Manufatura inteligente é manufatura sustentável

O sucesso começa com a definição de uma estratégia de manufatura. Esse processo envolve avaliações básicas para entender os impactos das decisões iniciais sobre os requisitos de manufatura, incluindo determinar o que comprar dos fornecedores, quais componentes do produto fabricar internamente, selecionar cuidadosamente parceiros e fornecedores e onde fabricar novos produtos. Cada uma dessas decisões afetará diretamente o sucesso de um negócio – e escolher opções sustentáveis geralmente é a solução para o sucesso a longo prazo.

As estratégias de compra podem mudar drasticamente quando se leva em consideração também as implicações do uso de energia, o consumo de recursos, a pegada de carbono e as práticas de circularidade. Em vez de comprar os componentes de menor custo para as necessidades funcionais de um produto, os fabricantes precisam equilibrar os custos com a pegada de carbono associada aos componentes selecionados. Os materiais e os componentes devem ser adquiridos de um fornecedor que compartilhe uma mentalidade sustentável e a estratégia para movimentar mercadorias precisa ser definida desde o início. Felizmente, a digitalização e a automação ajudam a reduzir a carga do aumento da complexidade nesse processo de estratégia de fabricação redefinido.

Ao coletar e analisar dados relevantes, as decisões podem ser tomadas com confiança. Se for necessária mais capacidade de manufatura para um novo produto, entender as necessidades e as metas de uma instalação no mundo digital pode ajudar a determinar novos locais e layouts da planta para equilibrar o impacto ambiental da construção, o uso de energia das linhas de manufatura e as taxas de produção estimadas. Os KPIs de sustentabilidade, como eficiência energética, são mais simples agora que diferentes cenários podem ser avaliados no Digital Twin.

Essa tecnologia permite que os tomadores de decisão simulem tudo, desde iluminação e controle de temperatura até o impacto ambiental de sua cadeia de suprimentos. Equipadas com essas informações desde o início, as organizações podem tomar melhores decisões.

A próxima fase para integrar a sustentabilidade é o projeto de linhas, processos e plantas. Ao primeiro criar um modelo detalhado para produção no mundo digital, as empresas podem simular diferentes cenários para otimizar o desempenho em todo o ambiente da fábrica.

Com um projeto no mundo digital, as empresas podem implementar maior automação e agilizar a produção para evitar lapsos na eficiência. Uma máquina ociosa, por exemplo, tem um custo de oportunidade de não estar operando, mas há uma despesa operacional decorrente da energia que está sendo extraída, o que, por sua vez, tem um impacto na pegada de carbono com base na fonte dessa energia, reduzindo simultaneamente os custos de investimento em materiais físicos.

Operar um motor por mais tempo do que é preciso ou transportar material além do necessário pode não ter um grande impacto por produto, mas essas ineficiências se acumulam rapidamente. As soluções sustentáveis para esses problemas comuns também não se limitam a ambientes novos. O processo de projeto também se aplica a instalações abandonadas. Embora isso possa parecer uma tarefa monumental, ela é alcançada por meio da reorganização das linhas de manufatura para acomodar mais capacidade de produção no mesmo espaço, da atualização de processos e maquinários para acompanhar o crescimento do mercado ou da atualização de sistemas de hardware para reduzir o consumo de energia e da instalação de infraestrutura, como painéis solares ou armazenamento de baterias, para capitalizar melhor as fontes de energia renováveis.

Por exemplo, a construtora de máquinas da Suábia, Hugo Beck, conseguiu transformar a indústria de embalagens e seus negócios com o Digital Twin. Com a tecnologia da Siemens, os engenheiros usaram o Digital Twin para projetar uma máquina que adapta a embalagem às dimensões do produto, otimizando o desempenho por meio de simulações digitais. Devido à inovação e ao compromisso de encontrar soluções que atendam às metas ambientais e comerciais, a Hugo Beck reduziu o uso de energia em 20%, o tempo de comissionamento em 50%, os materiais de embalagem em 30% e o volume da embalagem em 10%.
O Digital Twin ajuda as empresas a delinear suas necessidades com antecedência e avaliar muitas possibilidades diferentes para encontrar processos sustentáveis. Estratégias de manutenção inadequadas podem reduzir o desempenho geral de uma fábrica em 5 a 20%. Em outras palavras, o excesso de manutenção resulta em gastos excessivos, tornando o Digital Twin um componente vital para operações eficientes.

O planejamento da produção é onde os investimentos em digitalização mostram seu valor. O uso eficiente de materiais, pessoas e máquinas torna os negócios eficazes. É aqui também que as simulações abrangentes e a validação de requisitos começam a auxiliar na tomada de decisões e na seleção de parceiros da cadeia de suprimentos. Além disso, as organizações podem criar condições de trabalho mais seguras, treinar melhor os trabalhadores e investir na educação e na qualificação de seus funcionários.

Com insights de dados, as empresas podem selecionar materiais sustentáveis e otimizar o uso de matérias-primas para minimizar as taxas de refugo. Eles também podem simular o impacto do uso de materiais reciclados ou determinar quais fornecedores de equipamentos podem oferecer maior eficiência energética e capacidade de reparo, além de produtividade e custo. Minimizar os tempos de inatividade reduz as demandas de energia e o custo por unidade dos produtos, além de contribuir para uma menor pegada de carbono.

Entender quando uma máquina precisa de manutenção pode ajudar a reduzir as trocas durante a produção. Da mesma forma, as rotas logísticas podem ser planejadas para minimizar as distâncias de transporte e as emissões de carbono associadas, ao mesmo tempo em que permitem flexibilidade com a gestão inteligente de inventário em caso de problemas.

O planejamento da produção é como as empresas podem construir pontos de conexão para permitir um fluxo circular de materiais. Ao entender onde os desperdícios inevitáveis serão produzidos desde o início, é possível traçar planos para reutilizar, reciclar ou reaproveitar os materiais restantes.

A execução da produção é fundamental para atingir as metas de sustentabilidade, mas rastrear e aplicar processos sustentáveis pode ser um grande obstáculo. Embora a simulação da produção durante o projeto ajude a encontrar soluções, a complexidade do mundo real geralmente exige uma conexão em circuito fechado entre os sistemas digitais e físicos.

Felizmente, as soluções digitais oferecem oportunidades para melhorar a qualidade e os rendimentos. Até mesmo fabricantes experientes enfrentam ineficiências ao lançar uma nova produção, levando ao desperdício de materiais, energia e tempo. A integração de dados do mundo real com um gêmeo digital permite uma otimização mais rápida, impulsionando a lucratividade e a sustentabilidade.

Os custos de energia estão aumentando em algumas regiões, tornando a eficiência mais crítica. Visualizar a execução como parte de um sistema maior pode revelar economias de custos e emissões. Por exemplo, motores eficientes podem reduzir o uso de energia em até 30%, processos de alta energia podem se alinhar à geração solar e otimizar a intralogística pode reduzir viagens desnecessárias à fábrica, diminuindo a demanda de energia e a pegada de carbono.

A fabricante líder de colchões e travesseiros, Pikolin, levou sua estratégia de sustentabilidade a sério ao incorporar as ferramentas Simatic Scada e Energy Management em suas novas instalações. A nova fábrica da Pikolin integra a produção de matérias-primas a produtos acabados, garantindo alta qualidade e maximizando a eficiência. Projetada para sustentabilidade e lucratividade, ela atende aos padrões de energia ISO 14001 e 50001, reduzindo custos e aumentando a produtividade. Como resultado de seus esforços sustentáveis, as instalações da Pikolin consomem 40% menos gás natural e ainda têm 30% a mais de capacidade de produção, ilustrando os resultados positivos da otimização da planta.

Com a produção a pleno vapor, a próxima fase da jornada é o monitoramento. Ao monitorar continuamente as plantas e a produção, os fabricantes podem melhorar proativamente a produção. A manutenção preditiva das máquinas para mantê-las operando com eficiência máxima ou detectando problemas antes que eles ocorram faz parte dessa estratégia antecipatória. A melhor forma como esse monitoramento aprimora a manufatura se resume aos KPIs da empresa, mas alguns dos mais comuns são o consumo de energia para análise de máquinas, linhas e instalações, fluxo de materiais e utilização de recursos e segurança dos trabalhadores.

A automação pode limitar os movimentos não ergonômicos dos funcionários para afastá-los de processos perigosos. Mas, ao mesmo tempo, a robótica na planta precisa ser segura para os trabalhadores no chão de fábrica. Nem todas as tarefas automatizadas podem ser totalmente separadas e o monitoramento de quaisquer condições de trabalho inseguras será inestimável à medida que as fábricas se tornarem mais eficientes e sustentáveis.

A mudança final no caminho para a produção sustentável é a otimização. É aqui que as empresas podem obter o maior retorno dos investimentos. Por meio da otimização contínua da produção, os fabricantes podem ficar à frente de seus concorrentes.

A integração de dados de TI e TO permite que os gerentes de fábrica identifiquem e prevejam tendências que lhes permitem ajustar proativamente as operações e o fornecimento de materiais para se adaptarem a interrupções não planejadas. Isso permite que eles rastreiem o uso de energia, o consumo de água e os dados dos fornecedores para determinar a pegada de carbono dos processos de produção em toda a cadeia de valor.

Além disso, quando uma máquina ou parte do processo de fabricação falha, ela deve ser analisada com atenção para reparos e reformas. Ter um gêmeo digital da manufatura em um circuito fechado com a produção ajuda a tomar decisões, como onde modificar o equipamento para evitar falhas, quais peças substituir e a melhor forma de seguir os procedimentos de reparo.

Por exemplo, a tecnologia têxtil Spinnova acelerou sua produção de fibra integrando automação e tecnologia de gêmeo digital, otimizando as operações e reduzindo o tempo de lançamento no mercado. O comissionamento virtual simplificou a configuração da fábrica, enquanto a análise de dados em tempo real melhorou a eficiência, identificou gargalos e garantiu uma qualidade consistente das matérias-primas à fibra acabada. A otimização de energia fortaleceu ainda mais as operações, tornando a produção da empresa mais resiliente e econômica. Ao aproveitar as tecnologias do Siemens Xcelerator, a Spinnova não apenas cresceu mais rápido, mas também estabeleceu uma nova referência para a manufatura sustentável, provando que a eficiência e a responsabilidade ambiental podem andar de mãos dadas na indústria têxtil.