המונחים: The Urgency of Circular Engineering

צריכת המשאבים העולמית פישה במהלך 50 השנים האחרונות, אך פחות מ-9% מהחומרים ממחזורים חזרה לכלכלה לאחר השימוש.מקצוע ההנדסה עומד במרכז האתגר הזה, מחזיק את הסחף כדי לעצב מחדש את כל מה שאלקטרוניקה לצרכנים לתשתיות תעשייתיות.המעבר ממודל ליניארי "לקחת-waste" לכלכלה מעגלית אינו רק שאיפה סביבתית – זו היא אסטרטגית לגישורות, למהנדסים חיוניים, ולפיתוח שיטות ניהוליות, מעבר לטכנולוגיות ניהוליות, לחדשנות, לחדשנות, לטכנולוגיות ניהולית, ולפיתוח, לטכנולוגיות ניהולית, ולפיתוח שיטות ניהולית.

הבנת הכלכלה המעגלית בהנדסת קונטקסט

הכלכלה המעגלית היא מערכת מנוחה ורטורינית שמבטלת צמיחה כלכלית מצריכת משאבים סופית.בניגוד למודלים ליניאריים מסורתיים, היא שומרת חומרים, רכיבים ומוצרים באיכות הגבוהה ביותר שלהם ובערך בכל עת.מהנדסים חייבים להטמיע שלוש לולאות ליבה:

  • (ב) ⁇ :0) מחזורים ביולוגיים: חומרים אשר יכולים בבטחה להטמיע את הביוספירה ולחדש את הביוספירה.
  • (ב) ⁇ :0) מחזורים טכניים: חומרים 1FLT 1 אשר הם כל הזמן מחדש דרך שימוש, תיקון, תיקון, שחזור, או מחזור.
  • (ב) שימוש ב-FLT:0) ,Checading: 1 Materialss, אשר נועד מחדש ליישומים נמוכים יותר לפני סיום.

עבור מהנדסים, זה דורש שינוי פרדיגמה במקום לקידוד רק עבור עלות וביצועים, ניהול משאבים חייב לקחת בחשבון עבור (FLT:0end-of-Life Recovery, רעילות חומרית, סינרגיות ברמה של מערכתית: 1 (גלגל המיועד לכיסא שימוש יחיד עשוי להיות זול לייצר, אבל הערך שלו טיפות אפס לאחר חמש שנים. A גלגל תוכנן כמרכיב מודולרי, סטנדרטי עבור מוצרים מרובים נשמרים על פני עשרות שנים.

מלכודת קואר-ליגסי בעיצוב מפרט

תקני הנדסה רבים והנחיות רכש נכתבו כאשר אנרגיה וחומרים היו זולים.פרטים לעתים קרובות מנדט חומרי הבתולה, גורמי בטיחות מופרזים, ואת החותמת ההרמטית המונעת תיקון.התגברות על אינרטיה זו דורשת מהנדסים לאתגר את דרישות המורשת ולאמץ קריטריונים עיצוב מעגליים: לציין תוכן ממוחזר, תכנון עבור disassembly, ודורשת הסכמי תגמול מספקים.

עקרונות מרכזיים לשילוב כלכלה מעגלית בניהול משאבים

חמשת העקרונות האוניברסליים הללו יוצרים את עמוד השדרה של ניהול משאבי הנדסה מעגלית.כל אחד צריך להיות מתורגם לכללים עיצוב קונקרטיים, KPIs תפעוליים וחוזים הספק.

עיצוב לטווח ארוך

מוצרים ארוכי טווח להפחית את תדירות ההחלפה ואת הביקוש לחומרים חדשים של הנדסה כוללים:

  • (FLT:0) מבחר אווירי של עמידות: FIRLT:1) השתמש בסגסוגת עמידת קורוזיה, פולימרים אולטרה-סוליים, וציפויים עם סובלנות.
  • (FLT:0) אדריכלות מודוררית: FLT:1ir מאפשר רכיבים בודדים (טיולים, מנועים, חיישנים) להחליף באופן עצמאי.
  • (FLT:0) עיצוב של ממשקים קריטיים:FreaLT:1 , Reinforce מחברים, hings, ו- חותםים שבדרך כלל נכשלים ראשון.זה נפוץ בחלל, שבו ציוד נחיתה מיועד לעשרות אלפי מחזורים.
  • (FLT:0)Firmware and Software upgradability: ההרחבה 1 (FLT:1) מונעת אובססיביות מוקדמת על ידי תמיכה בעדכונים אוויריים. Smartwatches ובקרים תעשייתיים שאינם יכולים לקבל עדכונים הופכים ל- e-waste מהר יותר מאשר החומרה שלהם נכשל.

2.הבחירה החומרית ל Circularity

בחירת החומרים הנכונים בלוח הציור קובע כמה בקלות ניתן לשחזר את המוצר.

  • מוצרים מסוג פוליפריטיזציה:0 (Prioritize Mono-materials: OVAFLT:1) מוצרים המיוצרים מסוג פולימר יחיד (למשל, פוליפרופילן טהור) קלים יותר למחזר מאשר מתרכובות.
  • (ב) [ה]:0] תוכן ממוחזר: [ה]ב"ה[דרוש מקור]: [ה], מפלסטיק, וארץ נדירה עם תוכן ממוחזר לאחר-החומרי, או לאחר-תעשייתי, [הקרן של אלן מקארתור]: משאבים של כלכלה מעגלית של 2circular Economy FLT 3LT: לספק הדרכה על יכולת מעקב.
  • (FLT:0)Afree תוספים מסוכנים:FLT:1hilminated Flame retardants, phthalates, ו- PFAS להפוך את מחזור חומרים לא בטוחים או בלתי אפשריים.
  • (FLT:0) חומרים המבוססים על ביו-פרמדת-ביו-ד'ר (FLT) 1:1 עבור יישומים שבהם התאוששות אינה סבירה (למשל, אריזה לשימוש יחיד) אך להבטיח שהם מתפרקים בבטחה בתנאים של עולם אמת.

3.הספקיות בתהליכים

ניהול משאבים מעגלי חל גם על ייצור, בנייה ולוגיסטיקה.מהנדסים יכולים להפחית את קלט החומרי ואת הפסולת על ידי:

  • ייצור של FLT:0Lean עם מערכות קירור ו lubricant lubricant 1Felo:common במרכזי הרכב.
  • ייצור התוספתן (3D הדפסה) FLT:1 כדי לייצר צורות ליד-נט עם פחות גרוטאות. לדוגמה, מחסנית מנוע LEAP של GE תעופה הם 3D מודפסים מחתיכת יחיד, צמצום הפסולת ב -90% בהשוואה ל- מנצ'ינג.
  • (FLT:0) סינביוזה תעשייתית: ⁇ F1) חום פסולת חיבור, גזים, או תוצרי לוואי של תהליך אחד כמו קלטות עבור אחר. Kalundborg Symbiosis בדנמרק חילופי קיטור, ג'יפסום, ו sludge בין תחנת כוח, זיכוך, מפעל תרופות.
  • (FLT:0) שחזור אנרגיה: 1FLT) השתמש בערך קלורי של תהליך שאינו ניתן למחזור, שאריות בכרישים מלט או מאיצים עם לכידת אנרגיה.

Recycling and Reuse Systems

מהנדסים צריכים לתכנן לא רק את המוצר, אלא גם את המערכת שמביאה אותו בחזרה.

  • (FLT:0) תשתית לוגיסטית הפוכה: FLT:1 עיצובים של Pallet, אריזה חוזרת ומערכת מעקב עבור מוצרים משומשים.הציוד של האיחוד האירופי פסולת חשמל ואלקטרוניקה (WEEE) מחייב מטרות איסוף, אבל מהנדסים יכולים לעלות על תאימות על ידי עיצוב מוצרים קלים למיין ולפרק.
  • (FLT:0) התווית ידידותית לצילום: ההרחבה 1 (למשל, ASTM D7611 עבור פלסטיק) ורכיבים נפרדים.
  • (FLT:0)Remanufacturing מוכן:FreaLT:1 עבור ציוד כבד (engines, טורבינות, מכונות הדמיה רפואית), רכיבי עיצוב עם משטחים לביבש נבחרים וקצבות שחיקה כך שניתן לשחזר אותם למצב חדש מספר פעמים.

שיתוף פעולה מעבר לשרשרת הערך

אף מהנדס יחיד או חברה לא יכולים לסגור את הלולאה לבד.ניהול משאבים מעגלי יעיל דורש שותפויות:

  • שיתוף פעולה בין תפוצה:0 (Supplier Cooperation: 1) לפתח דרכונים חומריים המפרטים את ההרכב הכימי ואת הגמישות.בקשו הצהרות מוצרים סביבתיים (EPDs) מספקים חומריים.
  • (FLT:0) שילוב שלCustomer:FLT:1eur להציע מודלים של מוצר-as-a-Service שבו היצרן שומר על בעלות ואחריות עבור ניהול סוף החיים. Philips "אור כשירות" החכירות תאורה לשדה התעופה ומשרדים, הבטחת תיקונים יוחזרו לשימוש חוזר.
  • (FLT:0) שמרנים תעשייתיים: קבוצות של 1FLTRE 1 הצטרפו כמו כלכלה מעגלית 100, מועצת העסקים העולמית לפיתוח בר-קיימא, או ה-FLT:2 ISO 59000 סדרות ההרחבה של ISO 59000, על כלכלה מעגלית כדי להתאים את המדדים והסטנדרטים.

אסטרטגיות להטמעה

עקרונות נעשים מתרגלים באמצעות אסטרטגיות הנדסיות ספציפיות.השיטות הבאות הוכחו על פני תעשיות, ממכשירים צרכניים ועד מכונות תעשייתיות.

עיצוב לדיסקמברלי (DfD)

מוצרים שנאספו עם התאמות, ברגים, ורבע-הההיפוצים במקום דביקות, ריתוך, או overmolding ניתן לפרק בתוך דקות ולא שעות.

  • השתמש בסוגים פחות מהירים (למשל, כל מברג T20 ברגים) כדי להפחית את השינויים בכלי.
  • להציב רכיבים בעלי ערך גבוה (אופנועים, לוחות מעגלים) במקומות נגישים בקלות.
  • הצבע או סימני הפרדה של התווית.הריהוט המודולארי של איקאה עובר לעבר זה עם מפרקי לחיצה-יחד המאפשרים חבילה שטוחה להעריך מחדש.

הערכה של מחזור חיים (LCA) כאמצעי החלטות

LCA מגדירה השפעות סביבתיות (פחמן, מים, רעילות, מחיקת משאבים) ממיצוי חומרי גלם דרך סוף החיים מהנדסים צריכים לשלב את LCA לשלב את שלב העיצוב באמצעות כלים כגון SimaPro או GaBi. Key metrics כדי לעקוב:

  • פוטנציאל התחממות עולמי ליחידה פונקציונלית.
  • פעילת משאבים Abiotic (למשל, יסודות נדירים של כדור הארץ).
  • שיעור אחריות או תאימות.

LCA עשוי לחשוף כי מעבר מאלומיניום לפלדה ממוחזרת מפחית את האנרגיה מחזור החיים ב-40%, גם אם המוצר הוא 5% כבד יותר.תוכנית הפעולה של הנציבות האירופית:0Circular Economy Action PlanFLT:1 מספק קונטקסט רגולטורי עבור עיצוב מונחה LCA.

עיצוב מודולרי עבור upgradability ותיקון

מודולריות מאפשרת ללקוחות להחליף מודול נכשל במקום כל המוצר.באלקטרוניקה, מחשב ה- Framework מאפשר למשתמשים לשדרג את ה- CPU, RAM, סוללה ומסך באופן אישי.בבניה, מערכות מכניות, חשמל וצנרת (MEP) מאפשרות למשרדים לשנות את תוכניות הרצפה ללא הרס.

תוכניות הלוך-חזור ו- Product-as-a-Service

כאשר היצרן שומר על בעלות, תמריץ משתנה ממכירת יחידות נוספות כדי למקסם את עמידות ושיקום. דרישות הנדסה עבור שירות המוצר-as-a-Service כוללים:

  • חיישנים משולבים-in כדי לפקח על ללבוש ותחזוקת לוח הזמנים.
  • ממשקי משתמש קלים לקריאה שמודיעים כאשר חלק הוא בשל החלפתם.
  • מחיקה בטוחה של נתוני משתמשים לפני שיפוץ (חשוב עבור מחשבים ניידים ומכשירים רפואיים).

המודל "כוח של רולס רויס" של רולס-רוס עבור מנועי מטוסים הוא דוגמה קלאסית - החברה מפקחת על בריאות המנוע בזמן אמת ומבצעת תחזוקה חיזויית כדי למנועים לטוס יותר ויותר בטוח.

טכנולוגיות דיגיטליות לאופטימיזציה של משאבים

כלי תעשייה 4.0 הם כלי עזר חזקים של ניהול משאבים מעגלי:

  • (FLT:0) חיישנים IoT, חיישנים של חיישנים, חיישנים של LT:1) לעקוב אחר שימוש באנרגיה, זרימת מים וחומר באמצעות כלי שיט במפעלים, זיהוי זרמי פסולת שניתן לחסל.
  • (FLT:0) תאומים igitalentialmia FLT:1 סימולציה מחזור החיים המלא של מוצר, המאפשר למהנדסים לבחון תרחישים של פירוק ומחזור לפני בניית אבטיפוס פיזי.
  • (FLT:0) ,FLT 1 במתקני מחזור משתמשים בראייה ממוחשבת ורובוטיקה כדי להפריד חומרים מהר יותר ועם טוהר גבוה יותר מאשר עיבוד ידני.
  • (FLT:0Blockchain for material VarientiabilityFLT:1) לדוגמה, מעקב אחר קובלט ממוחזר מפסולת אלקטרונית חזרה אל קטודות סוללה חדשות, הבטחת מיקור אתי.

יתרונות אפשריים של הנדסה מעגלית

מעבר להצלחה אקסדוטלית, המקרה העסקי לניהול משאבים מעגלי מגובה על ידי נתונים קשים.מחקרים של קרן אלן מקארתור מראים כי גישות כלכלה מעגליות יכולות להפחית עלויות ייצור עד 20% ולהגביר את התוצר ב-0.5% עד 2030 באיחוד האירופי לבדה.

  • (FLT:0) הפחתה של פלספל (FLT:1) השיגו שיעור של 95% עבור מוצרי התאורה המקצועיים שלה באמצעות תכנון-לכאורה וחוזים.
  • (FLT:0) חיסכון משותף: 1FLT:1 של רנו צמח הממציא של צ'ויסי-לה-רוי משתמש ב 80% פחות אנרגיה ו-88% פחות מים מאשר ייצור חלקים חדשים, חיתוך עלויות עד 30-50% למרכיב.
  • (FLT:0) ציות לרישום: 1FLT:1 לחוקים מוערכים של היצרן בצרפת, בגרמניה וביפן, חברות עם מערכות מעגליות נמנעות מעונשים ולהשיג גישה לשוק העדיף.
  • סקר ALT:0 (חדשנות והפרדה: 1) לשנת 2021 על ידי Accenture מצא כי 71% מהצרכנים מעדיפים חברות המסייעות להם להיות אחראיים יותר לסביבה. מוצרים עם תכונות מעגליות ברורות מחירים פרמיום.
  • (FLT:0) חוסן שרשרת של עדפל: ההרחבה: (SavalLT:1) שימוש בחומרים ממוחזרים מפחית את החשיפה לתנודתיות במחיר של סחורות בתולה במהלך עליית המחירים של 2021-2023 ליתיום, יצרני סוללות עם זרמי מחזור מבוססים שמרו על עלויות יציבות.

פתרונות הנדסיים לאתגרים משותפים

מהנדסים יפגשו במכשולים - קבל מגבלות, חוסר תשתיות מחזוריות, והתנגדות לצרכנים.כאן הם אמצעי נגד מעשיים:

עלויות גבוהות יותר

תכנון חומרים ממוחזרים או בחירת פרמיה יכול להגדיל את העלות הראשונית על ידי 10-30%.הפתרון הוא לבצע את העלות של בעלות (TCO) או בחירת חומרים ממוחזרים פרימיום יכול להגדיל את העלות הראשונית על ידי 10-30%.הפתרון הוא לבצע את תביעות אחריות מופחתת ממוצרים הניתנים לתיקון, וערך פוטנציאלי של שאריות מנטילת תשלום בתוך 2-3 שנים.

מחסור בתשתית Recycling

אם אין מתקן מיחזור מתאים קיים באופן מקומי, מהנדסים יכולים לשתף פעולה עם ארגונים לאומיים (למשל, Call2Recycle עבור סוללות) או מוצרי עיצוב להיות מועבר בקלות למתקן מרכזי. באיחוד האירופי, קודים של איסוף מזיקים וארגונים אחריות יצרנים (PROs) לפשט לוגיסטיקה.

התנהגות צרכנית

משתמשים עשויים להיות לא מוכנים לשלם עבור תיקון או להשתתף בתוכניות משיכת-ה.כאן, מהנדסים יכולים לעצב תמריצים: תוכניות הפקדה (כמו הפקדה בבקבוק), הנחות על מודלים עתידיים עבור מכשירים ישנים חוזרים, או ליזמים מנויים הכוללים תיקון חינם.העיצוב עצמו יכול לפעום התנהגות - חשיבה על מברשות שיניים עם ראש שניתן להחליף אותו צבע קוד עבור שינויים קלים.

מחקרים הנדסיים אמיתיים

הדוגמאות הבאות ממחישות עקרונות מעגליים בפעולה על פני תחומים הנדסיים שונים.

BMW i3 - עיצוב לדיסקבריות ומחזוריות

BMW i3 משתמשת בפלסטיקה של פחמן-מרוסן (CFRP) תא הנוסעים מחובר ל-אלומיניום כאסאסאסי. במקום להתפתל ולתוך לצמיתות, הגוף מחובר עם דבקים שניתן לשבור עם חימום זמני נמוך, המאפשר ל- CFRP ואלומיניום להיות מופרד ומחזר.

אלקטרוניקה: Dell's Closed-Loop Recycled פלסטיק שרשרת אספקה

Dell יצרה מערכת סגורה עבור פלסטיקים מאלקטרוניקה משומשים.הם אוספים e-waste באמצעות תוכנית ה-backback שלהם, לקרוע ולמיין אותו, ולאחר מכן לשחזר את הפלסטיק לחלקים חדשים של מחשבים (מעל 10 מיליון פאונד ב-2020) האתגר ההנדסי היה לשמור על איכות חומרית - מהנדסי דהל פיתחו ניסוחים המשלבים עד 35% תוכן ממוחזר ללא שכפול של כוח או התנגדות.

בנייה: עיצוב מעגלי של Arup's Circular Design of the Edge (Amsterdam)

בניין המשרד Edge - המכונה לעתים קרובות הבניין הירוק ביותר בעולם - מונדס על ידי Arup עם עקרונות מעגליים.המבנה משתמש רצפות מוגדלות מודולריות שניתן להגדיר מחדש כשינוי הפריסה.כל החומרים רשומים בדרכון חומרי, המאפשר פירוק עתידי ושימוש חוזר.

תחזית עתיד: הנדסה מחדש וביוטכנולוגיה בהשראת

הגבול הבא מעבר ל"לעשות פחות נזק" לשיקום מערכות אקולוגיות באופן פעיל.מהנדסים חוקרים:

  • (FLT:0) עיצוב מחדש של ההרחבה 1 (המוצרים והמפעלים שתופסים פחמן, מטפלים במים באתר, או תומכים במגוון ביולוגי.לדוגמה, חומרי בנייה שספגו CO2 במהלך ריפוי (למשל, פחמן Cure).
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ ⁇ (ב) , כלומר, חומרים בעלי ערך עצמי בהשראת רקמות ביולוגיות שתקנו סדקים באופן אוטונומי, מרחיבים את חיי המוצר.
  • (FLT:0) שרשרת אספקה מעגלית 1FLT:1אנדרה מופעלת על ידי AI כי מחדש באופן דינמי משתמשים חלקים אל הצומת הקרוב ביותר, צמצום פליטות התחבורה.
  • (FLT:0)Policy tailwinds:FLT:1 , עיצוב האקולוגי של האיחוד האירופי עבור תקנה מוצרים בר קיימא, אסטרטגיית המיחזור הלאומית של ארה"ב, וחוק קידום הכלכלה המעגלית של סין בקרוב יחייב תוכן ממוחזר מינימלי וציוני תיקון.מהנדסים אשר מאמצים מעגליות עכשיו יהיו לפני מועדי ציות.

מסקנה: הנדסה במעבר מעגלי

שילוב עקרונות כלכלה מעגלית לניהול משאבי הנדסה הוא לא יוזמה צד - זה עיצוב הליבה של איך אנחנו יוצרים ערך. על ידי אימוץ עיצוב עבור ארוכות, בחירה חומרית מתחשב, מערכות סגורות, אופטימיזציה דיגיטלית, מהנדסים יכולים להפחית פסולת, לקצץ עלויות, ולבנות עמידות לתוך שרשרת האספקה.הכלים ומקרה קיימים.מה נשאר ההנדסה לאתגר הישן ולשתף פעולה על פני הערך הקטן, שבו הפעלת קו אחד או הפעלתו מחדש, היא פעולה, כלומר, כל סוג אחד, הוא לא משנה, הוא עושה שוב, כלומר, כלומר, הוא תהליך שינוי, הוא שינוי של שינוי, הוא לא משנה, כלומר, כל סוג אחד, הוא תהליך של שינוי, הוא תהליך זה לא משנה, הוא, הוא תהליך של שינוי של שינוי, כלומר, הוא יישום של שינוי של שינוי, הוא, הוא, כלומר, הוא, הוא עושה כל סוג אחד של אסטרטגיה, הוא, כלומר, כל סוג אחד, כלומר, הוא תהליך של שינוי, הוא תהליך של שינוי של שינוי של שינוי של שינוי, הוא תהליך זה לא משנה, הוא, הוא תהליך זה לא משנה, הוא, הוא, הוא, הוא, כלומר, כלומר, הוא, הוא, הוא, הוא, הוא, כל שינוי של שינוי של שינוי של שינוי של שינוי של שינוי של שינוי של שינוי של שינוי, הוא, כל צורה