Donna Dykeman, responsabile della ricerca e sviluppo di Ansys, esamina come la catena di approvvigionamento aerospaziale può sfruttare al meglio i dati per ottimizzare la selezione dei materiali.
Ci troviamo sempre più faccia a faccia con la realtà del cambiamento climatico. Dal superamento dei record di temperatura agli eventi meteorologici estremi che causano caos e distruzione, diventa ogni giorno più chiaro che saranno necessari cambiamenti significativi in tutta la nostra economia se vogliamo raggiungere i nostri ambiziosi obiettivi climatici.
Attualmente, l’industria aerospaziale rappresenta il 2-3% delle emissioni globali di carbonio. Tuttavia, ciò potrebbe salire al 22% entro il 2050. Di conseguenza, l’Organizzazione per l’aviazione civile internazionale (ICAO) ha esortato i paesi a cooperare ulteriormente per raggiungere un obiettivo aspirazionale a lungo termine (LTAG) di zero emissioni nette di carbonio entro il 2050 Sebbene l’industria degli elicotteri contribuisca per meno dell’1% a questa cifra, libbra per libbra emettono quantità significative di CO2. Ad esempio, le stime degli elicotteri turistici che sorvolano New York stimano le emissioni orarie a 950 libbre di CO2 che è oltre 40 volte superiore a quello di un’auto media.
Chiaramente, se l’industria in generale vuole raggiungere questo obiettivo ambizioso, c’è molto lavoro da fare in ogni settore. C’è un’enorme attenzione in tutto lo spettro aerospaziale su aree come i combustibili aeronautici sostenibili e l’elettrificazione, insieme a sforzi più ampi per incidere sulla domanda come una maggiore istruzione, cambiamenti nelle abitudini e tasse sul carbonio. Tuttavia, un’area che ha il potenziale per avere un enorme impatto è quella della scelta dei materiali, delle decisioni di produzione e dei processi che vengono impiegati durante la produzione.
Costruire un aereo o un elicottero implica l’approvvigionamento di un numero enorme di materiali e componenti. Ad esempio, il Boeing 747 richiede più di sei milioni di parti da fornitori di tutto il mondo. Quando si scelgono e poi si acquistano i materiali, ci sono molti fattori che devono essere considerati come resistenza, durata, tolleranza ai danni e peso. I materiali devono quindi essere pensati in termini di sicurezza a causa di normative rigorose. E tutto questo prestando sempre molta attenzione ai costi di produzione e manutenzione. Tenendo presente gli obiettivi del settore dello zero netto, come possono essere efficacemente incorporate le considerazioni sulla sostenibilità in quello che è già un processo incredibilmente complesso che coinvolge molti compromessi?
Al centro del design
L’ecodesign implica porre le considerazioni ambientali al centro di tutte le fasi del processo di sviluppo del prodotto. Ciò significa che l’impatto ambientale è bilanciato con i requisiti ecologici ed economici di qualsiasi prodotto che viene prodotto insieme alle decisioni materiali. L’80% di tutti gli impatti ambientali relativi ai prodotti nell’industria aerospaziale sono bloccati nella fase di progettazione concettuale, quando vengono prese le decisioni sui materiali e sulla produzione e viene rivelata l’efficienza dell’intero sistema.
Ecco perché è fondamentale integrare i processi di eco-design il prima possibile. L’integrazione all’inizio del processo produttivo assicura che l’energia dei materiali e le potenziali emissioni derivanti dalla produzione siano individuate, il che significa che l’impatto sostenibile del prodotto finale può essere valutato in meno tempo ea un costo inferiore.
Al momento, questo non è spesso il caso. Questo perché è difficile eseguire valutazioni del ciclo di vita completo (LCA) sull’impatto ambientale di un prodotto fino a quando non è stato fabbricato. Questo costo e tempo per fornire un rapporto LCA è insostenibile da un punto di vista commerciale, a causa dell’enorme numero di materiali e parti che entrano in qualsiasi prodotto aerospaziale.
Selezioni ottimizzate per i dati
La determinazione delle prestazioni ambientali all’inizio dello sviluppo del prodotto potrebbe aiutare a produrre prodotti per aerei o elicotteri più efficienti, accelerare il processo decisionale e ridurre il time-to-market. Per rendere questo processo meno complesso, sono stati sviluppati programmi che contengono dati tecnici, di costo e ambientali e informazioni più ampie sulla sostenibilità, che sono la chiave per prendere decisioni informate sulla selezione e sostituzione dei processi e dei materiali il prima possibile nel processo di progettazione. Questi programmi includono strumenti che consentono:
- Mappatura di sostanze, materiali e processi di produzione in una distinta base rispetto a molti indicatori come quanta acqua ed energia richiedono per produrre, vincoli sociali come schiavitù e conflitti ed elenchi regolamentati di sostanze soggette a restrizioni. Ciò fornisce una visione molto più chiara dei costi di sostenibilità associati all’estrazione e alla produzione. Questo viene quindi adattato e filtrato in base alle esigenze specifiche dell’utente.
- Screening delle sostanze nocive per determinare cosa può essere utilizzato e dove al fine di rispettare le normative in movimento. Questo primo screening è fondamentale per orientare le scelte di materiali e processi per la progettazione del prodotto e richiede un controllo continuo rispetto agli elenchi continuamente aggiornati di sostanze soggette a restrizioni in molte regioni.
- L’analisi hot spot viene utilizzata per presentare i compromessi per ogni scelta di progettazione ecocompatibile confrontando l’impatto ambientale con un progetto di riferimento e per identificare l’impatto più elevato per i materiali e il processo e/o il cambiamento di progettazione.
Il risultato è profondo. Utilizzando i dati, gli ingegneri sono in grado di valutare le prestazioni tecniche, insieme all’impatto ambientale, in modo molto più efficiente e coerente in tutta l’azienda durante il ciclo di vita del prodotto. Si stima che la riduzione dei tempi di assegnazione dei dati ambientali ai progetti sia compresa tra 10 e 100 volte.
Sfruttando i dati per ottimizzare la selezione dei materiali all’inizio del processo di progettazione, i produttori aerospaziali possono bilanciare l’impatto ambientale con i requisiti ecologici ed economici di qualsiasi prodotto. L’integrazione dell’eco-design nel processo di produzione si rivelerà fondamentale per compiere passi avanti verso gli ambiziosi obiettivi di sostenibilità dell’industria aerospaziale.
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