简介

你走在街上，手里拿着咖啡。太阳出来了，鸟儿在啁啾:多么美好的一天!当你在街区尽头转弯时，你注意到你的路被零碎的东西挡住了——坏掉的家具、丢弃的消费品和碎片。beplay官网客服电话今天是垃圾日，所有这些东西都要送往垃圾填埋场。你可能会把这种情况归因于过度消费或浪费，但这主要是设计不当的产物。如果我们能够更加深思熟虑地设计日常用品(和系统)，我们就可以重新定义可持续发展和应对气候变化的意义。我们没有能源或污染问题，我们有设计问题。我们今天面临的环境问题是我们自己创造的副产品。更仔细地考虑我们如何创造产品，可以创造一个更可持续的未来。beplay官网客服电话

本文通过讨论整个产品开发过程中使用的工具和策略，挑战每个人更可持续地思考。读者会觉得自己被赋予了力量，并对如何从简单、聪明的设计中获得可持续发展有了基本的了解。我将介绍设计方法和数字工具(生成设计，网格，模拟，嵌套)，最好地支持可持续产品的创建。beplay官网客服电话同时，我还将讨论哪些外围环境、供应链和制造因素对生态友好型原型和生产最重要。读者还将通过社区的反馈，深入了解多个行业的可持续发展欧特克技术中心．

在欧特克技术中心，我直接与研究人员、行业、学术界和企业家社区合作，提供技术专业知识和制造咨询。这个全球社区创造了一个对未来制造的共同愿景。

我在欧特克获得的见解使我深刻理解了可持续发展如何帮助您节省资金，并成功地将其整合到产品开发过程的不同阶段(构思、探索、制造、评估和生产)。无论你是经验丰富的设计老手、自由职业者、新加入的行业人士还是企业决策者，这本《可持续发展设计初学者指南》都将打破并揭开进入可持续发展领域的障碍。我将介绍关键的概念，工具和策略，将超越设计的制造基础。您可以从今天开始付诸实践的工具，加入欧特克的旅程更智能、更环保的产品开发．

构思和设计哲学

平均而言，80%的产品环境成本和性能锁定在设计和概念阶段，产生下游影响(欧盟循环经济行动计划，2020年)。虽然开发过程中涉及的所有角色对于成功地减少产品的碳足迹都至关重要，但工业、产品和机械工程师应该成为确定基调的目标。

你的任务是创造一款新产品，并交给你一堆设计必须完成的参数。自然，早期的设计迭代将重点放在产品的功能需求上。在把自己画进众所周知的设计角落之前，退一步，从整体上评估设计挑战。大局是什么?对设计的下游影响有深刻的理解可以帮助你更好地解决核心产品需求，创造更可持续的东西，并更好地让你获得非传统的设计灵感。这包括产品将如何结束其生命周期，以及它在初始使用后可能在何处结束—例如，垃圾填埋场。进入循环和仿生学。

泰森·福格尔讨论了圆形设计，以及为什么他认为这是制造业的下一个前沿。

什么是圆

循环是通过设计消除浪费和污染，使材料和产品永久使用的理念。beplay官网客服电话它与升级回收或回收的不同之处在于，材料和产品在生命周期结束时可以被重新利用，使其具有同等或更低的价值。beplay官网客服电话

什么是仿生学

仿生学是观察自然世界以获得设计灵感;例如，一种不含甲醛的木胶，其设计灵感来自蓝贻贝的贝丝线的蛋白质化学成分，这种贝丝线可以有效地粘附在被海浪拍打的岩石上。大自然母亲在工程周期复杂系统方面领先了10亿年，这些系统对于维持多种生命形式的能力至关重要。解开它们可能是成功克服我们面临的许多设计挑战的关键。

泰森·福格尔解释说，仿生学可以帮助设计师创造更可持续的产品。beplay官网客服电话

从哪里开始

• 从小事做起，并优先考虑尽早引入可持续发展的方法，为产品开发定下基调。选择产品的一个(高消费)方面，并专注于使其尽可能可持续。例如，如果你在生产过程中消耗了大量的能量，那就关注这一点;如果你消耗的能量很少，那就关注材料。慢慢地，通过经验和失败，您将在过程中获得信心，并将这种想法扩展到产品的其他领域。
• 生命周期的心态,始终考虑产品在消费者使用过程中的不同方面(硬件、包装、处置等)。这里的重点是如何在传统的生命周期之外为产品创造长期价值。
• 巩固，巩固，再巩固这很简单:更少的零件意味着更少的能源和材料强度，从而导致更少的浪费。认识到在哪里巩固可以为你指明使用哪些数字工具的方向。

探索:制造生态系统和供应商的考虑

除了形式和功能之外，追求圆形的下一个逻辑进展涉及到重要性、供应商选择和制造。简而言之，完成零件的原型制作和生产。收集更多信息有助于制定战略性和可持续的决策。了解你的采购对象，以评估一个组织如何运作，他们如何采购材料，以及这些材料相对于你的业务的来源。记住，并不是所有的制造过程和材料都是一样的。能够确认供应商材料的环境声明，或他们作为绿色企业的认证，使您能够了解由此产生的碳足迹，或最大限度地减少供应链物流的影响。这是一个可持续的最佳实践。确定您的供应商是否以以下列出的方式之一运营，每一种方式都属于可持续制造的范围:

• 精益-顾名思义，精益意味着在生产过程中“去除脂肪”或废物。浪费是生产链中任何形式的无组织和低效率。基本上，精益生产意味着在增值步骤中创造不间断的流。
• 整体流动,产品组件在生产管道中移动，一次处理一个单元。单元组装对这种制造形式是有利的。通常，单件流程适合精益生产。
• 聪明的,传感，物联网，机器学习。这里的游戏名称是收集有关您的制造过程的数据。数据可以让我们了解如何更好、更快、更有效地生产产品。

真正的可持续制造是这些实践的交汇点。这有助于更好地理解供应商关系中的价值所在。为了进一步使用早期审计过程，可以考虑执行更复杂的生命周期评估(LCA)。

什么是生命周期评估

一个生命周期评估是一种量化方法，用于测量和评估影响产品整个生命周期的所有材料和能源输入/输出(例如，原材料、加工、运输、使用、寿命结束等)。它被认为是衡量产品对环境影响最准确的方法之一。LCA的结果数据通常用于比较不同的设计和制造方法。

从历史上看，lca成本很高，由于其复杂性、时间和资源强度，通常由第三方供应商完成。对大量数据库的需求以及从所收集的数据中提取见解的挑战加剧了这些进入障碍。

为什么LCA很重要

退一步说，我们知道制造业是能源密集型的，五分之一的工作岗位与全球供应链有关，超过80%的温室气体排放来自消费品行业的供应链。在全球范围内，制造商的温室气体排放量占19% (Herzog, 2009)，能源消耗占37%(国际能源署，2013a)。

LCA让您有机会了解供应过程，并允许您测量产品的净碳排放量和在制造之前的具体碳水平。隐含碳是指在设计、供应链和制造阶段排放的固定碳量。这对于理解和限制(或消除)产品开发过程中的碳热点是至关重要的。

从哪里开始

• 〇做好功课如上所述，与你的供应商交谈，研究他们的流程，并直接询问他们有关重要性的问题。例如，为什么他们的报价偏离市场价值?
• 环保第一,在采购新材料、硬件和操作设备时，首先尝试研究一种环保的选择。不管你的结果是否能有效地满足你的需求，知道你在尽自己的努力，你就会感到安慰。
• 跟踪和自我审计-你不需要进行适当的LCA来开始了解你的产品的碳足迹。利用你可以访问的数据，以获得碳排放的见解，如机器运行时间、运输距离、材料使用、装配时间;所有这些东西都有能量(碳)特征。这将帮助您确定在生产过程中可以做出哪些让步，并确定可以从整合中受益的组件。

数字工具和设计策略

到目前为止，我们关注的是进入CAD环境之前应采用的策略。在过渡阶段，你可以在可持续的从设计到制作工作流中利用许多工具。最重要的是，成功来自于在打破数字主线之前对产品和制造过程的深刻理解。这意味着通过有限元分析(FEA)、过程模拟或Autodesk生成设计(GD)运行您的设计。这个想法是寻找机会提升你的产品通过设计制造(DFM)策略，创意，轻量化，肋骨(或网格)等。我在这里选择的程序是Fusion 360，它以参数化和动态的方式解锁了许多关键功能工作区。

什么是融合360

融合360年将数字设计、工程和制造统一为一个平台。Fusion 360允许您简化从设计到制造的工作流程，并在多个工作区之间无缝过渡，将设计迭代和数据交到用户手中。

什么是生成式设计

Autodesk生成设计是Fusion 360原生的工作空间和设计探索技术(也有结果连接到Autodesk Inventor)．生成式设计使用基于人工智能的算法，为一个设计挑战创建多个设计解决方案和排列。这允许您根据实际制造限制和产品性能要求同时生成多个cad就绪解决方案。

生成式设计是一个强大的工具，设计师可以使用它来整合组件，轻量级设计，并启动他们的创造力。

为什么这些工具很重要

想象一下数据就在你的指尖。所有这些工具都可以让您实时预览您的设计在特定条件下的物理反应。基于质量、成本、材料和制造方法(仅举几例)筛选数十个优化的GD选项的强大功能意味着输出的变化使您在启动机器之前就对产品的质量或性能有信心。当与FEA分析、CAM和其他仿真工具配合使用时，用户可以确定在设计中需要进一步支持的地方或目标区域。需要的区域可能是那些需要进一步加固、通过罗纹、网格或关键功能进行轻量化的区域。

从哪里开始

• 一站式软件-您的组织可能有一个CAD包，一个制造包，单独的模拟工具，一个单独的管理团队项目文件的实体，等等。通过针对一个软件来简化您的工作流程，该软件可以一直带您到机器。这样，您就可以花更少的时间担心如何在流程中注入可持续的最佳实践，而花更多的时间思考结果。融合360可以带你去那里。
• 模拟零件和过程-模拟是一种诊断工具，可帮助设计人员更好地理解组件在不同环境和不同条件下的完整性、性能和结构。绝大多数制造复杂性源于操作员/设计师缺乏远见。无法预测下游陷阱可能会导致错误不断增加，最终导致失败。模拟可以为您提供这种洞察力和适应、改进或解决任何低效率的能力。

• 用数据来对抗试错最大化你的设计制造软件的能力，特别是那些模拟功能，提供了如何使你的产品更好、更强或更生产友好的扩展见解。利用这些资源可以提高你设计制造过程的能力，有效地消除原型试验和错误方法。
• 生成一些设计-我再怎么强调也不为过:利用生成设计．无论您是否认为设计结果的制造成本太高，或者研究的计算成本太高，GD都可以成为您的武器库中的超动力工具。以下是我所见过的一些用法:

1）一个创意的发射台根据您的设置，设计结果可能在本质上看起来像外星人。这可以发挥你的优势，在制作一个真正独特的设计或试图重新想象共同的结构特征。例如，重新设计GD结果，使其与钣金制造或焊接更加兼容。

2）真正的可制造性,从您的制造策略设计中进行猜测，并产生特定于您手头设备的结果。例如，GD现在有2.5轴约束，最适合减法制造，并确保您的所有设计特征都可以通过模具和设备限制来满足。

3）验证、修改和迭代将GD视为迭代过程的扩展。在初始GD研究中使用假设或理论负载条件，选择最佳结果，然后对这些设计进行物理测试，以测量计算负载的准确性。使用您的测试结果建立第二次GD研究并重复。

制作和原型

据估计，1975年至2000年间，美国的材料消耗增长了57% (WRI, 2008)。当时，这相当于大约70亿吨固体工业废物。快进20年，想象一下今天这个数字是多少。

可持续发展之争并不止于为制造业设计。制作和原型是所有阶段中最具触感和关键的。显而易见，如何过渡到机器上对于减少失败原型的数量至关重要，因为失败会导致过多的材料和能源消耗。认识到并承认在这个过程中你会有失误。为他们做计划。

为什么这很重要

虽然这在一定程度上有违直觉，因为原型设计在很大程度上是一个微调任何设计的试错过程，减少这个阶段的迭代次数将有助于有效地打破产品开发过程中的循环，并鼓励更周到的制造。

通过反思我在整个制造过程中看到的许多陷阱，我注意到有三个相互关联的支柱在很大程度上有助于制造过程的可持续发展:材料消耗、能源消耗和运行时间。

了解用于制造产品的能源约占生产成本的20%(麦肯锡，2012)，很容易看出积极改变或限制一个支柱将意味着间接影响另一个支柱。这些微小的修改可能会减少失败的原型或制造过程中产生的碳排放。通过准备工作来适应或调整这些支柱(这些是我们可以控制的因素)，以消除随着时间的推移会加剧的低效率。

从哪里开始

• 更多的数据，更多的进步我们知道数据为王。在制造过程中收集有针对性的信息，以提高零件的运行性能(运行时间、体积、材料浪费等)。这包括了解首选制造方法中的比较工艺(变化)并进行适当选择。例如，一些3D打印机在生产更复杂的几何图形方面更有效，而另一些3D打印机则在最大限度地减少大型组件的运行时间或所需的后处理量以及回收材料的能力方面更好。
• 毕业材料- - - - - -不要在你选择的材料上运行你的初始原型。我见过无数对自己的设计过于自信的人失败。一开始使用更多的可回收材料，逐步使用你所选择的材料。例如，首先使用硬纸板而不是丙烯酸或木材激光切割组件，或者在3D打印时首先使用可回收的热塑性塑料。
• 形式，适合，和功能-这不是一个不寻常的方法，但值得重复。通过运行缩放版本，或隔离关键功能/部分，进行迭代测试，将快速原型提升到下一个层次。这些可能包括支架移除、后期处理、机械接头等。

• 添加剂为胜杰出之处加法制造它能够使用最少的原材料来生产一个功能部件。从你的原型制作过程中毕业也不是一个坏主意，首先从更环保的选择开始。
• 管理参数以反映测试根据您希望从原型中获得的信息类型，确保过程参数和设置反映并优先考虑这一需求(速度、质量、原型的完整性)。例如，如果您正在运行3D打印机来测试一个部件的形状和功能，那么您可能最感兴趣的是打印速度。考虑以下几点来减少运行时间和材料使用:

1）管理支撑结构-根据零件朝向评估支架的高度和重心;尽量减少需要支撑的面积(将支撑视为自身的一部分)。

2）管理加密-降低填充密度，最大化层高;使用基于有限元分析模拟结果的梯度晶格结构(Netfabb)或直接在Fusion 360中切片您的部件。

• 嵌套和包装-在制造过程中优化安排零件，以提高运行时间并减少材料浪费。Fusion 360有一个嵌套由于这个原因，工作空间嵌入其中，使您在如何运行水射流，2轴和激光切割部件方面具有更大的灵活性。类似地，在增材制造中，Netfabb可以使用它们在构建环境中正确定位和定位几何包装最小化运行时的特性。
• 工作夹具和夹具-为拆卸设计你的工作夹具。这将使您在一定程度上控制您如何制造某些部件(3D打印较少的关键功能)，并允许您切换某些硬件/组件，经历更多的磨损。这有效地减少了生产浪费的数量，同时延长了您可靠的工作持仓的使用时间。
• 〇保留残羹剩饭你永远不知道什么时候额外的材料会派上用场。在规划一个新设计的构建时，考虑你手头的项目、废料和边角料，或者那些由其他组件生产的东西。

在地平线上

原材料和资源的枯竭并不是一个新问题，也不会很快消失。如果有一个结论:循环设计是产品开发洋葱上的一个附加层。考虑产品如何结束其生命周期是不可选的;这是一个在设计决策过程中值得同等重视和考虑的需求。成本可能是采用的最大障碍，可以说是我们克服这一障碍的共同标准或主要障碍。遏制传统的设计方法，同时瞄准关键领域以削减成本，只有通过意识和负责任的设计才能实现。

扩展一下，我自己的设计理念的根本就是挑战现状。我注意到人们经常在前人的思维范围内工作、创造和设计。在这个众所周知的盒子里，他们既觉得自己的思维受到限制，又过度接受现实世界;已知的创意路径是唯一的创意路径。循环设计重新想象什么是可能的，打破这些墙，说:“我们可以做得更好。”

重新想象什么是可能的，以及如何最好地将可持续性注入到设计到制造过程中，这正是我们在欧特克技术中心试图揭示的。我们依靠我们全球(居民)社区的思想和经验的多样性来带来洞察力，并建立一个更美好的未来。如果您有兴趣加入这个社区，或者想看看上面描述的一些概念的演示，我建议您看看我的一些Autodesk University课程，包括增材制造:理解和应用关键设计考虑因素而且可持续发展和融合360如何帮助你省钱和保护地球．你也可以参观欧特克技术中心网站．

受到循环和仿生学的启发，泰森·福格尔是一位狂热的制造商和可持续发展倡导者。他直接与居民、创新社区和研究人员合作，通过Autodesk Outsight网络提供技术专业知识和制造咨询。作为一名设计师和橱柜制造商，泰森过去的工作包括从加法和减法制造和木工到CAD/CAM，生成设计，建筑以及最近的机器人技术。在加入欧特克之前，泰森曾在多伦多大学的木工车间担任技术员，并在瑞尔森大学开发支持社会企业家的项目。