作者Eryn Devola -西门子数字工业可持续发展副总裁
设计一直是性能、成本和质量的平衡。但这些指标并没有考虑到产品整个生命周期对环境的影响。必须增加可持续性，以确保即使在最复杂的系统中，产品的每一个影响都得到解决。唯一有效的解决方案从一开始就开始了，因为产品生命周期中近80%的环境影响都是在设计阶段决定的——使用什么材料，如何制造，能源效率，以及使用结束后会发生什么。这些问题的解决方案是将可持续性部署为额外的业务指标，并使用数字化来比竞争对手更快地实现这一目标。
设计可持续产品需要尽早了解环境影响，包括洞察产品的材料和能源使用，制造过程的环境影响，及其预期的资源消耗。设计师必须考虑供应商、分销商和物流供应商，同时平衡可持续性、盈利能力、性能和质量目标。数据和数字化是利用数字企业的集体智慧进行整体设计的关键。要实现这一目标，需要重新构想产品设计，建立在系统方法、互联的工业生态系统和整体可持续发展指标的基础上。
从系统设计的系统开始
一个系统可以像电子设备中集成电路的一个特性那样具体，也可以像产品将占用的环境那样广泛。大多数现代产品不能被描述为一个单一的系统，因为开发需要许多工程学科。相反，这些产品被认为是系统的系统。在项目中协调不同的规程时，需要尽早并经常进行模拟，以优化各个系统，然后平衡它们的交互方式。
这种健壮的模拟首先是由产品的全面数字孪生实现的。对于船用螺旋桨来说，增加桨叶间距可能会提高水动力效率，但它依赖于发动机和中间的每个系统来提供足够的动力，并保持在运行中的碳排放规范内。这些多学科优化比以往任何时候都要快，并且需要更少的资源来找到最佳解决方案。
模拟生产也有价值，可以深入了解产品是如何生产的，物流成本，使用寿命，以及它如何适应循环经济。早期的探索提供了一个更智能定义的设计空间，并将其与业务的可行性、可盈利性和可持续性绑定在一起。需求和评估必须从一开始就无缝地交织在一起，以做出明智的决策。由于产品性能的强度重量比优越，可以选择一种材料而不是另一种。由于提取的二氧化碳排放成本高于另一种材料的可回收性，可能会避免使用一种材料，并且可能会为特定的制造过程(如3D打印)设计组件，以最大限度地减少浪费。
在互联的工业生态系统中保持正轨
在设计阶段做出正确的可持续性决策需要访问最准确和最广泛的数据集合，以创建一个真正全面的数字双胞胎，包括供应商、物流运营和能源基础设施的扩展网络。这种方法提供了做出更好决策所需的集体智慧，随着您的数字双胞胎从模拟、制造和价值链收集数据，它将越来越准确地反映现实世界。
通信生态系统必须覆盖整个价值链，并尽早建立——与供应商、分销商和其他合作伙伴协调行动和数据交换。这使设计师可以直接获得材料和承包子系统的采购信息。同时，建立在数字化基础上的健壮的产品生命周期管理系统，将所有工程工作编织在一起，创建当今复杂的产品，同时仍然考虑到企业的可用资源。整合这些孤立的流程有助于更快地将更好、更可持续的产品推向市场。
一个连接良好的工业设计生态系统还在设计和价值链之间提供反馈循环。机械设计师可能在最初的设计迭代中要求并设计了一种铝合金产品，但供应商发现了一种略有不同的合金，具有类似的性能，但在现有基础设施中具有更好的打印可行性。无论业务决策是更改合金还是与能够可靠地打印初始合金的不同制造供应商签约，这个新数据点都会添加到集体智能中，以供未来的迭代。
供应商的决策可以对产品的可持续性产生巨大的影响。一个供应商可能会使用可再生电力，因为他们靠近风能、太阳能或其他可持续能源。另一种可能是在地理上更接近制造业的其他部分，因为运输和物流限制了排放。这些类型的指标对于使产品在整个价值链上更具可持续性至关重要。
合作可以进一步延伸到价值链，直到产品的生命周期结束，朝着循环的方向努力。选择更坚固的材料意味着它可以重复使用。更坚固的部件也可能更难制造，需要更多的能源密集型过程。这些决策的数量和可变性是数字化和模拟对可持续设计如此重要的原因——简单的决策可以自动化，而复杂的决策则融入了更大的智能。
以整体可持续性指标进一步优化设计
最后，在产品生命周期的每个阶段重新审视和评估决策是很重要的。必须从一开始就将整体可持续发展指标整合到数字双胞胎中，以便与其他要求一致，持续可见可持续发展目标。这可能需要设计包括物理传感器，通过制造、交付和使用收集诊断和环境条件，以及碳足迹和材料成本。有了更大的数据集，甚至可以包括依赖于数字双胞胎中创建的模型的虚拟传感器。
物理传感器为仿真模型提供信息，从而更清晰地理解设计早期的决策，而虚拟传感器和模型则从复杂系统中插入和推断可持续性指标。这些指标实现了设计、制造和使用之间的闭环优化。
为你的下一个可持续设计做好准备
可持续设计是关于基于产品设计、制造和整个价值链运营的集体智慧的有意决策。它使产品能够以最少数量的资源交付，无论是材料、能源还是其他。这需要一个系统的系统方法来创建一个全面的数字双胞胎，准确地反映出创建复杂产品所需的所有不同学科。它还需要建立在工业设计生态系统之上，以促进关键的实时数据在企业内部和外部供应商之间的流动。必须包括全面的可持续发展指标，以确保决策是明智的，以实现可持续发展目标和其他业务目标。可持续产品始于可持续设计，是有意图的。
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