打造可持續產品：從可持續設計開始 ——Eryn Devola，西門子數字化工業軟件可持續發展副總裁
http://www.moduwu.com 2022-12-06 14:05 來源：西門子工業業務領域
在產品的整個生命周期中，設計一直是影響性能、成本和質量的關鍵變量，在今天節能減碳的需求下，產品有近80%對環境的影響都是在最初的設計階段就決定的：使用什么材料、如何制造、能源效率表現怎樣等等，而解決這些問題的方法，是將“可持續性”作為一項商業指標，并利用數字化技術加速目標實現。
設計可持續產品需要及早了解其對環境的影響，對產品的材料、能源使用、制造過程及預期資源消耗需要具備深刻洞察。在設計階段，設計團隊必須考慮供應商、分銷商和物流供應商，同時平衡可持續性、盈利能力、績效和質量。數字化是打通企業數字能力進行整體設計的重點，要實現這一目標，需要將產品設計建立在系統方法之上，并將其放入相互關聯的工業生態系統，以實現整體的可持續目標。
從系統性設計開始
一個系統可以與集成電路的某種特性一樣具體，也可以與產品所涉及的環境一樣廣泛。大多數現代產品都不是由一個單一系統構成，在其開發過程中往往涉及到多個工程學科，這一類產品可以被描述為系統性系統 (system of systems)。在執行項目時，需要協調不同的學科，并及早進行仿真，對各個子系統進行優化，然后平衡它們之間的交互方式。
舉例來說，如果我們要生產一款船用螺旋槳，增加葉片節距可能會提高流體動力效率，但這同時也取決于發動機和其間的每一個子系統，以提供足夠的動力，并在運行中滿足低碳要求。這種多學科聯動在今天更加復雜，優化速度也要比過去快，這時，數字孿生技術就派上了用場。
數字孿生技術有助于深入了解產品的生產方式、物流成本、使用壽命以及如何適應循環經濟。在產品設計初期引入數字孿生可以打造一個更智能的設計空間，并將其與業務的可行、盈利和可持續性聯系起來，需求和評估從一開始就能夠無縫結合。
在互聯的工業生態系統中前行
在設計階段做出正確的可持續性決策需要準確和廣泛的數據收集，以幫助數字孿生的創建，這其中涉及到供應商、物流運營和能源基礎設施的擴展網絡等等。這種方法可以說是打通上下游，形成一種集體智慧，進而準確地反映物理世界的一切。
通信生態系統必須覆蓋整個價值鏈，并及早建立與供應商、分銷商和合作伙伴的行動協調和數據交換。這使設計團隊能夠直接獲取材料和合同子系統的采購信息，同時，建立在數字化基礎上的產品生命周期管理系統將所有工程工作編織在一起，并考慮企業的可用資源，將原本孤立的流程進行有效整合，最終向市場快速推出可持續的產品。
一個完善的工業設計生態系統也可在設計和價值鏈之間提供反饋回路。機械設計團隊可能在最初的設計迭代中設計了一款某種鋁合金產品，但供應商發現了另外一種合金，與原本計劃的合金具有相似的性能，且在現有的基礎設施中具有更好的印刷可行性。無論最終的業務決策是繼續堅持原本計劃還是更換合金，這一新發現都將作為數據點添加到生態系統的數據庫中，以供未來迭代使用。
供應商可能對產品的可持續性產生重大影響。比如一家供應商能夠使用可再生能源，因為他們能夠使用風能、太陽能或其他可持續能源;另一個可能在地理上更接近于其他制造企業，進而被限制了運輸和物流造成的排放。
合作可以進一步延伸到價值鏈，直到產品的生命周期結束，從而實現循環。選擇更堅固的材料意味著它可以重復使用;更強的部件可能更難制造，因為其需要更高能量密集的工藝，這些需要決策的變量使得數字化和仿真在今天格外重要 —— 簡單的決策可以自動化，復雜的決策可以依靠集體智慧。
建立整體可持續性指標，進一步優化設計
最后，要持續地在產品生命周期的各個階段進行重新審視和評估決策，這需要從一開始就將整體可持續性指標納入數字孿生，以便與其他要求保持可持續性目標的可見性，這可能需要物理傳感器，通過制造、交付和使用以及碳足跡和材料成本收集診斷和環境條件;也可能需要更大的數據集，包括基于數字孿生模型的虛擬傳感器。
物理傳感器為仿真模型提供信息，在設計早期更清晰地理解決策，而虛擬傳感器從復雜系統中插入和外推可持續性指標。這些指標實現了設計、制造和使用之間的閉環優化。
可持續設計是基于產品設計、制造和覆蓋整個價值鏈運營的集體智慧決策。這種方法使產品能夠以最少的資源交付。依靠全面的數字孿生模型，可持續設計形成了系統性的工作方式，依靠工業設計生態系統，促進實時數據在企業內部和外部供應商之間的流動。與此同時，企業必須建立整體的可持續性指標，以確保實現可持續性目標和其他商業目標的一致性。
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