخفض النفايات.