La fabricación inteligente es una fabricación sostenible

El éxito comienza con la definición de una estrategia de fabricación. Este proceso implica evaluaciones de primer pedido para comprender los impactos de las decisiones tempranas sobre los requisitos de fabricación, incluida la determinación de qué comprar a los proveedores, qué componentes del producto se fabrican internamente, la selección cuidadosa de socios y proveedores y dónde fabricar nuevos productos. Cada una de estas decisiones tendrá un impacto directo en el éxito de una empresa, y la elección de opciones sostenibles suele ser la solución para el éxito a largo plazo.

Las estrategias de compra pueden cambiar drásticamente si también se consideran las implicaciones del uso de energía, el consumo de recursos, la huella de carbono y las prácticas de circularidad. En lugar de comprar los componentes de menor costo para las necesidades funcionales de un producto, los fabricantes deben equilibrar los costos con la huella de carbono asociada de los componentes seleccionados. Los materiales y componentes deben provenir de un proveedor que comparta una mentalidad sostenible y la estrategia para el traslado de mercancías debe definirse desde el principio. Afortunadamente, la digitalización y la automatización ayudan a reducir la carga que supone el aumento de la complejidad en este proceso de estrategia de fabricación redefinido.

Al recopilar y analizar datos relevantes, se pueden tomar decisiones con confianza. Si se requiere más capacidad de fabricación para un nuevo producto, comprender las necesidades y los objetivos de una instalación en el mundo digital puede ayudar a determinar las nuevas ubicaciones y diseños de las plantas para equilibrar el impacto ambiental de la construcción, el uso de energía de las líneas de fabricación y las tasas de producción estimadas. Los KPI de sostenibilidad, como la eficiencia energética, son más sencillos ahora que se pueden evaluar diferentes escenarios en el Digital Twin.

Esta tecnología permite a los responsables de la toma de decisiones simular todo, desde la iluminación y el control del clima hasta el impacto ambiental de su cadena de suministro. Disponer de esta información desde el principio ayuda a las organizaciones a tomar mejores decisiones.

La siguiente fase para integrar la sostenibilidad es el diseño de líneas, procesos y plantas. Al crear primero un modelo detallado para la producción en el mundo digital, las empresas pueden simular diferentes escenarios para optimizar el rendimiento en todo el entorno de la fábrica.

Al diseñar en el mundo digital, las empresas pueden implementar una mayor automatización y optimizar la producción para evitar fallos en la eficiencia. Una máquina inactiva, por ejemplo, tiene un costo de oportunidad si no funciona, pero la energía que se extrae tiene un gasto operativo, lo que a su vez tiene un impacto en la huella de carbono en función de la fuente de esa energía y, al mismo tiempo, reduce los costos de inversión de los materiales físicos.

Hacer funcionar un motor durante más tiempo del necesario o transportar material más allá de lo necesario puede no tener un impacto importante por producto, pero estas ineficiencias se acumulan rápidamente. Las soluciones sostenibles para estos problemas comunes tampoco se limitan a los entornos totalmente nuevos. El proceso de diseño también se aplica a las instalaciones abandonadas. Si bien esto puede parecer una tarea monumental, se logra reorganizando las líneas de fabricación para incluir más capacidad de producción en el mismo espacio, actualizando los procesos y la maquinaria para mantener el ritmo del crecimiento del mercado o actualizando los sistemas de hardware para reducir el consumo de energía e instalando infraestructuras como paneles solares o baterías de almacenamiento para capitalizar mejor las fuentes de energía renovables.

Por ejemplo, el fabricante de máquinas suabo Hugo Beck ha conseguido transformar la industria del embalaje y sus negocios con el Digital Twin. Gracias a la tecnología de Siemens, los ingenieros utilizaron el Digital Twin para diseñar una máquina que adapta el embalaje a las dimensiones del producto y optimiza el rendimiento mediante simulaciones digitales. Gracias a su innovación y compromiso con la búsqueda de soluciones que aborden los objetivos ambientales y empresariales, Hugo Beck ha reducido el uso de energía en un 20 por ciento, el tiempo de puesta en servicio en un 50 por ciento, el material de embalaje en un 30 por ciento y el volumen de embalaje en un 10 por ciento.En general, el Digital Twin ayuda a las empresas a definir sus necesidades con antelación y a evaluar muchas posibilidades diferentes para encontrar procesos sostenibles. Las estrategias de mantenimiento deficientes pueden reducir el rendimiento general de una fábrica entre un 5 y un 20%. En otras palabras, el exceso de mantenimiento equivale a un gasto excesivo, lo que convierte al Digital Twin en un componente vital para las operaciones eficientes de la fábrica.

La planificación de la producción es donde las inversiones en digitalización muestran valor. El uso eficiente de materiales, personas y máquinas hace que las empresas sean eficaces. Aquí es también donde comienzan las simulaciones exhaustivas y la validación de requisitos para ayudar a la toma de decisiones y a la selección de los socios de la cadena de suministro. Además, las organizaciones pueden crear condiciones de trabajo más seguras, capacitar mejor a los trabajadores e invertir en la educación y la mejora de las habilidades de sus empleados.

Con la información de los datos, las empresas pueden seleccionar materiales sostenibles y optimizar el uso de la materia prima para minimizar las tasas de desecho. También pueden simular el impacto del uso de materiales reciclados o determinar qué proveedores de equipos pueden ofrecer una mayor eficiencia energética y capacidad de reparación, además del rendimiento y el costo. Minimizar los tiempos de inactividad reduce la demanda de energía y el costo por unidad de los productos, al tiempo que contribuye a reducir la huella de carbono.

Entender cuándo una máquina necesita mantenimiento puede ayudar a reducir los cambios durante la producción. Del mismo modo, las rutas logísticas se pueden planificar para minimizar las distancias de transporte y las emisiones de carbono asociadas y, al mismo tiempo, permitir la flexibilidad con una gestión inteligente del inventario en caso de problemas.

La planificación de la producción es la forma en que las empresas pueden construir puntos de conexión para permitir un flujo circular de materiales. Al comprender desde el principio dónde se producirán los residuos inevitables, se pueden hacer planes para reutilizar, reciclar o reutilizar los materiales restantes.

La ejecución de la producción es clave para lograr los objetivos de sostenibilidad, pero el seguimiento y la aplicación de los procesos sostenibles pueden ser un obstáculo importante. Si bien la simulación de la producción durante el diseño ayuda a encontrar soluciones, la complejidad del mundo real a menudo requiere una conexión de circuito cerrado entre los sistemas digitales y físicos.

Afortunadamente, las soluciones digitales ofrecen oportunidades para mejorar la calidad y los rendimientos. Incluso los fabricantes experimentados se enfrentan a ineficiencias al lanzar una nueva producción, lo que genera un desperdicio de materiales, energía y tiempo. La integración de datos del mundo real con un gemelo digital permite una optimización más rápida, lo que impulsa tanto la rentabilidad como la sostenibilidad.

Los costos de la energía están aumentando en algunas regiones, lo que hace que la eficiencia sea más crítica. Ver la ejecución como parte de un sistema más grande puede revelar ahorros en costos y emisiones. Por ejemplo, los motores eficientes pueden reducir el uso de energía hasta en un 30%, los procesos de alta energía pueden alinearse con la generación solar y la optimización de la intralogística puede reducir los viajes innecesarios a la fábrica, lo que reduce tanto la demanda de energía como la huella de carbono.

El fabricante líder de productos para dormir, Pikolin, se ha tomado muy en serio su estrategia de sostenibilidad al incorporar herramientas Simatic Scada y de gestión energética en sus nuevas instalaciones. La nueva fábrica de Pikolin integra la producción desde las materias primas hasta los productos terminados, lo que garantiza una alta calidad y maximiza la eficiencia. Diseñado para la sostenibilidad y la rentabilidad, cumple con las normas energéticas ISO 14001 y 50001, lo que reduce los costos y mejora la productividad. Como resultado de sus esfuerzos sostenibles, las instalaciones de Pikolin consumen un 40% menos de gas natural y, sin embargo, tienen un 30% más de capacidad de producción, lo que ilustra los resultados positivos de la optimización de la planta.

Con la producción en pleno apogeo, la siguiente fase del viaje es la supervisión. Al monitorear continuamente las plantas y la producción, los fabricantes pueden mejorar la producción de manera proactiva. El mantenimiento predictivo de las máquinas para mantenerlas funcionando con la máxima eficiencia o detectar problemas antes de que ocurran es parte de esta estrategia anticipatoria. La mejor forma en que este monitoreo mejora la fabricación depende de los KPI de la empresa, pero algunos de los más comunes son el consumo de energía para el análisis a nivel de máquina, línea y planta, el flujo de materiales y la utilización de recursos y la seguridad de los trabajadores.

La automatización puede limitar los movimientos no ergonómicos de los empleados para alejarlos de los procesos peligrosos. Pero, al mismo tiempo, la robótica de la fábrica debe ser segura para los trabajadores de la planta. No todas las tareas automatizadas pueden estar completamente separadas y la supervisión de cualquier condición de trabajo insegura será inestimable a medida que las fábricas sean más eficientes y sostenibles.

El cambio final en el camino hacia la producción sostenible es la optimización. Aquí es donde las empresas pueden obtener el mayor beneficio de las inversiones. Mediante la optimización continua de la producción, los fabricantes pueden mantenerse por delante de sus competidores.

La integración de los datos de TI y OT permite a los gerentes de planta identificar y predecir las tendencias, lo que les permite ajustar de manera proactiva las operaciones y el abastecimiento de materiales para adaptarse a las interrupciones no planificadas. Esto les permite rastrear el uso de energía, el consumo de agua y los datos de los proveedores, para determinar la huella de carbono de los procesos de producción en toda la cadena de valor.

Además, cuando una máquina o parte del proceso de fabricación falla, debe examinarse con atención para su reparación y renovación. Tener un gemelo digital de la fabricación en un circuito cerrado con la producción ayuda a tomar decisiones como dónde modificar los equipos para evitar fallas, qué piezas reemplazar y cuál es la mejor manera de seguir los procedimientos de reparación.

Por ejemplo, la tecnología textil Spinnova aceleró su producción de fibra al integrar la automatización y la tecnología de gemelos digitales, optimizando las operaciones y reduciendo el tiempo de comercialización. La puesta en servicio virtual simplificó la configuración de la fábrica, mientras que el análisis de datos en tiempo real mejoró la eficiencia, identificó los cuellos de botella y garantizó una calidad uniforme desde las materias primas hasta la fibra acabada. La optimización energética fortaleció aún más las operaciones, haciendo que la producción de la empresa fuera más resiliente y rentable. Al aprovechar las tecnologías Xcelerator de Siemens, Spinnova no solo escaló más rápido, sino que también estableció un nuevo punto de referencia para la fabricación sostenible, demostrando que la eficiencia y la responsabilidad ambiental pueden ir de la mano en la industria textil.