Manufatura inteligente é produção sustentável

O sucesso começa com a definição de uma estratégia de fabrico. Este processo envolve avaliações de primeira ordem para entender os impactos das decisões iniciais sobre os requisitos de fabricação, incluindo determinar o que comprar dos fornecedores, quais componentes do produto fabricam internamente, selecionar cuidadosamente parceiros e fornecedores e onde fabricar novos produtos. Cada uma dessas decisões impactará diretamente o sucesso de um negócio — e a escolha de opções sustentáveis é muitas vezes a solução para o sucesso a longo prazo.

As estratégias de compra podem mudar drasticamente quando também se consideram as implicações do uso de energia, consumo de recursos, pegada de carbono e 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 de componentes selecionados. Os materiais e componentes devem ser provenientes de um fornecedor que partilhe uma mentalidade sustentável e a estratégia para a movimentação de mercadorias tem de ser definida desde o início. Felizmente, a digitalização e a automação ajudam a reduzir o ónus do aumento da complexidade neste processo de estratégia de fabrico redefinido.

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

Esta tecnologia permite que os decisores simulem tudo, desde a iluminação e o controlo climático até ao impacto ambiental da sua cadeia de abastecimento. Equipado com esta informação desde o início ajuda as organizações a tomar melhores decisões.

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

Ao projetar no mundo digital, as empresas podem implementar uma maior automação e agilizar a produção para evitar lapsos de eficiência. Uma máquina de marcha lenta, por exemplo, tem um custo de oportunidade de não funcionar, mas há uma despesa operacional da energia que está a ser extraída, que por sua vez tem um impacto na pegada de carbono com base na fonte dessa energia, reduzindo simultaneamente os custos de investimento dos materiais físicos.

O funcionamento de um motor por mais tempo do que o necessário ou o transporte de material para mais longe do que o necessário pode não ter um grande impacto numa base por produto, mas essas ineficiências aumentam rapidamente. As soluções sustentáveis para estes problemas comuns também não se limitam a ambientes verdes. O processo de projeto também se aplica a instalações de brownfield. Embora isso possa parecer um empreendimento monumental, é conseguido através da reorganização das linhas de produção para encaixar mais capacidade de produção no mesmo espaço, atualizando processos e máquinas para acompanhar o crescimento do mercado ou, atualizando sistemas de hardware para reduzir o consumo de energia, e instalando infraestruturas como painéis solares ou armazenamento de bateria para melhor capitalizar as fontes de energia renováveis.

Por exemplo, o construtor de máquinas da Suábia, Hugo Beck conseguiu transformar a indústria de embalagens e o seu negócio com o Digital Twin. Empoderados pela tecnologia Siemens, os engenheiros usaram o Digital Twin para projetar uma máquina que adapta a embalagem às dimensões do produto, otimizando o desempenho através de simulações digitais. Devido à sua inovação e compromisso em encontrar soluções que atendam aos objetivos ambientais e empresariais, a Hugo Beck reduziu o consumo de energia em 20%, o tempo de comissionamento em 50%, o material de embalagem em 30% e o volume de embalagens em 10%.No geral, o Digital Twin ajuda as empresas a delinear as suas necessidades mais cedo e avaliar muitas possibilidades diferentes para encontrar processos sustentáveis. Estratégias de manutenção deficientes podem reduzir o desempenho geral de uma fábrica em 5 a 20%. Ou seja, o excesso de manutenção equivale a gastos excessivos, tornando o Digital Twin um componente vital para operações eficientes na fábrica.

O planeamento da produção é onde os investimentos em digitalização mostram valor. A utilização eficiente de materiais, pessoas e máquinas torna as empresas eficazes. É também aqui que começam as simulações abrangentes e a validação de requisitos para auxiliar a tomada de decisão e a seleção de parceiros da cadeia de abastecimento. Além disso, as organizações podem criar condições de trabalho mais seguras, formar melhor os trabalhadores e investir na educação e na qualificação dos seus empregados.

Com insights de dados, as empresas podem selecionar materiais sustentáveis e otimizar o uso de matéria-prima para minimizar as taxas de sucata. 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 reparação, além do rendimento e do custo. Minimizar os tempos ociosos reduz as necessidades de energia e o custo unitário dos produtos, ao mesmo tempo que contribui para uma menor pegada de carbono.

Compreender quando uma máquina precisa de manutenção pode ajudar a reduzir as comutações durante a produção. Da mesma forma, rotas logísticas podem ser planeadas para minimizar as distâncias de transporte e as suas emissões de carbono associadas, permitindo também flexibilidade com gestão inteligente de inventário em caso de problemas.

O planeamento da produção é a forma como as empresas podem construir pontos de ligação para permitir um fluxo de material circular. Ao entender onde os resíduos inevitáveis serão produzidos desde o início, podem ser feitos planos para reutilizar, reciclar ou reaproveitar os materiais remanescentes.

A execução da produção é fundamental para atingir os objetivos 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 muitas vezes requer uma conexão em circuito fechado entre sistemas digitais e físicos.

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

Os custos da energia estão a aumentar nalgumas regiões, tornando a eficiência mais crítica. Ver a execução como parte de um sistema maior pode revelar economias de custos e emissões. Por exemplo, motores eficientes podem reduzir o consumo de energia em até 30%, processos de alta energia podem alinhar-se com a geração solar e otimizar a intralogística pode reduzir as viagens desnecessárias da fábrica, diminuindo tanto a procura de energia como a pegada de carbono.

A Pikolin, fabricante líder de produtos para dormir, levou a sério a sua estratégia de sustentabilidade ao incorporar as ferramentas Smatic Scada e Energy Management nas suas novas instalações. A nova fábrica da Pikolin integra a produção de matérias-primas a produtos acabados, garantindo alta qualidade e maximizando a eficiência. Concebido para a sustentabilidade e rentabilidade, cumpre as normas de energia ISO 14001 e 50001, reduzindo custos e aumentando a produtividade. Fruto dos seus esforços sustentáveis, as instalações da Pikolin consomem 40% menos gás natural e ainda têm 30% mais capacidade de produção, ilustrando os resultados positivos da otimização da planta.

Com a produção em pleno andamento, a próxima fase do percurso é a monitorização. Ao monitorizar continuamente as instalações e a produção, os fabricantes podem melhorar proativamente a produção. A manutenção preditiva das máquinas para as manter a funcionar com o máximo de eficiência ou detetar problemas antes que estes ocorram faz parte desta estratégia antecipatória. A forma como este monitoramento melhora melhor a fabricação se resume aos KPIs do negócio, mas alguns comuns são o consumo de energia para a análise de nível de máquina, linha e planta, fluxo de material e utilização de recursos, e segurança do trabalhador,

A automação pode limitar os movimentos não ergonómicos para os funcionários afastá-los de processos perigosos. Mas, ao mesmo tempo, a robótica na fábrica precisa de ser segura para os trabalhadores no chão. Nem todas as tarefas automatizadas podem ser totalmente separadas e a monitorização 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. Através da otimização contínua da produção, os fabricantes podem ficar à frente dos seus concorrentes.

A integração de dados de TI e TO permite que os gestores de instalações identifiquem e prevejam tendências que lhes permitem ajustar proativamente as operações e o fornecimento de material para se adaptarem a interrupções não planeadas. Isso permite que eles rastreiem o uso de energia, consumo de água e dados do fornecedor, 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 fabrico falha, deve ser analisada com atenção para reparação e remodelação. Ter um gémeo digital de fabrico em 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 reparação.

Por exemplo, a tecnologia têxtil Spinnova acelerou a sua produção de fibra integrando a automação e a tecnologia digital twin, otimizando as operações e reduzindo o tempo de colocação 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 a qualidade consistente das matérias-primas à fibra acabada. A otimização energética reforçou ainda mais as operações, tornando a produção da empresa mais resiliente e rentável. Ao alavancar as tecnologias Siemens Xcelerator, a Spinnova não só escalou mais rapidamente, mas também estabeleceu uma nova referência para o fabrico sustentável, provando que a eficiência e a responsabilidade ambiental podem andar de mãos dadas na indústria têxtil.