La fabricación inteligente es una fabricación sostenible

El éxito empieza con la definición de una estrategia de fabricación. Este proceso implica evaluaciones de primer pedido para entender el impacto de las decisiones tempranas en los requisitos de fabricación, incluida la determinación de qué comprar a los proveedores, qué componentes del producto fabrican internamente, la selección cuidadosa de los socios y proveedores y dónde fabricar los nuevos productos. Cada una de estas decisiones afectará directamente al éxito de una empresa, y elegir opciones sostenibles suele ser la solución para el éxito a largo plazo.

Las estrategias de compra pueden cambiar drásticamente si también se tienen en cuenta 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 más económicos para las necesidades funcionales de un producto, los fabricantes tienen que equilibrar los costes con la huella de carbono asociada de los componentes seleccionados. Los materiales y componentes deben proceder de un proveedor que comparta una mentalidad sostenible y la estrategia para el traslado de la mercancía debe definirse desde el principio. Afortunadamente, la digitalización y la automatización ayudan a reducir la carga del aumento de la complejidad en este proceso de estrategia de fabricación redefinido.

Al recopilar y analizar los datos pertinentes, se pueden tomar decisiones con confianza. Si se necesita más capacidad de fabricación para un producto nuevo, entender las necesidades y los objetivos de una planta en el mundo digital puede ayudar a determinar la ubicación y el diseño de las nuevas 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 medioambiental 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 las líneas, los procesos y las 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 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 de eficiencia. Una máquina al ralentí, por ejemplo, tiene un coste de oportunidad al no funcionar, pero hay un gasto operativo por la energía que se extrae, 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 costes 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 gran impacto 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 se aplica también a las instalaciones abandonadas. Si bien esto puede parecer una empresa monumental, se logra reorganizando las líneas de fabricación para incluir más capacidad de producción en la misma superficie, actualizando los procesos y la maquinaria para seguir 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 medioambientales y empresariales, Hugo Beck ha reducido el consumo de energía un 20 por ciento, el tiempo de puesta en servicio un 50 por ciento, el material de embalaje un 30 por ciento y el volumen de envasado un 10 por ciento.
En general, el Digital Twin ayuda a las empresas a describir 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 exceso de gastos, 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 los materiales, las personas y las máquinas hace que las empresas sean eficaces. Aquí también es donde las simulaciones exhaustivas y la validación de requisitos comienzan a 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 las materias primas 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 coste. Minimizar los tiempos de inactividad reduce la demanda de energía y el coste por unidad de los productos y, al mismo tiempo, 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 entender dónde se producirán los residuos inevitables desde el principio, 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 el cumplimiento de los procesos sostenibles pueden ser un obstáculo importante. Si bien simular 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.

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

Los costes de energía están aumentando en algunas regiones, lo que hace que la eficiencia sea más importante. Ver la ejecución como parte de un sistema más grande puede revelar ahorros de costes y emisiones. Por ejemplo, los motores eficientes pueden reducir el consumo de energía hasta un 30%, los procesos con alto consumo de 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 principal fabricante de productos para dormir, Pikolin, se ha tomado en serio su estrategia de sostenibilidad al incorporar Simatic Scada y herramientas de gestión de la energía en sus nuevas instalaciones. La nueva fábrica de Pikolin integra la producción, desde las materias primas hasta los productos acabados, garantizando una alta calidad y maximizando la eficiencia. Diseñado para la sostenibilidad y la rentabilidad, cumple con las normas energéticas ISO 14001 y 50001, lo que reduce los costes y mejora la productividad. Como resultado de sus esfuerzos de sostenibilidad, la planta de Pikolin consume un 40% menos de gas natural y, sin embargo, tiene 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 monitorización. Al supervisar continuamente las plantas y la producción, los fabricantes pueden mejorar la producción de forma proactiva. El mantenimiento predictivo de las máquinas para que sigan funcionando con la máxima eficiencia o la detección de los problemas antes de que se produzcan forma parte de esta estrategia de previsión. La mejor manera en que este monitoreo mejora la fabricación se reduce a los KPI de la empresa, pero algunos 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 los 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 tiene que ser segura para los trabajadores de la planta. No todas las tareas automatizadas pueden estar completamente separadas y supervisar cualquier condición de trabajo insegura tendrá un valor incalculable a medida que las fábricas sean más eficientes y sostenibles.

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

La integración de los datos de TI y TO permite a los directores de planta identificar y predecir las tendencias, lo que les permite ajustar de forma proactiva las operaciones y el abastecimiento de materiales para adaptarse a las interrupciones no planificadas. Esto les permite hacer un seguimiento del consumo 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 una parte del proceso de fabricación fallan, hay que analizarla con vistas a su reparación y reacondicionamiento. Tener un gemelo digital de la fabricación en un circuito cerrado con la producción ayuda a tomar decisiones, como dónde modificar el equipo para evitar fallos, qué piezas reemplazar y 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 constante desde las materias primas hasta la fibra acabada. La optimización energética fortaleció aún más las operaciones y hizo 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, al demostrar que la eficiencia y la responsabilidad medioambiental pueden ir de la mano en la industria textil.