Dois colegas de trabalho conversam atrás de uma célula de fabricação no chão de fábrica.

Aproveitando a IA em uma empresa digital sustentável

Para se manter à frente, as empresas devem se tornar empresas digitais sustentáveis. Ao aproveitar tecnologias avançadas, essas empresas também podem aumentar a agilidade e a eficiência. Esta discussão se concentra no papel da IA na melhoria da qualidade da produção, do tempo de colocação no mercado e da eficiência de recursos em fábricas modernas.

Moldando o curso da história

O curso da história foi moldado por pensadores inovadores que puderam conceber novas abordagens para os desafios que enfrentaram. De fato, a idade da pedra não acabou porque ficamos sem pedras, mas por causa do desenvolvimento de soluções novas e mais eficazes para os problemas da época.

O futuro está sendo moldado da mesma maneira. Tendências multidimensionais que abrangem negócios, sociedade e tecnologia estão gerando novos desafios para as empresas modernas. Superar esses desafios exigirá que as empresas inovem e adotem novos métodos de gerenciamento de seus negócios. Especificamente, as empresas devem se transformar em empresas digitais sustentáveis para gerenciar os ciclos de vida do produto e da produção nos mundos real e digital.

A principal característica de uma empresa digital é sua capacidade de unir os mundos real e digital, coletando dados das operações e transformando-os em insights que impulsionam melhorias no mundo real. A união desses dois mundos permite o fluxo de dados entre todas as partes interessadas envolvidas no ciclo de vida do produto, da produção e do serviço. Esse fluxo livre de dados aumenta a capacidade de uma empresa digital de se adaptar às demandas do mercado, inovar com mais rapidez e aprimorar a qualidade, ao mesmo tempo em que reduz as emissões de carbono e o uso de recursos.

Principais conclusões:

Características importantes de uma empresa digital sustentável
Como a IA se encaixa em empresas digitais sustentáveis
Como os fabricantes podem aplicar a IA hoje para auxiliar nos esforços de descarbonização e melhorar a qualidade e o tempo de colocação no mercado

Factory worker operating machinery in an electronics manufacturing facility

Two employees walk and talk on the shop floor at Siemens Electronics Factory, Erlangen.

A jornada de transformação digital: Siemens Electronics, Erlangen

Da Siemens fábrica de eletrônicos de última geração em Erlangen, Alemanha enfrentou os mesmos desafios que muitos fabricantes estão tentando superar. A fábrica precisava encontrar formas de produzir produtos e, ao mesmo tempo, priorizar a descarbonização, a velocidade, a qualidade e a relação custo-benefício. A fábrica de eletrônicos da Siemens em Erlangen, que produz conversores de frequência SINAMICS e controladores CNC SINUMERIK para a Siemens e seus clientes, também teve que navegar pela integração de soluções digitais inteligentes em infraestrutura e sistemas legados dentro da fábrica.

A fábrica reconheceu que esses desafios não poderiam ser superados sem adotar a digitalização para continuar uma transformação contínua em uma empresa digital sustentável que começou décadas antes. As soluções digitais para engenharia, gerenciamento do chão de fábrica, gerenciamento do ciclo de vida do produto e muito mais fornecem a base. Com elas implementadas, tecnologias e funções mais avançadas podem ser construídas para aprimorar ainda mais as operações em Erlangen.

A inteligência artificial industrial (IA) é uma das tecnologias avançadas em uso no local. Onde uma IA focada no consumidor pode ajudar a gerar texto para um discurso de casamento ou imagens para seu perfil de mídia social, os sistemas de IA industrial implantados na fábrica controlam o maquinário, gerenciam as operações no chão de fábrica e analisam dados para indicar o desempenho e orientar a tomada de decisões. Esses sistemas de IA industrial devem ser robustos, confiáveis e comprovadamente seguros, mesmo quando trabalham em estreita colaboração com trabalhadores humanos.

Hoje, vamos explorar como a Fábrica de Eletrônicos da Siemens em Erlangen está usando a IA de nível industrial para oferecer suporte a uma maior descarbonização, qualidade e tempo de colocação no mercado.

A jornada de transformação digital: Siemens Electronics, Erlangen

Antes que processos, máquinas e sistemas possam ser aprimorados, eles devem ser entendidos por meio da coleta e análise de dados. Uma empresa digital gera imensas quantidades de dados durante as operações diárias. Em um ambiente de fábrica, isso pode incluir informações sobre o consumo de energia de vários sistemas e de toda a fábrica, dados de produtividade, dados operacionais em tempo real provenientes de máquinas conectadas e muito mais. Coletar e entender esses dados é fundamental para o gerenciamento de uma fábrica digital moderna, mas a grande quantidade de dados torna sua agregação e análise uma tarefa desafiadora.

An employee checks an industrial robot.</br>

A worker checks a laptop on the shop floor.

IA Industrial: eficiência, velocidade e qualidade

Felizmente, os fluxos de dados conectados de uma empresa digital apresentam uma oportunidade de ouro para a aplicação da IA acelerar a análise desses imensos conjuntos de dados. Isso impulsionará otimizações em vários aspectos da fábrica, tanto no chão de fábrica quanto em outros sistemas, com muito mais rapidez do que antes. A fábrica da Siemens Electronics em Erlangen, por exemplo, aproveitou dados de toda a fábrica para implementar medidas inteligentes de eficiência energética, reduzindo seu consumo de energia em 25% e sua pegada líquida de carbono em 50%. Além disso, melhorias direcionadas à eficiência da produção ajudaram a reduzir a energia usada para produzir cada produto em 50%.

A IA também permite verdadeiros esquemas de manutenção preditiva para garantir que o tempo de inatividade da máquina nunca seja uma surpresa para os operadores da fábrica. Os dados da máquina e de manutenção são analisados e comparados com casos anteriores para identificar padrões e possíveis soluções. A fábrica faz uso da manutenção preditiva em um processo de fresamento que ocorre como parte da produção de placas de circuito impresso. O processo de fresamento produz uma poeira fina que se acumula nos eixos de fresamento e pode impedir a rotação dos fusos ou, com acúmulo suficiente, causar paradas não planejadas. Para evitar esses atrasos onerosos, a solução de manutenção preditiva monitora a corrente e a velocidade do fuso para observar anomalias e até mesmo prever estados críticos futuros.

Processos inteligentes são processos melhores

A IA também pode ser transformadora para processos e máquinas individuais, permitindo até mesmo uma colaboração mais estreita entre humanos e robótica no chão de fábrica de maneira eficiente e segura. A fábrica da Siemens Electronics em Erlangen emprega inteligência artificial e visão computacional para permitir que braços robóticos escolham e posicionem peças com a mesma flexibilidade e destreza de um operador humano. Os braços robóticos tradicionais não têm a capacidade de distinguir entre partes diferentes, exigindo que as peças sejam pré-classificadas e organizadas. A incorporação da IA nos sistemas de controle dos robôs permite que eles identifiquem e peguem várias peças de uma caixa não classificada e as coloquem exatamente onde elas pertencem.

Ao tornar o robô mais inteligente, esses tipos de operações tediosas de coleta e colocação podem ser realizados de forma totalmente automática por robôs econômicos. Obviamente, antes que esses braços robóticos inteligentes possam ser acionados, eles devem ser treinados. Como uma empresa digital, a fábrica pode empregar simulações baseadas em física e o Digital Twin para treinar virtualmente os algoritmos no reconhecimento, seleção e posicionamento de peças. Os dados sintéticos de treinamento são gerados e rotulados automaticamente, aumentando a velocidade e reduzindo o esforço necessário para treinar os braços robóticos.

A manufacturing cell that contains robots enabled by AI to pick and place parts.

A Siemens expert points out a digital twin of a PCB production process on a screen to a colleague.</br>

Usando a IA para melhorar a precisão e a eficiência

Processos mais sensíveis também podem ser automatizados dando à robótica destreza manual como a de uma mão humana. A integração de sensores de força e torque no efetor final de um braço robótico controlado por IA permite que ele detecte e ajuste com precisão a força que está usando para manipular um objeto. Isso é crucial para processos que envolvem peças delicadas e pequenas, como componentes de uma placa de circuito impresso (PCB). Na verdade, os braços robóticos que lidam com tarefas tão delicadas podem exigir o mesmo “Fingerspitzengefühl” de um cirurgião costurando uma ferida!

Na Fábrica de Eletrônicos da Siemens em Erlangen, a produção de PCBs envolve o encaixe de componentes eletrônicos com fio por meio de pequenos orifícios no substrato, chamados de tecnologia de orifícios passantes (THT). O THT envolve peças muito sensíveis e delicadas sendo conectadas a orifícios muito pequenos no PCB, geralmente com apenas décimos de milímetro de diâmetro. A IA permite que a robótica manuseie os componentes com cuidado, garantindo que eles sejam colocados com precisão e protegidos sem causar danos. Em suma, a automação de uma tarefa tão delicada aumenta a qualidade do processo e libera os trabalhadores humanos do tédio e da baixa ergonomia associados a essa tarefa.

Além dos benefícios imediatos da IA, como maior qualidade de produção e redução de custos, a adição da IA ao ambiente de chão de fábrica também contribuiu para a sustentabilidade da fábrica. A maior precisão e exatidão do processo automatizado de encaixe THT reduz a sucata e, portanto, o desperdício de material e energia, tornando a fábrica mais eficiente em geral. Como a robótica inteligente não exige mais peças pré-classificadas, as incrustações de plástico que antes eram necessárias para organizar as peças classificadas se tornaram obsoletas. O resultado é a eliminação de milhares de peças plásticas que acabam como resíduos.

O futuro das empresas digitais sustentáveis

Uma empresa digital pode aproveitar a IA e as grandes quantidades de dados gerados todos os dias para identificar e aproveitar as oportunidades de descarbonização, reduzir o uso de recursos, reciclagem e muito mais, em processos internos e cadeias de suprimentos globais. As decisões tomadas no design do produto, por exemplo, são responsáveis por 80% do impacto ambiental de um produto que chega ao mundo real — em outras palavras, o desperdício não passa de uma falha de design. Uma empresa digital sustentável pode usar uma combinação do abrangente Digital Twin, dados e IA para entender os custos relativos de sustentabilidade de várias decisões de design, otimizando para obter desempenho eficiente, uso de material e reciclabilidade.

Na produção, a IA pode ajudar a otimizar os cronogramas de produção para atender à demanda, identificar oportunidades de eficiência energética e, como em Erlangen, melhorar consideravelmente a qualidade da produção e reduzir a sucata e o desperdício de material. E, talvez o mais importante, a IA pode se tornar uma ferramenta poderosa no gerenciamento de elaboradas cadeias de suprimentos globais, ajudando as empresas a selecionar fornecedores e construir sistemas logísticos com base em custo, qualidade e sustentabilidade. À medida que continuamos evoluindo e expandindo as capacidades de uma empresa digital sustentável, instalações como a Siemens Electronics Factory em Erlangen oferecem um campo de testes crucial para tecnologias e soluções que podem ajudar os clientes a se transformarem para superar os desafios de hoje e de amanhã.

A Siemens expert points out a Digital Twin of a product on a screen to a colleague.</br>