۱٫ معرفی
در صنعت مدرن، طراحی برای شیوه‌های پایداری در بخش‌های فنی اجرا می‌شود تا الزامات جدیدی را که توسط چالش‌های اجتماعی (مثلاً اهداف توسعه پایدار)، نیازهای بازار (مثلاً کاهش مصرف انرژی در استفاده، افزایش چرخه عمر محصول) دیکته می‌شود، و محدودیت‌های قانونی (مثلاً) برآورده کند. به عنوان مثال، مطابقت با مقررات). طراحی برای پایداری (همچنین به نام طراحی آگاهانه محیطی یا طراحی زیست محیطی نیز نامیده می شود) به عنوان گنجاندن توجه زیست محیطی در طراحی مهندسی شناخته می شود و به عنوان یک پارادایم جدید در توسعه محصول ظاهر می شود. [
۱,
۲]. به ویژه تحت تأثیر این الزامات محصولات الکترومکانیکی (به عنوان مثال، لوازم خانگی) هستند که به عنوان محصولات مرتبط با انرژی طبقه بندی می شوند. [
۳]. برای این دسته محصول، یک چارچوب نظارتی برای مقابله با اهمیت مصرف انرژی و انتشار آلاینده‌های مرتبط صادر شده است. [
۴,
۵,
۶,
۷,
۸,
۹]. به منظور برآوردن نیازهای خاص محصولات مرتبط با انرژی و مقابله با الزامات تعریف شده در این چارچوب، استفاده از ابزارهای طراحی مجازی (مانند طراحی به کمک کامپیوتر – CAD و مهندسی به کمک کامپیوتر – CAE) در طراحی برای پایداری روش شناسی کلیدی است [
۱۰,
۱۱]. چند تلاش، ادغام احتمالی CAD و ابزارهای ارزیابی چرخه زندگی – LCA را توصیف می کند [
۱۲,
۱۳]، یا استفاده از ابزارهای شبیه سازی برای پیش بینی عملکرد انرژی محصول [
۱۴]. با این حال، این رویکردهای نظری اغلب با مسائل تبادل داده مشخص می شوند (به عنوان مثال، قابلیت همکاری داده ها) [
۱۵,
۱۶] و مشکلات در سرمایه گذاری دانش مهندسی [
۱۷].
قانون، تولیدکنندگان را مجبور می‌کند تا به جای دنبال کردن یا تعریف رویه‌هایی برای ادغام طراحی برای اصول پایداری در فرآیندهای توسعه محصول، بر استراتژی‌های کاهش مصرف انرژی تمرکز کنند. [
۱۸]. بنابراین، چندین موضوع از اجرای عملی طراحی برای پایداری در بخش‌های فنی ناشی می‌شود. چشم‌انداز این روش‌ها و ابزارها به‌نظر می‌رسد که با تنوع اهدافی که در خدمت آنها هستند، پراکنده به نظر می‌رسد. [
۱۹,
۲۰,
۲۱,
۲۲,
۲۳]. به دلیل رسمیت بیش از حد متدولوژی، دانش و زمان خاصی مورد نیاز است [
۲۴,
۲۵,
۲۶,
۲۷,
۲۸,
۲۹] و مشکلات در مدیریت مبادلات بین متغیرهای کلیدی (به عنوان مثال، زمان، هزینه ها، عملکرد)، که زمانی رخ می دهد که استراتژی های زیست محیطی در فرآیند توسعه محصول ادغام شوند. [
۳۰,
۳۱]. نزدیک به این محدودیت ها، عدم حمایت در ایجاد و اشتراک دانش به عنوان یکی از دلایل افزایش مقاومت شرکت در استفاده از روش ها و ابزارهای طراحی بوم شناخته می شود. [
۳۲,
۳۳].
بنابراین، اجرای آزمایش‌های بهره‌وری انرژی بر روی نمونه‌های اولیه نشان‌دهنده یک فعالیت اساسی است که هزینه‌های خاص و بالایی برای شرکت‌ها دارد. نیاز به پشتیبانی ملموس و ابزارهای مهندسی امکان دستیابی به این مزایا را فراهم می کند [
۳۴,
۳۵,
۳۶,
۳۷]. به دنبال این چالش جدید، دو سوال پژوهشی از ادبیات مطرح می شود:
-
آیا می توان به طور موثر از طراحی برای استراتژی های پایداری در توسعه محصولات مرتبط با انرژی حمایت کرد و یکپارچه کرد؟
-
آیا می توان از ابزارهای نمونه سازی مجازی برای استخراج دانش زیست محیطی مهندسی استفاده کرد و نیاز به نمونه های اولیه فیزیکی را کاهش داد؟
با شروع از این دو سؤال تحقیقاتی، این مقاله حاضر یک روش مبتنی بر CAE را برای کمک به مهندسان در توسعه محصولات مرتبط با انرژی مطابق با استانداردها و گواهینامه‌های طراحی محیطی پیشنهاد می‌کند. ستون فقرات این روش تحقیق استفاده از نمونه‌های اولیه مجازی برای شبیه‌سازی شرایط عملیاتی محصولات مکاترونیک با پیروی از شرایط مرزی پیشنهاد شده توسط مقررات طراحی زیست محیطی و دستورالعمل برچسب انرژی است. چارچوب روش‌شناختی پیشنهاد شده در این تحقیق، تعریف دانش زیست محیطی را از شبیه‌سازی نمونه‌های اولیه مجازی ارائه می‌کند و امکان جمع‌آوری آنها را در یک پایگاه داده ساختاریافته فراهم می‌کند. هدف این است که یک رویکرد جدید برای گردآوری، به اشتراک گذاری، و استفاده مجدد از دانش زیست محیطی با هدف حمایت از مهندسان در توسعه محصولات صنعتی که با طراحی برای اصول پایداری مطابقت دارند، به کار ببندند. نتیجه منجر به کاهش زمان و هزینه در توسعه محصولات مرتبط با انرژی، بهبود عملکرد انرژی و پیش‌بینی آزمایش‌ها و نمونه‌های اولیه واقعی می‌شود.
با توجه به محدودیت‌های فعلی رویکردهای پژوهشی در این موضوع، روش پیشنهادی دارای چند جنبه جدید است، مانند (i) قابلیت همکاری ابزار طراحی (طراحی و ابزارهای نمونه‌سازی مجازی) برای گسترش دیدگاه تحلیل. (ب) شبیه‌سازی‌های چند فیزیک برای محاسبه همزمان یا متوالی چندین مدل فیزیک، با در نظر گرفتن تأثیر متقابل آنها در انتخاب‌های طراحی. (iii) رسمی سازی دانش زیست محیطی در میان بخش های مختلف مهندسی. و (IV) تعاریف قوانین و دستورالعمل‌های طراحی محیطی برای طراحی محصولات پایدار با تمرکز بر ملاحظات زیست‌محیطی.
۲٫ روش طراحی محیطی مبتنی بر CAE
برای توصیف متدولوژی طراحی محیطی مبتنی بر CAE و ویژگی‌های مرتبط، ابتدا گردش کار فرآیند ارائه می‌شود.
بخش ۲٫۱و دوم، راه حل هایی برای ذخیره/استفاده مجدد از دانش زیست محیطی (به عنوان مثال، یک مخزن برای جمع آوری داده ها) پیشنهاد شده است (
بخش ۲٫۲).
۲٫۱٫ روش شناسی و گردش کار
توسعه محصول یک فرآیند تلفیقی است که شامل مراحل زیر است: (۱) برنامه ریزی و تعیین تکلیف، (۲) طراحی مفهومی، (iii) طراحی تجسم، (IV) طراحی جزئیات، (v) نمونه سازی و آزمایش، و (vi) طراحی محصول. مرور [
۳۸,
۳۹]. ابزار CAD معمولاً برای انجام فعالیت مربوط به مرحله طراحی تجسم و تولید هندسه کلی محصول (مدل سه بعدی) استفاده می شود. ابزارهای CAE پس از مدل‌سازی CAD زمانی که مدل مجازی محصول برای اعتبارسنجی انتخاب‌های مهندسی و انجام تحلیل‌های مختلف در دسترس است، استفاده می‌شوند.
شکل ۱ یک نمای کلی از نحوه انطباق روش طراحی محیط زیست مبتنی بر CAE در جریان کاری مرسوم فرآیند توسعه محصول ارائه می دهد.
مطابق با چارچوب کلی روش شناختی، سه مرحله اصلی توسعه آن (گردش کار) را مشخص می کند: (i) مدل سازی، (ii) شبیه سازی، و (iii) اعتبار سنجی. برای مقابله با این مراحل، سه محیط برای توسعه مناسب روش پیشنهادی ضروری است: (۱) محیط CAD، (۲) محیط CAE، و (iii) محیط آزمایش تجربی (iii)
شکل ۲).
مرحله ۱ – مدل سازی. مدل‌سازی محصول اولین گامی است که باید در هنگام استفاده از روش‌شناسی طراحی محیطی مبتنی بر CAE انجام شود. در این محیط، یک مدل مجازی محصول با استفاده از ابزار ۳D CAD ساخته می شود. توسعه سه بعدی CAD شامل دو مرحله است: (۱) مدل سازی قطعه و (۲) مونتاژ محصول. مدل‌سازی قطعه با استفاده از رویکرد پارامتری، تعریف تمام ویژگی‌های هندسی هر قطعه/جزء را ارائه می‌کند. در واقع، ویژگی های هندسی با قوانین پارامتری با ابعاد مرتبط هستند. در این مرحله لازم است ورودی های هندسی (ابعاد، اشکال و …) با رویکرد پارامتریک و همچنین ورودی های فیزیکی (ماده، صفات و …) تعریف شوند. ساده سازی بخش برای سرعت بخشیدن به عملکرد فرآیند شبیه سازی مجازی تشویق می شود. ویژگی های هندسی کوچک می توانند به طور قابل توجهی (تا ده برابر) شبیه سازی فیزیکی گسسته و همچنین خطاهای مدل را افزایش دهند، بدون اینکه کیفیت نتایج را به طور قابل توجهی افزایش دهند. [
۴۰,
۴۱]. همزمان با مدل‌سازی قطعه، مونتاژ محصول با تعریف ماژول‌ها (مجموعه‌های فرعی) و محدودیت‌های مرتبط انجام می‌شود. این مرحله همچنین مرتبط است زیرا، برای مثال، در طول تجزیه و تحلیل CAE، تنها چند ماژول می تواند درگیر شود، که پیچیدگی و زمان لازم برای شبیه سازی ها را ساده می کند.
مرحله ۲ – شبیه سازی. تجزیه و تحلیل نمونه سازی مجازی دومین گامی است که در طول این فرآیند باید با آن مقابله کرد. در این محیط، مدل سه بعدی CAD از مرحله قبل وارد شده و می توان از ابزارهای مختلف CAE بر اساس فیزیک برای شبیه سازی استفاده کرد. به عنوان مثال، برای محصولات مرتبط با انرژی مانند ماشین لباسشویی یا هود اجاق گاز، دینامیک سیالات و تجزیه و تحلیل حرارتی برای بررسی حرکت سیال و عملکرد سیستم ضروری است، در حالی که شبیه سازی الکترومغناطیسی برای تجزیه و تحلیل عملکرد موتورهای الکتریکی مورد استفاده ضروری است. در این محصولات از سوی دیگر، برای محصولات دیگر مانند اجاق گاز القایی، آنالیز حرارتی باید با شبیه سازی الکترومغناطیسی همراه شود. یک نمونه اولیه مجازی استفاده می‌شود و یک رویکرد عددی برای شبیه‌سازی رفتار محصول در شرایط کاری خاص استفاده می‌شود. در این محیط، پس از تعریف پدیده های فیزیکی برای شبیه سازی (مدل چند فیزیک)، مراحل اجباری دیگری مانند تعریف شرط مرزی، گسسته سازی هندسه (تعریف مش) و تنظیمات دیگر بر اساس سیستم های CAE ضروری است. برای شبیه سازی استفاده می شود. صرف نظر از اتخاذ یک ابزار نرم افزاری خاص، فرآیند شبیه سازی در سه مرحله انجام می شود: پیش پردازش، پردازش و پس پردازش. در طول مرحله پیش پردازش، مدل عددی از گسسته سازی مدل CAD (مش) شروع می شود و با تنظیم شرایط مرزی پایان می یابد. مرحله تنظیم شامل انتخاب صحیح فیزیک برای شبیه سازی (ساختاری، سیال دینامیک، مودال، و غیره)، معادلات استفاده شده در مدل، و سایر تنظیمات کاری محصول (به عنوان مثال، بارها، محدودیت ها، دما) است. . مرحله پردازش به ارزیابی معادله می پردازد در حالی که مرحله نهایی پس پردازش است، جایی که نتایج مدیریت و پردازش می شوند. در همان محیط CAE، تجزیه و تحلیل s-LCA با استفاده از یک ابزار نرم افزار اختصاصی انجام می شود که ردپای محیطی محصول را از مدل ۳D CAD محاسبه می کند. ابزار s-LCA در حال حاضر در چندین برنامه تجاری موجود است [
۴۲,
۴۳]. هر بار که یک بررسی طراحی در محیط CAD اجرا می شود، این تغییر توسط محیط CAE با هر دو شبیه سازی عددی جانبی و s-LCA پردازش می شود.
مرحله ۳ – اعتبار سنجی. ارزیابی تجربی گام سوم برای مقابله با توسعه روش است. در این محیط، نمونه اولیه فیزیکی تولید می‌شود و برای انجام تست‌های انرژی و بازیابی شاخص‌های کلیدی عملکرد (KPI) مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای این منظور، همراه با نمونه اولیه محصول، یک میز آزمایش ضروری است. میز آزمایش باید مطابق با الزامات استاندارد گزارش شده در دستورالعمل های برچسب گذاری انرژی برای این محصولات ساخته شود. میز تست امکان بازآفرینی شرایط کاری محصول و تکرار رویه گزارش شده در دستورالعمل برچسب انرژی را فراهم می کند. تجهیزات و حسگرهای مورد نیاز برای اندازه گیری مصرف انرژی و سایر پارامترها برای این هدف ضروری هستند. هنگامی که یک نمونه اولیه محصول و میز آزمایش ساخته شد، آزمایش‌های مصرف انرژی طبق رویه‌ای که در دستورالعمل طراحی زیست‌محیطی برای برچسب‌گذاری انرژی توضیح داده شده است، انجام می‌شود. تست ها بر اساس ویژگی های محصول در چندین نقطه کاری انجام شده و برای پایایی آماری تکرار می شوند. نتایج جمع‌آوری و دستکاری می‌شوند تا با نتایج به‌دست‌آمده از شبیه‌سازی‌های CAE، از جمله محاسبه خطاها، تناسب ایجاد کنند. در این مرحله نیازی به ساخت نمونه اولیه برای هر محصول از یک خانواده نیست، بلکه هدف این مرحله اعتبارسنجی نتایج به دست آمده از مرحله نمونه سازی مجازی با یک معیار است. بنابراین، نتایج به‌دست‌آمده از آزمایش نمونه اولیه محصول (در انطباق کامل با رویه مشخص شده در دستورالعمل طراحی زیست‌محیطی – برچسب‌گذاری انرژی) به عنوان معیار استفاده می‌شود. یک فرآیند تکراری برای تنظیم مدل توسعه‌یافته در محیط CAE وجود دارد تا زمانی که این مدل شکافی با آزمون واقعی کمتر از ۱۰٪ داشته باشد که برای این نوع شبیه‌سازی قابل قبول در نظر گرفته می‌شود.
تمام بررسی های طراحی در این چارچوب مدیریت شده و در مخزن ذخیره می شود.
۲٫۲٫ پایگاه دانش
هسته روش پیشنهادی مخزن است که در آن دستورالعمل‌های طراحی محیطی، مطالعات نمونه‌سازی مجازی و نتایج LCA برای تسهیل دسترسی ذخیره و سازماندهی می‌شوند. پایگاه داده برای دو هدف اصلی استفاده می شود: اولی ذخیره و جمع آوری داده ها در قالب اختصاصی (ساختار جدول) و دومی بازیابی اطلاعات مفید در طول طراحی محصول توسط الگوریتم های هوشمند. ساختار پایگاه داده با سطوح و بخش ها مشخص می شود، همانطور که در ارائه شده است
شکل ۳.
اولین پارتیشن پایگاه داده مربوط به دستورالعمل ها و ابزارهای زیست محیطی است که در طول کاربرد روش باید دنبال شوند. این بخش شامل (i) الزامات محصول (به عنوان مثال، الزامات استانداردها و مستندات مرتبط)، (ب) قوانین کلی زیست محیطی ناشی از ادبیات (به عنوان مثال، ده قانون طلایی طراحی محیط زیست)، و (iii) قوانین زیست محیطی خاص ناشی از دانش داخلی است. (به عنوان مثال، قوانین طراحی زیست محیطی بازیابی شده توسط تجربه). پارتیشن دوم مربوط به تجزیه و تحلیل مجازی محصول است که در پیکربندی های مختلف محصول انجام می شود. این بخش شامل (i) مجموعه ای از مدل های سه بعدی CAD (به عنوان مثال، قطعات، ماژول ها و مجموعه ها) با ویژگی های محصول و راه حل های طراحی خاص است. (ii) نتایج حاصل از آزمایش‌ها و شبیه‌سازی‌های انرژی مجازی، از جمله مستندات مرتبط. و (iii) تکامل محصول برای تناسب با الزامات طراحی محیطی (به عنوان مثال، انتخاب های طراحی گذشته و منطق برای مقابله با مسائل خاص). بخش سوم به عملکرد محصول محیطی با استفاده از تجزیه و تحلیل s-LCA مربوط می شود. این بخش شامل نتایج تجزیه و تحلیل زیست محیطی پیکربندی های مختلف محصول از نظر شاخص های زیست محیطی (به عنوان مثال، پتانسیل گرمایش جهانی، مصرف منابع) است. این سه پارتیشن توسط اشیاء اختصاصی (جدول) تعریف می شوند که داده های مرتبط را که در قالب جدول در یک پایگاه داده رابطه ای نگهداری می شوند جمع آوری می کنند.
شایان ذکر است که برای پر کردن پایگاه داده (جمع‌آوری داده‌ها و ایجاد دانش زیست محیطی)، در اولین استقرار پایگاه داده، تنها دستورالعمل‌های طراحی ecodesign بازیابی شده از ادبیات ذخیره شده و در دسترس است. [
۴۴,
۴۵,
۴۶,
۴۷,
۴۸,
۴۹,
۵۰,
۵۱,
۵۲]و همچنین مطالعات زیست محیطی گذشته در صورت وجود. پس از آن، در طول پیاده سازی و استفاده از روش پیشنهادی، هر بار که شبیه سازی مجازی جدید انجام می شود، مخزن غنی می شود و همچنین یک دستورالعمل جدید از شرکت استخراج می شود. داده های ذخیره شده در بخش های پایگاه داده توسط طراحان برای ارزیابی اثرات زیست محیطی ماژول ها و اجزای محصول در طول مراحل طراحی استفاده می شود. رویکردهای مختلفی برای اجرای بیشترین تعداد شبیه سازی مجازی و پر کردن پایگاه داده اتخاذ شده است. به عنوان مثال، طراحی آزمایش‌ها (DoE) امکان تغییر عوامل مختلف (ویژگی‌های طراحی) را به طور همزمان برای غربالگری فضای واکنش برای مقادیر بهینه فراهم می‌کند. تمام شبیه‌سازی‌های مشتق‌شده (هم CAE و هم s-LCA) امکان ایجاد دانش شرکت و به اشتراک گذاشتن آن را در داخل یک شرکت تولیدی برای انجام اقدامات طراحی محیطی فراهم می‌کنند. مهندسان محصول بر داده ها و نتایج نظارت می کنند تا قوانین و دستورالعمل های طراحی زیست محیطی را ایجاد کنند. هدف آنها درک رابطه بین تصمیمات طراحی و پیامدهای زیست محیطی آنها است. هم دانش داخلی محیط زیست و هم دستورالعمل‌های کلی در پایگاه داده ذخیره می‌شوند تا تمرکز مهمی بر محصول در دست طراحی داشته باشند و از نظر کمی تأثیرات زیست‌محیطی انتخاب‌های طراحی را پیش‌بینی کنند. دستورالعمل ها با ویژگی ها ایجاد می شوند و از طریق یک ساختار سلسله مراتبی تدوین می شوند. دستورالعمل ها در قالب یک جدول سازماندهی شده و بر اساس شش کلاس طبقه بندی شده اند:
-
نوع محصول: رهنمودهایی که بر خانواده های خاصی از محصولات مرتبط با انرژی (مانند اجاق گاز، اجاق گاز، جاروبرقی، تلویزیون) تأثیر می گذارد. برخی از آنها کاربرد کلی دارند، در حالی که برخی دیگر مختص یک خانواده محصول هستند.
-
ماژول محصول: دستورالعمل هایی که بر کل محصول یا یک ماژول معین تأثیر می گذارد و به تغییرات در عملکردهای محصول یا جزء می پردازد.
-
مرحله طراحی علاقه مند: دستورالعمل هایی که به مرحله توسعه محصول خاص اشاره دارد. این ویژگی نشان می دهد که در کدام مرحله از مرحله طراحی می توان دستورالعملی را مطابق با طبقه بندی ارائه شده توسط پهل و بیتز اجرا کرد. [
۳۸].
-
کاربر: برخی از دستورالعمل ها برای هر کاربر درگیر در فرآیند توسعه محصول مرتبط است، در حالی که برخی دیگر راه حل خاصی را توصیه می کنند که برای یک جنبه فنی خاص طراحی شده است، که شامل افراد مسئول اجرای دستورالعمل می شود.
-
منبع: دستورالعمل ها را می توان از منابع مختلف بازیابی کرد. یک راهنما ممکن است از ادبیات یا از تخصص شخصی طراحان، محققان طراحی محیط زیست یا دانش داخلی شرکت جمع‌آوری شده باشد.
-
دسته: این کلاس به مرحله چرخه عمر متاثر از اجرای دستورالعمل اشاره دارد (مثلاً طراحی، استفاده، پایان عمر). آنها توانایی انجام یک تجزیه و تحلیل کامل از مسائل زیست محیطی را تضمین می کنند.
در هر یک از کلاس های ذکر شده، اسناد مربوطه بارگذاری می شود، به عنوان مثال، استانداردها، مدل های CAD، شبیه سازی CAE، تجزیه و تحلیل s-LCA و غیره. دستورالعمل های مناسب بر اساس هدف پروژه
پس از پر کردن پایگاه داده، پرس و جو یک مرحله ضروری برای استفاده مجدد از دانش مهندسی زیست محیطی است. هدف یک ابزار پرس و جو پایگاه داده هوشمند به دست آوردن لیستی از قوانین طراحی مفید است. رابط کاربری گرافیکی (GUI) این ابزار با دو بخش اصلی مشخص می شود. بخش اول مربوط به فیلترینگ است و کاربران را قادر می سازد تا بر اساس ویژگی های خاص پایگاه داده را جستجو کنند. بخش دوم مربوط به نمایش دستورالعمل های فیلتر شده است. گزینه های دیگر مربوط به این دو بخش برای کاربر در دسترس است، مانند (i) امتیاز طراحی زیست محیطی، که اهمیت دستورالعمل را بر اساس سطح پایداری، مناسب بودن در مراحل طراحی و همبستگی با مراحل چرخه عمر محصول نشان می دهد، و (ii) امتیاز کاربرد، که اطلاعاتی در مورد مناسب بودن در مسابقه خود دستورالعمل ارائه می دهد. هنگامی که دستورالعمل های پیشنهادی به کاربران ارائه می شود، تجزیه و تحلیل عمیق تر و راه حل های طراحی در دسترس قرار می گیرند. در مرحله اول، تجزیه و تحلیل مجازی محصول، آگاهی طراحان را در مورد دستورالعمل ارائه شده افزایش می دهد و دامنه اطلاعات در مورد محصول را گسترش می دهد. این بخش پایگاه داده بر ذخیره تحلیل های مجازی و مقایسه آنها با نتایج تجربی برای هدایت فرآیند تولید محصول متکی است.
شکل ۴آ).
از طریق مشاوره تست‌های مجازی، طراحان بینش‌هایی در مورد جنبه‌های مختلف به دست می‌آورند، از جمله (i) پیکربندی‌های چندگانه محصول (روابط متقابل فیزیکی و عملکردی هر جزء و رابطه عملکرد با هر جزء)، (ب) نقاط مجموعه کاری و عملکرد (تست‌های مصرف انرژی و مرتبط عملکرد)، (iii) پارامترهای هندسی (اندازه‌ها، شکل‌ها و ابعاد)، (iv) مواد و ویژگی‌های آنها، و (v) کلاس بازده انرژی بر اساس فعالیت‌های آزمایشی انجام‌شده در پیکربندی محصول معین. همزمان با تجزیه و تحلیل شبیه‌سازی‌های CAE، فرآیند تصمیم‌گیری در مراحل اولیه مرحله توسعه محصول می‌تواند توسط بسیاری از داده‌های مربوط به تحلیل محیط مجازی (s-LCA) پشتیبانی شود. علاوه بر این، طراحان می توانند پایگاه داده ارزیابی چرخه عمر، ماتریس سمیت، مونتاژ، و جنبه های جداسازی محصولات و/یا ماژول ها را جستجو کنند.
شکل ۴ب). این پایگاه داده مطالعات داخلی قبلی و تجزیه و تحلیل های LCA، مطالعات LCA انجام شده توسط مشاوران خارجی، مقررات مربوط به استفاده از مواد، و همچنین مقررات داخلی شرکت و سایر منابع را بایگانی می کند. طراحان با مشاوره آزمایش‌های مجازی، بینش‌هایی در مورد (i) ردپای کربن در مراحل مختلف چرخه زندگی، (۲) سمیت مواد و سازگاری مواد (مثلاً نمودار سازگاری پلاستیک)، (iii) اطلاعات مواد (مانند خواص محیطی و انرژی تجسم‌یافته) به دست می‌آورند. ، (IV) جنبه های مونتاژ و جداسازی قطعات و (v) ارزیابی LCA با در نظر گرفتن سایر شاخص ها و عملکرد زیست محیطی.
یکی دیگر از راه های دسترسی به پایگاه داده و داشتن فرآیند فیلترینگ هوشمند، استفاده از هوش مصنوعی است. هوش مصنوعی به طور گسترده ای در فعالیت های روزمره استفاده می شود. با این حال، اجرای آن در طراحی مهندسی هنوز محدود است. در این مورد، می توان از یک شبکه عصبی (یعنی مدل زبان بزرگ-LLM) با این هدف استفاده کرد و مدل ها و الگوریتم های مختلفی را می توان برای آموزش به کار گرفت (مثلاً مدل یادگیری خود نظارت، مدل تنظیم دقیق نظارت شده). مدل بر اساس تحلیل های جمع آوری شده [
۵۳,
۵۴].
۳٫ مطالعه موردی: Induction Hob
روش ارائه شده برای یک خانواده محصول خاص (به عنوان مثال، صفحه القایی، که یک محصول مرتبط با انرژی است) اعمال شد. این مطالعه موردی برای نشان دادن کاربرد روش و نتایج مرتبط در یکی از چالش برانگیزترین محصولات که در آن شبیه‌سازی‌های حرارتی و مغناطیسی همراه هستند، انتخاب شد. آشپزی القایی (
شکل ۵) گرما را از طریق میدان مغناطیسی ایجاد شده در زیر صفحه سرامیکی به تابه منتقل می کند. گرمای تولید شده در تابه از طریق رسانایی تماس حرارتی در شیشه هدایت می شود.
این فناوری باعث بازدهی بالاتری می شود زیرا بیشتر گرمای تولید شده مستقیماً به غذا منتقل می شود. در بخش بعدی این بخش، روش پیشنهادی مربوط به مطالعه موردی اجاق گاز القایی به تفصیل شرح داده شده است. مانند بسیاری از لوازم خانگی، اجاق‌های القایی تابع استانداردهای مصرف انرژی هستند که معیارها و روش‌هایی را برای ارزیابی عملکرد اجاق‌های برقی در کاربردهای خانگی تعیین می‌کنند. آزمایش مصرف انرژی نشان دهنده یک فرآیند پخت واقعی است که در آن، پس از اولین مرحله گرم کردن، مراحل جوش و دم کردن دنبال می شود. به غیر از الزامات عملکرد انرژی، در مراحل اولیه توسعه محصول، لازم است اطلاعات هندسی، مواد اجزای اصلی و پارامترهای عملکردی تعریف شود. در چارچوب این مورد استفاده، اطلاعات اصلی محصول در نظر گرفته شده به شرح زیر است:
-
ابعاد بدنه: ۳۰ × ۶۰ میلی متر.
-
تعداد مناطق پخت و پز: دو.
-
حداکثر توان: ۷۰۰۰ وات (۳۵۰۰ وات برای هر منطقه پخت).
-
برچسب انرژی: A+ کلاس.
هنگامی که الزامات کلی اجاق گاز مشخص شد، محصول با در نظر گرفتن آنالیز عملکردی و مدولار مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. در این مورد، محصول با هفت ماژول مشخص شد، همانطور که در گزارش شده است
میز ۱. هر ماژول چندین تابع به دست آمده از تجزیه و تحلیل عملکردی را جمع آوری می کند.
انتقال از ماژول های محصول به راه حل های طراحی بالقوه شامل ابزارهای مختلفی مانند جستجوی پتنت و فعالیت های طوفان فکری و غیره است. یک ابزار بسیار ارزشمند در این فرآیند، ماتریس مورفولوژیکی است که کارایی تجزیه و تحلیل مفهومی را با ترجمه ماژول های عملکردی به ماژول های فیزیکی افزایش می دهد. یک ماتریس مورفولوژیکی با برچسب زدن هر ردیف با تمام ماژول های محصول شناسایی شده و برای هر ماژول، برشمردن گزینه های طراحی بالقوه به عنوان ستون ساخته می شود.
شکل ۶).
پس از این مرحله مقدماتی که شامل مرحله اول فرآیند توسعه محصول (برنامه ریزی، تعیین تکلیف، و طراحی مفهومی) است، روش طراحی اکودولوژی مبتنی بر CAE به دنبال سه مرحله از قبل شناسایی شده اعمال می شود.
۳٫۱٫ مرحله ۱ – مدل سازی
با توجه به اطلاعاتی که در طراحی مفهومی تعریف شده است، مدل مجازی اجاق گاز حاوی تمام اطلاعات محصول و داده های ساخت، انرژی و محیط زیست از طریق محیط CAD (یعنی SOLIDWORKS) طراحی و توسعه داده شده است.
®). طراحی محصول از پارامترهای ورودی و اطلاعات مدل قبلی نشأت می‌گیرد که در حال حاضر به عنوان دانش شرکت در دسترس است. دو مدل مختلف در این مرحله توسعه می‌یابد: مدل اول مربوط به مدل محصول مورد استفاده برای تولید است، در حالی که مدل دوم مربوط به مدل سیستم است که نسخه ساده‌شده‌ای از اولین مدل CAD با موارد اضافی مورد استفاده برای شبیه‌سازی عددی است (مجازی را ببینید. مدل در
شکل ۷). برای مورد اول، هر جزء محصول در محیط قطعه طراحی شده و در محیط مونتاژ مونتاژ می شود. برای مورد دوم، کل سیستم، از جمله قطعات اطراف، که با محصول مورد بررسی تعامل دارند، مدل‌سازی می‌شود.
۳٫۲٫ مرحله ۲ – شبیه سازی
با شروع از مدل CAD که قبلا توسعه داده شده بود، ساده‌سازی‌های هندسی اضافی انجام می‌شود: (۱) یک سیم استوانه‌ای با همان قطر برای مدل‌سازی سیم لیتز استفاده می‌شود، (ii) یک استوانه خالی بدون دسته برای مدل‌سازی گلدان استفاده می‌شود، و ( iii) یک حجم جامد در داخل گلدان برای مدل سازی آب استفاده می شود. برای گلدان و آب، الزامات استاندارد (EN 60350-2 [
55]) برای تعریف هندسی استفاده می شود. آب در آنالیز الکترومغناطیسی در نظر گرفته نمی شود زیرا تحت تأثیر تولید تلفات اهمی قرار نمی گیرد. حجم هوای اطراف مدل به صورت جعبه مکعبی مدل شده است. مدل چند فیزیک با جفت شدن جنبه های حرارتی و الکترومغناطیسی ساخته شده است (
شکل ۷). مدل حرارتی با قوانین ترمودینامیک سر و کار دارد در حالی که مدل الکترومغناطیسی با معادلات ماکسول سر و کار دارد. با پیروی از اصل شبیه سازی چند فیزیک و مطالعه موردی مورد تجزیه و تحلیل، خروجی مدل الکترومغناطیسی ورودی مدل حرارتی است. بر اساس جریان و فرکانس عبوری از سیم پیچ مسی، ارزیابی جریان گردابی تولید شده در ته دیگ و گرمای مربوطه از طریق اثر ژول امکان پذیر می شود. این گرمای حاصل از مدل الکترومغناطیسی به عنوان ورودی برای ماژول حرارتی عمل می‌کند و شبیه‌سازی رفتار دینامیکی سیال محصول را ممکن می‌سازد. شایان ذکر است که برای هر دو مدل (الکترومغناطیسی و حرارتی) تلفات جریان گردابی و اتلاف گرما نقش مهمی در اعتبارسنجی مدل کلی دارند. تلفات نه تنها با تعریف هندسه سیستم بلکه با تنظیم مناسب شرایط مرزی سیستم در نظر گرفته می شود. این شامل تخصیص مواد صحیح به هر جزء (به عنوان مثال، فولاد ضد زنگ برای تابه، شیشه سرامیکی برای سطح بالای اجاق گاز، و هوا برای محیط اطراف)، خواص مواد (به عنوان مثال، هدایت حرارتی)، و خصوصیات رابط، در میان عوامل دیگر بنابراین، شرایط مرزی مکانیسم های واقعی الکترومغناطیسی و انتقال حرارت را منعکس می کند.
مدل مجازی اطلاعات مربوط به محصول را پوشش می دهد و امکان شبیه سازی استفاده واقعی از آن را مطابق با دستورالعمل اتحادیه اروپا فراهم می کند. ابزارهای FEM و CFD، یکپارچه در ANSYS
® برنامه WORKBENCH (2022 R2)، برای رسیدگی همزمان به رفتار دینامیکی الکترومغناطیسی و حرارتی سیال محصول مورد تجزیه و تحلیل، جفت شده است. برای تجزیه و تحلیل دقیق FEM و CFD، سیستم به یک شبکه (مش) متشکل از عناصر محدود (مثلا مثلث) که با هندسه عناصر موجود در مدل مطابقت دارد، گسسته می شود. یک راه حل تکراری از مسئله الکترومغناطیسی هارمونیک زمان و یک حرارتی گذرا (اثرات گذرا) برای توصیف پدیده گرمایش القایی استفاده می شود.
شکل ۸) از آنجایی که سیستم در طول زمان به دلیل تغییر تنظیمات در فرآیند پخت و پز ایجاد شده توسط استاندارد، دچار تغییرات دما می شود. محاسبه اتلاف حرارت گذرا در مرز مدل، درک جامعی از رفتار حرارتی سیستم تحت شرایط عملیاتی مختلف را تضمین می‌کند.
در همان محیط CAE، یک ارزیابی چرخه زندگی ساده شده (s-LCA) با استفاده از ابزار SUSTAINABILITY توسعه یافته توسط SOLIDWORKS انجام می شود.
® [
۴۳]. در واقع، تمام داده های لازم برای انجام این تحلیل چرخه عمر و پیش بینی اثرات زیست محیطی مربوط به اجاق گاز در حال توسعه در دسترس است.
۳٫۳٫ مرحله ۳ – اعتبار سنجی
برای ارزیابی استحکام مدل مجازی و اعتبار سنجی آن، آزمایش‌های تجربی برای مقایسه، با پیروی از روش آزمایشی که در دستورالعمل ذکر شده است، مورد نیاز است. اعتبار سنجی مدل شامل مقایسه خروجی های سیستم تجربی با خروجی های مدل مجازی برای مجموعه ای از شرایط ورودی است.
شکل ۸ و
جدول ۲).
پارامترهای ورودی مورد نیاز برای تجزیه و تحلیل توسط استاندارد اروپایی EN 60350-2:2018 بازیابی شده است. [
۵۵]، در حالی که آزمایش های آزمایشی مطابق با دستورالعمل برچسب گذاری انرژی (دستورالعمل ۲۰۱۰/۳۰/EU) انجام می شود. در محیط آزمایش تجربی، اجرای آزمایش در یک محیط کنترل شده مجهز به حسگرهای اختصاصی امکان ارزیابی کل جریان جذب شده از شبکه را فراهم می کند. علاوه بر این، برای تعیین بازده انرژی اجاق گاز، اندازه گیری توان حرارتی مبادله شده ضروری است.
شکل ۹ نیمکت آزمایشی مورد استفاده برای تست های حرارتی را نشان می دهد. از مجموعه ای از گلدان ها و درب های فلزی (ساخته شده از فولاد ضد زنگ رسانا) با قطرهای متفاوت (مثلاً ۱۵۰، ۱۸۰ و ۲۱۰ میلی متر) تشکیل شده است. درب یک الگوی دایره ای از سوراخ ها را ارائه می دهد و مجهز به یک استوانه پلاستیکی (پلی آمید PA6.6) است که میزبان ترموکوپل لازم برای اندازه گیری دمای آب است.
قابلمه در منطقه پخت اجاق القایی قرار می گیرد و ترموکوپل امکان تعیین تغییر دمای آب داخل قابلمه را فراهم می کند. با حل معادلات ترمودینامیک، توان های حرارتی مختلف ارزیابی می شوند.
شکل ۱۰). انرژی مورد نیاز در طول اجرای آزمایش، کلاس انرژی محصول را تعیین می کند. قدرت های حرارتی مختلف از
شکل ۱۰ جریان گرمای ورودی/خروجی سیستم در نظر گرفته شده است.
Q_heat_up_water توان حرارتی مورد نیاز برای گرم کردن آب است.
Qconv اتلاف حرارت از طریق همرفت از گلدان، درب و صفحه شیشه ای-سرامیکی است. و
درجه اتلاف حرارت توسط تشعشعات از قابلمه و درب است. گرمای مورد نیاز برای تغییر فاز (
Qvap) در مرحله پیش گرم کردن و دم کردن نیز در نظر گرفته می شود. خط قرمز در
شکل ۱۰ کل توان مورد نیاز در طول زمان را نشان می دهد.
هنگامی که مدل مجازی اعتبار سنجی شد، لیستی از شبیه سازی های مجازی برای درک تأثیر تغییرات در پارامترهای طراحی انجام می شود. در این مطالعه موردی خاص، سه گروه مختلف از پارامترها شناسایی می‌شوند: (i) هندسی، (ii) عملکردی، و (iii) مواد. پارامترهای هندسی در گزارش شده است
جدول ۳، در حالی که پارامترهای مواد و عملکرد در نشان داده شده است
جدول ۴ و
جدول ۵، به ترتیب.
ماتریس Design of Experiments (DoE) با استفاده از تابع مربع لاتین برای به حداقل رساندن تعداد آزمایش‌های مورد نیاز، در حالی که به طور همزمان تأثیر هر پارامتر بر محصول را درک می‌کند، تولید می‌شود. داده‌ها، نتایج، خروجی‌ها و دستورالعمل‌های مفید برای ایجاد دانش خاص شرکت در پایگاه داده ذخیره می‌شوند. همه این داده ها به روشی ساختاریافته سازماندهی شده اند تا در طول پرس و جو پایگاه داده به راحتی قابل بازیابی باشند.
۴٫ نتایج و بحث
رویکرد ارائه شده استفاده از ابزارهای نمونه سازی مجازی مهندسی و قابلیت همکاری آنها را در توسعه محصولات مرتبط با انرژی پیشنهاد می کند. نتایج به‌دست‌آمده با استفاده از ابزارهای مختلف نرم‌افزار مهندسی، امکان ایجاد دانش خاص در زمینه طراحی محیطی را فراهم می‌کند. روش پیشنهادی تلاشی برای پیش‌بینی مسائل و نگرانی‌های مربوط به توسعه محصولات سازگار با طراحی محیط زیست، اجتناب از آزمایش‌های آزمایشگاهی وقت‌گیر و نمونه‌های اولیه پرهزینه است. سطوح مختلفی از یکپارچگی را در فرآیند توسعه محصول فراهم می کند. سطح اول ادغام با مفهوم مهندسی همزمان، حفظ مراحل یکسان فرآیند توسعه محصول سنتی، تلاش برای بستن شکاف بین مراحل با هدف همپوشانی برخی از مراحل و کاهش طول عمر پروژه، سروکار دارد. سطح دوم ادغام با پذیرش سیستم‌های نرم‌افزاری برای مدیریت پروژه (به عنوان مثال، سیستم‌های PDM و/یا PLM) سروکار دارد، که در آن مخزن پیشنهادی می‌تواند به عنوان بخشی مکمل از سیستم مدیریت داده در نظر گرفته شود، که قادر به ایجاد دانش مناسب در مورد طراحی محیطی است. و طراحی برای پایداری مطالعه موردی هاب نمونه ای از دانش زیست محیطی به دست آمده از طریق شبیه سازی پیکربندی های مختلف محصول با استفاده از مدل معتبر ارائه می دهد. دانش زیست محیطی سپس به درستی در مخزن سیستم (پایگاه داده روش طراحی محیط زیست مبتنی بر CAE) ذخیره می شود، و اطلاعات موجود از پایگاه داده می تواند بسته به مرحله طراحی خاص مورد استفاده مجدد قرار گیرد: (۱) برنامه ریزی و وظیفه، (۲) طراحی مفهومی ، و (iii) طراحی تجسم. نمونه‌ای از دستورالعمل‌های طراحی محیطی برای مرحله طراحی مفهومی در ارائه شده است
شکل ۱۱. شایان ذکر است که پایگاه داده با اپلیکیشن مایکروسافت اکسس و رابط کاربری گرافیکی ابزار ویژوال بیسیک توسعه یافته است. دستورالعمل های کلی به دست آمده برای مرحله طراحی مفهومی با پرس و جو از پایگاه داده در رابطه با نوع محصول (یعنی صفحه القایی)، ابعاد کیس خارجی (یعنی ۶۰ × ۳۰)، مرحله طراحی (یعنی برنامه ریزی و تعیین تکلیف)، بازیابی می شوند. منبع دستورالعمل ها (به عنوان مثال، از ادبیات)، و کاربر (به عنوان مثال، مهندس مکانیک). در این مورد، ابزار مجموعه خاصی از اطلاعات و دستورالعمل های اصلی بازیابی شده برای این مرحله را ارائه می دهد. دستورالعمل های گزارش شده در
شکل ۱۱ اصول کلی طراحی محیطی هستند که باید در اولین تکرارهای طراحی اعمال شوند. این دستورالعمل‌ها برای ماژول‌های اصلی شناسایی‌شده توسط تحلیل عملکردی عمومی هستند و می‌توانند در سطح مفهومی توسط مهندسان سیستم برای توسعه راه‌حل‌های پایدارتر و معماری‌های محصول بدون وارد کردن جزئیات بیش از حد در مورد اجزا و ویژگی‌های محصول اتخاذ شوند.
با جلوتر رفتن در مرحله طراحی (طراحی تجسم)، می توان ارزیابی اثرات زیست محیطی را پیش بینی کرد. با پرس و جو از پایگاه داده، دستورالعمل‌های طراحی محیطی با اشاره به s-LCA در دسترس هستند تا درک روشنی از موضوع زیست‌محیطی مربوط به محصول از دیدگاه چرخه عمر ارائه دهند. در واقع، با نگاهی به مراحل مختلف چرخه عمر، به نظر می رسد مرحله استفاده بحرانی ترین مرحله است و به دنبال آن مواد خام و مراحل ساخت قرار می گیرند. فاز استفاده بیش از ۹۰ درصد از تأثیرات کلی (با در نظر گرفتن ترکیب عمومی شبکه انرژی اتحادیه اروپا) از نظر انتشار هوا (پتانسیل گرمایش جهانی-GWP) را شامل می شود. این نتیجه نشان می دهد که به حداقل رساندن مصرف انرژی در طول استفاده از محصول منجر به مهمترین کاهش اثرات زیست محیطی برای این نوع محصول می شود. برای هر ماژول توصیف شده در مرحله طراحی مفهومی، اثرات زیست محیطی برای شناسایی نقاط داغ محیطی و سپس افزایش عملکرد محصول اندازه گیری می شود. در مورد مواد خام و مرحله ساخت، دو مسئله اصلی از تجزیه و تحلیل s-LCA ناشی می شود که با ماژول “سیستم الکترونیکی” و ماژول “تبدیل انرژی” سروکار دارد. این دو ماژول بیش از ۵۰٪ از تأثیرات کلی ساخت قطعات را به خود اختصاص می دهند زیرا نوع مواد و مقدار استفاده شده برای قطعات الکترونیکی و سیم پیچ ها تأثیر قابل توجهی از نظر GWP دارند. دستورالعمل‌های طراحی محیطی در این مرحله به دنبال نتیجه فرآیند شبیه‌سازی مجازی و s-LCA برای ارائه اطلاعات مفید به طراحان و مهندسان تعریف می‌شوند.
در نهایت، با توجه به دستورالعمل‌هایی برای پیاده‌سازی در مرحله طراحی جزئیات، لازم است سطح جزئیات مورد استفاده برای کوئری پایگاه داده اصلاح شود. رابط کاربری گرافیکی مشابه است، اما تعریفی از ویژگی های فنی محصول (به عنوان مثال، کلاس بهره وری انرژی) مورد نیاز است. نمونه ای از این پس با تمرکز بر یک جزء خاص اجاق گاز ارائه می شود: سیم پیچ (
شکل ۱۲). دستورالعمل‌های طراحی زیست‌محیطی برای اجزای کویل، جزئی‌تر از مرحله قبل است، از جمله نوع مواد لازم برای افزایش عملکرد محصول (به عنوان مثال، آلیاژ آلومینیوم یا مس)، ویژگی‌های هندسی (مانند شکاف بین سیم پیچ و ته دیگ) ، ابعاد (مثلاً قطر سیم) و غیره
مخزن دانش زیست محیطی ارائه شده در این کار پیشنهادی در مورد چگونگی توسعه این سیستم با هدف نشان دادن امکان سنجی آن در یک زمینه واقعی است. یکی از پیشرفت‌های احتمالی مربوط به نوع دانش برای جمع‌آوری است، از جمله، برای مثال، جنبه‌های پایداری مرتبط با ستون‌های اجتماعی و اقتصادی. یکی دیگر از زمینه‌های ممکن برای بهبود، کارایی ابزار با توجه به تکامل هوش مصنوعی و سایر فناوری‌های توانمند در این زمینه است. در نسخه فعلی، پایگاه داده طراحی محیطی مبتنی بر CAE شامل بیش از صد دستورالعمل گردآوری شده از ادبیات و/یا دانش داخلی شرکت است که از نقطه نظر محیطی با استفاده از امتیاز طراحی اکودیسنت جمع‌آوری شده است. این مجموعه محدودی از دستورالعمل‌ها است و تمام پیش‌زمینه‌های مهندسی لازم برای مطابقت با الزامات طراحی محیطی را پوشش نمی‌دهد. در حالی که این مخزن تصور می شود که توسط بخش های مختلف شرکت (مهندسی، بازاریابی، تدارکات و غیره) قابل دسترسی باشد، در محدوده این کار، بیشتر نیازهای بخش های مهندسی و طراحی را جمع آوری می کند.
با توجه به هدف این رویکرد که امکان پرکردن شکاف بین نیازهای صنعتی و الزامات طراحی بوم و همچنین کاربرد یک سیستم دانش محور در مراحل مختلف توسعه محصول می باشد، نیاز به داشتن پایگاه داده منعطف و قابل ارتقا برای توسعه یک محصول با بهره وری انرژی بالاتر از اهمیت اولیه برخوردار است. برخی از محدودیت‌های رویکرد پیشنهادی می‌تواند به ارتقای ابزار مربوط باشد. برای بهبود مستمر محصولات و فرآیندها، به روز رسانی مستمر پایگاه داده ضروری است.
۵٫ نتیجه گیری و کارهای آینده
روش پیشنهادی در این مقاله ادغام ابزارهای (طراحی و ابزارهای نمونه سازی مجازی) مورد استفاده در فرآیند طراحی مهندسی را برای گسترش دیدگاه تحلیل، پشتیبانی از ایجاد و اشتراک دانش زیست محیطی و کمک به طراحان از اولین مراحل فرآیند طراحی ارائه می دهد. محصولات سازگار با محیط زیست
برای تقویت پذیرش ابتکارات طراحی زیست محیطی، پایگاه داده روش طراحی محیط زیست مبتنی بر CAE امکان مدیریت صحیح دانش زیست محیطی را به روشی سیستماتیک فراهم می کند. توسعه مخزن شرکت محور است زیرا دانش نقش مرکزی در دارایی های شرکت دارد و ابزارهایی با عملکردهای مختلف را به همراه دارد و امکان ایجاد و به اشتراک گذاری دانش را فراهم می کند.
تازگی این رویکرد در ایجاد یک سیستم مدیریت دانش برای کمک به طراحان در ارزیابی سریع کلاس انرژی محصول است که چندین مزیت را ارائه می دهد. اولاً، درک مهندسین از کارایی محصول را با فراهم کردن دسترسی به انبوهی از اطلاعات و داده‌های مرتبط افزایش می‌دهد. این آنها را قادر می سازد تا تصمیمات آگاهانه بگیرند و انتخاب های طراحی را برای به حداکثر رساندن کارایی بهینه کنند. علاوه بر این، با مقایسه موارد پیکربندی مختلف در مرحله اولیه طراحی، مهندسان می‌توانند زمینه‌های بالقوه برای بهبود و نوآوری را شناسایی کنند. اطلاعات ذخیره شده در پایگاه داده همچنین می تواند برای کمک به مرحله تصمیم گیری قبل از شروع یک پروژه طراحی زیست محیطی جدید، کمک به به حداقل رساندن خطرات و کاهش طراحی های مجدد پرهزینه بعداً در چرخه عمر محصول باشد.
روش پیشنهادی در یک مطالعه موردی واقعی که افزایش عملکرد محصول (یعنی مصرف انرژی) را نشان می‌دهد، اعمال شد. به طور خاص، نتایج نشان می‌دهد که با اتخاذ دستورالعمل‌های طراحی محیطی، می‌توان با تکمیل الزامات اولیه تعیین‌شده توسط بازار و استانداردها، عملکرد زیست‌محیطی را افزایش داد. همانطور که در نتایج نشان داده شده است، با حفظ همان کلاس انرژی (A+، انرژی جذب شده کمتر از ۲۲۰ است [Wh]، می توان بر اساس درخواست مشتری توان های حرارتی مختلف را بدست آورد و بار محیطی (GWP) را کاهش داد. با توجه به نتایج به‌دست‌آمده برای مطالعه موردی خاص (اجاق القایی)، روش پیشنهادی از یک مدل چند فیزیک خاص برای نمونه‌سازی مجازی با جنبه‌های الکترومغناطیسی و حرارتی همراه استفاده می‌کند. برای این منظور، مطالعه موردی پیشنهادی یک نمای کلی از مسائل احتمالی که ممکن است در فرآیند مجازی‌سازی رخ دهد، ارائه نمی‌کند. به عنوان مثال، در مدل چند فیزیک برای نمونه سازی مجازی سایر محصولات یا لوازم مکاترونیک (مانند هود اجاق گاز، ماشین لباسشویی، جاروبرقی، دیگ های خانگی)، نیاز به جفت کردن مدل های حرارتی و سیال دینامیک وجود دارد. این مدل‌ها با چالش‌های مختلفی مانند امکان ایجاد یک مدل قابل اعتماد و سازگار با نتایج تجربی روبرو هستند. در این موارد، تنظیم دقیق مدل برای جلوگیری از نتایج گمراه‌کننده برای فرآیند تصمیم‌گیری در طراحی مهندسی با محوریت پایداری اهمیت اولیه دارد.
کارهای آینده به دو روش مختلف هدایت خواهند شد: (۱) ارائه یک رویکرد سیستماتیک برای غنی‌سازی خودکار پایگاه داده با افزودن دستورالعمل‌های جدید طراحی اکودیک (به عنوان مثال، پردازش زبان طبیعی یا طبقه‌بندی یادگیری ماشین)، و (ii) ایجاد یک مجموعه نرم‌افزاری مناسب. (سکوی طراحی محیطی) قادر به شامل تمام جنبه های فنی روش ارائه شده است.
