La fabrication intelligente est une fabrication durable

Le succès commence par la définition d'une stratégie de fabrication. Ce processus implique d'évaluer la première commande afin de comprendre l'impact des premières décisions sur les exigences de fabrication. Il s'agit notamment de déterminer les achats à effectuer auprès des fournisseurs, les composants à fabriquer en interne, les partenaires et les fournisseurs à sélectionner avec soin, ainsi que le lieu de fabrication des nouveaux produits. Chacune de ces décisions aura un impact direct sur le succès de l'entreprise — et opter pour des options durables est souvent la clé d'une réussite à long terme.

Les stratégies d'achat peuvent en effet changer radicalement si l'on prend également en compte les implications en matière de consommation d'énergie, de ressources, d'empreinte carbone et de circularité. Au lieu d'acheter les composants les moins chers pour répondre aux besoins fonctionnels d'un produit, les fabricants doivent équilibrer les coûts avec l'empreinte carbone associée aux composants sélectionnés. Les matériaux et les composants doivent provenir d'un fournisseur qui partage une vision durable et la stratégie de transport des marchandises doit être définie en amont. Heureusement, la numérisation et l'automatisation aident à réduire le fardeau de la complexité accrue dans ce processus de stratégie de fabrication redéfini.

En collectant et en analysant des données pertinentes, il est possible de prendre des décisions en toute confiance. Si une nouvelle capacité de fabrication est nécessaire pour un produit, comprendre les besoins et les objectifs d'une installation dans le monde numérique peut aider à déterminer de nouveaux emplacements et aménagements d'usines, afin d'équilibrer l'impact environnemental de la construction, la consommation d'énergie des lignes de fabrication et les taux de production estimés. Les KPI de la durabilité, comme l'efficacité énergétique, sont plus simples à évaluer maintenant que différents scénarios peuvent être testés dans le jumeau numérique.

Cette technologie permet aux décideurs de simuler tous les aspects de leur activité, de l'éclairage et de la climatisation à l'impact environnemental de leur chaîne d'approvisionnement. Disposer de ces informations dès le départ aide les organisations à prendre de meilleures décisions.

La prochaine étape pour intégrer la durabilité consiste à la prendre en compte dès la conception des lignes, des processus et des usines. En créant d'abord un modèle détaillé de la production dans l'univers numérique, les entreprises peuvent simuler différents scénarios afin d'optimiser les performances de l'usine.

Lors de la conception numérique, les entreprises peuvent mettre en œuvre une plus grande automatisation et rationaliser la production afin d'éviter toute perte d'efficacité. Une machine au ralenti a par exemple un coût d'opportunité lié au fait qu'elle ne fonctionne pas, mais il y a également une dépense opérationnelle liée à l'énergie prélevée, ce qui a un impact sur l'empreinte carbone en fonction de la source de cette énergie. Cela permet en outre de réduire les coûts d'investissement des matériaux physiques.

Faire fonctionner un moteur plus longtemps que nécessaire ou transporter du matériel plus loin que nécessaire peut ne pas avoir d'impact majeur par produit, mais ces inefficacités s'additionnent rapidement. Les solutions durables à ces problèmes courants ne se limitent pas non plus aux environnements vierges. Le processus de conception s'applique également aux friches industrielles. Bien que cela puisse sembler être une entreprise monumentale, elle consiste à réorganiser les lignes de fabrication pour intégrer davantage de capacité de production sur la même surface au sol, à mettre à jour les processus et les machines pour suivre le rythme de croissance du marché, à mettre à jour les systèmes matériels pour réduire la consommation d'énergie et à installer des infrastructures telles que des panneaux solaires ou des systèmes de stockage pour tirer davantage parti des sources d'énergie renouvelable.

Le constructeur souabe de machines Hugo Beck, par exemple, a réussi à transformer son activité et l'industrie de l'emballage grâce au Digital Twin. Grâce à la technologie Siemens, les ingénieurs ont utilisé le jumeau numérique pour concevoir une machine adaptant l'emballage aux dimensions du produit et optimisant les performances grâce à des simulations numériques. Grâce à son innovation et à son engagement à trouver des solutions qui répondent à la fois aux objectifs environnementaux et commerciaux, Hugo Beck a réussi à réduire la consommation d'énergie de 20 %, le temps de mise en service de 50 %, les matériaux d'emballage de 30 % et le volume d'emballage de 10 %.
Dans l'ensemble, le jumeau numérique permet aux entreprises d'identifier leurs besoins plus tôt et d'explorer de nombreuses possibilités pour trouver des processus durables. Une mauvaise stratégie de maintenance peut réduire les performances globales d'une usine de 5 à 20 %. En d'autres termes, une maintenance excessive entraîne des dépenses excessives, ce qui fait du jumeau numérique un composant essentiel pour garantir l'efficacité des opérations de l'usine.

La planification de la production est l'endroit où les investissements dans la numérisation révèlent leur valeur. Une utilisation efficace des matériaux, des personnes et des machines permet aux entreprises d'être plus efficaces. C'est également là que les simulations complètes et la validation des exigences commencent, afin de faciliter la prise de décision et la sélection des partenaires de la chaîne d'approvisionnement. De plus, les organisations peuvent créer des conditions de travail plus sûres, mieux former leurs travailleurs et investir dans l'éducation et le perfectionnement de leurs employés.

Grâce à ces informations, les entreprises peuvent sélectionner des matériaux durables et optimiser l'utilisation des matières premières afin de réduire les taux de rebut. Elles peuvent également simuler l'impact de l'utilisation de matériaux recyclés ou déterminer quels fournisseurs d'équipements peuvent offrir une efficacité énergétique et une réparabilité accrues, en plus du débit et des coûts. La réduction des temps d'inactivité permet de diminuer la demande d'énergie et le coût unitaire des produits, tout en contribuant à limiter l'empreinte carbone.

Comprendre quand une machine a besoin d'entretien permet de réduire les interruptions de production. De même, les itinéraires logistiques peuvent être planifiés de manière à minimiser les distances de transport et les émissions de carbone associées, tout en permettant une gestion intelligente des stocks en cas de problèmes.

La planification de la production permet aux entreprises de créer des points de connexion pour assurer un flux de matériaux circulaire. En identifiant les sources de déchets inévitables dès le début, il est possible d'élaborer des plans pour réutiliser, recycler ou valoriser les matériaux restants.

L'exécution de la production est essentielle pour atteindre les objectifs de durabilité, mais le suivi et l'application de ces processus peuvent constituer un obstacle majeur. Si la simulation de la production durant la phase de conception permet de trouver des solutions, la complexité du monde réel requiert souvent une connexion en boucle fermée entre les systèmes numériques et physiques.

Heureusement, les solutions numériques permettent d'améliorer la qualité et les rendements. Même les fabricants les plus expérimentés sont confrontés à des inefficacités lors du lancement d'une nouvelle production, ce qui se traduit par un gaspillage de matériaux, d'énergie et de temps. L'intégration de données réelles à un jumeau numérique permet d'optimiser plus rapidement les processus, tout en favorisant la rentabilité et la durabilité.

Les coûts de l'énergie augmentent dans certaines régions, ce qui rend l'efficacité énergétique d'autant plus cruciale. Considérer l'exécution comme faisant partie d'un système plus vaste peut permettre de réaliser des économies de coûts et d'émissions. Par exemple, des moteurs efficaces peuvent réduire la consommation d'énergie jusqu'à 30 %, les processus à haute énergie peuvent être alignés sur la production solaire et l'optimisation intralogistique peut réduire les déplacements inutiles en usine, diminuant ainsi la demande d'énergie et l'empreinte carbone.

Le principal fabricant de produits de literie, Pikolin, a pris sa stratégie de durabilité au sérieux en intégrant les outils Simatic SCADA et Energy Management à sa nouvelle installation. Cette usine intégrée, qui va de la production des matières premières à celle des produits finis, garantit une qualité élevée tout en maximisant l'efficacité. Conçue pour être durable et rentable, elle répond aux normes énergétiques ISO 14001 et 50001, ce qui permet de réduire les coûts et d'améliorer la productivité. Grâce à ses efforts durables, l'installation de Pikolin consomme 40 % de gaz naturel en moins, tout en affichant une capacité de production supérieure de 30 %, illustrant ainsi les résultats positifs de l'optimisation de l'usine.

Avec la production à plein régime, la prochaine étape est la surveillance. En surveillant en continu les usines et la production, les fabricants peuvent améliorer la production de manière proactive. La maintenance prédictive des machines, qui permet de les maintenir en fonctionnement à leur niveau d'efficacité maximal ou de détecter les problèmes avant qu'ils ne surviennent, fait partie de cette stratégie d'anticipation. La manière dont cette surveillance améliore le mieux la fabrication dépend des KPI de l'entreprise, mais certains des plus courants sont la consommation d'énergie pour l'analyse au niveau des machines, des lignes et de l'usine, le flux de matériaux et l'utilisation des ressources, ainsi que la sécurité des travailleurs.,

L'automatisation permet de limiter les mouvements non ergonomiques des employés et de les éloigner des processus dangereux. Cependant, la robotique en usine doit également être sûre pour les travailleurs au sol. Toutes les tâches automatisées ne peuvent pas être entièrement séparées, et la surveillance des conditions de travail dangereuses sera essentielle à mesure que les usines deviendront plus efficaces et durables.

Le dernier changement sur la voie de la production durable est l'optimisation. C'est là que les entreprises peuvent tirer le plus grand profit de leurs investissements. Grâce à une optimisation continue de la production, les fabricants peuvent garder une longueur d'avance sur leurs concurrents.

L'intégration des données informatiques et opérationnelles permet aux responsables d'usine d'identifier et de prédire les tendances, afin d'ajuster de manière proactive les opérations et l'approvisionnement en matériaux en cas de perturbations imprévues. Ils peuvent ainsi suivre la consommation d'énergie, d'eau et les données des fournisseurs afin de déterminer l'empreinte carbone des processus de production sur l'ensemble de la chaîne de valeur.

De plus, lorsqu'une machine ou une partie du processus de fabrication tombe en panne, il faut l'examiner en vue de la réparer et de la remettre en état. Disposer d'un jumeau numérique de la fabrication en boucle fermée avec la production aide à prendre des décisions telles que l'endroit où modifier l'équipement pour prévenir les pannes, les pièces à remplacer et la manière de suivre au mieux les procédures de réparation.

Par exemple, la technologie textile Spinnova a accéléré sa production de fibres en intégrant l'automatisation et la technologie numérique, en optimisant les opérations et en réduisant les délais de mise sur le marché. La mise en service virtuelle a permis de rationaliser la configuration de l'usine, tandis que l'analyse des données en temps réel a amélioré l'efficacité, identifié les goulots d'étranglement et assuré une qualité constante des matières premières jusqu'à la fibre finie. L'optimisation énergétique a encore renforcé les opérations, rendant la production de l'entreprise plus résiliente et rentable. Grâce aux technologies Siemens Xcelerator, Spinnova a non seulement évolué plus rapidement, mais a également établi une nouvelle référence en matière de fabrication durable, prouvant ainsi que l'efficacité et la responsabilité environnementale peuvent aller de pair dans l'industrie textile.