Intelligente Fertigung ist nachhaltige Fertigung

Erfolg beginnt mit der Definition einer Fertigungsstrategie. Dieser Prozess umfasst Erstbestellungen, um die Auswirkungen frühzeitiger Entscheidungen auf die Herstellungsanforderungen zu verstehen. Dazu gehört auch die Festlegung, was bei Lieferanten gekauft werden soll, welche Produktkomponenten im eigenen Haus hergestellt werden, die sorgfältige Auswahl von Partnern und Lieferanten und die Orte, an denen neue Produkte hergestellt werden sollen. Jede dieser Entscheidungen wirkt sich direkt auf den Erfolg eines Unternehmens aus — und die Wahl nachhaltiger Optionen ist oft die Lösung für langfristigen Erfolg.

Einkaufsstrategien können sich dramatisch ändern, wenn auch die Auswirkungen des Energieverbrauchs, des Ressourcenverbrauchs, des CO2-Fußabdrucks und der Kreislaufwirtschaft berücksichtigt werden. Anstatt die kostengünstigsten Komponenten für die funktionalen Anforderungen eines Produkts zu kaufen, müssen Hersteller die Kosten mit dem damit verbundenen CO2-Fußabdruck ausgewählter Komponenten abwägen. Materialien und Komponenten sollten von einem Lieferanten bezogen werden, der eine nachhaltige Denkweise vertritt, und die Strategie für den Transport von Waren muss frühzeitig definiert werden. Erfreulicherweise tragen Digitalisierung und Automatisierung dazu bei, die Belastung durch die zunehmende Komplexität dieses neu definierten Fertigungsstrategieprozesses zu verringern.

Durch das Sammeln und Analysieren relevanter Daten können Entscheidungen mit Zuversicht getroffen werden. Wenn für ein neues Produkt mehr Produktionskapazität erforderlich ist, kann das Verständnis der Bedürfnisse und Ziele einer Anlage in der digitalen Welt helfen, neue Werksstandorte und -layouts zu bestimmen, um die Umweltauswirkungen der Konstruktion, den Energieverbrauch der Fertigungslinien und die geschätzten Produktionsraten auszugleichen. Nachhaltigkeits-KPIs wie Energieeffizienz sind jetzt einfacher, da verschiedene Szenarien im Digital Twin bewertet werden können.

Diese Technologie ermöglicht es Entscheidungsträgern, alles von der Beleuchtung und Klimatisierung bis hin zu den Umweltauswirkungen ihrer Lieferkette zu simulieren. Von Anfang an mit diesen Informationen ausgestattet, hilft es Unternehmen, bessere Entscheidungen zu treffen.

Die nächste Phase der Integration von Nachhaltigkeit besteht in der Planung von Linien, Prozessen und Anlagen. Indem Unternehmen zunächst ein detailliertes Modell für die Produktion in der digitalen Welt erstellen, können sie verschiedene Szenarien simulieren, um die Leistung in der gesamten Fabrikumgebung zu optimieren.

Bei der Gestaltung in der digitalen Welt können Unternehmen eine stärkere Automatisierung implementieren und die Produktion rationalisieren, um Effizienzeinbußen zu vermeiden. Eine Maschine im Leerlauf hat beispielsweise Opportunitätskosten, wenn sie nicht läuft, aber es entstehen Betriebskosten aufgrund der verbrauchten Energie, was wiederum je nach Energiequelle einen CO2-Fußabdruck hat und gleichzeitig die Investitionskosten für physische Materialien senkt.

Einen Motor länger laufen zu lassen als nötig oder Material weiter als nötig zu transportieren, hat vielleicht keine großen Auswirkungen auf das einzelne Produkt, aber diese Ineffizienzen summieren sich schnell. Nachhaltige Lösungen für diese häufigen Probleme sind auch nicht auf die grüne Wiese beschränkt. Der Entwurfsprozess gilt auch für Brachflächen. Dies mag zwar wie ein monumentales Unterfangen erscheinen, aber es wird erreicht, indem die Produktionslinien neu organisiert werden, um mehr Produktionskapazität auf derselben Grundfläche unterzubringen, Prozesse und Maschinen zu modernisieren, um mit dem Marktwachstum Schritt zu halten, oder die Modernisierung von Hardwaresystemen zur Reduzierung des Energieverbrauchs und die Installation von Infrastrukturen wie Solaranlagen oder Batteriespeichern, um erneuerbare Energiequellen besser nutzen zu können.

So hat es beispielsweise der schwäbische Maschinenbauer Hugo Beck mit dem Digital Twin geschafft, die Verpackungsindustrie und ihr Geschäft zu transformieren. Mithilfe der Siemens-Technologie entwickelten die Ingenieure mithilfe des Digital Twin eine Maschine, die die Verpackung an die Produktabmessungen anpasst und die Leistung durch digitale Simulationen optimiert. Aufgrund ihrer Innovation und ihres Engagements, Lösungen zu finden, die sowohl Umwelt- als auch Geschäftsziele berücksichtigen, hat Hugo Beck den Energieverbrauch um 20 Prozent, die Zeit für die Inbetriebnahme um 50 Prozent, das Verpackungsmaterial um 30 Prozent und das Verpackungsvolumen um 10 Prozent reduziert.Insgesamt hilft der Digital Twin Unternehmen dabei, ihre Bedürfnisse früher zu skizzieren und viele verschiedene Möglichkeiten zu evaluieren, um nachhaltige Prozesse zu finden. Schlechte Wartungsstrategien können die Gesamtleistung einer Fabrik um 5 bis 20% reduzieren. Mit anderen Worten: Übermäßiger Wartungsaufwand ist gleichbedeutend mit übermäßigen Ausgaben, was den Digital Twin zu einer wichtigen Komponente für einen effizienten Fabrikbetrieb macht.

In der Produktionsplanung erweisen sich Investitionen in die Digitalisierung als wertvoll. Der effiziente Einsatz von Materialien, Menschen und Maschinen macht Unternehmen effektiv. Hier beginnen auch umfassende Simulationen und die Validierung von Anforderungen, um die Entscheidungsfindung und die Auswahl von Lieferkettenpartnern zu unterstützen. Darüber hinaus können Unternehmen sicherere Arbeitsbedingungen schaffen, Arbeitnehmer besser schulen und in die Aus- und Weiterbildung ihrer Mitarbeiter investieren.

Mithilfe von Dateneinblicken können Unternehmen nachhaltige Materialien auswählen und den Rohstoffverbrauch optimieren, um die Ausschussraten zu minimieren. Sie können auch die Auswirkungen der Verwendung recycelter Materialien simulieren oder ermitteln, welche Geräteanbieter zusätzlich zu Durchsatz und Kosten eine höhere Energieeffizienz und Reparaturfähigkeit bieten können. Die Minimierung von Leerlaufzeiten reduziert den Energiebedarf und die Stückkosten von Produkten und trägt gleichzeitig zu einem niedrigeren CO2-Fußabdruck bei.

Wenn Sie wissen, wann eine Maschine gewartet werden muss, können Sie Umstellungen während der Produktion reduzieren. Ebenso können Logistikrouten geplant werden, um die Transportdistanzen und die damit verbundenen CO2-Emissionen zu minimieren und gleichzeitig Flexibilität durch intelligentes Bestandsmanagement bei Problemen zu ermöglichen.

Mithilfe der Produktionsplanung können Unternehmen Verbindungspunkte bauen, um einen kreisförmigen Materialfluss zu ermöglichen. Wenn Sie frühzeitig verstehen, wo unvermeidlicher Abfall anfallen wird, können Pläne für die Wiederverwendung, das Recycling oder die Wiederverwendung verbliebener Materialien erstellt werden.

Die Produktionsausführung ist der Schlüssel zum Erreichen von Nachhaltigkeitszielen, aber die Verfolgung und Durchsetzung nachhaltiger Prozesse kann eine große Hürde sein. Während die Simulation der Produktion während der Konstruktion hilft, Lösungen zu finden, erfordert die reale Komplexität oft eine geschlossene Verbindung zwischen digitalen und physischen Systemen.

Zum Glück bieten digitale Lösungen Möglichkeiten zur Verbesserung von Qualität und Ertrag. Selbst erfahrene Hersteller sind bei der Einführung einer neuen Produktion mit Ineffizienzen konfrontiert, was zu Material-, Energie- und Zeitverschwendung führt. Die Integration realer Daten mit einem digitalen Zwilling ermöglicht eine schnellere Optimierung und steigert sowohl die Rentabilität als auch die Nachhaltigkeit.

In einigen Regionen steigen die Energiekosten, weshalb Effizienz immer wichtiger wird. Wenn Sie die Ausführung als Teil eines größeren Systems betrachten, können Sie Kosten- und Emissionseinsparungen erkennen. Beispielsweise können effiziente Motoren den Energieverbrauch um bis zu 30% senken, hochenergetische Prozesse können an die Solarerzeugung angepasst werden, und durch die Optimierung der Intralogistik können unnötige Werksfahrten vermieden werden, was sowohl den Energiebedarf als auch den CO2-Fußabdruck senkt.

Der führende Hersteller von Schlafprodukten, Pikolin, hat seine Nachhaltigkeitsstrategie ernst genommen und Simatic Scada- und Energiemanagement-Tools in seine neue Anlage integriert. Die neue Fabrik von Pikolin integriert die Produktion vom Rohmaterial bis zum Endprodukt und gewährleistet so eine hohe Qualität bei gleichzeitiger Maximierung der Effizienz. Es wurde für Nachhaltigkeit und Rentabilität entwickelt und erfüllt die Energiestandards ISO 14001 und 50001, wodurch die Kosten gesenkt und die Produktivität gesteigert werden. Als Ergebnis ihrer Bemühungen um Nachhaltigkeit verbraucht die Anlage von Pikolin 40% weniger Erdgas und verfügt dennoch über 30% mehr Produktionskapazität, was die positiven Ergebnisse der Anlagenoptimierung verdeutlicht.

Da die Produktion in vollem Gange ist, ist die nächste Phase der Reise die Überwachung. Durch die kontinuierliche Überwachung von Anlagen und Produktion können Hersteller die Produktion proaktiv verbessern. Die vorausschauende Wartung von Maschinen, um sie mit maximaler Effizienz laufen zu lassen oder Probleme zu erkennen, bevor sie auftreten, ist Teil dieser vorausschauenden Strategie. Wie diese Überwachung die Produktion am besten verbessert, hängt von den KPIs des Unternehmens ab. Einige der häufigsten sind jedoch der Energieverbrauch für Analysen auf Maschinen-, Linien- und Anlagenebene, der Materialfluss und die Ressourcenauslastung sowie die Arbeitssicherheit.

Die Automatisierung kann unergonomische Bewegungen der Mitarbeiter einschränken und sie so von gefährlichen Prozessen fernhalten. Gleichzeitig muss die Robotik in der Fabrik für die Arbeiter vor Ort sicher sein. Nicht alle automatisierten Aufgaben können vollständig getrennt werden, und die Überwachung unsicherer Arbeitsbedingungen wird von unschätzbarem Wert sein, da Fabriken effizienter und nachhaltiger werden.

Die letzte Änderung auf dem Weg zu einer nachhaltigen Produktion ist die Optimierung. Hier können Unternehmen den größten Nutzen aus Investitionen ziehen. Durch die kontinuierliche Optimierung der Produktion können Hersteller ihren Mitbewerbern einen Schritt voraus sein.

Durch die Integration von IT- und OT-Daten können Werksleiter Trends erkennen und vorhersagen, sodass sie den Betrieb und die Materialbeschaffung proaktiv anpassen können, um sich an ungeplante Störungen anzupassen. Auf diese Weise können sie den Stromverbrauch, den Wasserverbrauch und die Lieferantendaten verfolgen, um den CO2-Fußabdruck der Produktionsprozesse entlang der gesamten Wertschöpfungskette zu ermitteln.

Wenn eine Maschine oder ein Teil des Herstellungsprozesses ausfällt, sollte sie außerdem mit Blick auf Reparaturen und Überholungen untersucht werden. Ein digitaler Zwilling der Fertigung in einem geschlossenen Kreislauf mit der Produktion hilft dabei, Entscheidungen zu treffen, z. B. wo Geräte modifiziert werden müssen, um Ausfälle zu vermeiden, welche Teile ausgetauscht werden müssen und wie Reparaturverfahren am besten durchgeführt werden.

So beschleunigte beispielsweise die Textiltechnologie Spinnova seine Faserproduktion, indem es Automatisierung und digitale Zwillingstechnologie integrierte, den Betrieb optimierte und die Markteinführungszeit verkürzte. Die virtuelle Inbetriebnahme rationalisierte die Einrichtung der Fabrik, während die Datenanalyse in Echtzeit die Effizienz verbesserte, Engpässe identifizierte und eine gleichbleibende Qualität vom Rohmaterial bis zur fertigen Faser sicherstellte. Die Energieoptimierung stärkte den Betrieb weiter und machte die Produktion des Unternehmens widerstandsfähiger und kostengünstiger. Durch die Nutzung der Siemens Xcelerator-Technologien konnte Spinnova nicht nur schneller skalieren, sondern auch neue Maßstäbe für nachhaltige Fertigung setzen und damit beweisen, dass Effizienz und Umweltverantwortung in der Textilindustrie Hand in Hand gehen können.