DfE Checklist/ EcoDesign Strategy/ LCA Evaluation/ Other tools - PowerPoint PPT Presentation

dfe checklist ecodesign strategy lca evaluation other tools n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
DfE Checklist/ EcoDesign Strategy/ LCA Evaluation/ Other tools PowerPoint Presentation
Download Presentation
DfE Checklist/ EcoDesign Strategy/ LCA Evaluation/ Other tools

play fullscreen
1 / 83
DfE Checklist/ EcoDesign Strategy/ LCA Evaluation/ Other tools
316 Views
Download Presentation
senta
Download Presentation

DfE Checklist/ EcoDesign Strategy/ LCA Evaluation/ Other tools

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

  1. DfE Checklist/ EcoDesign Strategy/ LCA Evaluation/ Other tools Green Camp Project: สถาบันไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

  2. หัวข้อบรรยาย • DFE Review • DFE Checklist • EcoDesign Strategy Wheel • Eco-indicator & LCA Evaluation • Other tools • Case Study

  3. Up to 80% of a product’s financial costs are set at the design phase

  4. Improvement Strategies Green Design Conventional Design Energy Efficiency Energy Efficiency Design for safe Materials Landfill Manufacturing Product Use Efficiency Composting or Incineration Design for Reuse Design for Recycling Industrial Waste Prevention

  5. Definition of DfE DfE DfDA DfR DfX DfDA = Design for Disassembly DfR = Design for Recycling DfX = Design for X; i.e., Other environment-related measures (Reuse, waste minimization, maintenance, etc.)

  6. Design Process & DfE Support Tools QFD for Environment DfE support tools Degree of Freedom on Design DfE checklist Design for Disassembly LCA Conceptual design → Detailed design → Process design Early Stage Design Process Source: Masui and Inaba, REAJ Journal, Reliability Engineering Association of Japan, 2001, vol. 23, No.8

  7. EcoDesign Tools EcoDesign Phases Target Product / Parts Phase I Planning Analysis and Evaluation of the Present Design QFDE Phase II Analysis & Generation Product Concept Making Conceptual Design Phase III Design & Development DFE Checklist Qualitative Design Review Detailed Design LCA Eco-Indicator Phase IV Verifying & Approval Quantitative (Final) Design Review Approval DfE Flow & Design Tools

  8. DfE Checklist • บัญชีการตรวจสอบการออกแบบเพื่อสิ่งแวดล้อมถูกนำมาใช้เพื่อทำการประเมินการออกแบบทางด้านสิ่งแวดล้อม เพื่อตรวจสอบว่ารูปแบบการออกแบบหรือปรับปรุงที่ได้นั้น มีความครอบคลุมผลกระทบสิ่งแวดล้อมตลอดวงจรชีวิตของผลิตภัณฑ์มากน้อยเพียงใด โดยการตรวจสอบจะประกอบด้วยหลายหัวข้อตั้งแต่แนวคิดผลิตภัณฑ์จนถึงผลิตภัณฑ์หมดอายุ

  9. DfE checklist

  10. DfE checklist (cont.)

  11. DfE Checklist: IC Package

  12. DfE Checklist: IC Package (cont.)

  13. EcoDesign Strategy • กลยุทธ์ EcoDesignจะให้แนวทางในการดำเนินกิจกรรม EcoDesignเพื่อลดผลกระทบสิ่งแวดล้อมที่เกิดจากผลิตภัณฑ์ โดยการพิจารณาตลอดวงจรชีวิต • การเลือกกลยุทธ์ EcoDesignที่ถูกต้องจะช่วยให้การทำ EcoDesign ประสบความสำเร็จ • ประโยชน์ของกลยุทธ์ EcoDesign • กระตุ้นกระบวนการออกแบบอย่างสร้างสรรค์ • ช่วยให้มองเห็นสมรรถนะทางสิ่งแวดล้อมของผลิตภัณฑ์ปัจจุบัน • โอกาสที่โดดเด่นเพื่อการปรับปรุง

  14. @ New Concept Development • Dematerialisation • Shared use of the product Product system level • Integration of functions • Functional optimization of • product (components) 7. Optimization of end-of-life system Product component level • Reuse of product 1. Selection of low-impact materials • Remanufacturing/refurbishing • Recycling of materials • Non-hazardous materials • Non-exhaustable materials • Clean incineration • Low energy content materials 6. Optimization of initial life-time • Recycled materials • Recyclable materials • Reliability and durability • Easy maintenance and repair 2. Reduction of material • Modular product structure • Reduction in weight • Classic design • Reduction in (transport) volume • User taking care of product 3. Optimization of production techniques 5. Reduction of the environmental impact in the user stage • Alternative production techniques • Fewer production processes • Low energy consumption • Low/clean energy consumption Product structure level • Clean energy source • Low generation of waste • Few consumables needed during use • Few/clean production consumables • Clean consumables during use 4. Efficient distribution system • No energy/auxiliary material use • Less/clean packaging Priorities for the new product • Efficient transport mode • Efficient logistics Existing product UNEP Eco-Strategies Wheel - - + +

  15. ความสัมพันธ์ของกลยุทธ์ EcoDesignกับกระบวนการพัฒนาผลิตภัณฑ์ • ดูกลยุทธ์ที่ทวนเข็มนาฬิกา ซึ่งมีความแตกต่างกัน โดยกลยุทธ์เริ่มต้นพิจารณาที่ระบบผลิตภัณฑ์ (กลยุทธ์ 7 และ 6) จากนั้น พิจารณาโครงสร้างของผลิตภัณฑ์ (กลยุทธ์ 5, 4 และ 3) จากนั้นจึงพิจารณาส่วนประกอบของผลิตภัณฑ์ (กลยุทธ์ 2 และ 1) • ซึ่งจะเห็นว่า จะเรียงลำดับจากความซับซ้อนมากไปหาความซับซ้อนน้อย ซึ่งลำดับความซับซ้อนที่เปลี่ยนไปจะไม่เหมือนกันในแต่ละกลุ่มผลิตภัณฑ์ การตัดสินใจที่ระดับชิ้นส่วนของผลิตภัณฑ์ง่ายกว่าในระดับระบบผลิตภัณฑ์ หรือโครงสร้างผลิตภัณฑ์ เนื่องจากจุดที่พิจารณาน้อยกว่า และต้องการผู้เข้ามามีส่วนร่วมน้อยกว่า

  16. ความสัมพันธ์ระหว่างกลยุทธ์ EcoDesignกับวงจรชีวิตของผลิตภัณฑ์ Stage in product life cycle Affected aspect Strategy New product @ New concept development Production & supply of materials and components 1 Selection of low-impact materials Raw materials, Process energy 2 Reduction of materials usage In-house Production Auxiliary materials, Process energy 3 Optimization of production techniques Packaging, Energy for transport Distribution 4 Optimization of distribution system Materials for utilization, Energy during use 5 Reduction of impact during use Utilization 6 Optimization of initial lifetime Auxiliary substances, Process energy Recovery & disposal 7 Optimization of end-of-life system

  17. Strategy @: New concept development • Dematerialization:Dematerialization ไม่ได้หมายถึงการทำผลิตภัณฑ์เล็กกว่าเดิม แต่รวมถึงการแทนวัสดุหรือผลิตภัณฑ์ด้วยสิ่งที่ไม่ใช่วัสดุแต่มีคุณสมบัติทดแทนกันได้ เช่น • อุปกรณ์อำนวยความสะดวกทางอิเล็กทรอนิกส์โดยเฉพาะอินเทอร์เน็ต ช่วยปรับปรุงโครงสร้างการสื่อสารเพื่อทดแทนกระดาษและข้อความโทรสาร

  18. Strategy @: New concept development (cont.) • Shared use of the product:ทางเลือกในการปรับปรุงนี้ ใช้ในกรณีที่หลายๆ คนใช้ผลิตภัณฑ์ร่วมกันโดยที่ไม่มีใครเป็นเจ้าของ ซี่งจะทำให้ผลิตภัณฑ์นั้นถูกใช้อย่างมีประสิทธิภาพเช่น • ระบบ Car sharingในสวิตเซอร์แลนด์ และเนเธอร์แลนด์ เรียกระบบนี้ว่า Call-a-Car System

  19. Strategy @: New concept development (cont.) • Integration of function:ผลิตภัณฑ์ที่สามารถทำหน้าที่ได้หลายๆ หลาย ในตัวเดียวกัน จะช่วยลดการใช้ วัตถุดิบและพื้นที่ในการติดตั้ง เช่น • โทรศัพท์ โทรสาร และเครื่องตอบรับ สามารถทดแทนโดยใช้เครื่องIntegrated telephone-fax-answering machine • Notebook computer เป็นการรวมkey-board, monitor และ hard-disk เข้าไปเป็นคอมพิวเตอร์ตัวเดียว

  20. Strategy @ New concept development (cont.) • Functional optimization of product:เมื่อพิจารณาหน้าที่หลักและเสริมของผลิตภัณฑ์ จะพบว่าบางชิ้นส่วนของผลิตภัณฑ์เป็นสิ่งที่ไม่จำเป็น นอกจากนั้น หน้าที่เสริม เช่น คุณภาพ หรือ สถานภาพของผลิตภัณฑ์ น่าจะสามารถปรับปรุงให้ดีขึ้นและช่วยลดมลพิษด้วย เช่น • บรรจุภัณฑ์ สำหรับสินค้าฟุ่มเฟือย เช่น ผลิตภัณฑ์แต่งหน้าและน้ำหอม บ่อยครั้งใช้สำหรับให้ความรู้สึกหรูหราแก่ผลิตภัณฑ์ ซึ่งสามารถออกแบบในลักษณะของ Intelligent designได้

  21. Strategy 1: Select of low-impact materials To select environmentally favorable, non-toxic materials and surface treatments • 1a. Cleaner materials • Do not use materials or additives which are prohibited due to their toxicity: • PCBs: Polychlorinated biphenyls • Lead (in PVC, electronics, dyes, batteries, etc.) • Cadmium • Mercury • Avoid energy-intensive materials such as aluminum in products with a short lifetime • 1b. Renewable materials • Find alternatives for exhaustible materials

  22. Strategy 1: Select of low-impact materials (cont.) 1c. Lower energy content materials • Al ; input energy to produce virgin Al is 184 MJ/kg input energy to product recycled Al is 18.5 MJ/kg 1d. Recycle materials • Use recycles materials wherever possible • Use secondary metals; secondary aluminum & copper • Use recycled plastics for the inner parts of products

  23. Materials Al Glass Cu Mg Brass Ni Paper/cardboard ABS EPS PA PC PE PET PMMA POM Total energy input [MJ/kg] 170 10 90 150 80 190 40 95 79 140 115 75 80 110 84 Combustion value for material [MJ/kg] 0 0 0 0 0 0 20 40 48 30 30 40 30 40 45 Primary energy input for production/ combustion of materials (1)

  24. Materials PP PS PUR PVC SAN (Styrene acryl nitrile) Polybutadiene Stainless steel Si Cast iron Steel Wood Zn Total energy input [MJ/kg] 80 90 110 65 90 35 46 220 30 40 0.2 70 Combustion value for material [MJ/kg] 40 40 30 20 40 46 0 0 8 0 18 0 Primary energy input for production/ combustion of materials (2) source: IPU et al (2002)

  25. 1e. Recyclable materials • Select just one type of material for the product and sub-assemblies • Avoid materials which are difficult to separate; compound materials, laminate fillers, fire retardants

  26. Product design aimed at recycling Compatibility of metals Metal Copper (Cu) Aluminum (Al) Iron (Fe) Knock-out element (decreases value of the fraction to zero) Hg, Be, PCB (polychlorobenzene) Cu, Fe, Polymer Cu Penalty element (seriously decrease the value of fraction) As, Sb, Ni, Bi, Al Si Sn, Zn Source: Brezet & Hemel (1997)

  27. Compatibility of plastics (1) • Excellent • Any combination of LLPE, LLPDE, ULPDE/VLDPE, EthyleneCopolymers, HDPE • PP and ULDPE/VLDPE (depending on composition) • EPM/EPDM and PP • EPM/EPDM and ULDPE/VLDPE (depending on composition) • ABS and SAN • PA and EthyleneCopolymers (depending on composition) • PA and EPM/EPDM (depending on composition) • PBT and PC • PET and PC • SBS and PS (general purpose, high impact)

  28. Good PP and LLDPE PP and EthyleneCopolymers PVC and SAN PVC and EthyleneCopolymers (depending on composition) PC and SAN PC and ABS PMMA and SAN PMMA and ABS PMMA and PVC PMMA and PC PBT and EthyleneCopolymers (depending on composition) SBS and ABS Fair EPM/EPDM and EthyleneCopolymers PVC and ABS PMMA and EthyleneCopolymers PET and PA PET and PBT PET and EthyleneCopolymers (depending on composition) SBS and SAN SBS and PVC SBS and PA Compatibility of plastics (2)

  29. Bottle glass + + + 0 - - 0 - Window glass - + 0 0 - - 0 - Drinking glass - + + + - - - - TV (screen) - - - + - - 0 - TV (cone) - - - 0 + - - - TV (neck) - - - - + + - - LCD (screen) - - - - - - + - Ceramics - - - - - - - -/0 Bottle glass Window glass Drinking glass TV (screen) TV (cone) TV (neck) LCD (screen) Ceramics Compatibility of glass & ceramics Source: Brezet & Hemel (1997)

  30. Strategy 2: Reduction of materials Usage To use the least possible amount of materials by developing lean but strong product design, including aiming at the smallest product volume possible for storage and distribution • 2a. Reduction of weight • Aim for rigidity through construction techniques • such as reinforcement ribs rather than over- • dimensioning the product • Aim to express quality through good design • 2b. Reduction in (transport) volume • Aim at reducing the amount of space/volume required for transport and storage by decreasing the product’s size and total volume

  31. Resource Oil Coal Lignite Natural gas (m3/prs) Al Iron Lead Cu Mg Ni Tin Zn World reserves life index [year] 43 170 390 60 200 120 20 36 86 50 27 20 Know global serves per person [kg/person] 25,600 98,570 98,130 23,440 660 12,200 13 60 150 9 1.1 30 source: IPU et al (2002) World reserves life index (1)

  32. Resource Silver Gold Palladium Tantalum Antimony Cobalt Molybdenum Cadmium Lanthanum Cerium Beryllium Mercury Platinum World reserves life index [year] - - - - - - - - - - - - - Know global serves per person [kg/person] 0.15 0.011 0.008 0.047 1 1 4 0.23 3.2 5.9 0.038 0.11 0.008 source: IPU et al (2002) World reserves life index (2)

  33. Strategy 3: Optimization of Production Techniques To use production techniques with a low environmental impact, which means to minimize the use of auxiliary materials, especially the hazardous materials, and to minimize the waste of energy and raw materials • 3a. Alternative production techniques • Select production techniques which generate low emissions; joining instead of soldering • Choose processes which make the most efficient use of materials; powder coating instead of spray painting • 3b. Fewer production steps • Preferably use materials that do not require additional surface treatment

  34. Strategy 3: Optimization of Production Techniques (cont.) 3c. Lower/cleaner energy consumption • Make the production processes more energy efficient • Encourage the use of renewable energy resources and reduce the use of fossil fuels 3d. Less production waste • Design or modify the processes to minimize material waste such as pressing, punching, milling, etc. • Reduce waste & the percentage of the reject during production 3e. Fewer/cleaner production consumables • Good house keeping, closed production systems, in-house recycling

  35. Strategy 4: Optimization of distribution system To ensure that products is transported in the most efficient manner from the factory by tackling packaging, the mode of transport, and logistics • 4a. Less/cleaner/reusable packaging • Use appropriate materials for the kind of packaging - for example, avoid the use of PVC, aluminum in non-returnable packaging • Use minimum volumes & weight of packaging • 4b. Energy-efficient transport mode • Transport by container ship or train in preferable to transport by lorry • 4c. Energy-efficient logistics • Use standardized transport packaging & bulk packaging

  36. Strategy 5: Reduction impact during use Todesign the product in such a way that the user is unlikely to waste consumables (energy, water, food, etc.) or other products (batteries, cassettes, filters, etc.) while using it • 5a. Lower energy consumption • Use low energy consuming components available • 5b. Cleaner energy sources(especially for energy-intensive products) • 5c. Fewer consumables needed • Design the product to minimize consumables needed during use – for example, a permanent filter for coffee maker and a correct shape to ensure optimal use of coffee • Design the product such that the user cannot waste consumables such as detergent, water, food, etc.

  37. Strategy 6: optimization of initial lifetime To extend the product’s lifetime in order to guarantee a longer use in its original function 6a. Increasing reliability and durability 6b. Easy maintenance and repair,6c. Modular design structure 6d. Classic design 6e. Stronger product-user relation

  38. Strategy 7: optimization of end-of-life system To reuse valuable product components and ensure proper waste management or to guarantee safe incineration and waste disposal • 7a. Design for reuse (DfR) • Not prematurely obsolete in technical sense • 7b. Design for disassembly/recovery (DfD) • Modular design structure • Use standard joints or detachable joints • Ensure easy accessibility • Grouping the mutually-compatible materials • 7c. Design for remanufacture/refurbish (DfRR) • Hierarchical and modular design structure

  39. Sequencing of EcoDesignStrategiesduring the Design of Different Products

  40. Eco-Indicator Method • The Eco-indicator is primarily a tool for the designer. It allows the designer to make his own LCA´s with the help of 100 pre-defined LCA´s for commonly used materials and processes. The designer can use the Eco-indicator in two ways: • To get the questions right (what are the primary causes of the environmental burden of a product) • To get the answers right (which design alternative has the lowest environmental burden) • The methodology is an extension of the SETAC LCA LCA methodology, it uses a normalisation and an evaluation stage. The evaluation is based on the best available knowledge of the environmental damage of effects on a European scale.

  41. Product or component Project ………………………... ……………………………. Date………………….. Author……………………. Product or component Project ………………………... ……………………………. Date………………….. Author……………………. Production (materials, process & transport) Production (materials, process & transport) Material or process Quantity Indicator Result Material or process Quantity Indicator Result Total Total Use (transport, energy & auxiliary materials) Use (transport, energy & auxiliary materials) Material or process Quantity Indicator Result Material or process Quantity Indicator Result Total Total Waste (for each type of material) Waste (for each type of material) Material or type of process Quantity Indicator Result Material or type of process Quantity Indicator Result Total Total Total (all phase) Total (all phase) Eco-indicators After Before

  42. Eco-indicator 99: Coffee Machine Analysis of a coffee machine, assumption: 5 years’ use, 2 x per day, half capacity, keep hot for 30 minutes Disposal (for each type of material) Production (materials, process & transport) Material or type of process Municipal waste, PS Municipal waste, Ferrous Household waste, glass Municipal waste, paper Quantity 1 kg 0.4 kg 0.4 kg 7.3 kg Indicator 2 -5.9 -6.9 0.71 Result 2 -2.4 -2.8 5.2 Material or process Polystyrene Injection moulding PS Aluminum Extrusion Al Steel Glass Gas-fired heat (forming) Quantity 1 kg 1 kg 0.1 kg 0.1 kg 0.3 kg 0.4 kg 4 MJ Indicator 360 21 780 72 86 58 5.3 Result 360 21 78 7 26 23 21 Total 2 536 Total Total [mPt] (all phase) 15,114 Use (transport, energy & auxiliary materials) Material or process Electricity low-voltage Paper Quantity 375 kWh 7.3 kg Indicator 37 96 Result 13,875 701 14,576 Total

  43. LCA Evaluation; Full LCA Product Life Cycle “From Cradle to Grave” • Impacts on • Human health • Ecosystems • Resources

  44. G H E G H E G H E G H E G H E Case Study: TOYOTA LCI Study of EV, HV, GV for 2000 Environmental Report 2 Disposal Maintenance 1 Driving Vehicle production Material production CO2 NMHC NOx PM SOx Relative values for HV(H) and EV when a value of 1 is assigned to GV(G)

  45. Use of LCA results in design process • Use of LCA • Set the target of life cycle environment • Check the environmental influence reduction effect • Extract of environmental improvement point • Assessment items of LCA Environmental impact categories Inventory data Global warming CO2, N2O, CH4 Global Iron ore, bauxite, crude oil etc. Resources depletion Local Air pollution NOx, SOx, NMHC, PM

  46. Scope and Condition < Purpose > Environmental Impact Evaluation of the ES3 through out its whole life cycle (ES3 vs Conventional Diesel vehicle) Vehicle characteristics Vehicle name vehicle weight Fuel efficiency Exhaust emission NOx:0.08g/km PM :0.005g/km 700kg 2.7L/100km ES3 NOx:0.25g/km#2 PM :0.025g/km Conventional vehicle types#1 900kg 5.2L/100km #1 :Engine volume and vehicle size are equivalent to the ES3’s #2 :Euro Step4 standards

  47. Scope and Condition 1. Functional unit • Driving mode : EC mode • Total driving distance: 150,000km (in 10 years) • Replace parts : 12v Battery: 4 times Tire : 2 times Engine oil: 10 times 2. Inventory items Related to fuel efficiency and emission • CO2 • Nox • SOx • PM (Particulate Matter) • NMHC (Non Methane Hydrocarbons)

  48. Scope of LCA Material manufacturing Resource extraction Material manufacturing Vehicle manufacturing Parts manufacturing Vehicle assembly Diesel fuel refinement Combustion Driving Maintenance Replace parts manufacturing •Tire • Battery • Engine oil Disposal Shredding Landfill •Data sources Industrial data, literature data (Electricity data, used for production etc. is based on Japan’s average domestic electricity model ) Energy and Material manufacturing data Part manufacturing and vehicle assembly data In-house data Supplier’s data