A manufatura inteligente é uma produção sustentável

O sucesso começa com a definição de uma estratégia de fabrico. Este processo envolve avaliações de primeira ordem para compreender os impactos das primeiras decisões sobre os requisitos de fabrico, incluindo determinar o que comprar dos fornecedores, quais os componentes do produto fabricados internamente, a seleção cuidadosa de parceiros e fornecedores e onde fabricar novos produtos. Cada uma destas decisões terá um impacto directo no 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 se considera também 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 partilha uma mentalidade sustentável e a estratégia para movimentar 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.

Ao recolher e analisar 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 de fábrica 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 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 para integrar a 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 em 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 de materiais físicos.

Operar um motor por mais tempo do que o necessário ou transportar 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 design também se aplica a instalações de brownfield. Embora isso possa parecer um empreendimento monumental, é conseguido reorganizando as linhas de fabrico 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 matrizes 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 abordem 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%. Por outras palavras, o excesso de manutenção é igual a gastos excessivos, tornando o Digital Twin um componente vital para operações eficientes de 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, treinar melhor os trabalhadores e investir na educação e na qualificação dos seus funcionários.

Com insights de dados, as empresas podem selecionar materiais sustentáveis e otimizar o uso de matéria-prima para minimizar as taxas de sucata. Podem também simular o impacto da utilização de materiais reciclados ou determinar quais fornecedores de equipamentos podem proporcionar 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, contribuindo também 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, as rotas logísticas podem ser planeadas para minimizar as distâncias de transporte e as suas emissões de carbono associadas, ao mesmo tempo que permitem flexibilidade com uma 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 compreender onde os resíduos inevitáveis serão produzidos desde o início, podem ser feitos planos para reutilizar, reciclar ou reaproveitar os materiais restantes.

A execução da produção é a chave para atingir os objetivos de sustentabilidade, mas rastrear e aplicar processos sustentáveis pode ser um grande obstáculo. Embora a simulação da produção durante o design ajude a encontrar soluções, a complexidade do mundo real muitas vezes requer uma conexão de circuito fechado entre sistemas digitais e físicos.

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

Os custos de energia estão a aumentar em algumas regiões, tornando a eficiência mais crítica. Ver a execução como parte de um sistema maior pode revelar poupanças de custos e emissões. Por exemplo, motores eficientes podem reduzir o uso de energia em até 30%, os processos de alta energia podem alinhar-se com a geração solar e a otimização da 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 sua estratégia de sustentabilidade a sério 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 sustentabilidade e rentabilidade, cumpre as normas de energia ISO 14001 e 50001, reduzindo custos e aumentando a produtividade. Como resultado 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 da viagem 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 a máxima eficiência ou detectar problemas antes que 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 tem 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. Isto permite-lhes rastrear o uso de energia, o consumo de água e os 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 de fábrica, enquanto a análise de dados em tempo real melhorou a eficiência, identificou estrangulamentos e garantiu uma 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 a produção sustentável, provando que a eficiência e a responsabilidade ambiental podem andar de mãos dadas na indústria têxtil.