الملخص
تبحث هذه الورقة استخدام المواد خفيفة الوزن وتناقش إمكانية الحد من التأثير البيئي عند صناعة السيارات. يطبق البحث منهجية تحسين تعتمد على دورة حياة المنتج (LCA) لتقييم الآثار البيئية لمحرك سيارة مصنوع من مادة الألومنيوم. في عملية التقييم أخذ بعين الاعتبار مرحلتي الاستخدام ونهاية دورة الحياة للمحرك. تطبق المنهجية المستخدمة تقنية نمذجة تحسين قوية بالتعامل مع نظرية عدم اليقين (الريبة) لقاعدة بيانات دورة حياة المنتج. الصيغة الرياضية المشتقة تحسب وتراعي القيود وعدم اليقين معا. يعمل نموذج تقييم دورة الحياة المطور كأداة لدعم القرار في مجال البيئة من خلال إجراء تحليل استهلاك الطاقة لدورة حياة المنتج وكذلك انبعاث غاز ثاني أكسيد الكربون. ينفذ نموذج تقييم دورة الحياة تحليلا شاملا لمحرك السيارة لتوجيه المصممين نحو اختيار المواد الآمنة بيئيا لمكونات سيارات معينة وهما كتلة المحرك ورأس الاسطوانة. اقترح البحث عدد اثنان سيناريو لتحسين المحرك، تحديدا مادتي سبائك المغنيسيوم والياف الكربون. وتم تقييم هاتين المادتين باستخدام المنهجية المقترحة لتطوير منتجات صديقة للبيئة (خضراء). أظهرت النتائج أن المواد خفيفة الوزن كسبائك المغنيسيوم وألياف الكربون بأنها مواد واعدة من حيث تقليل انبعاث غاز ثاني أكسيد الكربون وتوفير الطاقة مقارنة بالألومنيوم الذي يمثل مادة المحرك الأساسية. تزود المنهجية المقترحة رؤى ذات قيمة لعملية اختيار المواد وكذلك تبين تأثير خيارات المواد المختلفة على البيئة.
ABSTRACT
This paper explores the use of lightweight materials and discusses their potential for environmental impact reduction in the automotive industry. The research implements a life cycle assessment (LCA)-based optimization methodology to assess the environmental impacts of an aluminium-based automotive car engine. The assessment considered the usage and end of life cycle stages. The presented methodology applies robust optimization modelling technique to dealing with uncertainty in the life cycle inventory (LCI) database. The derived mathematical formulation simultaneously accounts for constraints and objective uncertainty. The developed LCA model serves as a design for environment (DFE) decision support tool by performing the analysis of the life cycle energy consumption and CO2 emission. The LCA model applies a comprehensive car engine analysis to guide designers toward environmentally safe material selection for specific automotive components, namely the engine block and cylinder head. The research suggested two DFE improvement scenarios, specifically magnesium alloy and carbon fibres. The two materials are evaluated using the suggested methodology for developing green products. The results show that lightweight materials magnesium alloy and carbon fibres are promising materials in terms of reducing CO2 emission and saving energy compared to aluminium the baseline engine. The proposed methodology provides valuable insights into the material selection process and displays the effect of different material choices on the environment.
