材料对可持续性的影响

当然，工程师也可以利用材料来提供积极的环境成果。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变得更轻，提高它们的燃油效率。可再生能源，加上灵活的能源储存系统，特别是电池技术，有望取代化石燃料及其相关的碳排放。太阳能电网的可靠性能取决于优化能源收集和储存所涉及的材料。

毫无疑问，材料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

迈克尔·阿什比(Michael Ashby)和大卫·塞本(David Cebon)教授于1994年共同创立了格兰塔设计公司(Granta Design)，该公司是世界上首屈一指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综合数据。

通过积分Granta的材料数据管理和选择能力纳入Ansys产品系列，产品开发人员现在可以更轻松地考虑基本的环境问题。

剑桥大学机械工程教授、Ansys研究员Cebon表示:“将Granta数十年的材料智能经验整合到Ansys模拟产品组合中，工程师可以获得大量关于碳和能源足迹、可回收性、生物降解性和其他相关特性的数据。”“由于每种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、地缘政治因素等的全面、高质量的数据。

“某种材料未来在某些市场是被禁止使用，还是可能被逐步淘汰?”当您进行材料替代时，对性能的影响是什么?此外，由于替代而导致的性能下降(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和首席研究员剑桥工程设计中心对此表示赞同。

“毫无疑问，权衡是非常复杂的，”阿什比说。“许多风险，比如政府法规，是有时间依赖性的，很难提前预测。随着材料的分解，关于长期影响的新信息总是层出不穷。这些都是产品开发人员需要随时了解的问题。”

更广泛地看待可持续发展

通过材料和工艺选择来支持可持续发展并不仅仅是了解环境影响。阿什比指出:“可持续性的定义是‘一个实体长期有效运营的能力’。”“‘长期’是一个关键词。”

除了环境影响，Ashby和Cebon认为，可持续发展需要一个稳定、可追溯的材料供应链，并提供积极的社会和经济成果。工程师需要考虑许多因素，包括社区影响。

“例如，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没有得到最好的声誉，”Cebon说。“这些社会影响需要触手可及——最好是量化的，这样材料工程师就可以考虑它们，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大型企业的经济成功。他说:“没有比破产更能让一家公司变得不可持续的了。”“气候变化等环境问题受到了如此多的关注，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信托义务，必须选择支持积极财务结果的材料。”

产品开发团队需要关注材料和产品成本，还需要关注材料供应链的长期安全性和中断的可能性。特别是在一些国家将关键材料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”。阿什比和塞本再次指出，这通常涉及复杂的权衡。

应对可持续发展挑战

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，产品设计师到底应该做什么?

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来存储和应用与环境、社会、社区和财务影响相关的材料数据。随着消费者对气候变化和社会责任的意识越来越高，每家公司都必须确保对材料和工艺选择进行尽职调查，否则就有可能损害品牌形象和市场份额。

Cebon说:“可持续性，因为它与材料选择有关，不能在最后一刻才考虑。”“这个问题必须从设计的最初阶段就解决。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——然后以此为基础开展工作。之后，他们可能会关注如何回收飞机部件，或者检查端到端供应链的影响，但主要因素是燃料消耗。首先考虑这一点，然后再考虑其他可持续设计方面的考虑。”

核材料已经有广泛的可追溯性要求。Cebon和Ashby希望看到这扩展到“关键”材料——那些对国民经济至关重要但供应链并不完全安全的材料。他们认为，应该仔细追踪这些材料，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，每个设计师都有责任做出明智的选择。

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。”“这意味着结构特性、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。可持续发展意味着扩大你的视野，从各个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。这提供了在MaterialUniverse™中即时访问广泛的材料特性以及蕴含的能量，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在设计早期用于了解它们的使用对产品可持续性的影响。帮助工程师进行复杂的权衡，选择合适的材料。

了解Ansys如何帮助您解决可持续发展挑战Ansys Granta MI产品演示。