موضوع مقاله: طراحی برای محیط زیست | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # طراحی برای محیط زیست | مقدمه: برنامه طراحی برای محیط زیست به اختصار (DFE) یک روش طراحی برای کاهش تأثیر محصولات، فرایندها یا خدمات در طول چرخهٔ عمر آن‌ها بر سلامت انسان و محیط زیست است. | ## بخش 1: طراحی برای محیط زیست | ابزارهای مختلف نرم‌افزاری برای کمک به طراحان در یافتن محصولات یا فرایندها/خدمات بهینه‌سازی شده ایجاد شده است. DFE همچنین نام اصلی برنامهٔ سازمان حفاظت از محیط زیست ایالات متحده (EPA) است که در سال ۱۹۹۲ ایجاد شده و در پی جلوگیری از آلودگی و خطراتی که آلودگی برای انسان‌ها و محیط زیست ایجاد می‌کند است. این برنامه، اطلاعاتی در مورد فرمول‌های شیمیایی ایمن‌تر برای پاکسازی و دیگر محصولات ارائه می‌کند. طراحی برای محیط زیست یک جنبش جهانی است که هدف آن طراحی ابتکارات و ایجاد انگیزه‌های زیست‌محیطی برای بهبود طراحی محصول به منظور به حداقل رساندن اثرات بهداشتی و زیست‌محیطی است. هدف استراتژی طراحی محیط زیستی (DFE)، بهبود فناوری و طراحی تاکتیک‌هایی برای گسترش دامنهٔ محصولات است. تمرکز اصلی DFE بر به حداقل رساندن هزینهٔ زیست‌محیطی و اقتصادی برای مصرف‌کنندگان و افزون بر این، تمرکز بر چارچوب چرخهٔ عمر محصول است. طراحی برای پردازش محیطی و تولید: این تضمین می‌کند که استخراج مواد خام (معدن‌کاری، حفاری، و غیره)، پردازش (پردازش مواد قابل استفاده مجدد، ذوب فلزات و …) و تولید با استفاده از مواد و فرآیندهایی انجام می‌شود که برای محیط زیست و کارکنان خطرناک نیست. این شامل به حداقل رساندن ضایعات و محصولات خطرناک، آلودگی هوا، مصرف انرژی، و سایر عوامل است. طراحی برای بسته‌بندی زیست‌محیطی: این تضمین می‌کند که مواد مورد استفاده در بسته‌بندی، سازگار با محیط زیست هستند که می‌توان از طریق استفادهٔ مجدد از محصولات، حذف کاغذ و بسته‌بندی غیرضروری محصولات، استفادهٔ بهینه از مواد و فضا، استفاده از مواد بازیافتی و/یا قابل بازیافت به این هدف دست یافت. طراحی برای دفع یا استفاده مجدد: پایان زندگی یک محصول بسیار مهم است، زیرا برخی از محصولات مواد شیمیایی خطرناکی را به هوا، زمین و آب پس از دور انداخته شدن در محل‌های دفن زباله منتشر می‌کنند. برنامه‌ریزی برای استفاده مجدد یا نوسازی یک محصول، نوع موادی که مورد استفاده قرار خواهد گرفت، چگونگی جدا کردن و مورد استفاده مجدد قرار دادن، و اثرات زیست‌محیطی که این مواد خواهند داشت را تغییر می‌دهد. طراحی برای بهره‌وری انرژی: طراحی محصولات برای کاهش مصرف انرژی کلی در طول زندگی محصول. ارزیابی چرخهٔ عمر (LCA) برای پیش‌بینی اثرات گزینه‌های جایگزین (تولید) مختلف محصول مورد نظر استفاده می‌شود تا موردی که سازگار با محیط زیست است انتخاب بشود. تحلیل چرخهٔ عمر می‌تواند به عنوان ابزاری برای تعیین اثرات زیست‌محیطی یک محصول یا فرایند استفاده بشود. با مقایسه محصولات مختلف، طراحان می‌توانند در مورد این که بر کدام خطر زیست‌محیطی تمرکز کنند تا محصولات سازگار با محیط زیست تولید نمایند، تصمیم‌گیری کنند. هدف تمام کسب و کارهای مدرن، تولید محصولاتی با هزینه کم با حفظ کیفیت، رقابتی ماندن در بازار جهانی، و برآورده نمودن ترجیحات مصرف‌کننده در مورد محصولات بیشتر سازگار با محیط زیست می‌باشد. برای کمک به کسب و کار برای مقابله با این چالش‌ها، EPA کسب و کارها را تشویق می‌کند تا ملاحظات زیست‌محیطی را در فرایند طراحی در نظر بگیرند. مزایای ترکیب DFE عبارتند از: صرفه جویی در هزینه، کاهش خطرات کسب و کار و زیست‌محیطی، گسترش فرصت‌های کسب و کار و بازار، و رعایت مقررات زیست‌محیطی. هدف استارباکس، کاهش مصرف انرژی تا ۲۵٪ و پوشش ۱۰۰ درصدی مصرف برق با انرژی‌های تجدید پذیر تا سال ۲۰۱۵ است. هیولت پکرد: HP تلاش می‌کند تا مصرف انرژی در تولید را کاهش دهد، موادی که تأثیر کمی بر محیطی دارند تولید نماید، و تجهیزات به راحتی قابل بازیافت طراحی نماید. آی بی ام: هدف آن‌ها افزایش عمر محصول به فراتر از فقط تولید و استفاده از محصولات قابل استفاده مجدد و قابل بازیافت است. این بدین معنی است که آی بی ام در حال حاضر تلاش می‌کند تا محصولاتی تولید کند که در پایان عمر خود به صورت ایمن دفع شوند. فیلیپس: به مدت تقریباً ۲۰ سال، توسعه پایدار بخش مهمی از فرایند تصمیم‌گیری و تولید فیلیپس بوده است. فیلیپس نه تنها تلاش می‌کند تا مصرف انرژی را در طول فرایند تولید کاهش بدهد، بلکه در یک پروژه منحصر به فرد که طراحی انسان دوستانه می‌باشد، مشارکت نموده است. آن‌ها با سازمان‌های دیگر همکاری می‌کنند تا از تخصص و نوآوری آن‌ها برای کمک به جمعیت شکننده جامعه استفاده کنند. علاوه بر این نام‌های تجاری بزرگ، چند شرکت دیگر تولیدکننده محصول برای مصرف‌کننده در برنامه DFE حضور دارند از جمله: شرکت مواد شیمیایی و تجهیزات اطلس محلول‌های شستشوی آمریکا عرضه BCD فناوری بتا برایتون USA طرح کسب و کار برای محیط زیست به چه صورت طراحی می‌شود؟ یک کسب و کار می‌تواند برای محیط زیست به صورت‌های زیر طراحی شود: بررسی تأثیر فرایند و محصولات آن بر سلامت انسان و محیط زیست. | ## بخش 2: طراحی برای محیط زیست | کاهش استفاده و انتشار مواد شیمیایی سمی از طریق نوآوری در فناوری‌های پاک‌کننده‌ای که از مواد شیمیایی ایمن استفاده می‌کنند. اذعان به این که هر چند تغییر می‌تواند سریع انجام بشود، در بسیاری از موارد چرخه ارزیابی و بهبود مستمر مورد نیاز است. برنامه برچسب محصول ایمن برنامه برچسب زنی DFE سازمان حفاظت از محیط زیست ایالات متحده در سال ۲۰۱۵ به EPA انتخاب امن‌تر تغییر نام داد. قوانین و مقررات جاری تشویق‌کننده DFE در صنعت الکترونیک استانداردهای ملی کیفیت هوای محیط (NAAQS) سازمان حفاظت محیط زیست استانداردهای ملی کیفیت هوای محیط (NAAQS) را وضع کرده است تا یک استاندارد کیفیت هوا در سراسر ایالات متحده ارائه کند. NAAQS، استانداردهایب برای شش منبع اصلی آلاینده‌ها تعیین نموده است که شامل انتشار: ازن (۰٫۱۲ پی پی ام در هر ۱ ساعت)، مونوکسید کربن (۳۵ پی پی ام در هر ۱ ساعت)، آلاینده (استانداردهای اولیه)، ذرات معلق (۵۰g/m³ در یک متوسط سالانه)، دی‌اکسید گوگرد (۸۰g/m³ در متوسط سالانه)، دی‌اکسید نیتروژن (۱۰۰g/m³ میلی در متوسط سالانه)، و انتشار مواد سربی (۱٫۵g/m³ در متوسط سالانه) است. حفاظت اوزون استراتوسفری حفاظت اوزون استراتوسفری تحت بخش ۶۰۲ قانون هوای پاک سال ۱۹۹۰ است. هدف این مقررات، کاهش انتشار کلروفلوئوروکربن‌ها (CFCs) و دیگر مواد شیمیایی که لایه اوزون استراتوسفر را از بین می‌برند، است. اقدامات حفاظتی، مواد مخرب لایه ازن را در دو دسته طبقه‌بندی می‌نماید: دسته اول و دسته دوم. گزارش الزامات برای رهاسازی مواد سمی یک شرکت فعال در صنعت الکترونیک در کدهای SIC 39-20 که بیش از ۱۰ کارمند تمام وقت دارد و بیش از ۱۰٬۰۰۰ پوند در سال از مواد شیمیایی سمی لیست شده در 40 CFR 372.۶۵ استفاده می‌کند، باید الزاماتی برای انتشار مواد سمی تعیین نماید. این مفهوم تقریباً در تمامی حوزه‌های مهندسی وجود دارد اما پیاده‌سازی آن که به تکنولوژی ساخت در آن حوزه وابسته می‌باشد، به‌طور قابل توجهی می‌تواند متفاوت باشد. طراحی برای ساخت، پروسهٔ طراحی یا مهندسی یک محصول را جهت امکان‌پذیر بودن فرایند ساخت و کاهش هزینه‌های مربوطه توصیف می‌کند. طراحی برای ساخت امکان حل مشکلات احتمالی در فاز طراحی را که کم‌هزینه‌ترین محل برای رفع آن‌ها می‌باشد می‌دهد. موارد دیگری مانند نوع و شکل مادهٔ خام مورد استفاده، تلرانس‌گذاری ابعادی، فرایندهای ثانویه مانند عملیات سطحی، ممکن است ساخت‌پذیری را تحت تأثیر قرار دهند. بر اساس انواع مختلف فرایندهای ساخت، دستورالعمل‌های تعیین شده‌ای برای حوزهٔ طراحی برای ساخت وجود دارد. این دستورالعمل‌ها کمک می‌کنند تا به‌طور دقیق، انواع تلرانس‌ها، قوانین و بازرسی‌های مربوط به طراحی برای ساخت تعریف شوند. برخی از انتقادهای وارد شده به مفهوم طراحی برای ساخت از طرف افراد صنعتی بیان می‌کنند که مفاهیم طراحی برای ساخت و طراحی برای مونتاژ، عبارات جدید و غیرضروری برای مفهومی می‌باشد که از زمان وجود مفهوم ساخت وجود داشته‌اند و بنابراین این مفاهیم بیانگر همان طراحی مهندسی می‌باشند. مفهوم طراحی برای ساخت در برد مدار چاپی در فرایند طراحی بردهای مدار چاپی، مفهوم طراحی برای ساخت دسته‌ای از دستورالعمل‌هایی را فراهم می‌آورد که تلاش می‌کنند تا بتوان از ساخت‌پذیری برد اطمینان حاصل کرد. به‌طور ایده‌آل، دستورالعمل‌های مربوطه به طراحی برای ساخت، توانمندی‌ها و فرایندهای صنعت تولید را لحاظ می‌کنند؛ بنابراین، مفاهیم طراحی برای ساخت به‌طور مداوم در حال تکامل یافتن هستند. با تکامل شرکت‌های تولیدکننده و انجام اتوماسیون در مراحل و فرایندهای بیشتر، این فرایندها در حال ارزان‌تر شدن هستند. به عنوان مثال، اگر یک فرایند را بتوان به صورت خودکار با ماشین‌هایی انجام داد، هزینهٔ تمام شدهٔ کار ارزان‌تر از انجام آن با دست می‌باشد. مفهوم طراحی برای ساخت در مدارات مجتمع دستیابی به طراحی‌های قابل تولید در سایهٔ تکنولوژی نوین یکپارچه‌سازی کلان مقیاس به دلیل کوچک شدن ابعاد به همراه پیچیدگی محصولات نوین، به یک هدف بسیار چالش‌برانگیز تبدیل شده است. در اینجا، روش پیشنهادی طراحی برای ساخت شامل تکنیک‌هایی برای تغییر طراحی مدارات مجتمع به جهت ساخت‌پذیرتر کردن آن‌ها می‌باشد تا بهره‌وری کاربردی، پارامتریک و اطمینان‌پذیری آن‌ها را افزایش دهد. پیش‌زمینه به‌طور سنتی، در دوران پیش از ابعاد نانومتری، طراحی برای ساخت از دسته‌ای از روش‌های مختلف تشکیل شده بود که سعی در اجبار برخی قوانین طراحی نرم (پیشنهادی) در مورد شکل‌ها و وجوه ساختار فیزیکی یک مدار مجتمع داشتند. همچنین بدترین سناریوهای شبیه‌سازی در سطوح مختلف از هندسه‌ها بکار گرفته شدند، تا اثر تفاوت‌های موجود در فرایند ساخت بر عملکرد و دیگر انواع کاهش بهره‌وری پارامتریک اعمال شوند. تمامی انواع این بدترین حالت‌های شبیه‌سازی در واقع بر اساس یک مجموعه از حالت‌های غیر ایده‌آل در فایل‌های پارامتر دستگاه در نرم‌افزار اسپایس می‌باشند، که با هدف نمایش دادن تغییرات عملکرد ترانزیستور بر روی یک بازهٔ کامل از واریاسیون‌ها در فرایند ساخت مورد استفاده قرار می‌گیرند. علاوه بر آن، مدل‌های نرم‌افزار اسپایس باید شامل ناسازگاری‌هایی درون مدل خود در شبیه‌سازی مدارات آنالوگ باشند. دسته‌بندی مکانیزم‌های کاهش بهره‌وری مهم‌ترین مدل‌های کاهش بهره‌وری برای یکپارچه سازی کلان مقیاس آی‌سی‌ها می‌توانند به چند دسته تقسیم شوند. | ## بخش 3: طراحی برای محیط زیست | این مکانیزم توسط مکانیزم‌های مرتبط با تجهیزات، اثرات سیستماتیک مثل چاپ پذیری یا مشکلات صفحه‌گذاری و عیوب کاملاً تصادفی ایجاد می‌شود. محصولات با عملکرد بالا ممکن است تحت تأثیر جزئیات طراحی پارامتریک قرارگیرند که یا در اثر غیر یکنواختی در فرایند یا عوامل محیط‌زیستی ایجاد می‌شوند. کاهش بهره‌وری مرتبط با انجام تست‌ها می‌تواند توسط انجام نادرست تست اتفاق افتد و می‌تواند اثر مهمی در کاهش بهره‌وری داشته باشد. مفهوم طراحی برای ساخت در ماشین‌کاری CNC هدف در این بخش انجام طراحی به شیوه‌ای است که هزینه را کاهش دهد. هزینه توسط زمان کنترل می‌شود؛ بنابراین، طراحی باید به نحوی باشد، که زمان مورد نیاز برای نه تنها ماشین‌کاری (براده برداری) بلکه زمان تنظیم دستگاه سی ان سی را نیز کمینه کند. ایجاد فیکسچر مناسب و دیگر فرایندهای مورد نیاز پیش از شروع ماشین‌کاری که به پیچیدگی قطعه وابسته هستند، از این دسته موارد می‌باشند. زمان راه‌اندازی فرایندها یک دستگاه CNC فقط می‌تواند از یک جهت به قطعه نزدیک شود مگر آنکه محور چهارم یا پنجم استفاده شوند. هندسهٔ قطعه تعیین می‌کند که آیا برای ساخت آن نیاز به گرداندن قطعه وجود دارد یا خیر. هرچه تعداد فرایندهای مورد نیاز برای ماشین‌کاری قطعه بیشتر شود، هزینهٔ ساخت آن قطعه بالاتر خواهد رفت. هر فرایند یک زمان راه‌اندازی مخصوص به خود را دارد که باید قبل از شروع کار دستگاه طی شوند؛ بنابراین هرچه تعداد این مراحل افزایش یابد، هزینهٔ ساخت نیز بالاتر خواهد رفت. این فرایندهای راه‌اندازی بسیار زمان‌بر هستند به طوری که ممکن است برای ماشینکاری قطعه به مدت ۲ دقیقه بیش از یک ساعت زمان نیاز به فرایند راه‌اندازی باشد. در انتها، حجم (تعداد) قطعات مورد نیاز برای ماشین‌کاری نیز نقش مهمی در هزینه‌ها دارد. هرچه تعداد قطعات بالاتر رود هزینهٔ ماشین‌کاری نیز افزایش خواهد یافت؛ بنابراین ضروری است که طراحی قطعات به نحوی باشد، که کمترین زمان برای فرایندهای آماده‌سازی صرف شود. این موضوع در طراحی برای ساخت دیده می‌شود و طراح، با این طرز تفکر قطعهٔ موردنظر را طراحی می‌کند که کمترین هزینه صرف فرایند ماشین‌کاری قطعه شود. نوع ماده ساده‌ترین انواع فلزات قابل ماشین‌کاری شامل آلومینیم، برنج و دیگر فلزات نرم می‌شوند. هرچه مواد مانند فولاد، تیتانیم و آلیاژهای سخت‌تر شوند، ماشین‌کاری آن‌ها سخت‌تر خواهد شد؛ بنابراین ساخت‌پذیری آن‌ها کاهش می‌یابد. با این وجود، افزودن فایبرگلاس و فیبرکربن می‌تواند قابلیت ماشین‌کاری را کاهش دهد. از طرفی پلاستیک‌هایی که بسیار نرم می‌باشند هم ممکن است مشکلات ماشین‌کاری خاص خود را داشته باشند. قطعات به حالت شمش تقریباً نصف همان میزان ماده به حالت ورق هزینه دارند؛ بنابراین، با وجود آنکه حالت ماده به صورت مستقیم به هندسهٔ قطعه وابسته نیست، هزینه‌های مربوطه می‌توانند با انتخاب کم‌هزینه‌ترین حالت ماده در فاز طراحی کاهش یابند. هرچه تلرانس مورد نیاز کوچک‌تر باشد، هزینهٔ ماشین‌کاری بالاتر می‌رود زیرا به دقت‌های بالاتری جهت ماشین‌کاری نیاز است. در هنگام طراحی، بازترین تلرانس ممکن که همچنان قطعه کارکرد مناسب خود را در آن حفظ می‌کند تعیین می‌شود. همچنین روش‌های خلاقانه‌ای برای مهندسی قطعات با تلرانس‌های پایین‌تر وجود دارد که عملکرد آن‌ها مشابه تلرانس‌های بالاتر همان قطعه باشد. طراحی و شکل ماشین‌کاری یک فرایند براده‌برداری است بنابراین زمانی که طول می‌کشد تا مقدار ماده مورد نظر از سطح برداشته شود یک فاکتور حائز اهمیت در هزینهٔ ماشین‌کاری است. حجم و اندازهٔ ماده‌ای که باید از قطعه برداشته شود، همین‌طور میزان پیشروی ابزار براده‌برداری زمان ماشین‌کاری را تعیین می‌کنند. هنگام استفاده از دستگاه فرز استحکام و سختی ابزار که بر حسب نسبت طول به قطر ابزار تعیین می‌شود بزرگ‌ترین نقش را در تعیین سرعت حرکت ابزار ایفا می‌کند. هرچه ابزار طول کوتاه‌تری به نسبت قطرش داشته باشد، سرعت براده‌برداری آن بالاتر خواهد بود. | ## جمع‌بندی | برای حفره‌ها نسبت طول به قطر ابزار اهمیت کمتری دارد اما همچنان باید کمتر از ۱۰ به ۱ باشد.