材料对可持续性的影响

当然，工程师也可以利用材料来带来积极的环境结果。金属合金和塑料复合材料已经证明了它们能够使飞机和汽车更轻，提高燃料效率。可再生能源，加上灵活的储能系统，特别是电池技术，显示出取代化石燃料及其相关碳排放的前景。太阳能电网的可靠性能取决于优化能源收集和存储所涉及的材料。

毫无疑问，材料工程和工艺工程为应对气候变化提供了重要的解决方案。

材料与环境:一个复杂的问题

Michael Ashby教授和David Cebon教授于1994年共同创立了Granta Design公司，该公司是全球领先的材料信息技术提供商。他们认为，评估产品在整个生命周期内的整体可持续性是一项复杂的任务，需要材料和制造过程的环境性能的全面数据。

通过整合格兰塔的材料数据管理和选择能力加入Ansys产品家族，产品开发人员现在可以更轻松地考虑基本的环境问题。

“将Granta数十年的材料智能经验整合到Ansys仿真组合中，工程师可以获得大量关于碳足迹和能源足迹、可回收性、生物降解性和其他相关特性的数据，”Ansys研究员、剑桥大学机械工程教授Cebon说。“因为每个产品都有独特的环境影响，工程师需要考虑广泛的可持续性问题，包括环境足迹、当前和即将出台的环境法规以及随之而来的供应风险。这需要关于材料、工艺、涂料、物质、立法、地缘政治因素等全面、高质量的数据。

“某种材料是否会在未来的某些市场上被禁止，或可能被逐步淘汰?”当您进行材料替换时，性能影响是什么?替代技术导致的性能下降，比如燃油效率降低，是否会导致更大的负面影响?”Cebon问道。“技术有助于阐明和解决这些问题，但工程师通常需要进行严格的分析，以做出最佳的设计决策。”

阿什比是一名研究教授，也是剑桥工程设计中心对此表示赞同。

“毫无疑问，这种权衡是非常复杂的，”阿什比说。“许多风险，比如政府法规，都是有时间依赖性的，很难提前预测。随着材料的分解，总会有关于长期影响的新信息出现。这些都是产品开发者需要了解的问题。”

从更广泛的角度看待可持续发展

通过材料和工艺选择来支持可持续发展并不仅限于了解环境影响。“可持续性的定义是‘一个实体长期持续有效运营的能力’，”阿什比指出。“‘长期’是一个关键短语。”

除了对环境的影响，Ashby和Cebon认为，可持续发展需要一个稳定的、可追溯的、并能带来积极社会和经济成果的材料供应链。工程师需要考虑很多因素，包括对社区的影响。

Cebon说:“举例来说，从历史上看，全球采矿业对员工、当地社区和具有历史或文化意义的土地的影响并不是最好的。”“这些类型的社会影响需要是可访问的-理想的量化，以便材料工程师可以考虑它们，以及环境性能和工程特性。”

Ashby强调，产品开发人员还必须支持更大企业的经济成功。他说:“要让一家公司变得不可持续，没有比破产更快的方法了。”“如此多的注意力集中在气候变化等环境问题上，这是理所当然的。但可持续性也涉及到经济方面的考虑。设计师对利益相关者负有受托义务，要选择能够支持积极财务结果的材料。”

产品开发团队需要考虑材料和产品成本，但也要考虑材料供应链的长期安全性和中断的可能性。特别是在关键材料被一些国家作为关键的地缘政治资产进行管理的时候，这就是所谓的“资源帝国主义”。阿什比和塞邦再次指出，这通常涉及到复杂的权衡。请阅读我们的申请简介Ansys Granta选择器被用来帮助解决这里的材料短缺问题。

应对可持续发展的挑战

考虑到以可持续的方式选择材料和工艺所需的分析的广度和深度，产品设计师究竟应该做什么?

Cebon和Ashby都认为，每个产品开发团队都需要有一个严格的流程和工具，用于存储和应用与环境、社会、社区和财务影响相关的材料数据。随着消费者越来越意识到气候变化和社会责任，每家公司都必须确保在材料和工艺选择上尽职调查，否则就有可能损害品牌形象和市场份额。

Cebon说:“可持续性，因为它涉及到材料的选择，不能成为最后一刻才考虑的因素。”“必须在设计的最初阶段就解决这个问题。产品开发人员应该从最大的单一考虑开始——例如，降低飞机的燃油消耗——然后从那里开始工作。之后，他们可能会关注如何回收飞机部件，或研究端到端供应链的影响，但最主要的因素是燃料消耗。首先考虑这一点，然后再考虑其他可持续设计的考虑因素。”

核材料已经有广泛的可追溯性要求。Cebon和Ashby希望看到这一政策扩展到“关键”材料——那些对国家经济至关重要，但供应链并不完全安全的材料。他们认为，这些材料应该被仔细追踪和追踪，建立一个关于材料来源、影响和特征的现成数据库。在此之前，每个设计师都有义务做出谨慎的选择。

Ashby总结道:“设计师能做的最重要的事情之一就是收集和应用尽可能多的关于材料选择的详细信息。”“这意味着结构特征、热特性和重量，但也意味着要考虑多层的全球供应链、监管准则、社会和人类影响以及成本。可持续性意味着扩大你的视角，从所有方面考虑材料的整个生命周期。”

产品设计师和工程师可以访问Ansys Granta MI从他们的本地Ansys仿真工具。这提供了即时访问MaterialUniverse™中广泛的材料属性以及体现的能源、二氧化碳足迹、可回收性等。这种对特定组件的材料数据的洞察，可以用于在设计早期了解其使用对产品可持续性的影响。帮助工程师做出复杂的权衡，选择正确的材料。

了解更多关于Ansys如何帮助您解决可持续发展挑战的信息Ansys Granta MI产品演示。