Inteligentná výroba je udržateľná výroba

Úspech začína definovaním výrobnej stratégie. Tento proces zahŕňa počiatočné hodnotenia na pochopenie dopadov skorých rozhodnutí na výrobné požiadavky vrátane určenia, čo nakupovať od dodávateľov, ktoré komponenty produktu vyrábať interne, starostlivého výberu partnerov a dodávateľov a určenia, kde vyrábať nové produkty. Každé z týchto rozhodnutí priamo ovplyvňuje úspech podniku – a voľba udržateľných možností je často riešením pre dlhodobý úspech.

Nákupné stratégie sa môžu výrazne meniť, ak sa zohľadnia aj dôsledky spotreby energie, využívania zdrojov, uhlíkovej stopy a postupov obehového hospodárstva. Namiesto nákupu najlacnejších komponentov pre funkčné potreby produktu musia výrobcovia vyvažovať náklady s pridruženou uhlíkovou stopou vybraných komponentov. Materiály a komponenty by mali byť obstarávané od dodávateľov, ktorí zdieľajú udržateľné zmýšľanie, a stratégia presunu tovaru musí byť definovaná už v počiatočných fázach. Digitalizácia a automatizácia našťastie pomáhajú znižovať záťaž zvýšenej komplexnosti v tomto nanovo definovanom procese výrobnej stratégie.

Zhromažďovaním a analýzou relevantných údajov je možné prijímať rozhodnutia s istotou. Ak je pre nový produkt potrebná vyššia výrobná kapacita, pochopenie potrieb a cieľov zariadenia v digitálnom svete pomáha určiť nové lokality závodov a ich usporiadanie tak, aby sa vyvážil environmentálny vplyv výstavby, spotreba energie výrobných liniek a odhadované výrobné objemy. Ukazovatele udržateľnosti, ako je energetická efektívnosť, je dnes jednoduchšie hodnotiť vďaka možnosti porovnávať rôzne scenáre v digitálnom dvojčati.

Táto technológia umožňuje rozhodovacím pracovníkom simulovať všetko od osvetlenia a riadenia klímy až po environmentálny vplyv dodávateľského reťazca. Disponovanie týmito informáciami už od začiatku pomáha organizáciám prijímať lepšie rozhodnutia.

Ďalšia fáza integrácie udržateľnosti sa nachádza v návrhu liniek, procesov a závodov. Vytvorením detailného modelu výroby najskôr v digitálnom svete môžu podniky simulovať rôzne scenáre a optimalizovať výkon naprieč celým výrobným prostredím.

Pri navrhovaní v digitálnom svete môžu podniky zaviesť vyššiu mieru automatizácie a zjednodušiť výrobu, aby sa predišlo stratám efektívnosti. Napríklad nečinný stroj predstavuje príležitostnú stratu z dôvodu nevyužitia, no zároveň generuje prevádzkové náklady v podobe spotrebovanej energie, čo má aj vplyv na uhlíkovú stopu v závislosti od zdroja energie, pričom zároveň znižuje investičné náklady na fyzické materiály.

Prevádzka motora dlhšie, než je potrebné, alebo preprava materiálu na väčšie vzdialenosti, než je nevyhnutné, nemusí mať výrazný vplyv na úrovni jedného produktu, no tieto neefektívnosti sa rýchlo kumulujú. Udržateľné riešenia týchto bežných problémov sa neobmedzujú len na greenfield prostredia, ale vzťahujú sa aj na existujúce brownfield závody. Hoci sa to môže javiť ako náročná úloha, dosahuje sa to reorganizáciou výrobných liniek s cieľom zvýšiť kapacitu v rámci rovnakého priestoru, aktualizáciou procesov a zariadení tak, aby držali krok s rastom trhu, modernizáciou hardvérových systémov na zníženie spotreby energie a zavádzaním infraštruktúry, ako sú solárne panely alebo batériové úložiská, na efektívnejšie využívanie obnoviteľných zdrojov energie.

Napríklad švábsky výrobca strojov Hugo Beck dokázal transformovať obalový priemysel aj svoje podnikanie pomocou digitálneho dvojčaťa. Vďaka technológiám Siemens inžinieri využili digitálne dvojča na návrh stroja, ktorý prispôsobuje balenie rozmerom produktu a optimalizuje výkon prostredníctvom digitálnych simulácií. Vďaka inováciám a záväzku hľadať riešenia, ktoré spájajú environmentálne a obchodné ciele, spoločnosť Hugo Beck znížila spotrebu energie o 20 %, čas uvedenia do prevádzky o 50 %, množstvo obalového materiálu o 30 % a objem balenia o 10 %.
Celkovo digitálne dvojča pomáha podnikom včas definovať svoje potreby a vyhodnocovať rôzne možnosti s cieľom nájsť udržateľné procesy. Nevhodné stratégie údržby môžu znížiť celkový výkon továrne o 5 až 20 %. Inými slovami, nadmerná údržba znamená nadmerné náklady, čo robí digitálne dvojča kľúčovým prvkom efektívnej prevádzky továrne.

Plánovanie výroby je oblasť, kde investície do digitalizácie prinášajú hodnotu. Efektívne využívanie materiálov, ľudí a strojov zvyšuje efektívnosť podnikov. Práve tu začínajú komplexné simulácie a validácia požiadaviek, ktoré podporujú rozhodovanie a výber partnerov dodávateľského reťazca. Organizácie zároveň môžu vytvárať bezpečnejšie pracovné podmienky, lepšie školiť pracovníkov a investovať do vzdelávania a zvyšovania kvalifikácie svojich zamestnancov.

Na základe poznatkov z údajov môžu podniky vyberať udržateľné materiály a optimalizovať využitie surovín s cieľom minimalizovať mieru šrotu. Môžu tiež simulovať vplyv použitia recyklovaných materiálov alebo určiť, ktorí dodávatelia zariadení dokážu zabezpečiť vyššiu energetickú efektívnosť a opraviteľnosť popri výkonnosti a nákladoch. Minimalizácia nečinnosti znižuje energetické nároky a jednotkové náklady na produkty a zároveň prispieva k nižšej uhlíkovej stope.

Pochopenie toho, kedy je potrebná údržba stroja, pomáha znižovať prestavby počas výroby. Podobne možno plánovať logistické trasy tak, aby sa minimalizovali prepravné vzdialenosti a s nimi spojené emisie uhlíka, pričom inteligentné riadenie zásob umožňuje flexibilitu v prípade problémov.

Plánovanie výroby umožňuje podnikom vytvárať prepojovacie body na podporu obehového toku materiálov. Včasným pochopením miest, kde vzniká nevyhnutný odpad, je možné pripraviť plány na opätovné použitie, recykláciu alebo nové využitie zostávajúcich materiálov.

Realizácia výroby je kľúčová pre dosiahnutie cieľov udržateľnosti, no sledovanie a presadzovanie udržateľných procesov môže predstavovať významnú prekážku. Hoci simulácia výroby počas návrhu pomáha identifikovať riešenia, komplexnosť reálneho sveta si často vyžaduje uzavretú spätnú väzbu medzi digitálnymi a fyzickými systémami.

Digitálne riešenia našťastie ponúkajú možnosti na zlepšenie kvality a výťažnosti. Aj skúsení výrobcovia čelia neefektívnostiam pri zavádzaní novej výroby, čo vedie k plytvaniu materiálmi, energiou a časom. Integrácia údajov z reálneho sveta s digitálnym dvojčaťom umožňuje rýchlejšiu optimalizáciu a podporuje ziskovosť aj udržateľnosť.

Náklady na energiu v niektorých regiónoch rastú, čo zvyšuje význam efektívnosti. Vnímanie realizácie výroby ako súčasti širšieho systému môže odhaliť úspory nákladov a emisií. Napríklad efektívne motory môžu znížiť spotrebu energie až o 30 %, energeticky náročné procesy možno zosúladiť s výrobou zo solárnych zdrojov a optimalizácia intralogistiky môže znížiť zbytočné presuny v rámci továrne, čím sa znižuje spotreba energie aj uhlíková stopa.

Popredný výrobca produktov na spánok, spoločnosť Pikolin, pristupuje k svojej stratégii udržateľnosti systematicky prostredníctvom integrácie nástrojov Simatic SCADA a riadenia energie do svojho nového závodu. Nová továreň spoločnosti Pikolin integruje výrobu od surovín až po hotové produkty, čím zabezpečuje vysokú kvalitu a zároveň maximalizuje efektívnosť. Je navrhnutá s dôrazom na udržateľnosť a ziskovosť, spĺňa normy ISO 14001 a 50001 a prispieva k znižovaniu nákladov a zvyšovaniu produktivity. Vďaka týmto udržateľným opatreniam spotrebúva závod spoločnosti Pikolin o 40 % menej zemného plynu a zároveň disponuje o 30 % vyššou výrobnou kapacitou, čo ilustruje pozitívne výsledky optimalizácie závodu.

Keď je výroba v plnom prúde, ďalšou fázou je monitorovanie. Neustálym monitorovaním závodov a výroby môžu výrobcovia proaktívne zlepšovať výrobu. Prediktívna údržba strojov na udržanie ich maximálnej efektívnosti alebo detekcia problémov ešte pred ich vznikom je súčasťou tejto anticipačnej stratégie. To, ako monitorovanie najlepšie zlepšuje výrobu, závisí od KPI podniku, no medzi bežné patria spotreba energie na úrovni stroja, linky a závodu, tok materiálu a využitie zdrojov a bezpečnosť pracovníkov.

Automatizácia môže obmedziť neergonomické pohyby zamestnancov a presunúť ich mimo nebezpečných procesov. Zároveň však musia byť robotické systémy vo výrobe bezpečné pre pracovníkov na výrobnej hale. Nie všetky automatizované úlohy je možné úplne oddeliť a monitorovanie nebezpečných pracovných podmienok je neoceniteľné, keď sa továrne stávajú efektívnejšími a udržateľnejšími.

Poslednou zmenou na ceste k udržateľnej výrobe je optimalizácia. Práve tu môžu spoločnosti dosiahnuť najväčší prínos zo svojich investícií. Prostredníctvom neustálej optimalizácie výroby môžu výrobcovia zostať o krok pred konkurenciou.

Integrácia údajov IT a OT umožňuje vedúcim závodov identifikovať a predpovedať trendy, čo im umožňuje proaktívne upravovať operácie a obstarávanie materiálov s cieľom prispôsobiť sa neplánovaným narušeniam. To im umožňuje sledovať spotrebu energie, spotrebu vody a údaje o dodávateľoch a určiť uhlíkovú stopu výrobných procesov naprieč celým hodnotovým reťazcom.

Okrem toho by sa na zlyhanie stroja alebo časti výrobného procesu malo nazerať z pohľadu opravy a renovácie. Digitálne dvojča výroby v uzavretom cykle s produkciou pomáha prijímať rozhodnutia, ako napríklad kde upraviť zariadenia na predchádzanie poruchám, ktoré diely vymeniť a ako najlepšie postupovať pri opravách.

Napríklad spoločnosť Spinnova, pôsobiaca v oblasti textilných technológií, zrýchlila výrobu vlákien integráciou automatizácie a technológie digitálneho dvojčaťa, čím optimalizovala operácie a skrátila čas uvedenia na trh. Virtuálne uvedenie do prevádzky zjednodušilo nastavenie továrne, zatiaľ čo analýza údajov v reálnom čase zlepšila efektívnosť, identifikovala úzke miesta a zabezpečila konzistentnú kvalitu od surovín až po hotové vlákno. Optimalizácia energie ďalej posilnila prevádzku a zvýšila jej odolnosť a nákladovú efektívnosť. Využitím technológií Siemens Xcelerator spoločnosť Spinnova nielenže rýchlejšie škálovala, ale zároveň nastavila nový štandard pre udržateľnú výrobu, čím preukázala, že efektívnosť a environmentálna zodpovednosť môžu ísť ruka v ruke v textilnom priemysle.