Интелигентното производство е устойчиво производство

Успехът започва с определянето на производствена стратегия. Този процес включва предварителни оценки, чрез които се преценява как ранните решения влияят върху производствените изисквания – какво да се закупува от доставчици, кои компоненти на продукта да се произвеждат вътрешно, кои партньори и доставчици да бъдат избрани и къде да се произвеждат новите продукти. Всяко от тези решения оказва пряко влияние върху успеха на предприятието, а изборът на устойчиви решения често е ключът към дългосрочния успех.

Стратегиите за снабдяване могат значително да се променят, когато се вземат предвид фактори като потреблението на енергия, използването на ресурси, въглеродният отпечатък и практиките на кръгова икономика. Вместо да се избират компоненти единствено по най-ниската цена, производителите трябва да съобразяват разходите и с въглеродния отпечатък на използваните компоненти. Материалите и компонентите следва да се доставят от партньори, които споделят подход към устойчивостта, а стратегията за транспортиране на стоките трябва да бъде определена още в ранен етап. За щастие цифровизацията и автоматизацията помагат да се управлява повишената сложност на този процес на планиране на производствената стратегия.

Чрез събиране и анализ на релевантни данни решенията могат да се вземат с по-голяма увереност. Ако за нов продукт е необходим допълнителен производствен капацитет, анализът на нуждите и целите на дадено предприятие в цифровата среда може да помогне при определянето на местоположението и конфигурацията на нови производствени мощности, така че да се балансират екологичното въздействие на строителството, енергопотреблението на производствените линии и планираните производствени обеми. Показателите за устойчивост, като енергийната ефективност, се оценяват значително по-лесно, когато различни сценарии могат да бъдат моделирани в цифровия близнак (Digital Twin).

Тази технология позволява да се симулира всичко – от осветлението и климатичния контрол до екологичното въздействие на веригата за доставки. Наличието на такава информация още от самото начало помага на организациите да вземат по-добри решения.

Следващата фаза в интегрирането на устойчивостта е проектирането на линии, процеси и производствени мощности. Като първо изградят подробен модел на производството в цифрова среда, предприятията могат да симулират различни сценарии и да оптимизират работата на цялата производствена система.

При проектиране в цифрова среда могат да се въведат по-високи нива на автоматизация и да се оптимизират производствените процеси, така че да се избегнат загуби на ефективност. Например машина, която работи на празен ход, има алтернативна цена, защото не произвежда, но същевременно консумира енергия и генерира оперативни разходи, а източникът на тази енергия влияе върху въглеродния отпечатък. Едновременно с това цифровото моделиране позволява да се намалят инвестиционните разходи за физически материали.

Работата на двигател по-дълго от необходимото или транспортирането на материали на по-големи разстояния от нужните може да има малък ефект за единичен продукт, но тези неефективности бързо се натрупват. Устойчивите решения за тези често срещани проблеми не се ограничават само до нови производствени площадки. Процесът на проектиране се прилага и за съществуващи производствени мощности. Макар това да изглежда като мащабно начинание, резултатите могат да се постигнат чрез реорганизация на производствените линии, така че в същото пространство да се увеличи производственият капацитет, чрез обновяване на процесите и машините, за да се поддържа темпото на пазарния растеж, както и чрез модернизиране на хардуерните системи за намаляване на енергопотреблението и изграждане на инфраструктура като соларни инсталации или системи за съхранение на енергия, за да се използват по-ефективно възобновяемите енергийни източници.

Например германският производител на машини Hugo Beck успява да трансформира както опаковъчната индустрия, така и собствената си дейност чрез използването на Digital Twin. С помощта на технологията на Siemens инженерите използват Digital Twin, за да проектират машина, която адаптира опаковката към размерите на продукта и оптимизира производителността чрез цифрови симулации. Благодарение на своите иновации и стремежа да намира решения, които едновременно постигат екологични и бизнес цели, Hugo Beck намалява потреблението на енергия с 20%, времето за въвеждане в експлоатация с 50%, използваните опаковъчни материали с 30% и обема на опаковките с 10%.
Като цяло Digital Twin помага на предприятията още на ранен етап да определят своите потребности и да оценят различни възможности за намиране на устойчиви производствени процеси. Неподходящите стратегии за поддръжка могат да намалят общата производителност на една фабрика с 5 до 20%. С други думи, прекомерната поддръжка води до излишни разходи, което превръща Digital Twin във важен инструмент за ефективното управление на фабричните операции.

Планирането на производството е мястото, където инвестициите в дигитализацията показват стойност. Ефективното използване на материали, хора и машини прави бизнеса ефективен. Тук също започват цялостните симулации и валидирането на изискванията, които подпомагат вземането на решения и избора на партньори във веригата на доставки. Освен това организациите могат да създадат по-безопасни условия на труд, да обучават по-добре работниците и да инвестират в образованието и повишаването на квалификацията на своите служители.

С информация за данните фирмите могат да избират устойчиви материали и да оптимизират използването на суровини, за да сведат до минимум количествата на скрап. Те могат също така да симулират въздействието на използването на рециклирани материали или да определят кои доставчици на оборудване могат да осигурят повишена енергийна ефективност и ремонтируемост в допълнение към производителността и разходите. Минимизирането на времето за празен ход намалява нуждите от енергия и единичната цена на продуктите, като същевременно допринася за по-нисък въглероден отпечатък.

Разбирането кога машината се нуждае от поддръжка може да помогне за намаляване на превключването по време на производството. По същия начин логистичните маршрути могат да бъдат планирани, за да се сведат до минимум транспортните разстояния и свързаните с тях въглеродни емисии, като същевременно позволяват гъвкавост с интелигентно управление на запасите в случай на проблеми.

Планирането на производството е начинът, по който бизнесът може да изгражда точки за свързване, за да позволи кръгъл материален поток. Чрез разбирането къде ще се произвеждат неизбежни отпадъци рано, могат да бъдат направени планове за повторна употреба, рециклиране или преназначение на останалите материали.

Производственото изпълнение е от ключово значение за постигането на целите за устойчивост, но проследяването и прилагането на устойчиви процеси често представлява сериозно предизвикателство. Макар симулирането на производството още на етапа на проектиране да помага за намиране на решения, сложността на реалната производствена среда често изисква връзка със затворен цикъл между цифровите и физическите системи.

За щастие цифровите решения създават възможности за подобряване на качеството и производствените резултати. Дори опитни производители се сблъскват с неефективност при пускането на ново производство, което води до загуба на материали, енергия и време. Интегрирането на данни от реалната производствена среда с цифров близнак позволява по-бърза оптимизация и подпомага едновременно рентабилността и устойчивостта.

В някои региони разходите за енергия нарастват, което прави ефективността още по-важна. Когато производственото изпълнение се разглежда като част от по-широка система, могат да се открият възможности за намаляване на разходите и емисиите. Например енергийно ефективните електродвигатели могат да намалят потреблението на енергия с до 30%, енергоемките процеси могат да се синхронизират с производството на слънчева енергия, а оптимизирането на интралогистиката може да намали ненужното придвижване в завода, като по този начин се намаляват както енергопотреблението, така и въглеродният отпечатък.

Водещият производител на продукти за сън Pikolin прилага последователно своята стратегия за устойчивост, като внедрява системите Simatic SCADA и Energy Management в новото си производствено предприятие. Новата фабрика на Pikolin обединява производството от суровините до готовите продукти, като осигурява високо качество и същевременно максимална ефективност. Проектирана с фокус върху устойчивостта и рентабилността, тя отговаря на стандартите ISO 14001 и ISO 50001 за управление на енергията, като същевременно намалява разходите и повишава производителността. В резултат на тези усилия съоръжението на Pikolin потребява с 40% по-малко природен газ и същевременно разполага с 30% по-голям производствен капацитет, което показва положителния ефект от оптимизацията на производствените мощности.

Когато производството е в пълен ход, следващият етап е мониторингът. Чрез непрекъснато наблюдение на производствените мощности и процеси предприятията могат проактивно да подобряват производството. Предиктивната поддръжка на машините – за да работят при максимална ефективност или за да се откриват проблеми преди да възникнат – е част от този превантивен подход. До каква степен този мониторинг подобрява производството зависи от ключовите показатели за ефективност (KPI) на предприятието. Често използвани показатели са потреблението на енергия на ниво машина, производствена линия и завод, потокът на материалите и използването на ресурсите, както и безопасността на работниците.

Автоматизацията може да ограничи неергономичните движения и да да намали необходимостта от човешки труд при опасни процеси. В същото време роботизираните системи във фабриката трябва да бъдат безопасни за работниците в производствения цех. Не всички автоматизирани дейности могат да бъдат напълно отделени от човешкия труд и наблюдението на условията на труд е от съществено значение, тъй като фабриките стават все по-ефективни и устойчиви.

Последният етап по пътя към устойчивото производство е оптимизацията. Именно тук предприятията могат да извлекат най-голяма полза от направените инвестиции. Чрез непрекъснато оптимизиране на производството производителите могат да запазят предимството си пред конкурентите.

Интегрирането на ИТ и OT данни позволява на ръководителите на производствени мощности да идентифицират и прогнозират тенденции, което им дава възможност проактивно да адаптират производствените операции и снабдяването с материали при непредвидени смущения. Това им позволява да проследяват потреблението на електроенергия, водопотреблението и данните за доставчиците, за да определят въглеродния отпечатък на производствените процеси по цялата верига на стойността.

Освен това, когато машина или част от производствения процес се повреди, трябва да се разглеждат възможностите за ремонт и възстановяване. Наличието на цифров близнак на производството, свързан в затворен цикъл с реалните процеси, подпомага вземането на решения къде да се модифицира оборудването, за да се предотвратят повреди, кои компоненти да се заменят и как най-ефективно да се изпълнят ремонтните процедури.

Например текстилната технологична компания Spinnova ускори производството на влакна чрез интегриране на автоматизация и технологията на цифровия близнак, като по този начин оптимизира операциите и съкрати времето за излизане на пазара. Виртуалното въвеждане в експлоатация улесни настройването на фабриката, а анализът на данни в реално време подобри ефективността, откри тесните места в процеса и осигури постоянно качество – от суровините до готовото влакно. Оптимизацията на енергопотреблението допълнително подобри работата на предприятието и направи производството по-устойчиво и икономически ефективно. Чрез използването на технологиите Siemens Xcelerator Spinnova не само увеличи мащаба на производството по-бързо, но и постави нов ориентир за устойчиво производство, показвайки, че ефективността и грижата за околната среда могат да вървят ръка за ръка в текстилната промишленост.