可持续设计减少温室气体排放的五种方法

从历史上看，新产品设计的重点是功能性和可制造性。该学科的一些关键重点领域包括产品的大批量组装能力以及它们在消费者手中的可靠性。虽然这些仍然是关键的考虑因素，但可持续设计或可持续设计已被添加到产品在进入制造之前必须具备的特征列表中。可持续性设计(DfS)是一种系统的产品设计方法，从战略上识别并消除产品在整个生命周期中产生排放的区域;这是一个“为x而设计”的过程，类似于为制造而设计增材制造设计．

对于DfS或可持续设计，考虑因素包括:

• 如何减少产品的碳足迹?
• 哪些材料可以重新引入循环经济或以可持续的方式处理?
• 制造商如何与他们的供应链伙伴合作，为他们的产品做出最可持续的选择?

一旦进入生产阶段，在产品中引入可持续性元素将变得更加困难，更不用说成本和时间了。从设计的最初阶段就考虑到可持续性是降低产品对环境影响的最具成本效益和最有效的方法。根据2022年麦肯锡分析表明，在生产的研究和开发阶段所做的决策大约占产品总资源占用的80%。

5可持续设计策略

对于制造商或产品设计师来说，要创造一个“可持续”的设计，没有一个单一的交换。相反，它需要对设计和执行它所需的流程进行全面评估，以确定在哪些方面可以减少产品的碳足迹。这里有一些策略，以创造一个更可持续的设计产品，从医疗设备消费电子产品电动汽车．

材料选择

从可持续发展的角度来看，产品设计中最早做出的决定之一，材料的选择，也可能是最具影响力的决定之一。对于大批量的一次性产品尤其如此。通过选择可以在产品使用寿命结束时回收的材料，重新引入循环经济，材料的整体碳足迹将更低。

Jabil的网站布雷、爱尔兰-专门从事医疗保健制造并赢得了香取奖这是世界上组织卓越的最高标准，将于2021年获得零垃圾填埋认证。在工厂生产过程中产生的所有废料都在工厂进行处理，并被回收成新的塑料部件。就像你通常会在设计过程的早期与成型或组装工艺的专家合作一样，在决定引入可回收材料时，与具有回收专业知识的合作伙伴合作，了解回收过程中存在的挑战。因此，设计师可以从一开始就围绕回收策略设计产品生命周期，包括更可持续的报废计划。

捷普医疗开发了一种评估，以帮助确定哪种材料对特定产品最具可持续性。注意事项包括:

• 回收方法
• 物料生产对环境的影响
• 原材料供应链的碳足迹
• 材料供应商的可持续性证书
• 材料使用后的预测结果(即填埋、废物转化为能源、循环经济)。

对于必须满足更高性能标准的材料可追溯性以避免污染的塑料产品(如医疗设备而且食品饮料包装)，生物基树脂可能是可回收材料的替代品。例如，现在有可持续生产的医疗级材料，在性能方面几乎与现有产品相同，但由95-100%的生物含量组成。这些材料的碳足迹通常不到化石燃料生产的原始材料的50%。

设备拆卸

装配设计是产品设计过程中的一个标准步骤。可持续性设计将可拆卸性设计加入到等式中。在过去，在整个制造过程中，优先考虑的是产品及其组件如何与组装设备、夹具、供料系统和光学系统相匹配。现在，一旦消费者使用完产品，如何将这些碎片拆开进行回收和回收也是一个同样重要的考虑因素。

制造商可能需要考虑放弃用化学方法粘合材料并使其更难拆卸的组装工艺，比如超声波或激光焊接。方便的是，这些也是碳密集的过程，所以从你的价值链中消除它们将有助于减少产品的整体足迹。还有其他方法可以帮助产品更容易拆卸:

• 避免使用润滑剂或溶剂，它们会污染废物流，并降低设备作为循环资产的价值。
• 减少螺丝或螺栓的使用，这会使拆卸更加耗时。如果需要螺丝，黑色材料是最佳选择，这样它们就可以在回收过程中被磁分离。
• 避免使用可能污染整个塑料批次的墨水或油漆部件。考虑模内打标或激光打标等工艺作为替代方案。
• 考虑形状记忆树脂在设备剪切机构中的使用。它们可以被设计成在使用过程中确保设备外壳的安全，但也可以在使用后通过加热设备来方便拆卸。

一个重要的考虑因素是，拆卸产品进行部件回收所需的能量大于回收所节省的能量的阈值。在与回收合作伙伴进行评估后，如果很明显回收是不太可持续的路线，那么最好是将设备撕碎并对材料进行分类，而不是将整个组件进行回收。最后，为了创造一个真正的、完全自主的循环经济，“全球退货”系统将在产品使用后将其带回您的站点进行拆卸和回收，从而实现对整个产品生命周期的端到端可见。

模块化设计

制造商在产品可持续性方面的另一项重大投资是使用可重复使用的联网设备，以减少对一次性设备的依赖。不过，可重复使用的设备通常有一些组件要么是一次性的，要么在一段时间后需要升级。

比如，Jabil’sQfinity连接的自动注射器可以重复使用超过100次，每次使用后必须丢弃的唯一组件是含有注射药物的预填充盒。通过对可重复使用和一次性组件的产品采用模块化设计，设计人员可以使组件交换更安全、更简单。

在模块化设计中，可重复使用和一次性部件分开，以避免生物危害污染(如在医疗设备中)和/或使维修更简单。例如，电动汽车比传统的内燃机汽车更依赖于模块化设计。当客户遇到需要维修的问题时，可以将受影响的模块移除并快速更换，这样就可以立即驾驶汽车，而不是因为其中一个部件需要维修而将整辆车停在店里。由于模块化设计，当一个组件受损时，整个设备不需要更换或暂时无法使用，而一个组件是固定的。

这就要求品牌和制造商向标准化迈进，增加使用标准组件和标准工具来更换这些组件。”修理权“法律和类似的立法赋予消费者更大的权力，让他们在更长的一段时间内修理而不是更换耐用的电子产品。

减少组件和供应商

除了使用由更可持续的材料制成的组件，还可以通过简单地减少产品设计中包含的组件数量和组件类型来增强整体产品的可持续性。将更少的材料类型重新引入循环经济更具有成本效益，产品中更少的整体材料意味着更少的运输、制造和组装过程中留下的整体碳足迹。

实现这一目标的方法之一是通过加法制造这样你就可以打印出你需要的精确尺寸和形状的零件，甚至可以避免像螺丝和胶水这样的粘合剂，因为它们会使产品更难拆卸回收。3D打印的设计可以结合晶格结构和其他传统制造无法实现的特征。

可持续设计的另一种方法是创造能够减少最终进入垃圾填埋场和水道的一次性部件数量的产品。例如，解决方案设备和消耗品系统使用耐用的配药设备来补充家庭和个人护理产品，如洗手液或洗衣液。非接触式传感器可确保适量的产品被分配，以帮助补充时间更长，而补充容器可以由更少的塑料或替代的，比传统产品包装更可持续的材料制成。

虽然这可能是简化产品材料清单的自然效果，但优化供应链以减少特定产品所需的供应商数量是提高可持续性的另一种方式。通过专注于能够提供更多产品BoM的少数供应商，可以最大限度地提高组件出货量，从而最大限度地减少必须进行的单个发货数量。然后，制造商可以与这个较小的供应商名单更紧密地合作，以提高整个价值链的可持续性。

可持续设计帮助制造商打造绿色未来

使可持续设计成为标准产品开发过程的一部分不可能一蹴而就，可能会有内部和外部的障碍需要克服:

• 在生产过程中实施可持续设计是一个初始的时间和财务投资，但可能会获得长期的投资回报率。
• 可持续发展法规因国家和地区而异，因此跨国公司必须掌握甚至领先于这些不断变化的规则，以保持合规。
• 持续的供应链挑战使组织难以获得关键组件，更不用说那些为可持续发展而优化的组件了。
• 在未来几年里，设计师和工程师必须面对的一个创新挑战是，如何重新设计锂电池等高影响、高需求的部件，从而减少对环境的影响。

不过，在考虑可持续设计的价值时，还有一个更大的愿景。虽然采用这些实践肯定可以减少单个产品对环境的影响，但它也可以对您的组织的整体可持续发展方法产生深远的影响。

发展循环经济

正如我们所提到的，可持续设计可以创建一个端到端的生产和退货系统，允许制造商在新产品中回收材料和组件。然而，可持续设计与循环经济紧密相连，因为后者的成功与前者的早期实施息息相关。

如果在产品开发过程的早期就考虑到可持续设计，制造商就可以制定流程，在消费者使用后回收组件和材料，或者与能够处理回收过程的供应链合作伙伴建立关系。同样，原始设备制造商可以计划如何使用回收材料，并确保他们只捕获实际将在新产品中占有一席之地的材料。否则，用于回收部件的能量就会白白浪费掉。了解材料将如何被捕获以及它将去哪里是至关重要的，而设计阶段是你可以灵活地做到这一点的阶段。如果在设计循环经济时等待太久，就会失去这种灵活性。

可持续设计推动更可持续的制造实践

生命周期评估是采用可持续设计的必要部分，它衡量了特定产品从诞生到死亡的每个发展阶段产生的排放数量。但是，除了确定如何通过设计选择来减少这些排放之外，生命周期评估还可以确定产品碳足迹可以减少的其他领域，例如制造过程和物流。

更可持续的设计选择也有助于降低制造业的碳排放，因为大型原始设备制造商利用他们的支出规模来影响他们的供应商和其他供应链合作伙伴，让他们在自己的组织中采用更可持续的实践。由于制造商尤其希望减少其范围3的排放，他们为这些决策建模并要求供应链下游的公司做出同样的决策将变得越来越重要。

利用这种影响力，还可以向OEM的客户、消费者和员工展示超出底线的对更广泛社会目标的承诺。将可持续实践作为运营的宗旨，对组织内的团队进行可持续发展教育，并与供应链内的其他组织合作，以便他们也能这样做，除了获得环境效益外，还能为客户增加价值。

首先要尽早创新，并经常利用可持续设计等实践提供的机会。创造更多的可持续产品不是一个组织可以或应该单独做的事情，但通过提出正确的问题并考虑所有的可能性，产品设计可能只是可持续发展海洋变化的开始。