Eco-Design กับงานออกแบบวิศวกรรมเครื่องจักรกล
แนวทางออกแบบ สร้างเครื่องจักรเพื่อลดต้นค่าใช้จ่าย และผลกระทบด้านสิ่งแวดล้อม
บทนำ
งานด้านวิศวกรรมเป็นศาสตร์ที่มีความสำคัญต่อมนุษย์ทั่วโลก นับตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบัน หรืออาจกล่าวได้ว่าเริ่มตั้งแต่เริ่มกำหนดมนุษย์ มนุษย์ก็พยายามคิดค้นสิ่งต่างๆเพื่ออำนวยความสะดวกในการดำเนินชีวิต หรือการใช้ชีวิต เริ่มตั้งแต่ มนุษย์พยายามคิดค้นสร้างที่อยู่อาศัย อาคาร หรือการพัฒนาสิ่งอำนวยความสะดวกในการช่วยทำงานหรือการผ่อนแรงในการทำงาน ซึ่งสิ่งต่างๆที่มนุษย์ประดิษฐ์ขึ้น หรือสร้างสรรค์ขึ้นเพื่ออำนวยความสะดวกกิจกรรมของมนุษย์ ต้องผ่านกระบวนการคิด และออกแบบก่อนทั้งสิ้น ศาสตร์ด้านวิศวกรรมเครื่องกล เป็นศาสตร์หนึ่งทางด้านวิศวกรรม ที่เก่าแก่และกว้างขวาง ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเครื่องยนต์กลไก ยานพาหนะ หรือสิ่งที่เกี่ยวกับความร้อน ความเย็น ระบบปรับอากาศ เครื่องบิน หรือแม้แต่เรือดำน้ำ ปัจจุบันงานด้านวิศวกรรม โดยเฉพาะงานด้านวิศวกรรมเครื่องกลคงเป็นปัจจัยที่ห้า หรือเป็นส่วนหนึ่งของชีวิตเราไปแล้ว เช่น การเดินทางไปไหนมาไหน ก็ต้องพึ่งพายานพาหนะทั้งสิ้น ไม่ว่าเป็นรถส่วนตัว หรือรถโดยสารประจำทาง ตั้งแต่อดีต จนถึงปัจจุบันการพัฒนางานวิศวกรรมยังคงมองประโยชน์การใช้สอยเสียเป็นส่วนใหญ่ ซึ่งทำให้สิ่งประดิษฐ์เหล่านั้นส่วนผลเสียหรือผลกระทบต่อมนุษย์มากขึ้นทุกที ดังนั้น รูปแบบการออกแบบ หรือการสร้างสรรค์งานด้านวิศวกรรมในอนาคตอั้นใกล้จะเปลี่ยนแปลงไป โดยเฉพาะการพิจารณาผลกระทบด้านสิ่งแวดล้อมมากขึ้น เพื่อการดำรงอยู่ของมนุษย์เป็นไปอย่างยั่งยืน
รูปที่ 1 แสดงการออกแบบเพื่อสร้างชิ้นงานทางด้านวิศวกรรม
การออกแบบวิศวกรรม โดยเฉพาะการออกแบบในงานวิศวกรรมเครื่องกล เป็นสิ่งที่มีความสำคัญต่อการสร้างชิ้นงาน หรือผลิตภัณฑ์ การบำรุงรักษา หรือแม้แต่ต้นทุนในการสร้างชิ้นงาน หรืออุปกรณ์ งานออกแบบวิศวกรรมประกอบด้วยหลายขั้นตอน และต้องใช้ประสบการณ์ในการออกแบบเพื่อให้ชิ้นงานที่สร้างขึ้นสามารถใช้งานได้ตามต้องการ แต่ปัจจุบันการออกแบบงานด้านวิศวกรรมจะคำนึงถึงแต่การใช้งาน ต้นทุนงาน หรือการดูแลรักษาอย่างเดียวคงไม่พอในยุคที่กระแสการอนุรักษ์สิ่งแวดล้อม และกระแสความพยายามในการลดสภาวะโลกร้อน ปัจจุบันผู้ออกแบบ หรือวิศวกร ที่ต้องการสร้างผลิตภัณฑ์ใหม่ขึ้นมาใหม่หนึ่งชิ้นเพื่อสนองความต้องการของลูกค้าหรือมนุษย์ จะต้องมีความรู้เพิ่มเติมในส่วนของ Eco-design หรือ การออกแบบเชิงนิเวศเศรษฐกิจ เพื่อลดผลกระทบด้านสิ่งแวดล้อมตั้งแต่กระบวนการออกแบบและยังเป็นการลดต้นทุนหรือค่าใช้จ่ายในการผลิต ผลิตภัณฑ์อีกด้วย นับตั้งแต่วินาทีนี้ Eco-design จะสิ่งที่วิศวกร หรือผู้ออกแบบทุคนต้องเรียนรู้อย่างจริงจัง
รู้จัก การออกแบบเชิงนิเวศเศรษฐกิจ หรือ Eco Design
นับตั้งแต่ยุดประวัติอุตสาหกรรม คริสต์ศตวรรษที่ 18 และ19 อุตสาหกรรมด้านต่างๆก็ถูกพัฒนาอย่างรวดเร็ว โดยมีการใช้ทรัพยากรธรรมชาติด้านต่างๆมากมายเพื่อใช้ในการพัฒนาประเทศ โดยเฉพาะถ่านหิน มีการใช้กับเครื่องจักรไอน้ำ เพื่อเป็นต้นกำลังในงานอุตวสหกรรมด้านต่างๆ ดังแสดงในรูปที่ 2 เป็นเครื่องจักรไอน้ำที่ประดิษฐ์โดยเจมส์ วัตต์ การประดิษฐ์คิดค้นหรือสร้างสรรค์สิ่งต่าง ๆมากมาย ในอดีต เพื่ออำนวยความสะดวก หรือตอบสนอบความต้องการของมนุษย์ ก่อให้เกิดการบริโภคอย่างมหาศาล โดยเฉพาะการบริโภคในรูปของพลังงาน สำหรับกิจกรรมด้านต่างๆ ของมนุษย์ เช่น การใช้พลังงานฟอสซิล ในเครื่องยนต์กลไก ยานพานหนะ โรงงานอุตสาหกรรม หรือ การผลิตไฟฟ้า ซึ่งส่งผลกระทบต่อสภาวะโลกร้อน หรือส่งผลกระทบต่อ
รูปที่ 2 เครื่องจักรไอน้ำของเจมส์ วัตต์
(ที่มา http://en.wikipedia.org/wiki/James_Watt)
สิ่งแวดล้อมของโลกอย่างต่อเนื่องและมากมายมาตลอด หรือในยุคต่อมา การพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเพื่อนำไปสู่สิ่งอำนวยความสะดวก หรือสร้างสรรค์ผลิตภัณฑ์ใหม่ๆ เพื่อตอบสนองความต้องการของมนุษย์ จะเน้นการใช้ประโยชน์ ความสวยงาม หรือคุณค่าของผลิตภัณฑ์ ซึ่งบางครั้งการอกกแบบผลิตภัณฑ์ดังกล่าวไม่คำนึงถึงการใช้ทรัพยากรต่างๆ อย่างคุ้มค่า ทำให้เกิดการเสื่อมโทรมของทรัพยากรและสิ่งแวดล้อมอย่างต่อเนื่อง ซึ่งส่งผลกระทบโดยตรงต่อสุขภาพอนามัยและคุณภาพชีวิตของมวลมนุษย์ทั่วทั้งโลก และยิ่งไปกว่านั้นยังส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงสภาวะอากาศของโลก คือทำให้โลกร้อนขึ้น หรือเราเรียกว่า สภาวะโลกร้อน ดังนั้น การพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีและผลิตภัณฑ์ในยุดปัจจุบัน และยุดหน้าคงหลีกเลี่ยงการออกแบบผลิตภัณฑ์ให้เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมไม่ได้ และจะต้องควบคู่ไปกับการพัฒนาทางเศรษฐกิจและสังคมไปพร้อมๆกัน เพื่อนำไปสู่การพัฒนาที่ยั่งยืน การออกแบบผลิตภัณฑ์ในอนาคต อาจต้องเน้นพิจารณาหลายอย่างไปพร้อมๆกัน โดยเริ่มตั้งแต่การเลือกใช้วัสดุที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม การออกแบบให้ผลิตภัณฑ์มีประโยชน์ใช้สอยสูงสุดแต่ใช้ทรัพยากรน้อยที่สุด ไปจนกระทั่งเมื่อใช้ผลิตภัณฑ์ต่างๆหมออายุแล้วจะต้องมีการทำลายอย่างถูกต้อง
ดังแสดงในแผนภาพที่ 3 การได้มาซึ่งสิ่งต่างๆที่กล่าวมา ต้องอาศัยกระบวนการที่ผนวกแนวคิดด้านเศรษฐศาสตร์และด้านสิ่งแวดล้อมเข้าไปในขั้นตอนการออกแบบผลิตภัณฑ์ โดยพิจารณาตลอดวัฎจักรชีวิตของผลิตภัณฑ์ (Product Life Cycle) เราเรียกว่า การออกแบบเชิงนิเวชเศรษฐกิจ (Economic and Ecological design, Eco-design or Green Design)
รูปที่ 3 เป็นการพิจารณาการออกแบบผลิตภัณฑ์โดยพิจารณาตลอดวัฎจักรชีวิตผลิตภัณฑ์
การออกแบบเชิงนิเวศเศรษฐกิจ หรือ การออกแบบเพื่อสิ่งแวดล้อม
ในกระบวนการผลิต ผลิตภัณฑ์ในอดีตและปัจจุบันจะมีกระบวนผลิตคล้ายกันไม่ว่าจะเป็นผลิตภัณฑ์ใด ซึ่งประกอบด้วยกระบวนการ ดังนี้
1.การสกัดจากสารธรรมชาติ หรือแร่ธาตุมาเป็นวัตถุดิบ
2.กระบวนการแปรรูปวัตถุดิบพร้อมใช้งาน
3.ช่วงการวางแผนผลิต และผลิตภัณฑ์
4.การออกแบบผลิตภัณฑ์
5.การผลิต-ผลิตภัณฑ์
6.การบรรจุหีบห่อและการขนส่ง
7. การใช้งานและซ่อมบำรุง
8.การกำจัดทิ้ง
ดังแผนภาพที่ 4 ซึ่งในกระบวนการผลิตดังกล่าว ผู้ผลิต หรือผู้ออกแบบผลิตภัณฑ์ยังให้ความสนใจเรื่องผลกระทบด้านสิ่งแวดล้อมน้อย โดยมุ่งเน้นประโยชน์ใช้สอยเป็นหลัก เพื่อตอบสนองความต้องการของผู้บริโภคเพียงอย่างเดียว
รูปที่ 4 แสดงวงจรการผลิตภัณฑ์แบบเดิม
แต่ปัจจุบันสภาพสิ่งแวดล้อมหรือธรรมชาติโลกเริ่มเปลี่ยนแปลงและนับวันยิ่งมีความรุ่นแรงมากขึ้นทุกวัน จากการใช้ทรัพยากรอย่างขนาดความระมัดระวัง หรือคุ้มค่า ดังนั้นสังคมโลกและประเทศต่างๆที่มีความเจริญแล้วพยายามกำหนดข้อกำหนดต่างๆเพื่อให้กระบวนการผลิตมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยที่สุด ทำให้กระบวนการผลิต ผลิตภัณฑ์ต้องมีการปรับปรุงกระบวนการให้ลดผลกระทบด้านสิ่งแวดล้อมตั้งแต่การออกแบบจนถึงการกำจัดทำลายผลิตภัณฑ์แบบครบวงจรของผลิตภัณฑ์ โดยใช้หลักการ 4R บวนการผลิต ในทุกกระดังแสดงในรูปที่ 5
รูปที่ 5 การประยุกต์ใช้การออกแบบเพื่อสิ่งแวดล้อมโดยใช้หลัก 4R ในกระบวนการผลิตภัณฑ์
จากรูปที่ 5 เป็นการนำหลักการ 4R มาประยุกต์ใช้ในวัฎจักรชีวิตของผลิตภัณฑ์ โดยหลัก 4R จะประกอบด้วย การลดการใช้ (Reduce) การใช้นำกลับมาใช้ (Reuse) การซ่อมบำรุง (Repair) และการรีไซเคิล (Recycle)
การลดการใช้ (Reduce) เป็นการลดการใช้ทรัพยากรในช่วงต่างๆของในวัฎจักรชีวิตของผลิตภัณฑ์ ตั้งแต่กระบวนการออกแบบ การผลิต การบรรจุหีบห่อ และการใช้งาน โดยขั้นตอนการออกแบบพยายามออกแบบลดการใช้ทรัพยากร หรือออกแบบให้เหมาะสมกับวัสดุในท้องตลาดและให้เหลือเศษน้อยที่สุด หรือออกแบบให้มีการใช้พลังงานในส่วนต่างๆของในวัฎจักรชีวิตของผลิตภัณฑ์ ให้มีการใช้น้อยลง ส่วนการผลิตผลิตภัณฑ์ พยายามลดการใช้วัตถุดิบหรือใช้วัตถุดิบที่มามาจากการนำกับมาใช้ใหม่ หรือจากกระบวนการรีไซเคิล ในการใช้งานผลิตภัณฑ์ก็ออกแบบให้มีการใช้พลังงานของผู้ใช้ให้น้อยลงออกแบบให้ผลิตภัณฑ์มีประสิทธิภาพมากขึ้น เป็นต้น
การนำกลับมาใช้งานใหม่ หรือการใช้ซ้ำ(Reuse) เป็นการนำผลิตภัณฑ์ หรือบางส่วนของผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการใช้งานแล้วและกำลังจะทิ้ง หรือทำลาย นำกลับมาใช้ใหม่ ซึ่งอาจนำกลับมาใช้กับผลิตภัณฑ์เดิม หรือออกแบบให้ใช้กับผลิตภัณฑ์ชนิดใหม่ เช่น บริษัทรถยนต์ ในค่าย BMW และ Volkswagen ได้ออกแบบรถยนต์ที่สามารถถอดส่วนประกอบได้เพื่อนำชิ้นส่วนบางชิ้นส่วนของรถยนต์กลับมาใช้ใหม่ได้ หรือให้ง่ายต่อการนำไปรีไซเคิลได้ 100% เป็นต้น
การซ่อมบำรุง (Repair) การซ่อมบำรุงและการบำรุงรักษาเป็นกระบวนที่สำคัญในการยืดอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์ให้มีความยาวนานในการใช้งาน ซึ่งส่วนใหญ่จะมีระยะเวลาตามความเหมาะสมแต่ละผลิตภัณฑ์ ซึ่งผู้ออกแบบต้องกำหนดไว้ในคู่มือการใช้งาน และอีกทั้งต้องออกแบบให้มีการถอดประกอบผลิตภัณฑ์ที่ง่ายเพื่อความสะดวกในการซ่อมบำรุง เช่น บริษัท DELL ได้ออกแบบคอมพิวเตอร์ที่ประกอบด้วยชุดส่วนประกอบย่อยๆเพื่อง่ายต่อการถอดประกอบเพื่อการซ่อมบำรุงและการนำชิ้นส่วนกลับมาใช้ใหม่ได้
การรีไซเคิล (Recycle) เป็นการนำผลิตภัณฑ์หรือชิ้นส่วนผลิตภัณฑ์ที่อยู่ในช่วงการทิ้งหรือทำลาย มาผ่านกระบวนการแล้วนำกลับมาใช้ใหม่ ในขั้นตอนการวางแผน การออกแบบ ขั้นตอนการผลิตหรือการบรรจุหีบห่อ ตัวอย่างการรีไซเคิล บริษัท HP ได้ออกแบบเครื่องพิมพ์อิงเจ็ท โดยใช้กรอบตัวเครื่องพิมพ์ทำจาดพลาสติกที่รีไซเคิลจากโทรศัพท์มือถือ มีการระบุชนิดของพลาสติกที่ใช้ เพื่อง่ายต่อการคัดแยกกลับมารีไซเคิล และออกแบบการทำงานของเครื่องพิมพ์ให้มีระบบประหยัดพลังงานขณะไม่ใช้งาน เป็นต้น
ซึ่งการประยุกต์ใช้การออกแบบเพื่อสิ่งแวดล้อม หรือ Eco design นอกจากช่วยลดผลกระทบสิ่งแวดล้อมตลอด วัฎจักรผลิตภัณฑ์แล้วยังผลดีอีกหลายประการ เช่น
1.ลดค่าใช้จ่าย หรือต้นทุนการผลิต ในการลดการใช้ทรัพยากรและการใช้พลังงานในกระบวนการผลิต การบรรจุหีบห่อและการขนส่ง ซึ่งส่งผลกระทบโดยตรงต่อผลกำไรของบริษัท หรือองค์กร
2. สร้างภาพลักษณ์ที่ดีแก่องค์กรและผลิตภัณฑ์ อีกทั้งเป็นการสร้างจุดเด่นในการขายสินค้าที่รักษาสิงแวดล้อมและทำให้ผู้บริโภคเกิดความเชื่อมั่นในการใช้ผลิตภัณฑ์
3. เป็นการลดข้อจำกัดหรือกฎข้อบังคับด้านสิ่งแวดล้อมในบางประเทศที่มีการกีดกันสินค้าที่มีผลกระทบด้านสิ่งแวดล้อม
