Σχεδιασμός προϊόντων με σύστημα CAD και πράσινη εφοδιαστική

Σχεδιασμός προϊόντων με σύστημα CAD και πράσινη εφοδιαστική 1 Νικόλαος Ευκολίδης, 2 Γεωργία Ψυχογιού, 3 Άννα Τσιόκα, 4 Παναγιώτης Κυράτσης Τμήμα Βιομηχανικού Σχεδιασμού, ΤΕΙ υτ. Μακεδονίας 1 nefko@teikoz.gr, 2 psychogiou_georgia@hotmail.com, 3 a-kandi@hotmail.com, 4 pkyratsis@teikoz.gr Περίληψη Οι επιρροές που δέχεται ένας σχεδιαστής για τον σωστό σχεδιασμό ενός προϊόντος είναι πολλές και αποτυπώνονται με καθοριστικό τρόπο στην μορφή του. H επιλογή του υλικού από το όποιο θα κατασκευαστεί, ο τρόπος παραγωγής του, αλλά και ο τόπος στον όποιο θα παραχθεί, είναι πλέον θέματα που πρέπει να απασχολούν τον σχεδιαστή σε πρώιμο κιόλας στάδιο, δηλαδή από τη φάση της σύλληψη της ιδέας. Λαμβάνονται έτσι υπόψη, οι επιπτώσεις που μπορεί να έχει η παραγωγή του προϊόντος στο περιβάλλον, στην οικονομία αλλά και στην κοινωνία (Design for Sustainability). Καθώς η τεχνολογία εξελίσσεται, δίνεται η δυνατότητα περαιτέρω εξέλιξης του τρόπου δημιουργίας των προϊόντων και της διάθεσής τους στους χρήστες. Ο άνθρωπος βρίσκεται ολοένα και περισσότερο σε πρώτο πλάνο, για τη δημιουργία ολοένα και φιλικότερων προϊόντων τόσο για το χρήστη, όσο και για το περιβάλλον. Το παρόν άρθρο παρουσιάζει τη διαδικασία ανάπτυξης ενός νέου προϊόντος με την χρήση συστήματος CAD (Computer Aided Design) και με τον φιλικότερο προς το περιβάλλον τρόπο επιλογής του υλικού. Επίσης λαμβάνονται υπόψη ο τρόπος παραγωγής του, της αποθήκευσης του αλλά και της διάθεσης του στους χρήστες. Αυτό επιτυγχάνεται με τη χρήση των κατάλληλων εργαλείων, που έχουν να κάνουν τόσο με την αρχική αξιολόγηση του κύκλου ζωής του προϊόντος (Life Cycle Assessment), όσο και με τη χρήση της φιλοσοφίας του σχεδιασμού για εύκολη συναρμολόγηση (Design for Assembly). Με τον συνδυασμό των δύο αυτών μεθοδολογιών αναμφίβολα επηρεάζεται άμεσα η πράσινη και ανάστροφη εφοδιαστική (Green and Reverse Logistics) του αναπτυσσόμενου προϊόντος, αφού μπορούν να παραχθούν ελαφρύτερα, μικρότερου όγκου και καταλληλότερου υλικού προϊόντα. Το λογισμικό που χρησιμοποιείται είναι το SolidWorks TM της Dassault, το οποίο εμπεριέχει την επιλογή Sustainability TM από την εταιρεία PE International. Λέξεις κλειδιά: Σχεδιασμός προϊόντων, εργαλεία CAD, πράσινη εφοδιαστική. 1. Εισαγωγή Στο πέρασμα των χρόνων η εξέλιξη του ανθρώπου αλλά και των τεχνικών επιβίωσης που χρησιμοποίησε, όπως οι μεταφορές, η θέρμανση και ο κλιματισμός, η βιομηχανία, η αστική κατανάλωση, η γεωργική δραστηριότητα, ο τουρισμός κ.λπ., έχουν άμεση επίπτωση στο φυσικό περιβάλλον,

δημιουργώντας πολλά περιβαλλοντικά προβλήματα και θέτοντας σε κίνδυνο τη βιωσιμότητα των οικοσυστημάτων του πλανήτη. Ένας τρόπος αντιμετώπισης αυτών των προβλημάτων είναι η υιοθέτηση ενός άλλου τρόπου ζωής και ανάπτυξης με βασικό στοιχείο την «αειφορία». Σύμφωνα με την Παγκόσμια Επιτροπή για το Περιβάλλον και την Ανάπτυξη (WCED), η αειφόρος ανάπτυξη ορίζεται ως η ανάπτυξη που ικανοποιεί τις ανάγκες του παρόντος, χωρίς να μειώνει την ικανότητα των μελλοντικών γενεών ανθρώπων να ικανοποιήσουν τις δικές τους. Ενώ σύμφωνα με τη ιεθνή Ένωση για την προστασία της φύσης IUCN, η ανάπτυξη είναι αειφόρος, όταν βελτιώνει την ποιότητα ζωής στο πλαίσιο των ορίων που θέτει η φέρουσα ικανότητα των οικοσυστημάτων, που υποστηρίζουν τη ζωή. Η μέριμνα για την αειφορία του οικοσυστήματος βοηθά πρωτίστως την εξέλιξη του φυσικού περιβάλλοντος, αλλά και την μετεξέλιξη του ανθρώπινου είδους (Bruntland, 1987). 2. Αειφόρος σχεδιασμός Αειφόρος ή βιώσιμος σχεδιασμός εννοείται η επανεξέταση του πώς θα ικανοποιηθεί η ανάγκη για ανάπτυξη, ενώ ταυτόχρονα μειώνονται οι αρνητικές περιβαλλοντικές και κοινωνικές επιπτώσεις. Ο αειφόρος σχεδιασμός ορίζεται ως οποιαδήποτε μορφή σχεδιασμoύ που ελαχιστοποιεί τις περιβαλλοντικές καταστροφικές επιπτώσεις. Γίνεται κατανοητό ότι είναι πλέον αναγκαστική η ενσωμάτωση της περιβαλλοντικής διάστασης, κατά το στάδιο του σχεδιασμού ενός προϊόντος, λαμβάνοντας βέβαια υπόψη, ολόκληρο τον κύκλο ζωής του, από την προμήθεια των πρώτων υλών έως την τελική του διάθεση. Ο αειφόρος σχεδιασμός δεν έχει μόνο περιβαλλοντικές επιπτώσεις, αλλά και κοινωνικές καθώς και οικονομικές. Τα τελευταία χρόνια όλο και συχνότερα, ο φόβος για την παγκόσμια κλιματική αλλαγή έρχεται στο προσκήνιο. Αυτό δεν μπορεί να αφήσει σε καμία περίπτωση ανεπηρέαστους τους σχεδιαστές προϊόντων, καθώς έχουν άμεση σχέση με την σχεδίαση, την επιλογή των υλικών και με την παραγωγή των προϊόντων, κατ επέκταση με την κατανάλωση και τον καταναλωτή. Κατά γενική ομολογία το καθήκον των σχεδιαστών δεν είναι μόνο η επίτευξη των απαιτήσεων του πελάτη, όπως είναι η τεχνική, η αισθητική και η εργονομία, αλλά και να εξετάσει τις ευρύτερες επιπτώσεις του σχεδιασμού στο περιβάλλον, την κοινωνία και την οικονομία (Bhamra and Lofthouse, 2005). 2.1. Αειφόρος σχεδιασμός και περιβάλλον Ο αειφόρος-οικολογικός σχεδιασμός δίνει έμφαση σε ένα πρώιμο στάδιο της αλυσίδας της προστιθέμενης αξίας ενός προϊόντος και συγκεκριμένα στη διαδικασία ανάπτυξης του προϊόντος αυτού. Η φιλοσοφία του έχει να κάνει άμεσα με τον περιορισμό των περιβαλλοντικών επιπτώσεων τόσο από το προϊόν όσο και από τις διαδικασίες παραγωγής του. Ο σχεδιασμός μπορεί να καθορίσει σε μεγάλο βαθμό τις περισσότερες περιβαλλοντικές επιπτώσεις που σχετίζονται με το προϊόν. Συνολικά, περίπου το 80% όλων των περιβαλλοντικών επιπτώσεων που συνδέονται με το προϊόν, καθορίζονται

κατά την διάρκεια του σχεδιασμού του. Επομένως, έχει εξαιρετική σημασία η θεώρηση των περιβαλλοντικών πτυχών σε αρχικό στάδιο, ως αναπόσπαστο μέρος του σχεδιασμού ενός προϊόντος. Η χρήση για παράδειγμα τοπικών πρώτων υλών για την παραγωγή του, μειώνει το περιβαλλοντικό κόστος της ναυτιλίας, την κατανάλωση καυσίμου και τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα που παράγονται κατά τη μεταφορά (Giudice et al., 2006). Επιπλέον η χρήση ανακυκλώσιμων αλλά και ανακυκλωμένων υλικών, που συνήθως χρησιμοποιούνται στην κατασκευή, σημαίνει λιγότερη καταναλισκόμενη ενέργεια, ενώ ταυτόχρονα επιτυγχάνεται μια νέα φυσική αισθητική ποιότητα. 2.2. Αειφόρος σχεδιασμός και κοινωνία Ο αειφόρος σχεδιασμός σε σχέση με την κοινωνία ορίζεται ως μια διαδικασία σχεδιασμού η οποία συμβάλλει στη βελτίωση της ανθρώπινης ευημερίας και ως προς το ευ ζην. Είναι πιθανή η επίτευξη μιας πραγματικής αλλαγής στον κόσμο, μέσω ενός επιτυχημένου σχεδιασμού. Οι σχεδιαστές μπορούν να συμβάλουν στο σχεδιασμό με περισσότερα οικολογικά προϊόντα, επιλέγοντας προσεκτικά τα υλικά που χρησιμοποιούν. Η ικανότητα του σχεδιαστή να οραματιστεί και να δώσει μορφή σε υλικά και άυλα προϊόντα, που μπορεί να αντιμετωπίσει τα προβλήματα των ανθρωπίνων αναγκών σε ευρεία κλίμακα, συμβάλλει στην κοινωνική ευημερία (Margolin, 1988). 2.3. Αειφόρος σχεδιασμός και οικονομία Ο αειφόρος σχεδιασμός σε σχέση με την οικονομία έχει άμεση σύνδεση με την ανάπτυξη του ανθρώπου, με νέα προϊόντα και διαδικασίες που είναι κερδοφόρες. Η κερδοφορία και η ιδιοκτησία των διεργασιών είναι οι ακρογωνιαίοι λίθοι της αειφορίας, που ενισχύει την ευημερία των ανθρώπων. Ο αντίκτυπος που έχει η ανάπτυξη της οικονομίας θα πρέπει να εξεταστεί μακροπρόθεσμα, προκειμένου να μειωθεί στο ελάχιστο η αρνητική επίπτωση για τις μελλοντικές γενιές (Lennart and Ljungberg, 2007). 3. Green Logistics Design for assembly 3.1. Μελέτη περίπτωσης Ο σχεδιασμός του παιχνιδιού Eco-Pyramid, αποτελεί ένα παράδειγμα σχεδιασμού ενός οικολογικού παιχνιδιού. Είναι ένα παιχνίδι ερωτήσεων που αναφέρεται σε παιδιά ηλικίας από 10 έως και 18 χρονών (Εικόνα 1). Αποτελείται από πέντε βασικά κομμάτια, τα οποία είναι με τέτοιο τρόπο σχεδιασμένα, έτσι ώστε το ένα πάνω στο άλλο να δημιουργούν μια πυραμίδα. Σκοπός του παιχνιδιού είναι το γρήγορο ανέβασμα στα επίπεδα της πυραμίδας. Ο πρώτος που θα καταφέρει να ανεβάσει το πιόνι του πρώτος στην κορυφή είναι και ο νικητής. Σημαντικό ρόλο παίζει ο κάθε παίχτης, να απαντά σωστά στις ερωτήσεις, κάτι που του επιτρέπει να ξαναπαίζει. Παράλληλα τα επιμέρους τεμάχια από τα οποία αποτελείται, τοποθετούνται το ένα μέσα στο άλλο κατά την μεταφορά και αποθήκευση του παιχνιδιού.

Αυτό αποτελεί ένα σημαντικό χαρακτηριστικό που έχει ενσωματωθεί σε αυτό, ώστε όταν μεταφέρεται, στον ίδιο διαθέσιμο όγκο είναι δυνατόν να τοποθετηθούν-μεταφερθούν πολύ περισσότερες συσκευασίες, χρησιμοποιώντας τις αρχές του σχεδιασμού για εύκολη συναρμολόγηση (DFA - Design for Αssembly). Η μεθοδολογία DFA είναι μια συστηματική διαδικασία ανάλυσης σχεδιασμού που έχει σαν κύριο στόχο, τη μείωση του κόστους συναρμολόγησης του προϊόντος απλοποιώντας το σχεδιασμό του (Boothroyd, 1994; Boothroyd and Dewhurst, 1990). Επιπλέον παίζει σημαντικό ρόλο στη φιλικότερη προς το περιβάλλον μεταφορά και αποθήκευση, καθ όλη τη διάρκεια της ζωής του (Πράσινη εφοδιαστική). Σκοπός του είναι να διασκεδάζει αλλά και να μαθαίνει ταυτόχρονα τους χρήστες. Οι ερωτήσεις έχουν να κάνουν καθαρά με το περιβάλλον, κάτι που βοηθά το παιδί να κατανοήσει βασικές έννοιες όπως για παράδειγμα η αειφορία, η αειφόρος ανάπτυξη, η ανακύκλωση κ.λπ. απλά παίζοντας (Efkolidis and Kyratsis, 2012). Καλύτερη γνώση των ερωτήσεων οδηγεί ψηλότερα στην οικολογική πυραμίδα! Βέβαια ο σχεδιασμός του παιχνιδιού έγινε με βάση το περιβάλλον, δηλαδή με τη φιλοσοφία του οικολογικού σχεδιασμού και τη χρήση βασικών κανόνων και εργαλείων, που έχουν σαν στόχο το φιλικότερο προς το περιβάλλον προϊόν. Tο υλικό που χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή του είναι το ανακυκλωμένο πολυπροπυλένιο (PP), αφού είναι ένα πλήρως ανακυκλώσιμο υλικό και με χαμηλή κατανάλωση ενέργειας κατά την παραγωγή του. Εικόνα 1. Παιχνίδι ECO-Pyramid

3.2. Ανάλυση κύκλου ζωής προϊόντος με Solidworks TM / Sustainability TM Ο κύκλος ζωής του προϊόντος αναφέρεται στο συνολικό χρονικό διάστημα της ζωής του από την παραγωγή του υλικού, την κατασκευή του προϊόντος, τη συναρμολόγηση και τελικά την διάθεση του στο κοινό και την ανακύκλωση. Κατά τη διάρκεια της ζωής του όλες οι διαδικασίες και οι δραστηριότητες που λαμβάνουν χώρα έχουν επιπτώσεις στο περιβάλλον λόγω της κατανάλωσης πόρων, των εκπομπών από τα συστατικά στο φυσικό περιβάλλον και άλλων περιβαλλοντικών αλληλεπιδράσεων. Η ανάλυση του κύκλου ζωής είναι στην ουσία μια τεχνική εκτίμησης των περιβαλλοντικών επιβαρύνσεων που συνδέονται με κάποιο προϊόν, μια διεργασία ή μια δραστηριότητα προσδιορίζοντας και ποσοτικοποιώντας την ενέργεια και τα υλικά που χρησιμοποιούνται, καθώς και τα απόβλητα που απελευθερώνονται στο περιβάλλον. Εικόνα 2. Επιλογή τόπου παραγωγής με βάση την αειφορία του προϊόντος

Το λογισμικό SolidWorks ΤΜ / Sustainability TM 2012, είναι ένα πρακτικό εργαλείο που βοηθά σε στρατηγικές περιβαλλοντικές αποφάσεις και μάλιστα στο αρχικό στάδιο δημιουργίας ενός προϊόντος (φάση σχεδιασμού). Το λογισμικό εξετάζει τέσσερις βασικούς περιβαλλοντικούς δείκτες: α) τη ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα, β) τη συνολική ενέργεια που καταναλώνεται, γ) τις επιδράσεις στον αέρα, και δ) τις επιδράσεις στο νερό. Οι δείκτες μπορούν να αξιολογηθούν, από το στάδιο των πρώτων υλών και την παραγωγή, έως τη χρήση και το τέλος ζωής του. Έτσι οι σχεδιαστές μπορούν να ερευνήσουν τις περιβαλλοντικές επιδράσεις των διαφορετικών υλικών, της προμήθειας των πρώτων υλών, των απαραίτητων μεταφορών, και των μεθόδων επεξεργασίας (http://www.solidworks.com). ίνεται η δυνατότητα σύγκρισης υλικών, τρόπων κατασκευής αλλά και μεταφοράς. Στο παρόν άρθρο έχει γίνει δοθεί έμφαση κυρίως σε θέματα εφοδιαστικής. Αρχικά υπολογίζεται ο κύκλος ζωής του παιχνιδιού και γίνεται σύγκριση μεταξύ δυο σεναρίων. Το πρώτο σενάριο ορίζει ως τόπο κατασκευής την Κίνα και μεταφορά και χρήση του στην Ευρώπη, ενώ το δεύτερο ορίζει ως τόπο κατασκευής την Βόρεια Αμερική. Η χρήση του παιχνιδιού και στις δύο περιπτώσεις θεωρείται ότι θα γίνει στην Ευρώπη. Το μέσο μεταφοράς που επιλέχτηκε και στις δυο περιπτώσεις είναι το πλοίο. Το συμπέρασμα που βγαίνει (Εικόνα 2) είναι ότι το ίδιο ακριβώς παιχνίδι είναι φιλικότερο προς το περιβάλλον εάν κατασκευαστεί στην Βόρεια Αμερική, παρά εάν κατασκευαστεί στην Κίνα. Τα στοιχεία δείχνουν ότι επιτυγχάνεται πολύ λιγότερη ατμοσφαιρική ρύπανση (ίχνος άνθρακα 12%, ποσότητα διοξειδίου του θείου 55%) και πολύ λιγότερη επίδραση στο νερό (39%).

Εικόνα 3. Επιλογή φιλικότερου προς το περιβάλλον μέσου μεταφοράς (Πλοίο- Αεροπλάνο) Στη δεύτερη περίπτωση, το σενάριο έχει να κάνει με την παραγωγή του παιχνιδιού στη Βόρεια Αμερική και εξετάζει δυο σενάρια με διαφορετικό τρόπο μεταφοράς. Στο πρώτο σενάριο επιλέγεται σαν μέσο μεταφοράς το αεροπλάνο, ενώ στο δεύτερο το πλοίο. Σύμφωνα με το αποτέλεσμα της ανάλυσης (Εικόνα 3) γίνεται κατανοητό ότι το αεροπλάνο επιβαρύνει πολύ περισσότερο το περιβάλλον από ότι το πλοίο και μάλιστα σε θέματα που έχουν να κάνουν με το ίχνος του διοξειδίου του άνθρακα (60%) αλλά και την ατμοσφαιρική ρύπανση (ίχνος διοξειδίου του θειου, 65%). Επίσης και η επίδραση στο νερό είναι σημαντικά διαφοροποιημένη (25%), ενώ η συνολική ενέργεια που απαιτείται διαφέρει κατά 19% υπέρ του πλοίου. Εικόνα 4. Επιλογή φιλικότερου προς το περιβάλλον μέσου μεταφοράς (Φορτηγό-Τρένο)

Τέλος στη τρίτη και τελευταία περίπτωση, σαν τόπος κατασκευής και χρήσης επιλέγεται η Ευρώπη. Το σενάριο έχει να κάνει και σε αυτήν την περίπτωση με το μέσο μεταφοράς, εφόσον έχει επιλεχτεί η ίδια χιλιομετρική απόσταση και τα μέσα μεταφοράς που έχουν επιλεχτεί είναι το τρένο και το φορτηγό. Ο όγκος μεταφοράς του φορτίου υπολογίζεται ο ίδιος ακριβώς και στις δυο περιπτώσεις. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της ανάλυσης, η φιλικότερη προς το περιβάλλον επιλογή τρόπου μεταφοράς, είναι το τρένο, με μικρή αλλά σημαντική για το περιβάλλον διαφορά (Εικόνα 4). 4. Συμπεράσματα Στο παρόν άρθρο παρουσιάστηκε η διαδικασία ανάπτυξης ενός νέου προϊόντος με την χρήση συστήματος CAD (Computer Aided Design) και με τον φιλικότερο προς το περιβάλλον τρόπο επιλογής του υλικού. Επίσης λήφθηκαν υπόψη ο τρόπος παραγωγής του, της αποθήκευσης του αλλά και της διάθεσης του στους χρήστες. Αυτό έγινε δυνατό με τη χρήση των κατάλληλων εργαλείων, που έχουν να κάνουν τόσο με την αρχική αξιολόγηση του κύκλου ζωής του προϊόντος (Life Cycle Assessment), όσο και με τη χρήση της φιλοσοφίας του σχεδιασμού για εύκολη συναρμολόγηση (Design for Assembly). Με τον συνδυασμό των δύο αυτών μεθοδολογιών αναμφίβολα επηρεάστηκαν άμεσα η πράσινη και ανάστροφη εφοδιαστική (Green and

Reverse Logistics) του αναπτυσσόμενου προϊόντος, αφού αυτό είναι ελαφρύτερο, μικρότερου όγκου και καταλληλότερου για το περιβάλλον υλικού. Βιβλιογραφία Bhamra T. and Lofthouse V. (2005), Design for sustainability - practical approach, GOWER, Hampshire. Boothroyd G. (1994), Product Design for manufacturing and assembly, Computer Aided Design, Vol. 26, No. 7, pp. 505-520. Boothroyd G. and Dewhurst P. (1990) Product Design for Assembly, Boothroyd Dewhurst Inc, Wakefield USA. Bruntland G. (1987), Our common future, The World Commission on Environment and Development, Oxford University Press, Oxford. Efkolidis N. and Kyratsis P. (2012), Ecology Push: a novel methodology in product design, International Journal of Modern Engineering Research, Vol. 2, No. 2, pp. 89-94. Giudice F., La Rosa G., and Risitano A. (2006), Product design for the Environment: A life Cycle approach, Boca Raton, FL CRC Press. http://www.solidworks.com/sw/docs/solidworks_sustainability_datasheet_2011.pdf Lennart Y. and Ljungberg S. (2007). Materials selection and design for development of sustainable products, Original Research Article Pages, Vol. 28, pp. 466 479 Margolin V. (1988), Design for A Sustainable World, Design Issues, Vol. 14, pp. 85-97.