هندسة دورة الحياة (LCE) هي منهجية هندسية موجهة نحو الاستدامة، تأخذ في الحسبان التأثيرات التقنية والبيئية والاقتصادية الشاملة للقرارات المتخذة خلال دورة حياة المنتج. ويمكن تعريفها أيضًا بأنها "أنشطة تطوير المنتجات الموجهة نحو الاستدامة ضمن نطاق دورة حياة منتج واحدة أو عدة دورات". [ 1 ] تتطلب هندسة دورة الحياة تحليلًا كميًا لتقييم الاستدامة، ووضع أهداف مناسبة للأثر البيئي. ويتيح تطبيق المنهجيات والتقنيات التكميلية للمهندسين تطبيق هندسة دورة الحياة لتحقيق الأهداف البيئية.
طُرحت منهجية تقييم دورة الحياة (LCE) لأول مرة في ثمانينيات القرن الماضي كنهج هندسي تصاعدي، ثم انتشرت على نطاق واسع في تسعينيات القرن نفسه كنهج منهجي شامل يغطي دورة حياة المنتج بالكامل. [ 2 ] يهدف تقييم دورة الحياة إلى إيجاد أفضل حل وسط ممكن في هندسة المنتجات [ 3 ] لتلبية احتياجات المجتمع مع تقليل الآثار البيئية إلى أدنى حد . [ 4 ] ترتبط هذه المنهجية ارتباطًا وثيقًا بتقييم دورة الحياة (LCA) لتقييم الآثار البيئية، وتكلفة دورة الحياة (LCC) لتقييم الآثار الاقتصادية، وتتداخل معهما.
دورة حياة المنتج
يُعرّف معيار ISO 14040 دورة حياة المنتج رسميًا بأنها "المراحل المتتالية والمترابطة لنظام المنتج، بدءًا من الحصول على المواد الخام أو إنتاجها من الموارد الطبيعية وصولًا إلى التخلص النهائي منها". [ 5 ] يشمل تحليل دورة الحياة الشامل العمليات الأولية والنهائية. [ 6 ] تتضمن العمليات الأولية "استخراج المواد الخام وإنتاجها والتصنيع"، بينما تتضمن العمليات النهائية التخلص من المنتج (مثل إعادة التدوير أو إرسال النفايات إلى مكب النفايات). [ 1 ] يهدف مفهوم دورة حياة المنتج إلى الحد من الآثار السلبية للاستهلاك والإنتاج، وضمان مستوى معيشي جيد للأجيال القادمة، وذلك من خلال تقليل النفايات وجعل عمليات تطوير المنتجات وهندستها أكثر كفاءة واستدامة.
تعريف
تُعرّف هندسة دورة الحياة في موسوعة CIRP لهندسة الإنتاج على النحو التالي:
"الأنشطة الهندسية التي تشمل تطبيق المبادئ التكنولوجية والعلمية على تصنيع المنتجات بهدف حماية البيئة، والحفاظ على الموارد، وتشجيع التقدم الاقتصادي، مع مراعاة الشواغل الاجتماعية، والحاجة إلى الاستدامة، مع تحسين دورة حياة المنتج وتقليل التلوث والنفايات." [ 7 ]
كثيراً ما يُثار الجدل حول تعريف تقييم دورة الحياة فيما يتعلق بهدفه الأساسي، ولكن الهدف المتفق عليه لتقييم دورة الحياة هو تقييم ومساهمة تحسين الخدمات البيئية والصحية وخدمات الاستدامة الشاملة وعواقب المنتجات في جميع مراحل دورة الحياة. [ 8 ]
قياس الاستدامة البيئية
مثال على حدود الكواكب
تتمثل الخطوة الأولى في إتمام تقييم دورة الحياة (LCA) أو تقييم دورة الحياة البيئي (LCE) في تحديد عتبات الاستدامة المناسبة لاستخدامها كأهداف بيئية لنظام المنتج. ويُعدّ إطار لينغبي المقترح لتقييم دورة الحياة البيئي نهجًا مُدمجًا يجمع بين المنهج التنازلي والمنهج التصاعدي، ويستخدم أهدافًا تستند إلى الحدود الكوكبية . ويمكن استخدام الحدود الكوكبية لتحديد حدود القدرة الاستيعابية للأرض ، وبالتالي تحديد عتبات عليا للنظام البيئي. [ 9 ]
تُعدّ معادلة IPAT [الأثر = عدد السكان (أو الحجم) × مستوى الرفاهية (أو الاستهلاك) × التكنولوجيا (أو الاستهلاك لكل وحدة منتجة)] طريقةً معتمدةً لتقييم أثر الاستهلاك. ويمكن الاستفادة من تحليل دورة حياة المنتج (LCE) لإدارة الأثر البيئي الإجمالي من خلال معالجة أثر التكنولوجيا (المنتج الواحد ودورة حياة المنتج) وأثر الحجم (النمو المتوقع في الحجم مع ازدياد الاستهلاك وعدد السكان) لهندسة المنتج. [ 4 ] وتُؤخذ الآثار في الاعتبار ضمن سياق الشروط الفنية المحددة للتحقق من جدوى الحلول المقترحة.
منهجيات وتقنيات تكميلية
لقد أتاحت التطورات التكنولوجية فرصاً جديدة لقطاع الطاقة المتجددة:
مخطط سير عمل التحليلات المرئية (VA)تدمج التحليلات المرئية (VA) تقنيات التصور وتحليل البيانات لمعالجة مجموعات البيانات الضخمة والديناميكية وحل المشكلات المعقدة. يقوم الباحثون بجمع وتحليل البيانات التاريخية والآنية وتدفق المعلومات عبر جميع مراحل دورة الحياة، بما في ذلك تأثيرات المراحل السابقة واللاحقة. تستخدم دراسة دورة الحياة (LCA) البيانات الكمية لبناء نماذج تنبؤية (مثل الأساليب القائمة على المحاكاة، وتحليل السيناريوهات) ونماذج مرئية لتوجيه عملية صنع القرار. من خلال تبسيط عرض النماذج/النتائج وتخصيص التصورات لتناسب الجمهور، تُسهّل التحليلات المرئية على المستخدمين التفاعل مع البيانات، مما يُتيح التعاون وتحسين نقل المعرفة . [ 10 ]
تتيح تقنيات الواقع المعزز (AR) والواقع المختلط (MR) التفاعل مع الأشياء الحقيقية والافتراضية في بيئة معينة. في مرحلة تفسير تقييم دورة الحياة (LCA)، حيث تُؤخذ في الاعتبار قوائم الجرد وتأثيرات العمليات، تُسهّل هذه التقنيات التفاعل مع مجموعات البيانات المعقدة لدراسة السيناريوهات والتحقق من صحة الافتراضات. ولديها القدرة على إزالة الحواجز التي تعيق تدفق المعلومات. [ 11 ]
يُعدّ تصميم العمليات المتكاملة منهجيةً تتضمن تحديد العمليات ودمجها على امتداد دورة حياة المنتج بهدف تحسين الأداء. وباستخدام هذه المعلومات، يُحدّد التحليل التحسينات، ويعيد تعريف تبادل المعلومات، ويزيد من قابلية التشغيل البيني بين الأنظمة. ويعزز النهج المتكامل المقترح أوجه التآزر بين مجالات مثل هندسة دورة الحياة وتصميم المنتجات لتحسين الأداء مقارنةً بدورة حياة المنتج الحالية. [ 3 ] ويجب دمج هذه الأنظمة والعمليات لإزالة العوائق عند "جمع وتوليف تدفقات المعلومات عبر مراحل دورة الحياة". [ 12 ]
يُعزز نمذجة معلومات المباني (BIM) تقييم دورة حياة المباني (LCE) من خلال العرض الرقمي للمباني وأنظمتها، مما يُشجع على إجراء تحليل أكثر تقدماً لأنظمة المباني عبر تبادل بيانات المباني واستخدامها وتحديثها باستمرار طوال دورة حياة المبنى. وتتيح BIM إدارة معلومات مُحسّنة بشكل عام في المباني وأنظمتها في جميع مراحل دورة حياتها من خلال تصور البيانات المتقدم والتواصل والتنسيق. وتشمل BIM نماذج وعمليات حسابية تُقدّر الآثار البيئية للمباني من خلال مراعاة استهلاك الطاقة والمواد ومعلومات الانبعاثات طوال دورة حياة أنظمة المباني. [ 13 ]
طلب
يُستخدم تحليل دورة الحياة (LCE) بشكل شائع كجزء من أنظمة تصنيف المباني الخضراء، أو من قِبل جهات فردية تسعى إلى تقييم الآثار البيئية أو آثار الاستدامة لمشاريع أو منتجات بناء محددة. ويستخدم أصحاب المصلحة الذين يرغبون في تطوير عمليات أكثر استدامة على مستوى دورة الحياة، أو تقييم منتجاتهم من منظور دورة الحياة، تحليل دورة الحياة لتقييم العمليات وتحسينها، بهدف تعظيم الكفاءة وتحقيق الأهداف البيئية أو الاقتصادية المرجوة. ويُعدّ تقليل الآثار البيئية السلبية وترشيد استخدام الموارد مفهومين أساسيين لتطبيق تحليل دورة الحياة. [ 1 ] [ 8 ]
يُعدّ تطبيق تقييم دورة الحياة (LCE) على نطاق دولي واسع أحد أبرز تطبيقاته في أهداف الأمم المتحدة للتنمية المستدامة (SDG). وتتألف أهداف التنمية المستدامة من 17 هدفًا لمعالجة المشكلات البيئية والاقتصادية والاجتماعية الدولية بحلول عام 2030. ويُفترض تطبيق تقييم دورة الحياة في حلول هذه المشكلات، نظرًا لأنها تتطلب تقييمًا واتخاذ إجراءات على مستوى دورة الحياة الكاملة، وترتبط ارتباطًا مباشرًا أو غير مباشر بالسياسات المستدامة وعمليات صنع القرار. [ 8 ]
المواضيع الرئيسية في هندسة دورة الحياة
تتمثل المحاور الرئيسية في هندسة دورة الحياة في الجوانب الاقتصادية والاجتماعية والبيئية والتكنولوجية. وترتبط هذه المحاور ببعضها البعض، ويمكن التأثير عليها من خلال هندسة دورة الحياة.
هندسة دورة الحياة هي منهجية تقييم وممارسة تواجه طلبًا متزايدًا في قطاعات الهندسة المعمارية والإنشاء والتصميم. وقد أدى التحول نحو " البناء الأخضر " أو البناء المستدام إلى زيادة الحاجة إلى هندسة دورة الحياة في تصميم المباني وإنشائها وتشغيلها وهدمها. وتُحدد هندسة دورة الحياة الفوائد البيئية والاقتصادية المُكتشفة حديثًا لممارسات البناء المستدام وتُتاح من خلالها. كما تُضيف هندسة دورة الحياة قيمةً للشركات من خلال الكشف عن فوائد البناء المستدام وقياسها كميًا فيما يتعلق بالأثر البيئي، وخفض استهلاك الطاقة، والوفورات الاقتصادية، والجاذبية التجارية أو الاجتماعية. [ 13 ] وتُبرر فوائد هندسة دورة الحياة ، سواءً تكاليفها أو تكاليف إجراء تقييم دورة الحياة (LCA) أو تحليل تكلفة دورة الحياة (LCCA)، مما يزيد من دمج هندسة دورة الحياة ضمن ممارسات البناء المستدام.
يمكن عزو الطلب المتزايد على تقييم دورة حياة المباني (LCE) في ممارسات البناء المستدام إلى أنظمة تصنيف المباني الخضراء، مثل نظام الريادة في تصميم الطاقة والبيئة (LEED) - الذي طوره المجلس الأمريكي للمباني الخضراء - ونظام Green Globes - الذي طورته مبادرة المباني الخضراء . وقد دعمت أنظمة تصنيف المباني الخضراء وشجعت استخدام تقييم دورة الحياة (LCE) وتقييم دورة الحياة (LCA) كطرق لتحسين معايير ومتطلبات أنظمة التصنيف، بالإضافة إلى تطوير معايير شاملة على مستوى القطاع لاعتبارات استدامة المباني المتكاملة. [ 13 ] [ 14 ]
1 2 3 هاوشيلد، م. (2018). تقييم دورة الحياة: النظرية والتطبيق. نُشر في سويسرا بواسطة دار نشر سبرينغر الدولية، 2018.
↑ ألتينغ، دي إل، ويوجينسن، دي جيه (1993). مفهوم دورة الحياة كأساس للإنتاج الصناعي المستدام. حوليات سيرب - تكنولوجيا التصنيع، المجلد 42، الصفحات 163-167، 1993.
1 2 بينسيوك، د. وآخرون (2015). نهج إدارة دورة حياة المنتج لدمج التصميم الهندسي وهندسة دورة الحياة. الذكاء الاصطناعي للتصميم الهندسي والتحليل والتصنيع (2016)، 30، 379-389.
1 2 كارا، س.، هاوشيلد، م.، هيرمان، س. (2018). هندسة دورة الحياة الموجهة نحو الهدف: البقاء ضمن الحدود الكوكبية. المؤتمر الخامس والعشرون لهندسة دورة الحياة التابع لـ CIRP، 30 أبريل - 2 مايو 2018، كوبنهاغن، الدنمارك.
↑ ISO 14040 – المنظمة الدولية للتوحيد القياسي، الإدارة البيئية: تقييم دورة الحياة: المبادئ والإطار، المجلد 14040: ISO، 2006.
↑ هيلويج، إس.، ميلا إي كانالز، إل. (2014). "الأساليب الناشئة والتحديات والفرص في تقييم دورة الحياة." مجلة ساينس ، المجلد 344، الصفحات 1109-1113، 2014.
1 2 3 لوران، ألكسيس؛ مولان، كريستين؛ أوسيانياك، ميكولاي؛ فانتكه، بيتر؛ ديولف، ويم؛ هيرمان، كريستوف؛ كارا، سامي؛ هاوشيلد، مايكل (1 سبتمبر 2019). "دور هندسة دورة الحياة في تحقيق أهداف التنمية المستدامة - تقرير من استشارة خبراء هندسة دورة الحياة". مجلة الإنتاج الأنظف . 230 : 378-382 . Bibcode : 2019JCPro.230..378L . doi : 10.1016/j.jclepro.2019.05.129 . ISSN 0959-6526 . S2CID 182062889 .
↑ ستيفن، دبليو.، ريتشاردسون، ك.، روكستروم، إس.، كورنيل، آي.، فيتزر، إي.، بينيت، إم. وآخرون (2015). "الحدود الكوكبية: توجيه التنمية البشرية على كوكب متغير". مجلة ساينس ، المجلد 347، ص 1259855، 2015.
↑ كالوزا، أ.، جيلريش، س.، سيرداس، ف.، ثيدي، س.، هيرمان، س. (2018). هندسة دورة الحياة القائمة على التحليلات المرئية. المؤتمر الخامس والعشرون لهندسة دورة الحياة التابع لـ CIRP، 30 أبريل - 2 مايو 2018، كوبنهاغن، الدنمارك.
↑ جوراشيك وآخرون (2018). استكشاف إمكانيات الواقع المختلط لهندسة دورة الحياة. المؤتمر الخامس والعشرون لهندسة دورة الحياة التابع لـ CIRP، 30 أبريل - 2 مايو 2018، كوبنهاغن، الدنمارك.
↑ رامانوجان، د. أدوات التحليل المرئي لتصميم دورة الحياة المستدامة: الوضع الحالي والتحديات والفرص المستقبلية. (2017).
1 2 3 كوبر، جويس؛ فافا، جيم؛ باير، ستيفن (فبراير 2008). "تقييمات دورة حياة المباني في أمريكا الشمالية: العرض والطلب". مجلة علم البيئة الصناعية . 12 (1): 7-9 . doi : 10.1111/j.1530-9290.2008.00003.x . S2CID 152949585 .
