ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΡΟΙΟΝΤΩΝ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΕΡΓΑΛΕΙΩΝ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΥ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ Δ/ΝΤΗΣ: ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ ΜΟΥΣΙΟΠΟΥΛΟΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΡΟΙΟΝΤΩΝ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΕΡΓΑΛΕΙΩΝ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΥ ΘΥΜΙΑΝΙΔΗΣ ΜΙΧΑΗΛ ΑΕΜ.: 4328 ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: ΜΟΥΣΙΟΠΟΥΛΟΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ ΑΡΜΟΔΙΟΣ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗΣ: ΑΧΙΛΛΑΣ ΧΑΡΙΣΙΟΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ ΙΟΥΛΙΟΣ 2011

2 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΤΜΗΜΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ 5. Υπεύθυνος: Καθηγητής Μουσιόπουλος Νικόλαος 6. Αρμόδιος Παρακολούθησης: Αχίλλας Χαρίσιος 7. Τίτλος εργασίας: ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΡΟΙΟΝΤΩΝ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΕΡΓΑΛΕΙΩΝ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΥ 8. Ονοματεπώνυμο φοιτητή: Θυμιανίδης Μιχαήλ 9. Αριθμός μητρώου: Θεματική περιοχή: 11. Ημερομηνία έναρξης: 12. Ημερομηνία παράδοσης: 13. Αριθμός εργασίας: Διαχείριση Περιβάλλοντος 10/ / Περίληψη: Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η δημιουργία ενός εύχρηστου εργαλείου για την καθοδήγηση του σχεδιαστή στην ανάπτυξη ενός ολοκληρωμένου περιβαλλοντικού σχεδιασμού βιομηχανικών προϊόντων. Παραθέτονται ταυτόχρονα σημαντικές και σύγχρονες μεθοδολογίες και στρατηγικές περιβαλλοντικού σχεδιασμού οι οποίες εφαρμόστηκαν με επιτυχία στο παρελθόν. Επίσης, η προσοχή της παρούσας διπλωματικής εργασίας στρέφεται στον προσδιορισμό ενός μαθηματικού μοντέλου το οποίο θα υποστηρίζει τον κατασκευαστή στον περιβαλλοντικό σχεδιασμό βιομηχανικών προϊόντων. Αρχικά, γίνεται ανάλυση όλων των σταδίων του κύκλου ζωής ενός προϊόντος. Έπειτα, παρουσιάζονται στρατηγικές τις οποίες είναι δυνατόν να ακολουθήσει ο σχεδιαστής κατά τον περιβαλλοντικό σχεδιασμό. Στη συνέχεια εισάγεται ο μαθηματικός προγραμματισμός ως εργαλείο λήψης αποφάσεων στον περιβαλλοντικό σχεδιασμό, καθώς επισημάνει την αναγκαιότητα του σε αυτό το ζήτημα. Tο μαθηματικό πρότυπο που αναπτύσσεται βασίζεται στο γραμμικό προγραμματισμό πολλαπλών αντικειμενικών συναρτήσεων (Multiple Objective Linear Programming ή MOLP). Έπειτα, παρουσιάζεται η εφαρμογή του αναπτυγμένου μαθηματικού προτύπου στο τερματικό δικτύου ISDN netmod. 15. Στοιχεία εργασίας: Αρ. Σελίδων: 117 Αρ. Εικόνων: 17 Αρ. Διαγραμμάτων: - Αρ. Πινάκων: 11 Αρ. Παραρτημάτων: 2 Αρ. Παραπομπών 16. Λέξεις κλειδιά: Περιβαλλοντικός σχεδιασμός Ecodesign Στρατηγικές σχεδιασμού Μαθηματικός προγραμματισμός Γραμμικός προγραμματισμός Multicriteria matrix 17. Σχόλια: Τέλος παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που προκύπτουν. 18. Συμπληρωματικές παρατηρήσεις: 19. Βαθμός:

3 Πρόλογος ΠΡΟΛΟΓΟΣ Με το πέρας των τελευταίων δεκαετιών, η οικολογική συνείδηση ξεκίνησε να εδραιώνεται όλο και περισσότερο στις ζωές πολλών ανθρώπων. Ο προσανατολισμός της κοινής γνώμης στην κατεύθυνση της προστασίας του περιβάλλοντος και στη συνέχεια προς τη βιώσιμη ανάπτυξη, ανάγκασε τις αγορές να συνειδητοποιήσουν ότι υπάρχει τεράστια ζήτηση προϊόντων που είναι πιο φιλικά προς το περιβάλλον. Κατά συνέπεια, αυτή η εξέλιξη δημιούργησε μια νέα τάση σχεδιασμού προϊόντων, η οποία ορίστηκε ως περιβαλλοντικός σχεδιασμός (eco-design). Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζονται όλες οι σημαντικές στρατηγικές που έχουν καταγράφει έως σήμερα στο πλαίσιο του περιβαλλοντικού σχεδιασμού βιομηχανικών προϊόντων. Έπειτα, παρουσιάζεται ο μαθηματικός προγραμματισμός ως εργαλείο το οποίο είναι σε θέση να δώσει λύση στο πρόβλημα της λήψης αποφάσεων. Στο σημείο αυτό θα ήθελα να εκφράσω τις ειλικρινείς ευχαριστίες μου σε όσους συνέβαλαν στην εκπόνηση αυτής της διπλωματικής εργασίας και πιο συγκεκριμένα προς: Τον κ. Νικόλαο Μουσιόπουλο, Διευθυντή του Εργαστηρίου Μετάδοσης Θερμότητας και Περιβαλλοντικής Μηχανικής, για την ανάθεση της παρούσας διπλωματικής εργασίας και για τις σημαντικές γνώσεις που μου προσέφερε κατά τη διάρκεια των σπουδών μου. Τον αρμόδιο παρακολούθησης της διπλωματικής εργασίας κ. Χαρίσιο Αχίλλα για τις πολύτιμες γνώσεις και συμβουλές, αλλά κυρίως για τη στήριξη που μου παρείχε κατά την εκπόνηση της παρούσας εργασίας Τον κ. Δημήτριο Αηδόνη, για την πολύτιμη στήριξη και την προσφορά γνώσεων κατά τη διάρκεια εκπόνησης της διπλωματικής εργασίας. Τον κ. Χρίστο Βλαχοκώστα και τον κ. Γεώργιο Μπανιά για την πολύτιμη στήριξη και την προσφορά γνώσεων κατά τη διάρκεια των σπουδών μου. Την οικογένεια μου για τη στήριξη που μου παρείχαν και την υπομονή που επέδειξαν όλα αυτά τα χρόνια. Θεσσαλονίκη, Ιούλιος 2011 Θυμιανίδης Μιχαήλ i

4 Περιεχόμενα ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Γενικά Στόχος Αντικείμενο Μεθοδολογία ΚΡΙΣΙΜΑ ΖΗΤΗΜΑΤΑ ΚΑΤΆ ΤΟΝ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ Βιώσιμη παραγωγή Βιώσιμη ανάπτυξη και περιβαλλοντική αειφορία Περιορισμοί και ευκαιρίες από το σχεδιασμό βιομηχανικών προϊόντων Σχεδίαση με βάση τον κύκλο ζωής των προϊόντων Ανάλυση κύκλου ζωής Στάδια του κύκλου ζωής ενός προϊόντος Όρια του συστήματος μελέτης Πιθανές επιπτώσεις στη σχεδίαση με βάση τον κύκλο ζωής προϊόντων Στρατηγικές ανάλυσης κύκλου ζωής Ελαχιστοποίηση κατανάλωσης υλικών Επίδραση στα στάδια κύκλου ζωής Ελαχιστοποίηση υλικών ενός προϊόντος Ελαχιστοποίηση αποβλήτων παραγωγής Ελαχιστοποίηση συσκευασίας Ελαχιστοποίηση κατανάλωσης υλικών στο στάδιο χρήσης Ελαχιστοποίηση κατανάλωσης υλικών στο στάδιο ανάπτυξης και 18 σχεδιασμού του προϊόντος 2.6 Ελαχιστοποίηση κατανάλωσης ενέργειας Συσχέτιση κατανάλωσης ενέργειας με την κατανάλωση υλικών 19 ii

5 Περιεχόμενα Ελαχιστοποίηση κατανάλωσης ενέργειας στο στάδιο εξόρυξης και παράγωγης Ελαχιστοποίηση κατανάλωσης ενέργειας στο στάδιο μεταφοράς και αποθήκευσης Ελαχιστοποίηση κατανάλωσης ενέργειας στο στάδιο χρήσης Ελαχιστοποίηση εκπομπών Ελαχιστοποίηση εκπομπών στην Ανάλυση κύκλου ζωής Επιλογή μη τοξικών και αβλαβών πόρων Επιλογή ανανεώσιμων πόρων Βελτιστοποίηση της διάρκειας ζωής των προϊόντων Η διάρκεια ζωής ενός προϊόντος Σχεδιασμός για κατάλληλη διάρκεια ζωής Σχεδιασμός με δυνατότητα αναβάθμισης προϊόντων Διατήρηση προϊόντων Σχεδιασμός με περιθώρια επισκευής Επαναχρησιμοποίηση Εντατικοποίηση χρήσης Σχεδιασμός για αποσυναρμολόγηση Η έννοια του όρου αποσυναρμολόγηση Διευκόλυνση εργασιών αποσυναρμολόγησης και διαχωρισμού Χρήση μόνιμων και μη συνδέσεων Ο ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΩΣ ΕΡΓΑΛΕΙΟ ΛΗΨΗΣ ΑΠΟΦΑΣΕΩΝ Αναγκαιότητα χρήσης μαθηματικού προγραμματισμού Ανασκόπηση βιβλιογραφίας Επιλεγμένη βιβλιογραφία Προγραμματισμός στόχου Γραμμικός προγραμματισμός Πολυκριτηριακή ανάλυση 44 iii

6 Περιεχόμενα 3.3 Επισκόπηση μεθόδων μαθηματικού προγραμματισμού Προγραμματισμός στόχου Πολυκριτηριακή ανάλυση Γραμμικός προγραμματισμός ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΕΡΓΑΛΕΙΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΟΥ 53 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΥ 4.1 Φιλοσοφία μαθηματικού προτύπου Μαθηματικό πρότυπο MOLP Βασικές παραδοχές και στόχοι του MOLP Δείκτες - Παράμετροι - Μεταβλητές απόφασης Επεξήγηση των αντικειμενικών συναρτήσεων και των περιορισμών Καθορισμός των παραμέτρων C p, E p και W p Αναθεωρημένο μοντέλο μαθηματικού προγραμματισμού ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΕΡΓΑΛΕΙΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΟΥ 65 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΥ 5.1 Παρουσίαση υπό εξέταση προϊόντος Επιλογή υπό εξέταση εξαρτημάτων Εφαρμογή μοντέλου μαθηματικού προγρα Προτάσεις βελτίωσης περιβαλλοντικού σχεδιασμού του τερματικού δικτύου netmod ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 86 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 88 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑΤΑ 95 iv

7 Κεφάλαιο 1 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 Γενικά Ο σχεδιασμός ο οποίος συμπεριλαμβάνει και περιβαλλοντικά κριτήρια στην ανάπτυξη μιας ιδέας, ονομάζεται περιβαλλοντικός σχεδιασμός. Με άλλα λόγια, περιβαλλοντικός σχεδιασμός σημαίνει ότι ο σχεδιαστής συνειδητά προσπαθεί να περιορίσει εξ αρχής τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις σε όλα τα στάδια του κύκλου ζωής ενός προϊόντος. Η εκτίμηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων ενός προϊόντος δεν είναι εύκολο εγχείρημα. Κάθε προϊόν ακολουθεί μια διαφορετική πορεία κύκλου ζωής, οπού μια φαινομενική βελτίωση της περιβαλλοντικής επίδοσης σε ένα από τα στάδια του κύκλου ζωής του προϊόντος, ελλοχεύει τον κίνδυνο να επιδεινωθούν σημαντικά οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις σε άλλα στάδια του κύκλου ζωής. Ο περιβαλλοντικός προσανατολισμός στο σχεδιασμό προϊόντων έχει λάβει σημαντική προσοχή τα τελευταία χρόνια. Κατασκευαστές βιομηχανικών προϊόντων αναγνωρίζουν όλο και περισσότερο την περιβαλλοντική ευθύνη τους, όσον αφορά στις δραστηριότητες τους. Η αιτία είναι συχνά τα νομοθετικά πλαίσια περί βιώσιμης ανάπτυξης και της προστασίας του περιβάλλοντος, καθώς και η προσπάθεια απόκτησης περιβαλλοντικής φήμης στις οικολογικές και μη αγορές. Η πλειοψηφία των πιο σημαντικών αποφάσεων ως προς την περιβαλλοντική επίδοση του προϊόντος πρέπει να ληφθούν στη φάση της ανάπτυξης. Η βελτιστοποίηση της περιβαλλοντικής επίδοσης ενός προϊόντος είναι δυνατόν να εφαρμοστεί και σε προϊόντα τα οποία ήδη έχουν κυκλοφορήσει στην αγορά, στοχεύοντας με αυτόν το τρόπο στη ανάπτυξη μιας δεύτερης γενιάς προϊόντος, το οποίο θα πληρεί τις περιβαλλοντικές προδιαγραφές. Επίσης, ο περιβαλλοντικός σχεδιασμός επιδιώκει την οικονομική και τεχνική σκοπιμότητα, και για αυτό το λόγο αναπτύσσονται εγχειρίδια όπως αυτό της ανάλυσης κύκλου ζωής ενός προϊόντος, το οποίο είναι δυνατόν να προσαρμοστεί στις ανάγκες σχεδιασμού κάθε προϊόντος και οδηγεί τον σχεδιαστή στο περιβαλλοντικό σχεδιασμό. Ταυτόχρονα, αναπτύσσονται διάφορα εργαλεία μαθηματικού προγραμματισμού, με στόχο να βοηθήσουν τον σχεδιαστή στη διαδικασία της λήψης απόφασης. 1.2 Στόχος Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η δημιουργία ενός εύχρηστου εργαλείου για την καθοδήγηση του σχεδιαστή στην ανάπτυξη ενός ολοκληρωμένου περιβαλλοντικού σχεδιασμού βιομηχανικών προϊόντων. Παραθέτονται ταυτόχρονα 1

8 Εισαγωγή σημαντικές και σύγχρονες μεθοδολογίες και στρατηγικές περιβαλλοντικού σχεδιασμού οι οποίες εφαρμόστηκαν με επιτυχία στο παρελθόν. Επίσης, η προσοχή της παρούσας διπλωματικής εργασίας στρέφεται στον προσδιορισμό ενός μαθηματικού μοντέλου το οποίο θα υποστηρίζει τον κατασκευαστή στον περιβαλλοντικό σχεδιασμό βιομηχανικών προϊόντων. Σκοπός του μαθηματικού προτύπου είναι να αξιολογεί όλα τα εξαρτήματα μιας ηλεκτρονικής συσκευής ως προς το κόστος, το περιβαλλοντικό φορτίο, το βάρος και η ευκολία αποσυναρμολόγησης και να τις συγκρίνει με εναλλακτικά εξαρτήματα. Τα αποτελέσματα του μαθηματικού προτύπου περιέχουν διάφορες βέλτιστες λύσεις, οι οποίες προκύπτουν ανάλογα με την προτεραιότητα των παραμέτρων. Οι εναλλακτικές λύσεις που προτείνει το μαθηματικό μοντέλο, διευκολύνει σημαντικά τον σχεδιαστή να επιλέξει αυτήν που θεωρεί ο ίδιος, ότι αρμόζει για το βιομηχανικό προϊόν που πρόκειται να παραχθεί. Το μαθηματικό πρότυπο διακρίνεται για την απλότητα του, πράγμα που το καθιστά κατάλληλο ώστε να εφαρμοστεί με σχετική ευκολία τόσο από μικρομεσαίες, όσο και από μεγάλες εταιρίες. 1.3 Αντικείμενο Το δεύτερο κεφάλαιο της παρούσας διπλωματικής εργασίας εστιάζει στη βιώσιμη παραγωγή. Αναπτύσσεται εν συντομία το θέμα της βιώσιμης ανάπτυξης και της περιβαλλοντικής αειφορίας ώστε να γίνουν έπειτα κατανοητοί οι περιορισμοί και οι ευκαιρίες που παρουσιάζει ο περιβαλλοντικός σχεδιασμός βιομηχανικών προϊόντων. Έπειτα, αναλύονται τα κρίσιμα ζητήματα κατά τον περιβαλλοντικό σχεδιασμό προϊόντων. Εισάγεται η έννοια της σχεδίασης των βιομηχανικών προϊόντων με βάση τον κύκλο ζωής. Στη συνέχεια πραγματοποιείται ανάλυση όλων των σταδίων του κύκλου ζωής ενός προϊόντος που περιέχει τα στάδια της εξόρυξης, της παραγωγής, της μεταφοράς, της κατανάλωσης και της τελικής διάθεσης. Έπειτα, παρουσιάζονται στρατηγικές τις οποίες είναι δυνατόν να ακολουθήσει ο σχεδιαστής κατά τον περιβαλλοντικό σχεδιασμό. Στις πιο συχνά εφαρμοσμένες στρατηγικές ανήκουν η ελαχιστοποίηση της κατανάλωσης υλικών και της κατανάλωσης ενέργειας, όπως επίσης και η ελαχιστοποίηση εκπομπών, η βελτιστοποίηση της διάρκειας ζωής των προϊόντων και ο σχεδιασμός για αποσυναρμολόγηση. Για κάθε στρατηγική αναλύονται διάφορες μεθοδολογίες, οι οποίες γίνονται εύκολα κατανοητές μέσω παραδειγμάτων βιομηχανικών προϊόντων τα οποία σχεδιάστηκαν με περιβαλλοντικά κριτήρια. Το τρίτο κεφάλαιο εισάγει τον μαθηματικό προγραμματισμό ως εργαλείο λήψης αποφάσεων στον περιβαλλοντικό σχεδιασμό, καθώς επισημάνει την αναγκαιότητα του σε αυτό το ζήτημα. Στη συνέχεια γίνεται αναφορά στη σχετική παγκόσμια βιβλιογραφία. Παρουσιάζονται μαθηματικές μέθοδοι, οι οποίες είναι σε θέση να δώσουν λύσεις σε ζητήματα σχετικά με το περιβαλλοντικό σχεδιασμό. Έπειτα, 2

9 Κεφάλαιο 1 παρουσιάζονται τρεις μαθηματικές μέθοδοι, οι οποίες εφαρμόζονται πιο συχνά σε προβλήματα περιβαλλοντικού σχεδιασμού. Οι τρεις μέθοδοι που επιλέχτηκαν είναι ο προγραμματισμός στόχου, ο γραμμικός προγραμματισμός και η πολυκριτηριακή ανάλυση. Στο τέταρτο κεφάλαιο προσδιορίζεται η μαθηματική μέθοδος, της οποίας η εφαρμογή ενδείκνυται στο ζήτημα που πρόκειται να αναλυθεί στη παρούσα διπλωματική εργασία. Η μέθοδος που επιλέχτηκε είναι ο προγραμματισμός στόχου και το μαθηματικό πρότυπο που αναπτύσσεται βασίζεται στο γραμμικό προγραμματισμό πολλαπλών αντικειμενικών συναρτήσεων (Multiple Objective Linear Programming ή MOLP). Στη συνέχεια ορίζονται οι περιορισμοί και αντικειμενικές συναρτήσεις οι οποίες έχουν στόχο να ελαχιστοποιηθεί το κόστος, το περιβαλλοντικό φορτίο, το βάρος και να μεγιστοποιηθεί η ευκολία στην αποσυναρμολόγηση κατά το σχεδιασμό ενός βιομηχανικού προϊόντος. Στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η εφαρμογή του αναπτυγμένου μαθηματικού προτύπου στο τερματικό δικτύου ISDN netmod, το οποίο παράγεται από την εταιρεία INTRACOM Α.Ε. Αρχικά, αξιολογούνται όλα τα εξαρτήματα του τερματικού δικτύου ως προς τις παραμέτρους τους, με τη μεθοδολογία «multicriteria score». Τα σαράντα εξαρτήματα με τον υψηλότερο δείκτη «multicriteria score», επιλέγονται να συμμετάσχουν στην εφαρμογή του μαθηματικού μοντέλου, καθώς ευθύνονται για το μεγαλύτερο μέρος του κόστους, του βάρους και του περιβαλλοντικού φορτίου. Στη συνέχεια παρουσιάζονται δυο εναλλακτικά εξαρτήματα για κάθε ένα από τα σαράντα που επιλεχτήκαν, με διαφορετικά χαρακτηριστικά, εκπληρώνοντας όμως τον ίδιο σκοπό. Η εφαρμογή του μαθηματικού προτύπου ολοκληρώνεται με την αξιολόγηση τεσσάρων υπολογισμένων σεναρίων, οπού σε κάθε σενάριο η βαρύτητα επιλογής εξαρτημάτων μετατοπίζεται μεταξύ των παραμέτρων του κόστους, του περιβαλλοντικού φορτίου, του βάρους και της ευκολίας στην αποσυναρμολόγηση. Στο τέλος καταγράφονται μερικές προτάσεις για τον περιβαλλοντικό σχεδιασμό του τερματικού δικτύου. Τέλος, στο έκτο και τελευταίο κεφάλαιο, παρουσιάζονται τα συμπεράσματα από την παρούσα διπλωματική εργασία και γίνονται προτάσεις για περαιτέρω έρευνα. 1.4 Μεθοδολογία Η μεθοδολογία της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτυπώνεται στην Εικόνα 1.1. Το διάγραμμα ροής αποτελεί και έναν οδηγό για τον τρόπο προσέγγισης της παρούσας εργασίας. Περιέχει το πρώτο στάδιο το οποίο παρουσιάζει τις πιο σημαντικές στρατηγικές περιβαλλοντικού σχεδιασμού, οι οποίες οδηγούν τον κατασκευαστή στον 3

10 Εισαγωγή περιβαλλοντικό σχεδιασμό βιομηχανικών προϊόντων με χρήση εργαλείων μαθηματικού προγραμματισμού. -Ελαχιστοποίηση κατανάλωσης υλικών -Ελαχιστοποίηση κατανάλωσης ενέργειας -Ελαχιστοποίηση εκπομπών Στρατηγικές περιβαλλοντικού σχεδιασμού προϊόντων -Βελτιστοποίηση της διάρκειας ζωής των προϊόντων -Σχεδιασμός για αποσυναρμολόγηση Περιβαλλοντικός σχεδιασμός βιομηχανικών προϊόντων με χρήση εργαλείων μαθηματικού προγραμματισμού Μαθηματικός Προγραμματισμός Κόστος Περιβαλλοντικό φορτίο Βάρος Γραμμικός Προγραμματισμός Πολλαπλών Αντικειμενικών Συναρτήσεων (ΜOLP) Ευκολία στην αποσυναρμολόγηση Σταθμισμένη ποσοστιαία απόκλιση του κόστους Σταθμισμένη ποσοστιαία απόκλιση του βάρους Σταθμισμένες Ποσοστιαίες Αποκλίσεις Σταθμισμένη ποσοστιαία απόκλιση του περιβαλλοντικού φορτίου Σταθμισμένη ποσοστιαία απόκλιση της ευκολίας στην αποσυναρμολόγηση Σενάριο Ι Σενάριο ΙΙ Σενάριο ΙΙΙ Σενάριο IV Εικόνα 1.1: Μεθοδολογική προσέγγιση του περιβαλλοντικού σχεδιασμού βιομηχανικών προϊόντων με χρήση εργαλείων μαθηματικού προγραμματισμού. 4

11 Κεφάλαιο 2 2. ΚΡΙΣΙΜΑ ΖΗΤΗΜΑΤΑ ΚΑΤΑ ΤΟΝ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ 2.1 Βιώσιμη παράγωγη Διανύοντας ήδη τη δεύτερη δεκαετία του 21 ου αιώνα, είναι δυνατόν να παρατηρηθεί η όλο και πιο επιτακτική ανάγκη για την προστασία του περιβάλλοντος. Η επιστήμη έχει αποδείξει συχνά ότι η ανθρωπότητα απειλείται από μεγάλες κλιματικές αλλαγές, αλλά και από καταστροφές, για τις οποίες ευθύνεται ο άνθρωπος. Η ύπαρξη αυτών των κινδύνων για τον άνθρωπο και το περιβάλλον του είναι αποτέλεσμα της αλόγιστης ανάλωσης υλών και ενέργειας, που όλο και αυξάνεται από την αρχή του τελευταίου αιώνα (Μουσιόπουλος, 2003). Η επιστημονική κοινότητα και κυρίως οι μηχανικοί καλούνται να προτείνουν καινοτόμες τεχνολογικές λύσεις ώστε να είναι δυνατές η πρόοδος και η ανάπτυξη και στο μέλλον υπό την προϋπόθεση ότι θα είναι συμβατές με τη διατήρηση των φυσικών πόρων και την προστασία του περιβάλλοντος. Ο όρος βιωσιμότητα αρχίζει και αποτελεί ήδη χαρακτηριστικό γνώρισμα στις περισσότερες παραγωγικές διαδικασίες. Με το πέρας του χρόνου, συστήνονται όλο και περισσότερες διεργασίες και μέθοδοι που αφορούν στην βιώσιμη παράγωγη, δείχνοντας έτσι το δρόμο που καλείται να βαδίσει ο σύγχρονος σχεδιαστής (Μουσιόπουλος, 2003). 2.2 Βιώσιμη ανάπτυξη και περιβαλλοντική αειφορία Η ζωή των μελλοντικών γενεών εξαρτάται από την μακροπρόθεσμη λειτουργιά των περίπλοκων οικοσυστημάτων, τα οποία η κοινωνία τυγχάνει να τα ορίζει με την απλή έννοια της φύσης. Αυτή η σημαντική παρατήρηση εισάγει και την έννοια της περιβαλλοντικής αειφορίας. Η μελλοντική ποιότητα και παραγωγική ικανότητα του πλανήτη, θα καθορίσει με τη σειρά του και την ικανότητα της παράγωγης τροφίμων, την εξαγωγή πρώτων υλών και την παράγωγη ενέργειας. Ο όρος περιβαλλοντική αειφορία αναφέρεται γενικά στην ανθρώπινη δραστηριότητα, η οποία θα πρέπει να αποφύγει τη διαταραχή των φυσικών οικολογικών κύκλων του πλανήτη σε κοινοτικό, εθνικό και παγκόσμιο επίπεδο, σε κλίμακα που δε θέτει σε κίνδυνο της αντοχές του παγκοσμίου οικοσυστήματος. Ενώ ταυτόχρονα, υπάρχει η ανάγκη της σωστής διαχείρισης των φυσικών πόρων, ώστε να δημιουργηθούν οι προϋποθέσεις της χρήσης τους και από μελλοντικές γενιές (Manzini and Jegou, 2003). 5

12 Κρίσιμα ζητήματα κατά τον περιβαλλοντικό σχεδιασμό προϊόντων Η υιοθέτηση και η εφαρμογή των αρχών της αειφορίας προϋποθέτει αλλαγή στην παραδοσιακή οικονομική σκέψη και πρακτική. Η επανατοποθέτηση της σχέσης μεταξύ οικονομίας και περιβάλλοντος αποτελεί κεντρικό στοιχείο της κατανόησης και της εφαρμογής της παραδοχής της αειφορίας. Το περιβάλλον αναπόφευκτα δεν είναι σε θέση να αντιμετωπίζεται ξεχωριστά από την οικονομία και οι αποφάσεις που το αφορούν δε στηρίζονται αποκλειστικά σε οικονομικά κριτήρια. Οι οικολογικές και οι οικονομικές συνθήκες συνδέονται και αλληλοεπηρεάζονται στο σύγχρονο επιχειρηματικό κόσμο και συνεπώς θα πρέπει να εξετάζονται ως μια ενότητα, με αποτέλεσμα η οικονομία και το περιβάλλον να συνυπάρχουν σε ένα σύστημα, το οποίο έχει στόχο τη διαχρονική συντήρηση της ζωής στο πλανήτη (Μυλόπουλος, 2003). Οι επιχειρήσεις που στοχεύουν να πραγματοποιήσουν το βήμα προς την συνύπαρξη της οικονομίας και του περιβάλλοντος, συχνά εφαρμόζουν την Ευρωπαϊκή προσέγγιση που αφορά αυτό το ζήτημα, η οποία ονομάστηκε Ολοκληρωμένη Πολιτική Προϊόντων (ΟΠΠ). Στόχος της ΟΠΠ είναι η εγκαθίδρυση μοντέλων ανάπτυξης με γνώμονα τη βιωσιμότητα, η εξασφάλιση υψηλότερης ποιότητας διαβίωσης και η αύξηση της ανταγωνιστικότητας, βασιζόμενη στην παραγωγή πιο φιλικών προς το περιβάλλον προϊόντων. Η ΟΠΠ αποτελεί συμπληρωματική στρατηγική που χρησιμοποιείται από τα παραγωγικά συστήματα για την εξέταση πιθανών κενών περιβαλλοντικής πολιτικής, ώστε να επιτευχθούν οι εξής στόχοι (Μουσιόπουλος, 2003): Η ελαχιστοποίηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων των προϊόντων και των υπηρεσιών λαμβάνοντας υπόψη ολόκληρο τον κύκλο ζωής τους. Η ενσωμάτωση των περιβαλλοντικών πολιτικών για τη διασφάλιση ότι τα οφέλη της επίτευξης των περιβαλλοντικών στόχων βρίσκονται σε ισορροπία με τα περιβαλλοντικά κόστη που προκύπτουν σε άλλη φάση του κύκλου ζωής. H στενή συνεργασία μεταξύ όλων των εμπλεκόμενων φορέων της εφοδιαστικής αλυσίδας, για τη μεγιστοποίηση της μείωσης των περιβαλλοντικών επιπτώσεων. H ανάπτυξη «πράσινων αγορών» για τα προϊόντα και τις υπηρεσίες. Η μείωση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων που επιφέρει ένα προϊόν προβλέπεται να εξελιχθεί σε μια επιχειρησιακή αξία, όπως το κέρδος, η ποιότητα και η ασφάλεια του προϊόντος. Για να επιτευχθεί αυτός ο σκοπός, οι επιχειρήσεις θα πρέπει να χρησιμοποιούν λιγότερους φυσικούς πόρους, να παράγουν προϊόντα τα οποία θα διακρίνονται για τη μικρή επικινδυνότητα τους ως προς το περιβάλλον και ταυτόχρονα να παράγουν λιγότερα απόβλητα (Μουσιόπουλος, 2003). 6

13 Κεφάλαιο Περιορισμοί και ευκαιρίες από το σχεδιασμό βιομηχανικών προϊόντων Η προσθήκη περιβαλλοντικών κριτηρίων στο σχεδιασμό προϊόντων συχνά αυξάνει το επίπεδο δυσκολίας της εκπονούμενης μελέτης. Δυστυχώς, δεν υπάρχουν τυποποιημένες μεθοδολογίες οι οποίες είναι δυνατόν να εφαρμοστούν σε όλο το φάσμα των διαφόρων προϊόντων. Ακόμη πιο δύσκολη είναι η εύρεση κάποιου υπολογιστικού εργαλείου το οποίο θα βοηθήσει το σχεδιαστή να κατευθυνθεί προς τη βέλτιστη σχεδιαστική λύση. Η πολυπλοκότητα των σύνθετων προβλημάτων που αντιμετωπίζει ένας σχεδιαστής κατά το περιβαλλοντικό σχεδιασμό, συνήθως προκύπτουν από διάφορα ζητήματα όπως (Fussler and James, 1996): Οι παραδοχές και οι επικείμενες επιλογές μπορεί να είναι υποκειμενικές. Μεγάλος αριθμός υπολογιστικών μοντέλων που αφορούν στην εκτίμηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων δεν επαρκούν ώστε να περιγράψουν όλο το φάσμα των επιπτώσεων, ούτε είναι σε θέση να προσαρμοστούν σε όλες τις εφαρμογές. Παγκόσμια στοιχειά και κριτήρια που αφορούν στο περιβάλλον, ίσως να μην αντιπροσωπεύουν με ακρίβεια τοπικά περιβαλλοντικά χαρακτηριστικά. Η αξιοπιστία της αποτελεσματικότητας του περιβαλλοντικού σχεδιασμού μπορεί να είναι περιορισμένη λόγω της απουσίας, της μη διαθεσιμότητας ή της χαμηλής ποιότητας των δεδομένων. Η έλλειψη βάσεων δεδομένων συχνά προκαλεί προβλήματα στην πραγματοποίηση εφαρμογών και μελετών. Η απουσία πληροφοριών σχετικά με ορισμένες διεργασίες παραγωγής συγκεκριμένων προϊόντων και εξαρτημάτων οδηγούν σε παραδοχές, οι οποίες μπορούν να αλλοιώσουν το αποτέλεσμα μιας μελέτης. Τα προβλήματα που συναντούν σχεδιαστές κατά το περιβαλλοντικό σχεδιασμό προϊόντων, συνήθως αντιμετωπίζονται με την πολυετή εμπειρία ή και από προϊόντα περασμένων γενιών, τα οποία μπορούν να παρέχουν σημαντικές πληροφορίες. Οι ευκαιρίες που δημιουργούνται από το περιβαλλοντικό σχεδιασμό προϊόντων είναι πολλές. Σε μικρομεσαίες επιχειρήσεις δίνεται η δυνατότητα να αυξήσουν την ανταγωνιστικότητα τους μέσω της παραγωγής προϊόντων που είναι φιλικά προς το περιβάλλον. Βιομηχανική κολοσσοί έχουν την ευκαιρία να εισχωρήσουν σε νέες οικολογικές αγορές, οι οποίες μπορούν να προσφέρουν στην επιχείρηση μια «πράσινη» φήμη. Σε εργασιακό επίπεδο ο περιβαλλοντικός σχεδιασμός είναι δυνατόν να προσφέρει εκατομμύρια νέες θέσεις εργασίας παγκοσμίως. Η κυριότερη ευκαιρία όμως, 7

14 Κρίσιμα ζητήματα κατά τον περιβαλλοντικό σχεδιασμό προϊόντων η οποία προκύπτει από τον περιβαλλοντικό σχεδιασμό είναι η σημαντική «ανάσα» η οποία θα προσφερθεί στο περιβάλλον (Fraser, 1997). 2.4 Σχεδίαση με βάση τον κύκλο ζωής των προϊόντων Ανάλυση κύκλου ζωής Είναι αναντίρρητο ότι η κατάσταση του περιβάλλοντος στον πλανήτη μας διαρκώς επιδεινώνεται, ωθώντας τους σχεδιαστές και κατασκευαστές βιομηχανικών προϊόντων να λαμβάνουν σοβαρά υπόψη τους κατά το σχεδιασμό του προϊόντος τον αντίκτυπο που έχει αυτό στο περιβάλλον. Η εκτίμηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων ενός προϊόντος, στη φάση ανάπτυξης προϊόντος είναι ιδιαίτερα σημαντική, γιατί πάντα είναι πιο αποτελεσματική η πρόληψη παρά η εύρεση λύσεων για ένα περιβαλλοντικό πρόβλημα που, έχει δημιουργηθεί ή ενδέχεται να δημιουργηθεί στο μέλλον (Wackernagel and Rees, 1996). Ένας σωστός σχεδιασμός με στόχο τον περιορισμό ή ακόμη και την αποτροπή προβλημάτων, μπορεί να εξοικονομήσει χρόνο και οικονομικούς πόρους που αλλιώς θα έπρεπε να δαπανηθούν για την αντιμετώπιση των προβλημάτων αυτών. Στη δεκαετία του 90 ξεκίνησαν έρευνες για νέες προσεγγίσεις στο θέμα της αξιολόγησης του περιβαλλοντικού αντικτύπου και την εξεύρεση εργαλείων που θα μπορούσαν να βοηθούσαν στον υπολογισμό των στοιχείων εισόδου και εξόδου (Hammerschlag and Barbour, 2003). Ο όρος «στοιχειά εισόδου» ορίζεται από την εξόρυξη πρώτων υλών από το περιβάλλον για ένα σύστημα παραγωγής και κατανάλωσης, ενώ ο όρος «στοιχειά εισόδου» ορίζει τα απόβλητα που εκπέμπονται από το ίδιο σύστημα. Η εξόρυξη πόρων για ένα προϊόν, έχει κύριο επιβλαβές χαρακτηριστικό την εξάντληση των πρώτων υλών στο πλανήτη μας, γεγονός που αναμένεται να δημιουργήσει στις μελλοντικές γενιές ένα σύνθετο πρόβλημα κοινωνικού και οικολογικού χαρακτήρα. Ένα παράδειγμα από πολλά που μπορούν να αποτυπωθούν, αποτελεί το ξύλο το οποίο αποτελεί εδώ και αιώνες πρώτη υλη για θέρμανση, παραγωγή επίπλων και χαρτιού (Puettman and Wilson, 2005). Ο ρυθμός αποψίλωσης έχει ήδη μετατρέψει τη γη ευάλωτη σε διάβρωση και έχει εξαλείψει πολλά είδη ζώων από τα δάση. Η εκπομπή αέριων ρύπων συνέβαλλε μέγιστα στη δημιουργία διάφορων περιβαλλοντικών πιέσεων και επιπτώσεων, όπως το φαινόμενο του θερμοκηπίου, τη μεγέθυνση της τρύπας του όζοντος, τον ευτροφισμό και το νέφος. 8

15 Κεφάλαιο 2 Τα τελευταία χρόνια, η μέθοδος της Ανάλυσης Κύκλου Ζωής (ΑΚΖ) θεωρείται ως η πιο ολοκληρωμένη και αποτελεσματική μέθοδος για την εξέταση του περιβαλλοντικού προφίλ ενός προϊόντος. Το κύριο χαρακτηριστικό του περιβαλλοντικού αυτού εργαλείου αναφέρεται στο γεγονός ότι αναλύει τα διάφορα στάδια από τα οποία περνάει ένα προϊόν, από την γέννηση του ως την τελική του απόρριψη. Η εφαρμογή αυτής της μεθόδου εστιάζει στη συλλογή και στη διεξοδική ανάλυση των στοιχείων εισόδου και εξόδου, στη διαμόρφωση των ενεργειακών ισοζυγίων και των ισοζυγίων μάζας, καθώς και στην εξέταση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων που σχετίζονται με αυτά (Μουσιόπουλος και Μπούρα, 1998). Ο στόχος μιας μελέτης ΑΚΖ είναι η παροχή μιας όσο το δυνατόν πιο ολοκληρωμένης εικόνας των αλληλοεπιδράσεων μεταξύ μιας δραστηριότητας και του περιβάλλοντος για τη λήψη αποφάσεων που θα επιφέρουν περιβαλλοντικές βελτιώσεις. Συνεπώς συνοψίζοντας, ο κύκλος ζωής ενός προϊόντος μπορεί να ερμηνευτεί ως ένα σύνολο δραστηριοτήτων και διεργασιών που χωρίζονται σε στάδια. Κάθε στάδιο ξεχωριστά μπορεί να καταναλώνει πόρους και ενέργεια ή και να δημιουργεί διάφορους αέριους, υγρούς και στερεούς ρύπους, καθώς και τοξικές ουσίες ή ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Στις επόμενες παραγράφους περιγράφονται εν συντομία τα κύρια στάδια του κύκλου ζωής ενός προϊόντος (Μουσιόπουλος και Μπούρα, 1998) Στάδια του κύκλου ζωής ενός προϊόντος Α. Εξόρυξη Στο στάδιο τις εξόρυξης ή αλλιώς προ παράγωγης, όλες οι αναγκαίες πρώτες ύλες και τα ημιτελή προϊόντα προετοιμάζονται για την παραγωγή. Οι πρώτες ύλες και η ενέργεια που απαιτείται για την παραγωγή, παράγονται από πρωτογενής πόρους και δευτερογενής πόρους (Vezzoli and Manzini, 2008). Οι πρωτογενείς πόροι χωρίζονται σε ανανεώσιμους πόρους και σε μη ανανεώσιμους πόρους. Ανανεώσιμες ύλες είναι η βιομάζα που καλλιεργείται, και ανανεώσιμες πηγές ενέργειας είναι αιολική, ηλιακή και γεωθερμική ενέργεια όπως και η καύση βιομάζας. Οι μη ανανεώσιμοι πόροι αντίστοιχα εξορύσσονται από ορυχεία και περνούν από διάφορα στάδια επεξεργασίας μέχρι να αποτελέσουν έτοιμες ύλες. Οι δευτερογενείς πόροι είναι ανακυκλωμένες ύλες και scrap που αποκτούνται είτε πριν την κατανάλωση, δηλαδή την ώρα της διαδικασίας παραγωγής, είτε μετά την απόθεση από τους χρήστες (Keoleian and Menerey, 1993). Οι ανακυκλώσιμες ύλες που συλλέγονται μετά την απόρριψη τους από τον καταναλωτή πρέπει να υποστούν διάφορες διαδικασίες επεξεργασίας ώστε να μπορούν να τεθούν πάλι στην αγορά ως δευτερογενείς πόροι. Το ίδιο ισχύει και για τις ύλες που συλλέγονται τη στιγμή της παραγωγής προϊόντων, με τη μόνη διαφορά ότι θα υποστούν 9

16 Κρίσιμα ζητήματα κατά τον περιβαλλοντικό σχεδιασμό προϊόντων συγκεκριμένες επεξεργασίες ώστε να μπορέσουν να εξυπηρετήσουν τον ίδιο σκοπό το συντομότερο δυνατόν (Guidice et al., 2006). Β. Παραγωγή Το στάδιο της παραγωγής μπορεί να χωριστεί γενικά σε τρεις διαδικασίες. Μεταποίηση υλών Συναρμολόγηση Τελειοποίηση Όλα τα απαραίτητα υλικά μεταφέρονται στο χώρο παραγωγής και το καθένα ξεχωριστά συμβάλει στη δημιουργία του τελικού προϊόντος, μέσω διεργασίας σε μια μηχανή ή με συναρμολόγηση. Τα περισσότερα προϊόντα απαιτούν ένα μεγάλο αριθμό υλών, είτε άμεσα είτε έμμεσα. Στα έμμεσα υλικά κατατάσσονται αυτά που χρειάζονται για την έρευνα και την ανάπτυξη του προϊόντος, καθώς και αυτά που απαιτούνται για τη συντήρηση του εξοπλισμού παραγωγής (Monkman et al., 2008). Γ. Μεταφορά / διανομή Στο στάδιο αυτό τα έτοιμα πλέον προϊόντα συσκευάζονται προκειμένου να φτάσουν στον καταναλωτή άθικτα και σε άριστη λειτουργική κατάσταση. Έπειτα μεταφέρονται σε χώρους αποθήκευσης ή πώλησης μέσω τρένων, φορτηγών, πλοίων, αεροπλάνων όπως και άμεσα στον καταναλωτή μέσω αγωγών. Σε μια μελέτη ΑΚΖ πρέπει να εκτιμηθούν η ενέργεια και οι πρώτες ύλες που καταναλώνονται από τα διάφορα μέσα μεταφοράς και αποθήκευσης, όσο και η συσκευασία, το βάρος και ο όγκος του προϊόντος (Vezzoli and Manzini, 2008). Παραδείγματος χάρη μια μείωση όγκου και βάρους θα αυξήσει την ποσότητα που μεταφέρεται και αυτομάτως οδηγεί σε εξοικονόμηση ενέργειας και υλών. Δ. Χρήση Στο στάδιο αυτό ο όρος χρήση μπορεί να ερμηνευτεί διαφόρως και ανάλογα με το προϊόν. Για παράδειγμα τα προϊόντα τροφής καταναλώνονται, ενώ αντίθετα οι παροχές υπηρεσιών και οι ηλεκτρικές συσκευές χρησιμοποιούνται (Keoleian and Menerey, 1993). Η χρήση των προϊόντων στις περισσότερες περιπτώσεις καταναλώνει ηλεκτρική ενέργεια και ορυκτά καύσιμα, δημιουργώντας απορρίμματα ή αέρια, στερεά και υγρά απόβλητα. Επίσης, στο στάδιο της χρήσης πρέπει να ενταθεί και η συντήρηση προϊόντων όπου το προϊόν ή μέρος του αντικαθιστάται, επισκευάζεται ή ρυθμίζεται. Το προϊόν παραμένει στο στάδιο αυτό μέχρι ο κάτοχος του να το απορρίψει, για λόγους που μπορούν να διαφοροποιούνται κατά περίπτωση (Vezzoli C., 1997). 10

17 Κεφάλαιο 2 Ε. Τελική διάθεση Όταν ένα προϊόν τελικά απορριφθεί, υπάρχουν διάφορες επιλογές για την τελική του κατάληξη. Οι επιλογές αυτές μπορεί να είναι : Αποκατάσταση της λειτουργικότητας Ανάκτηση υλών και ενέργειας Τελική διάθεση Στην πρώτη επιλογή το προϊόν ή ανταλλακτικά του, μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν για την ίδια ή ακόμη και για διαφορετική λειτουργία. Μια άλλη λύση είναι το προϊόν να ανακατασκευαστεί από τον παραγωγό του και να τεθεί και πάλι στην αγορά ως καινούριο (Vezzoli, 1997). Στη δεύτερη επιλογή, τα υλικά που απαρτίζουν ένα προϊόν, μπορούν να ανακυκλωθούν, να κομποστοποιήθουν ή να αποτεφρωθούν. Ενδιαφέρον για μια μελέτη ΑΚΖ έχει κυρίως η ανακύκλωση, η οποία μπορεί να χαρακτηριστεί ως ανακύκλωση κλειστού βρόγχου (Closed Loop Recycling) και ανακύκλωση ανοικτού βρόγχου (Open Loop Recycling). Στην περίπτωση του κλειστού βρόγχου, ανακυκλωμένα υλικά αντικαθιστούν μέρος ή εξ ολοκλήρου τις πρώτες ύλες της ίδιας παραγωγικής διαδικασίας από την οποία προήρθαν (Guinee, 2001). Στην άλλη περίπτωση, τα προϊόντα προς ανακύκλωση συγκεντρώνονται σε ένα κέντρο ανακύκλωσης οπού διαχωρίζονται και έπειτα προωθούνται σε ένα διαφορετικό σύστημα παραγωγής σε σύγκριση με αυτό από το οποίο προήρθαν. Η κύρια διαφορά μεταξύ ανακύκλωσης κλειστού και ανοικτού βρόγχου είναι ότι στην πρώτη περίπτωση τα υλικά προς ανακύκλωση περνούν από μια συγκεκριμένη διαδικασία ανάκτησης με στόχο να υπηρετήσουν στη συνεχεία την ίδια παραγωγική διαδικασία, πράγμα που δεν ισχύει στην δεύτερη περίπτωση λόγω ότι πρόκειται για ύλες που προέρχονται από διάφορους καταναλωτές και διάφορα προϊόντα με διαφορετική χημική σύσταση και μάζα. Στην τελευταία επιλογή τα προϊόντα που απορριφτήκαν από τον καταναλωτή συλλέγονται και στη συνέχεια εναποτίθενται σε Χώρους Υγειονομικής Ταφής Απορριμμάτων (ΧΥΤΑ) με νόμιμο τρόπο Όρια του συστήματος μελέτης Όπως ήδη έχει αναφερθεί, μια μελέτη ΑΚΖ συμπεριλαμβάνει όλα τα στάδια από τα οποία περνά ένα προϊόν, ή αλλιώς εκτιμά ένα σύνολο διεργασιών που συσχετίζονται με 11

18 Κρίσιμα ζητήματα κατά τον περιβαλλοντικό σχεδιασμό προϊόντων τις εισόδους και εξόδους του συστήματος με βάση το σκοπό που πρέπει να εκπληρώσει ένα προϊόν. Σε πολλά προϊόντα αυτό καθιστά αναγκαία τη συνεκτίμηση πρόσθετων κύκλων ζωής, όπως τον κύκλο ζωής μιας συσκευασίας της οποίας τα στάδια έχουν μια εναλλαγή εισόδων και εξόδων με το περιβάλλον. Επίσης πολλά προϊόντα, όπως για παράδειγμα μια καφετιέρα στο στάδιο της χρήσης απαιτεί νερό, καφέ και ηλεκτρική ενέργεια, όπου κάθε ένα στοιχείο από τα παραπάνω έχει τον δικό του κύκλο ζωής που μαζί επιδρούν και στον κύκλο ζωής της μηχανής (Vezzoli and Sciama, 2006). Σημαντικό κριτήριο για την εκτίμηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων ενός προϊόντος αποτελεί επομένως η λειτουργική μονάδα. Αυτή πρέπει να είναι μετρήσιμη και σχετική με τα στοιχεία εισόδου και εξόδου. Αποτελεί μέτρο απόδοσης του συστήματος και ο καθορισμός της πρέπει να γίνεται με σαφήνεια από τα πρώτα κιόλας βήματα μιας μελέτης ΑΚΖ, έτσι ώστε να εξυπηρετείται ο σκοπός της μελέτης και το αντικείμενο αυτής (Μουσιόπουλος και Μπούρα, 1998). Ένα παράδειγμα είναι η σύγκριση των κύκλων ζωής ενός αυτοκινήτου και ενός λεωφορείου. Μια πρόχειρη εκτίμηση θα φανέρωνε ότι το λεωφορείο έχει σε όλα τα στάδια μεγαλύτερο αντίκτυπο στο περιβάλλον. Καταναλώνει σαφώς περισσότερους πόρους για να κατασκευαστεί, περισσότερη ενέργεια και χρόνο παραγωγής, έχει μεγαλύτερο αντίκτυπο στο περιβάλλον κατά τη διανομή του λόγω όγκου και μάζας, καταναλώνει περισσότερα καύσιμα στο στάδιο της χρήσης και τέλος αφήνει πίσω μεγαλύτερη ποσότητα υλικών προς διάθεση. Με τη χρήση της λειτουργικής μονάδας όμως, προσεγγίζεται πιο ορθά το ζήτημα της σύγκρισης περιβαλλοντικών επιπτώσεων κύκλων ζωής αυτοκινήτου και λεωφορείου (Giudice et al., 2006)). Στην προκειμένη περίπτωση, η σωστή μονάδα για να υπάρχει μέτρο σύγκρισης, είναι το άτομο ανά χιλιόμετρο μεταφοράς. Οπότε αν ένα αυτοκίνητο μετακινεί κατά μέσο όρο 2 άτομα και ένα λεωφορείο 20, τότε εύκολα υπολογίζεται ότι σε ένα λεωφορείο αντιστοιχούν 10 αυτοκίνητα. Άρα, με τη λειτουργική μονάδα αποδεικνύεται ότι τελικά τα αυτοκίνητα έχουν μεγαλύτερο αντίκτυπο στο περιβάλλον από ότι τα λεωφορεία. Με αυτό το σχετικά εύκολο παράδειγμα γίνεται εμφανής και η αξία της λειτουργικής μονάδας σε μια μελέτη προϊόντος, έτσι ώστε αυτό να οδηγεί σε περισσότερο αξιόπιστα συμπεράσματα. Σημαντικό είναι ο σχεδιαστής να κατανοήσει ότι η λειτουργική μονάδα είναι μια επίδοση του προϊόντος, και ότι θα πρέπει να μελετήσει τη λειτουργία και τις υπηρεσίες που παρέχει ένα προϊόν και όχι το προϊόν σαν υλη (Vezzoli and Sciama, 2006). 12

19 Κεφάλαιο Πιθανές επιπτώσεις στη σχεδίαση με βάση τον κύκλο ζωής προϊόντων Για να αναδειχτούν τα πλεονεκτήματα του σχεδιασμού με βάση τον κύκλο ζωής ενός προϊόντος, θα πρέπει πρώτα να γίνει κατανοητό ότι οι πιθανές επιπτώσεις από μια μη εφαρμογή μελέτης ΑΚΖ, είναι συνήθως μεγαλύτερες. Έχουν σχεδιαστεί πολλά προϊόντα που κατάφεραν να μειώσουν σημαντικά τον αντίκτυπο που είχαν ως προς το περιβάλλον σε ένα στάδιο της ζωής τους, αυξάνοντας όμως το συνολικό αντίκτυπο που εμπεριείχε ο κύκλος ζωής τους. Οι πιθανές επιπτώσεις στο σχεδιασμό με βάση τον κύκλο ζωής κυρίως όσον αφορά στη διάθεση των προϊόντων είναι η απρόβλεπτη τεχνολογική, οικονομική και πολιτιστική εξέλιξη, λόγω του γεγονότος ότι δεν μπορούν να εκτιμηθούν με βεβαιότητα στη φάση του σχεδιασμού (Smith, 1997). Έτσι, ίσως ένα προϊόν που σχεδιάζεται για εύκολη ανακύκλωση, μετά από δέκα χρόνια να μην ανακυκλώνεται εύκολα επειδή η τεχνολογία ανακύκλωσης που αφορά κυρίως στα υλικά του προϊόντος να έχει αλλάξει. Επίσης, η ποιότητα των δεδομένων μπορεί να οδηγήσει σε μια αναξιόπιστη μελέτη ΑΚΖ με αποτέλεσμα τη συνολική αύξηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων σε μερικά ή ακόμη και σε όλα τα στάδια ενός κύκλου ζωής. Ακριβώς για αυτό το λόγο, έχουν αναπτυχτεί πολλές τράπεζες δεδομένων, μέθοδοι και λειτουργικά συστήματα υπολογιστών από οργανισμούς, πανεπιστήμια και εταιρίες, που συμβάλουν προς τη βελτίωση της ορθότητας των υπολογισμών και τον εξαγόμενων συμπερασμάτων (Μουσιόπουλος και Μπούρα, 1998) Στρατηγικές ανάλυσης κύκλου ζωής Είναι φανερό ότι ο σχεδιασμός ενός προϊόντος δε μπορεί να στηρίζεται αποκλειστικά και μόνο στην ικανοποίηση περιβαλλοντικών απαιτήσεων και την οικολογική απόδοση. Θα πρέπει να ικανοποιηθούν κι άλλες απαιτήσεις όπως τεχνολογικές, οικονομικές, νομοθετικές, πολιτιστικές και αισθητικές. Στη συνέχεια του παρόντος κεφαλαίου εξετάζονται σε βάθος όλες οι στρατηγικές οι οποίες ορίστηκαν για την ενσωμάτωση των περιβαλλοντικών απαιτήσεων στην ερευνά και στην ανάπτυξη του προϊόντος. Πιο συγκεκριμένα, οι κύριες στρατηγικές αυτές αφορούν στην ελαχιστοποίηση κατανάλωσης υλικών, στην ελαχιστοποίηση κατανάλωσης ενέργειας, στην ελαχιστοποίηση εκπομπών, στην βελτιστοποίηση της διάρκειας ζωής των βιομηχανικών προϊόντων και στον σχεδιασμό για αποσυναρμολόγηση. 13

20 Κρίσιμα ζητήματα κατά τον περιβαλλοντικό σχεδιασμό προϊόντων 2.5 Ελαχιστοποίηση κατανάλωσης υλικών Επίδραση στα στάδια κύκλου ζωής Η στρατηγική της ελαχιστοποίησης κατανάλωσης υλικών, αφορά σε όλα τα στάδια του κύκλου ζωής ενός προϊόντος. Μια παραγωγική διαδικασία η οποία καταναλώνει λιγότερα υλικά, μειώνει τον περιβαλλοντικό της αντίκτυπο, με δεδομένη την απαίτηση για εξόρυξη λιγότερων πρώτων υλών, η οποία κατεπέκταση οδηγεί σε μείωση του όγκου που απαιτείται να επεξεργαστεί για την διαδικασία της παραγωγής. Στα επόμενα στάδια παρατηρείται επίσης μείωση του περιβαλλοντικού αντίκτυπου, η οποία έχει θετική επίδραση και στο κόστος μεταφοράς, αποθήκευσης και τελικής διάθεσης (Hawken et al.,1999). Στις επόμενες ενότητες αναλύονται οι βασικές στρατηγικές που οδηγούν στην ελαχιστοποίηση των υλών που χρησιμοποιούνται για την παράγωγη και τη χρήση ενός προϊόντος, αλλά και τα απόβλητα που δημιουργούνται από ένα προϊόν στην παράγωγη και την συσκευασία τους, συμπεριλαμβάνοντας και την κατανάλωση πρώτων υλών στη φάση του σχεδιασμού του προϊόντος Ελαχιστοποίηση υλικών ενός προϊόντος Η εφαρμογή της μεθόδου ελαχιστοποίησης των υλικών για ένα προϊόν απαιτείται να πραγματοποιείται προσεκτικά, ώστε να μην περιοριστεί η λειτουργία του προϊόντος. Η στρατηγική εφαρμόζεται σε πολλές περιπτώσεις με τον γεωμετρικό σχεδιασμό ή τον επανασχεδιασμό του προϊόντος με βασικό στόχο τη διατήρηση των απαιτούμενων αντοχών του (Salazar and Suescun, 2010). Στις αμέσως επόμενες ενότητες παρουσιάζονται αρκετοί μέθοδοι για την επίτευξη της ελαχιστοποίησης υλικών ενός προϊόντος. Μείωση διαστάσεων Μείωση εσωτερικών υλικών του προϊόντος Χρήση ψηφιακών συστημάτων Μείωση πάχους Η τεχνολογική ανάπτυξη που παρατηρείται τα τελευταία χρόνια στον τομέα της μικροηλεκτρονικής, διευκολύνει σημαντικά τον σχεδιαστή να ελαχιστοποιήσει το περιεχόμενο ενός προϊόντος, με ταυτόχρονη μείωση του βάρος και των διαστάσεων του. Υπάρχει πληθώρα ηλεκτρονικών συσκευών στις οποίες οι διαστάσεις έχουν μειωθεί με την πάροδο του χρόνου, όπως οι τηλεοράσεις, τα κινητά και οι υπολογιστές (Manzini et al., 2004). Ο στόχος της επόμενης μεθόδου ελαχιστοποίησης υλικών 14