Integrazione di strategie per la progettazione ecocompatibile nei processi di fabbricazione dei velivoli
L’aviazione commerciale è responsabile di circa il 2-3 % delle emissioni di carbonio a livello globale. I produttori aerospaziali si stanno ponendo degli obiettivi per ridurre le emissioni, come l’impegno della Rolls-Royce di raggiungere l’azzeramento entro il 2030 per quanto concerne le proprie attività, così da permettere agli operatori del settore di conseguire le zero emissioni nette entro il 2050.
La sfida: la valutazione dell’impatto ambientale durante la progettazione
La determinazione delle prestazioni ambientali nelle prime fasi dello sviluppo dei prodotti potrebbe contribuire a fabbricare aeromobili più efficienti, velocizzare il processo decisionale e ridurre il tempo di commercializzazione. «Il problema attualmente riscontrato dagli ingegneri nella selezione dei materiali e dei processi consiste nel fatto che la gestione dei dati ambientali non è solitamente compresa nel processo di progettazione dei prodotti in quanto la loro raccolta prima che un componente venga fabbricato risulta difficile. La selezione dei materiali e dei processi di fabbricazione si basa sulle loro proprietà (in termini di sicurezza) e sui costi associati, sebbene il primo aspetto rivesta un’importanza più critica per l’industria aerospaziale», osserva Donna Dykeman, coordinatrice del progetto PLEIADES, finanziato dall’UE. Il motivo per cui le prestazioni ambientali sono messe da parte riguarda il fatto che le analisi del ciclo di vita sono dispendiose in termini di tempo. «L’analisi del ciclo di vita di un solo materiale può richiedere sino a sei settimane. I produttori aerospaziali hanno presumibilmente diverse migliaia di distinte di materiali per i loro prodotti aeronautici. L’utilizzo di un contatore dell’energia per misurare le apparecchiature che formano e assemblano i componenti dei velivoli consente di produrre una grande quantità di dati primari, ma la generazione di questi dati per diversi prodotti richiede tempi estremamente lunghi», aggiunge Dykeman.
La soluzione: sfruttare i dati di riferimento e ridurre l’incertezza solo per punti dati altamente rilevanti
Per estrapolare i valori, PLEIADES si è avvalso di dati di riferimento prontamente disponibili, ovvero di dati che erano già stati raccolti mediante fonti primarie nel corso degli anni, oppure ha impiegato stime ed equazioni. «Secondo le stime effettuate dai partner del progetto, il tempo necessario per collegare i dati ambientali di riferimento a una distinta dei materiali saranno da 10 a 100 volte minori rispetto a quelli richiesti per svolgere un’analisi completa del ciclo di vita per ciascun prodotto. Il vaglio dei dati di riferimento permette agli ingegneri di ottenere sia le prestazioni che l’impatto ambientale nel corso delle prime fasi di sviluppo dei prodotti», spiega Dykeman. Il principale traguardo raggiunto da PLEIADES è stato la dimostrazione di flussi di lavoro di progettazione ecocompatibile integrati negli aspetti ambientali e in quelli relativi alla sostenibilità all’interno della fase di progettazione concettuale. Le decisioni prese durante questa fase determinano oltre l’80 % dei costi di fabbricazione e degli impatti ambientali dei prodotti.
Nuovi software
I partner del progetto hanno svelato software in grado di acquisire gli aspetti di progettazione ecocompatibile nei processi ingegneristici. L’impresa Rolls-Royce ha fornito i dati relativi alle specifiche interne, ai materiali e ai processi che erano stati archiviati nella suite software di gestione delle informazioni sui materiali Granta MI Enterprise, sviluppata dall’azienda Ansys. Questa soluzione consente di verificare la conformità delle distinte dei materiali rispetto ai regolamenti che stabiliscono le sostanze vietate, i materiali critici e gli aspetti legati alla responsabilità sociale di tali materiali controversi. Inoltre, il software permette di collegare i dati ambientali di riferimento derivanti da MaterialUniverse, un set di dati che contiene oltre 4 000 materiali e processi disponibili in commercio. L’Università del Surrey ha valutato le incertezze presenti nei dati ambientali di riferimento. «L’impronta di carbonio di un materiale varia a volte del 100 %, in positivo o in negativo, a seconda delle regole applicate al modello di analisi del ciclo di vita, al punto di misurazione, ecc. Abbiamo condotto un’analisi della sensibilità per valutare la misura in cui l’impatto ambientale viene influenzato da tali variabili, per poi concentrare l’attenzione sui materiali caratterizzati dal maggior impatto ambientale al fine di perfezionarli ulteriormente mediante l’analisi del ciclo di vita», osserva Dykeman. L’Università del Surrey ha applicato l’analisi della sensibilità avvalendosi inoltre di uno strumento per la gestione dell’incertezza basato sul concetto della cosiddetta «matrice di pedigree». Infine, l’Università di Stuttgart e Sphera, due dei partner del progetto, hanno applicato il software GaBi per realizzare delle stime sulle prestazioni ambientali di materiali e/o processi di fabbricazione specifici.
Parole chiave
PLEIADES, LCA, prestazioni ambientali, dati di riferimento, dati ambientali, progettazione concettuale
