Inteligentna produkcja to produkcja zrównoważona

Sukces zaczyna się od określenia strategii produkcyjnej. Proces ten obejmuje wstępną ocenę mającą na celu zrozumienie wpływu wczesnych decyzji na wymagania produkcyjne, w tym określenie, co należy kupować od dostawców, które elementy produktu wytwarzać we własnym zakresie, staranny dobór partnerów i dostawców oraz wybór lokalizacji produkcji nowych produktów. Każda z tych decyzji ma bezpośredni wpływ na sukces firmy – a wybór zrównoważonych rozwiązań często stanowi klucz do długoterminowego sukcesu.

Strategie zakupowe mogą ulec radykalnej zmianie, jeśli weźmie się pod uwagę konsekwencje zużycia energii, zużycia zasobów, śladu węglowego i praktyk związanych z obiegiem zamkniętym. Zamiast kupować najtańsze komponenty spełniające wymagania funkcjonalne produktu, producenci muszą zrównoważyć koszty z śladem węglowym wybranych komponentów. Materiały i komponenty powinny pochodzić od dostawcy, który podziela podejście zrównoważone, a strategię transportu towarów należy zdefiniować na wczesnym etapie. Na szczęście cyfryzacja i automatyzacja pomagają zmniejszyć obciążenie związane ze zwiększoną złożonością tego zredefiniowanego procesu strategii produkcyjnej.

Dzięki gromadzeniu i analizowaniu odpowiednich danych decyzje można podejmować z pewnością. Jeśli do produkcji nowego produktu potrzebne są większe moce produkcyjne, zrozumienie potrzeb i celów zakładu w świecie cyfrowym może pomóc w określeniu nowych lokalizacji i układów zakładów, aby zrównoważyć wpływ budowy na środowisko, zużycie energii przez linie produkcyjne oraz szacowane wskaźniki produkcji. Wskaźniki KPI dotyczące zrównoważonego rozwoju, takie jak efektywność energetyczna, są teraz prostsze, ponieważ w Digital Twin można oceniać różne scenariusze.

Technologia ta umożliwia decydentom symulowanie wszystkiego, od oświetlenia i klimatyzacji po wpływ łańcucha dostaw na środowisko. Posiadanie tych informacji od samego początku pomaga organizacjom podejmować lepsze decyzje.

Kolejnym etapem wdrażania zrównoważonego rozwoju jest projektowanie linii produkcyjnych, procesów i zakładów. Tworząc najpierw szczegółowy model produkcji w środowisku cyfrowym, przedsiębiorstwa mogą symulować różne scenariusze w celu optymalizacji wydajności w całym zakładzie.

Projektując w środowisku cyfrowym, przedsiębiorstwa mogą wdrożyć większą automatyzację i usprawnić produkcję, aby uniknąć spadków wydajności. Na przykład maszyna pracująca na biegu jałowym generuje koszt alternatywny związany z brakiem pracy, ale jednocześnie powstają koszty operacyjne związane z poborem energii, co z kolei ma wpływ na ślad węglowy w zależności od źródła tej energii, jednocześnie zmniejszając koszty inwestycyjne związane z materiałami fizycznymi.

Dłuższe niż to konieczne działanie silnika lub transport materiałów na większe odległości może nie mieć znaczącego wpływu w przeliczeniu na jeden produkt, ale te nieefektywności szybko się sumują. Zrównoważone rozwiązania tych powszechnych problemów nie ograniczają się również do nowych obiektów. Proces projektowania ma również zastosowanie w istniejących zakładach. Choć może się to wydawać ogromnym przedsięwzięciem, osiąga się to poprzez reorganizację linii produkcyjnych w celu zmieszczenia większej zdolności produkcyjnej na tej samej powierzchni, aktualizację procesów i maszyn, aby nadążyć za wzrostem rynku, lub modernizację systemów sprzętowych w celu zmniejszenia zużycia energii oraz instalację infrastruktury, takiej jak panele słoneczne lub magazyny baterii, aby lepiej wykorzystać odnawialne źródła energii.

Na przykład szwabski producent maszyn, Hugo Beck, zdołał zrewolucjonizować branżę opakowaniową i swoją działalność dzięki Digital Twin. Wspierani technologią firmy Siemens, inżynierowie wykorzystali Digital Twin do zaprojektowania maszyny, która dostosowuje opakowanie do wymiarów produktu, optymalizując wydajność poprzez symulacje cyfrowe. Dzięki swojej innowacyjności i zaangażowaniu w poszukiwanie rozwiązań, które pozwalają osiągnąć zarówno cele środowiskowe, jak i biznesowe, firma Hugo Beck zmniejszyła zużycie energii o 20 procent, czas uruchomienia o 50 procent, ilość materiałów opakowaniowych o 30 procent oraz objętość opakowań o 10 procent.
Ogólnie rzecz biorąc, technologia Digital Twin pomaga firmom wcześniej określić swoje potrzeby i ocenić wiele różnych możliwości w celu znalezienia zrównoważonych procesów. Niewłaściwe strategie konserwacji mogą obniżyć ogólną wydajność fabryki o 5 do 20%. Innymi słowy, nadmierna konserwacja oznacza nadmierne wydatki, co sprawia, że technologia Digital Twin jest kluczowym elementem wydajnego funkcjonowania fabryki.

Planowanie produkcji to obszar, w którym inwestycje w cyfryzację przynoszą wymierne korzyści. Efektywne wykorzystanie materiałów, zasobów ludzkich i maszyn zapewnia przedsiębiorstwom wysoką wydajność. To właśnie tutaj kompleksowe symulacje i weryfikacja wymagań zaczynają wspierać proces podejmowania decyzji oraz wybór partnerów w łańcuchu dostaw. Ponadto organizacje mogą tworzyć bezpieczniejsze warunki pracy, lepiej szkolić pracowników oraz inwestować w ich edukację i podnoszenie kwalifikacji.

Dzięki analizom danych firmy mogą wybierać materiały zgodne z zasadami zrównoważonego rozwoju i optymalizować wykorzystanie surowców, aby zminimalizować ilość odpadów. Mogą również symulować wpływ stosowania materiałów pochodzących z recyklingu lub określić, którzy dostawcy sprzętu mogą zapewnić większą efektywność energetyczną i łatwość naprawy, oprócz wydajności i kosztów. Minimalizacja przestojów zmniejsza zapotrzebowanie na energię i koszt jednostkowy produktów, przyczyniając się jednocześnie do zmniejszenia śladu węglowego.

Zrozumienie, kiedy maszyna wymaga konserwacji, może pomóc w ograniczeniu przestojów podczas produkcji. Podobnie można zaplanować trasy logistyczne tak, aby zminimalizować odległości transportowe i związane z nimi emisje dwutlenku węgla, a jednocześnie zapewnić elastyczność dzięki inteligentnemu zarządzaniu zapasami w przypadku wystąpienia problemów.

Planowanie produkcji pozwala przedsiębiorstwom tworzyć punkty połączeń umożliwiające obieg materiałów w obiegu zamkniętym. Dzięki wczesnemu zrozumieniu, gdzie powstaną nieuniknione odpady, można opracować plany ponownego wykorzystania, recyklingu lub zmiany przeznaczenia pozostałych materiałów.

Realizacja produkcji ma kluczowe znaczenie dla osiągnięcia celów zrównoważonego rozwoju, jednak monitorowanie i wdrażanie zrównoważonych procesów może stanowić poważną przeszkodę. Chociaż symulacja produkcji na etapie projektowania pomaga w znalezieniu rozwiązań, rzeczywista złożoność często wymaga ścisłego powiązania między systemami cyfrowymi a fizycznymi.

Na szczęście rozwiązania cyfrowe dają możliwość poprawy jakości i wydajności. Nawet doświadczeni producenci borykają się z nieefektywnością podczas uruchamiania nowej produkcji, co prowadzi do marnotrawstwa materiałów, energii i czasu. Integracja danych rzeczywistych z cyfrowym bliźniakiem umożliwia szybszą optymalizację, zwiększając zarówno rentowność, jak i zrównoważony rozwój.

W niektórych regionach rosną koszty energii, co sprawia, że efektywność staje się jeszcze ważniejsza. Postrzeganie realizacji jako części większego systemu może ujawnić możliwości oszczędności kosztów i emisji. Na przykład wydajne silniki mogą zmniejszyć zużycie energii nawet o 30%, procesy wymagające dużej ilości energii można dostosować do wytwarzania energii słonecznej, a optymalizacja Intralogistyki może ograniczyć niepotrzebne przemieszczanie się w fabryce, zmniejszając zarówno zapotrzebowanie na energię, jak i ślad węglowy.

Wiodący producent produktów do snu, firma Pikolin, poważnie potraktowała swoją strategię zrównoważonego rozwoju, wdrażając w nowym zakładzie narzędzia Simatic Scada i Energy Management. Nowa fabryka Pikolin integruje produkcję od surowców po gotowe produkty, zapewniając wysoką jakość przy jednoczesnej maksymalizacji wydajności. Zaprojektowana z myślą o zrównoważonym rozwoju i rentowności, spełnia normy energetyczne ISO 14001 i 50001, obniżając koszty i zwiększając wydajność. W wyniku tych zrównoważonych działań zakład Pikolin zużywa o 40% mniej gazu ziemnego, a mimo to ma o 30% większą zdolność produkcyjną, co ilustruje pozytywne wyniki optymalizacji zakładu.

Wraz z pełnym rozkręceniem produkcji kolejnym etapem jest monitorowanie. Dzięki ciągłemu monitorowaniu zakładów i procesu produkcji producenci mogą aktywnie usprawniać produkcję. Częścią tej strategii wyprzedzającej jest konserwacja predykcyjna maszyn, mająca na celu utrzymanie ich pracy z maksymalną wydajnością lub wykrywanie problemów, zanim jeszcze wystąpią. To, w jaki sposób monitorowanie najlepiej usprawnia produkcję, zależy od kluczowych wskaźników efektywności (KPI) danej firmy, ale niektóre z nich są wspólne dla wszystkich: zużycie energii na poziomie maszyn, linii i zakładu, przepływ materiałów i wykorzystanie zasobów oraz bezpieczeństwo pracowników,

Automatyzacja może ograniczyć nieergonomiczne ruchy pracowników, odsuwając ich od niebezpiecznych procesów. Jednocześnie jednak robotyka w fabryce musi być bezpieczna dla pracowników na hali produkcyjnej. Nie wszystkie zautomatyzowane zadania można całkowicie oddzielić, a monitorowanie wszelkich niebezpiecznych warunków pracy będzie nieocenione w miarę jak fabryki stają się coraz bardziej wydajne i zrównoważone.

Ostatnim elementem na drodze do zrównoważonej produkcji jest optymalizacja. To właśnie w tym obszarze firmy mogą osiągnąć największy zwrot z inwestycji. Dzięki ciągłej optymalizacji produkcji producenci mogą wyprzedzać konkurencję.

Integracja IT/OT umożliwia kierownikom zakładów identyfikację i przewidywanie trendów, co pozwala im proaktywnie dostosowywać operacje i zaopatrzenie w materiały w celu dostosowania się do nieplanowanych zakłóceń. Umożliwia to śledzenie zużycia energii, wody oraz danych dostawców w celu określenia śladu węglowego procesów produkcyjnych w całym łańcuchu wartości.

Ponadto, gdy maszyna lub część procesu produkcyjnego ulegnie awarii, należy rozważyć jej naprawę lub modernizację. Posiadanie cyfrowego bliźniaka produkcji w zamkniętej pętli z produkcją pomaga w podejmowaniu decyzji, takich jak: gdzie zmodyfikować sprzęt, aby zapobiec awariom, które części wymienić i jak najlepiej postępować zgodnie z procedurami naprawczymi.

Na przykład firma Spinnova, zajmująca się technologią tekstylną, przyspieszyła produkcję włókien poprzez integrację automatyzacji i technologii cyfrowego bliźniaka, optymalizując operacje i skracając czas wprowadzenia produktu na rynek. Wirtualne uruchomienie usprawniło konfigurację fabryki, a analiza danych w czasie rzeczywistym poprawiła wydajność, pozwoliła zidentyfikować wąskie gardła i zapewniła stałą jakość od surowców po gotowe włókno. Optymalizacja energetyczna dodatkowo wzmocniła operacje, sprawiając, że produkcja firmy stała się bardziej odporna i opłacalna. Wykorzystując technologie Siemens Xcelerator, firma Spinnova nie tylko szybciej się rozrosła, ale także wyznaczyła nowy standard zrównoważonej produkcji, udowadniając, że wydajność i odpowiedzialność za środowisko mogą iść w parze w przemyśle tekstylnym.