ライフサイクルエンジニアリング

ライフサイクルエンジニアリング（LCE）は、製品ライフサイクル内の意思決定の包括的な技術的、環境的、経済的影響を考慮する、持続可能性志向のエンジニアリング手法です。あるいは、「1つまたは複数の製品ライフサイクルの範囲内での持続可能性志向の製品開発活動」と定義することもできます。^{[ 1 ]} LCEでは、持続可能性を定量化し、環境影響の適切な目標を設定するための分析が必要です。補完的な手法と技術を適用することで、エンジニアはLCEを適用して環境目標を達成することができます。

LCEは1980年代にボトムアップ型のエンジニアリングアプローチとして初めて導入され、1990年代には体系的な「ゆりかごから墓場まで」のアプローチとして広く採用されました。^{[ 2 ]} LCEの目標は、環境への影響を最小限に抑えつつ社会のニーズを満たすために、製品エンジニアリングにおいて可能な限り最良の妥協点を見つけることです。^{[ 3 ] [ 4 ]}この手法は、環境への影響を評価するライフサイクルアセスメント（LCA）や、経済的影響を評価するライフサイクルコスト（LCC）  と密接に関連しており、重複する部分もあります。

製品ライフサイクルは、 ISO 14040で正式には「原材料の取得または天然資源からの生成から最終処分までの製品システムの連続的かつ相互に関連した段階」と定義されています。^{[ 5 ]}包括的なライフサイクル分析では、上流プロセスと下流プロセスの両方を考慮します。^{[ 6 ]}上流プロセスには「原材料の抽出と生産、および製造」が含まれ、下流プロセスには製品の処分（リサイクルや廃棄物の埋立処分など）が含まれます。^{[ 1 ]} LCE は、廃棄物を削減し、製品開発およびエンジニアリングプロセスをより効率的かつ持続可能なものにすることで、消費と生産の負の影響を軽減し、将来の世代のために質の高い生活水準を確保することを目指しています。

ライフサイクルエンジニアリングは、CIRP生産工学百科事典において次のように定義されています。

「環境保護、資源保全、経済発展促進、社会的懸念の考慮、持続可能性の必要性を念頭に置きながら、製品ライフサイクルを最適化し、汚染と廃棄物を最小限に抑えることを目的として、技術的および科学的原理を製品製造に適用するエンジニアリング活動。」^{[ 7 ]}

LCEの定義は、その主な目的に関してしばしば異議を唱えられるが、LCEの共通認識となっている目的は、製品のライフサイクル全段階における環境、健康、および全体的な持続可能性サービスと結果を評価し、その改善に貢献することである。^{[ 8 ]}

LCAまたはLCEを完了するための最初のステップは、製品システムの環境目標として使用する適切な持続可能性の閾値を決定することです。LCEのために提案されているLyngbyフレームワークは、惑星境界に基づく目標を使用する、トップダウンとボトムアップを組み合わせたLCEのアプローチです。惑星境界は、地球の収容能力の限界を設定し、環境システムの上限を定義するために使用できます。 ^{[ 9 ]}

IPAT方程式[影響 = 人口(または量) × 豊かさ(または消費) × 技術(または生産単位当たりの消費)]は、消費の影響を定量化するための認められた方法です。LCEは、製品エンジニアリングの技術効果(単一製品と製品ライフサイクル)と量効果(消費と人口の増加に伴う予想される量の増加)に対処することで、環境への影響全体を管理するために活用できます。^{[ 4 ]}影響は、提案されたソリューションの実現可能性を検証するために、技術的な境界条件のコンテキスト内で考慮されます。

技術の発展は、LCEに新たな機会をもたらしました。

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  ビジュアルアナリティクス（VA）は、視覚化とデータ分析を統合して、大規模で動的なデータセットを処理し、複雑な問題を解決します。研究者は、上流および下流段階からの影響を含むライフサイクル全体のすべての段階にわたる履歴データとリアルタイムデータおよび情報フローを収集して統合します。LCAは、定量化されたデータを使用して、予測モデル（シミュレーションベースの方法、シナリオ分析など）と視覚モデルを構築し、意思決定を導きます。VAは、モデル/結果の提示を簡素化し、視覚化を対象者に合わせて調整することで、人々がデータとやり取りしやすくし、コラボレーションと知識伝達の改善を可能にします。^{[ 10 ]}
• 拡張現実（AR）と複合現実（MR）は、特定の環境内で現実の物体と仮想の物体との相互作用を可能にします。LCAの解釈フェーズでは、インベントリとプロセスの影響が考慮されますが、AR/MRは複雑なデータセットとの相互作用を促進し、シナリオを調査し、仮定を検証します。情報の流れを阻害する障壁を取り除く可能性を秘めています。^{[ 11 ]}
• 統合プロセス設計は、パフォーマンスの向上を目的として、ライフサイクル全体にわたるプロセスを特定し統合する手法です。この情報を使用して、分析は改善点を特定し、情報交換を再定義し、システム間の相互運用性を向上させます。提案された統合アプローチは、ライフサイクルエンジニアリングや製品設計などの分野間の相乗効果を促進し、現在の製品ライフサイクルと比較してパフォーマンスを向上させます。^{[ 3 ]}これらのシステムとプロセスは、「ライフサイクルの各段階にわたる情報フローの収集と統合」の際の障壁を取り除くために統合する必要があります。^{[ 12 ]}
• ビルディングインフォメーションモデリング（BIM）は、建物や建物システムのデジタルレンダリングを通じてLCEを強化し、建物ライフサイクル全体にわたって建物データの交換、使用、継続的な更新を通じて、より高度な建物システム分析を促進します。BIMは、高度なデータ視覚化、コミュニケーション、調整を通じて、ライフサイクルのすべての段階で建物および建物システムの情報管理を全体的に改善します。BIMには、建物システムのライフサイクル全体を通してエネルギー使用量、材料使用量、排出情報を考慮して建物の環境影響を推定する計算モデルとプロセスが含まれています。^{[ 13 ]}

LCEは、グリーンビルディング評価システムの一部として、または特定の建築プロジェクトや製品の環境的または持続可能性への影響を評価することを目的とする個々の団体によって最も一般的に使用されています。ライフサイクルレベルでより持続可能な運用を開発したい、またはライフサイクルの観点から製品を評価したい利害関係者は、LCEを使用して運用を評価および改善し、効率を最大化し、望ましい環境的または経済的目標を達成します。環境への悪影響を最小限に抑え、資源の使用を最適化することは、LCEの適用における2つの中心的な概念です。^{[ 1 ] [ 8 ]}

国際規模でのLCEの主要な実施例は、国連の持続可能な開発目標（SDG）です。SDGは、2030年までに取り組むべき国際的な環境、経済、社会問題または課題に関する17の目標です。これらの問題の解決策にはLCEが導入される予定です。なぜなら、これらの問題はライフサイクル全体レベルでの評価と行動を必要とし、持続可能な政策や意思決定に直接的または間接的に結びついているからです。^{[ 8 ]}

ライフサイクルエンジニアリング（LCE）における主要なテーマは、経済、社会、環境、そして技術である。これらのテーマは相互に関連しており、ライフサイクルエンジニアリングによって影響を受ける可能性がある。

ライフサイクル エンジニアリングは、建築、建設、設計業界で需要が高まっている評価方法論および実践です。「グリーン ビルディング」または持続可能な建設への移行により、建物の設計、建設、運用、解体における LCE の必要性が高まっています。持続可能な建築慣行の新たに認識された環境的および経済的メリットは、LCE を通じて特定され、利用可能になります。LCE は、環境への影響、エネルギー削減、経済的節約、商業的または社会的魅力に関して、持続可能な建設のメリットを明らかにし、定量化することで、企業に価値を提供します。^{[ 13 ]} LCE またはライフサイクル アセスメント(LCA) およびライフサイクル コスト分析(LCCA) を実施するコストは、これらの評価のメリットによって相殺され、正当化されるため、持続可能な建設慣行への LCE の統合が進んでいます。

持続可能な建設慣行における LCE の具体的な需要は、米国グリーンビルディング評議会が開発した LEED ( Leadership in Energy and Environmental Design ) や、グリーンビルディングイニシアチブが開発した Green Globesなどのグリーンビルディング評価システムに起因すると考えられます。グリーンビルディング評価システムは、評価システムの基準と要件を改善する方法として LCE と LCA の使用を支援および奨励するとともに、統合的な建物の持続可能性に関する業界全体の基準を推進してきました。^{[ 13 ] [ 14 ]}

• シュトゥットガルト大学ライフサイクル工学科（LBP）
• ライフサイクルエンジニアリング – A