Dois colegas de trabalho conversam atrás de uma célula de fabrico num chão de fábrica.

Aproveitando a IA numa empresa digital sustentável

Para se manterem à frente, as empresas têm de se tornar empresas digitais sustentáveis. Ao alavancar tecnologias avançadas, estas empresas também podem aumentar a agilidade e a eficiência. Esta discussão centra-se no papel da IA na melhoria da qualidade da produção, do tempo de colocação no mercado e na eficiência dos recursos nas fábricas modernas.

Moldar o curso da história

O curso da história foi moldado por pensadores inovadores que poderiam conceber novas abordagens aos desafios que enfrentavam. Na verdade, a idade da pedra não terminou porque ficamos sem pedras mas por causa do desenvolvimento de soluções novas e mais eficazes para os problemas da época.

O futuro está a ser moldado da mesma maneira. As tendências multidimensionais que se estendem pelos negócios, sociedade e tecnologia estão a impulsionar novos desafios para as empresas modernas. A superação destes desafios exigirá que as empresas inovem e adotem novos métodos de gestão dos seus negócios. Especificamente, as empresas devem transformar-se em empresas digitais sustentáveis para gerir os ciclos de vida do produto e da produção, tanto no mundo real como no digital.

A principal característica de uma empresa digital é a sua capacidade de unir o mundo real e digital, recolhendo dados de operações e transformando-os em insights que impulsionam melhorias no mundo real. Juntar estes dois mundos permite o fluxo de dados entre todas as partes interessadas envolvidas no ciclo de vida do produto, produção e serviço. Este fluxo livre de dados sobrecarrega a capacidade de uma empresa digital de se adaptar às exigências do mercado, inovar mais rapidamente e melhorar a qualidade, ao mesmo tempo que reduz as emissões de carbono e a utilização de recursos.

Principais pontos de vista:

Características importantes de uma empresa digital sustentável
Como a IA se encaixa numa empresa digital sustentável
Como os fabricantes podem aplicar a IA hoje para ajudar 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 da transformação digital: Siemens Electronics, Erlangen

Siemens fábrica de electrónica de última geração em Erlangen, Alemanha enfrentou os mesmos desafios que muitos fabricantes estão a tentar ultrapassar. A fábrica precisava encontrar formas de produzir produtos ao mesmo tempo que priorizava a descarbonização, a velocidade, a qualidade e a relação custo-eficácia. A Siemens Electronics Factory em Erlangen, que produz conversores de frequência SINAMICS e controladores CNC SINUMERIK para a Siemens e seus clientes, também teve de navegar na integração de soluções digitais inteligentes em infraestruturas e sistemas legados dentro da fábrica.

A fábrica reconheceu que estes desafios não poderiam ser superados sem abraçar a digitalização para continuar uma transformação contínua numa empresa digital sustentável que começou décadas antes. Soluções digitais para engenharia, gestão de chão de fábrica, gestão do ciclo de vida do produto e muito mais fornecem a base. Com estes em vigor, tecnologias e funções mais avançadas podem ser construídas para melhorar ainda mais as operações na 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 o seu perfil nas redes sociais, os sistemas industriais de IA implantados nas máquinas de controlo de fábrica, gerir operações no chão de fábrica e analisar dados para indicar o desempenho e orientar a tomada de decisões. Estes sistemas industriais de IA devem ser robustos, fiáveis e comprovadamente seguros mesmo quando se trabalha em estreita colaboração com trabalhadores humanos.

Hoje, vamos explorar como a Siemens Electronics Factory em Erlangen está a fazer uso da IA de nível industrial para suportar uma maior descarbonização, qualidade e tempo de colocação no mercado.

A jornada da transformação digital: Siemens Electronics, Erlangen

Antes que processos, máquinas e sistemas possam ser melhorados, eles devem ser compreendidos através da recolha e análise de dados. Uma empresa digital gera imensas quantidades de dados durante as operações diárias. Num ambiente de fábrica, isso pode incluir informações sobre o consumo de energia de vários sistemas e de toda a instalação, dados de rendimento, dados operacionais em tempo real provenientes de máquinas conectadas e muito mais. Recolher e compreender estes dados é fundamental para a gestão de uma fábrica digital moderna, mas a enorme quantidade de dados torna a sua agregação e análise uma tarefa desafiadora.

An employee checks an industrial robot.</br>

A worker checks a laptop on the shop floor.

Industrial AI: Eficiência, velocidade, qualidade

Felizmente, os fluxos de dados conectados de uma empresa digital apresentam uma oportunidade de ouro para a aplicação da IA para acelerar a análise destes imensos conjuntos de dados. Isto irá conduzir otimizações para vários aspetos da fábrica, tanto no chão de fábrica como noutros sistemas muito mais rapidamente do que antes. A Siemens Electronics Factory em Erlangen, por exemplo, aproveitou dados de toda a fábrica para implementar medidas inteligentes de eficiência energética, reduzindo o seu consumo de energia em 25% e a sua pegada de carbono líquida 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 de fábrica. Os dados da máquina e da manutenção são analisados e comparados com casos anteriores para identificar padrões e soluções potenciais. A fábrica faz uso da manutenção preditiva num processo de fresagem que ocorre como parte da produção da placa de circuito impresso. O processo de fresagem produz uma poeira fina que se acumula nos fusos de fresagem e pode dificultar a rotação dos fusos ou, com acumulação suficiente, causar paragens não planeadas. Para evitar atrasos tão dispendiosos, a solução de manutenção preditiva monitoriza a corrente e a velocidade do fuso para observar anomalias e até prever futuros estados críticos.

Processos inteligentes são processos melhores

A IA também pode ser transformadora para processos e máquinas individuais, permitindo mesmo uma colaboração mais estreita entre humanos e robótica no chão de fábrica de uma forma eficiente e segura. A Siemens Electronics Factory em Erlangen emprega IA e visão computacional para permitir que os braços robóticos escolham e coloquem peças com a mesma flexibilidade e destreza que um operador humano. Os braços robóticos tradicionais não têm capacidade de distinguir entre diferentes partes, exigindo que as peças sejam pré-classificadas e organizadas. A incorporação da IA nos sistemas de controlo dos robôs permite-lhes identificar e agarrar várias partes de uma caixa não ordenada e colocá-las precisamente onde pertencem.

Ao tornar o robô mais inteligente, estes tipos de operações tediosas de pick-and-place podem ser realizadas de forma completamente automática por robôs económicos. Claro, antes que estes braços robóticos inteligentes possam ser desencadeados, eles devem ser treinados. Como uma empresa digital, a fábrica pode empregar simulações baseadas na física e o Digital Twin para treinar virtualmente os algoritmos no reconhecimento, seleção e colocação de peças. Os dados de treino sintéticos 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>

Utilizar a IA para aumentar 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-lhe sentir e ajustar com precisão a força que está a usar para manipular um objeto. Isto 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” que o de um cirurgião costurando uma ferida!

Na Siemens Electronics Factory em Erlangen, a produção de PCBs envolve o encaixe de componentes eletrónicos com fios através de pequenos orifícios no substrato, chamados tecnologia de furos através (THT). Isso envolve peças muito sensíveis e delicadas sendo conectadas a orifícios muito pequenos no PCB, muitas vezes meros décimos de milímetro de diâmetro. A IA permite que a robótica manuseie os componentes suavemente, garantindo que sejam colocados com precisão e protegidos sem incorrer em danos. Em suma, a automação de uma tarefa tão delicada aumenta a qualidade do processo e liberta os trabalhadores humanos do tédio e da baixa ergonomia associada a tal tarefa.

Para além dos benefícios imediatos da IA, tais como o aumento da qualidade da produção e redução de custos, a adição de IA no ambiente do chão de fábrica também contribuiu para a sustentabilidade da fábrica. O aumento da precisão e exatidão do processo automatizado de montagem THT reduz a sucata e, portanto, o desperdício de material e energia, tornando a fábrica mais eficiente em geral. Uma vez que a robótica inteligente já não requer peças pré-ordenadas, as incrustações de plástico que antes eram necessárias para organizar as peças separadas tornaram-se obsoletas. O resultado é a eliminação de milhares de peças de plástico que acabam por ser desperdícios.

O futuro das empresas digitais sustentáveis

Uma empresa digital pode alavancar a IA e as vastas quantidades de dados gerados todos os dias para identificar e agir sobre oportunidades de descarbonização, reduzir o uso de recursos, reciclagem e muito mais, tanto em processos internos como em cadeias de abastecimento globais. As decisões tomadas no design do produto, por exemplo, representam 80% do impacto ambiental de um produto que atinge o mundo real — por outras palavras, o desperdício não é mais do que 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 um desempenho eficiente, uso de material e reciclabilidade.

Na produção, a IA pode ajudar a otimizar os cronogramas de produção para corresponder à procura, identificar oportunidades de eficiência energética e, como em Erlangen, melhorar muito a qualidade da produção e reduzir a sucata e o desperdício de material. E, talvez o mais importante, a IA pode tornar-se uma ferramenta poderosa na gestão de cadeias de abastecimento globais elaboradas, ajudando as empresas a selecionar fornecedores e a construir sistemas logísticos com base no custo, qualidade e sustentabilidade. À medida que continuamos a evoluir e a expandir as capacidades de uma empresa digital sustentável, instalações como a Siemens Electronics Factory em Erlangen oferecem um campo de prova crucial para tecnologias e soluções que podem ajudar os clientes a transformarem-se 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>