Smart tillverkning är hållbar tillverkning

Framgång börjar med att definiera en tillverkningsstrategi. Denna process involverar första orderbedömningar för att förstå effekterna av tidiga beslut på tillverkningskrav, inklusive att bestämma vad man ska köpa från leverantörer, vilka produktkomponenter som tillverkas internt, noggrant välja partners och leverantörer, och var man ska tillverka nya produkter. Var och en av dessa beslut kommer direkt att påverka ett företags framgång - och att välja hållbara alternativ är ofta lösningen för långsiktig framgång.

Inköpsstrategier kan förändras dramatiskt när man också överväger konsekvenserna av energianvändning, resursförbrukning, koldioxidavtryck och cirkularitetspraxis. Istället för att köpa de lägsta kostnadskomponenterna för en produkts funktionella behov måste tillverkarna balansera kostnaderna med tillhörande koldioxidavtryck för utvalda komponenter. Material och komponenter bör hämtas från en leverantör som delar ett hållbart tänkesätt och strategin för att flytta varor måste definieras tidigt. Lyckligtvis bidrar digitalisering och automatisering till att minska bördan av ökad komplexitet i denna omdefinierade tillverkningsstrategiprocess.

Genom att samla in och analysera relevant data kan beslut fattas med förtroende. Om det krävs mer tillverkningskapacitet för en ny produkt kan förståelse för behoven och målen för en anläggning i den digitala världen hjälpa till att fastställa nya anläggningsplatser och layouter för att balansera miljöpåverkan från konstruktion, energianvändning från tillverkningslinjer och beräknade produktionshastigheter. Sustainability KPIs som energieffektivitet är enklare nu när olika scenarier kan utvärderas i Digital Twin.

Denna teknik gör det möjligt för beslutsfattare att simulera allt från belysning och klimatkontroll till miljöpåverkan från deras leveranskedja. Utrustad med denna information från början hjälper organisationer att fatta bättre beslut.

Nästa fas för att integrera hållbarhet är utformningen av linjer, processer och anläggningar. Genom att bygga en detaljerad modell för produktion i den digitala världen först kan företag simulera olika scenarier för att optimera prestanda över hela fabriksmiljön.

När de designar i den digitala världen kan företag implementera större automatisering och effektivisera produktionen för att undvika bortfall i effektivitet. En tomgångsmaskin har till exempel en alternativkostnad för att inte köra, men det finns en driftskostnad från den energi som dras, vilket i sin tur har en koldioxidavtryck baserad på källan till den energin, samtidigt som investeringskostnaderna för fysiska material minskar.

Att köra en motor längre än nödvändigt eller transportera material längre än nödvändigt kanske inte har någon större inverkan per produkt, men dessa ineffektiviteter ökar snabbt. Hållbara lösningar för dessa vanliga problem är inte heller begränsade till grönfältsmiljöer. Designprocessen gäller även för brownfield-anläggningar. Även om detta kan verka som ett monumentalt åtagande, uppnås det genom att omorganisera tillverkningslinjer för att passa mer produktionskapacitet i samma golvyta, uppdatera processer och maskiner för att hålla jämna steg med marknadstillväxten eller uppdatera hårdvarusystem för att minska energiförbrukningen och installera infrastruktur som solpaneler eller batterilagring för att bättre dra nytta av förnybara energikällor.

Till exempel har den schwabiska maskinbyggaren Hugo Beck lyckats omvandla förpackningsindustrin och deras verksamhet med Digital Twin. Med hjälp av Siemens teknik använde ingenjörer Digital Twin för att designa en maskin som anpassar förpackningen till produktdimensioner och optimerar prestanda genom digitala simuleringar. Tack vare sin innovation och engagemang för att hitta lösningar som hanterar både miljö- och affärsmål har Hugo Beck minskat energianvändningen med 20 procent, driftsättningstiden med 50 procent, förpackningsmaterial med 30 procent och förpackningsvolymen med 10 procent.
Sammantaget hjälper Digital Twin företag att beskriva sina behov tidigare och utvärdera många olika möjligheter att hitta hållbara processer. Dåliga underhållsstrategier kan minska en fabriks totala prestanda med 5 till 20%. Med andra ord, överskott av underhåll är lika med överskott av utgifter, vilket gör Digital Twin till en viktig komponent för effektiv fabriksdrift.

Produktionsplanering är där investeringar i digitalisering visar värde. Effektiv användning av material, människor och maskiner gör företag effektiva. Det är också här omfattande simuleringar och kravvalidering börjar för att underlätta beslutsfattandet och valet av partners i leveranskedjan. Dessutom kan organisationer skapa säkrare arbetsförhållanden, bättre utbilda arbetstagare och investera i utbildning och kompetensutveckling av sina anställda.

Med datainsikter kan företag välja hållbara material och optimera råvaruanvändningen för att minimera skrotfrekvensen. De kan också simulera effekterna av att använda återvunnet material eller avgöra vilka utrustningsleverantörer som kan leverera ökad energieffektivitet och reparationsbarhet utöver genomströmning och kostnad. Minimering av tomgångstider minskar energibehovet och kostnaden per enhet för produkter samtidigt som det bidrar till ett lägre koldioxidavtryck.

Att förstå när en maskin behöver underhåll kan bidra till att minska omkopplingar under produktionen. På samma sätt kan logistiska rutter planeras för att minimera transportavstånd och deras tillhörande koldioxidutsläpp samtidigt som det möjliggör flexibilitet med intelligent lagerhantering vid problem.

Produktionsplanering är hur företag kan bygga anslutningspunkter för att möjliggöra en cirkulär materialström. Genom att förstå var oundvikligt avfall kommer att produceras tidigt kan planer göras för återanvändning, återvinning eller återanvändning av återstående material.

Produktionens genomförande är nyckeln till att uppnå hållbarhetsmål, men att spåra och genomdriva hållbara processer kan vara ett stort hinder. Även om simulering av produktion under design hjälper till att hitta lösningar, kräver verklig komplexitet ofta en sluten koppling mellan digitala och fysiska system.

Lyckligtvis erbjuder digitala lösningar möjligheter att förbättra kvalitet och avkastning. Även erfarna tillverkare möter ineffektivitet när de startar ny produktion, vilket leder till slöseri med material, energi och tid. Integrering av verkliga data med en digital twin möjliggör snabbare optimering, vilket driver både lönsamhet och hållbarhet.

Energikostnaderna ökar i vissa regioner, vilket gör effektiviteten mer kritisk. Att se utförandet som en del av ett större system kan avslöja kostnads- och utsläppsbesparingar. Effektiva motorer kan till exempel minska energianvändningen med upp till 30%, högenergiprocesser kan anpassas till solproduktion, och optimering av intralogistik kan minska onödiga fabriksresor, vilket minskar både energibehovet och koldioxidavtrycket.

Den ledande tillverkaren av sömnprodukter, Pikolin, har tagit sin hållbarhetsstrategi på allvar genom att införliva Simatic Scada- och energihanteringsverktyg i sin nya anläggning. Pikolins nya fabrik integrerar produktion från råvaror till färdiga produkter, vilket säkerställer hög kvalitet samtidigt som effektiviteten maximeras. Den är utformad för hållbarhet och lönsamhet och uppfyller energistandarderna ISO 14001 och 50001, vilket minskar kostnaderna och ökar produktiviteten. Som ett resultat av deras hållbara insatser förbrukar Pikolins anläggning 40% mindre naturgas och har ändå 30% mer produktionskapacitet, vilket illustrerar de positiva resultaten av anläggningsoptimering.

Med produktionen i full gång är nästa fas av resan övervakning. Genom att kontinuerligt övervaka anläggningar och produktion kan tillverkare proaktivt förbättra produktionen. Det prediktiva underhållet av maskiner för att hålla dem i drift med högsta effektivitet eller upptäcka problem innan de uppstår är en del av denna förutsägbara strategi. Hur denna övervakning bäst förbättrar tillverkningen beror på verksamhetens KPI:er, men några vanliga är energiförbrukning för analys på maskin-, linje- och anläggningsnivå, materialflöde och resursutnyttjande och arbetarsäkerhet,

Automatisering kan begränsa icke-ergonomiska rörelser för anställda för att flytta dem bort från farliga processer. Men samtidigt måste robotik i fabriken vara säker för arbetarna på golvet. Alla automatiserade uppgifter kan inte vara helt separata och övervakning för osäkra arbetsförhållanden kommer att vara ovärderlig när fabrikerna blir mer effektiva och hållbara.

Den sista förändringen på vägen mot hållbar produktion är optimering. Det är här företagen kan uppnå den största vinsten från investeringar. Genom kontinuerlig optimering av produktionen kan tillverkarna ligga före sina konkurrenter.

Integrering av IT- och OT-data gör det möjligt för anläggningschefer att identifiera och förutsäga trender som gör det möjligt för dem att proaktivt anpassa drift och materialinköp för att anpassa sig till oplanerade störningar. Detta gör det möjligt för dem att spåra energianvändning, vattenförbrukning och leverantörsdata för att bestämma koldioxidavtrycket för produktionsprocesser över hela värdekedjan.

Dessutom, när en maskin eller en del av tillverkningsprocessen misslyckas, bör den ses med ett öga för reparation och renovering. Att ha en digital twin av tillverkning i en sluten slinga med produktion hjälper till att fatta beslut som var man ska modifiera utrustning för att förhindra fel, vilka delar som ska bytas ut och hur man bäst följer reparationsprocedurer.

Till exempel accelererade textiltekniken Spinnova sin fiberproduktion genom att integrera automation och digital twin-teknik, optimera verksamheten och minska tiden till marknaden. Virtuell idrifttagning effektiviserade fabriksinställningen, medan realtidsdataanalys förbättrade effektiviteten, identifierade flaskhalsar och säkerställde jämn kvalitet från råmaterial till färdig fiber. Energioptimering stärkte verksamheten ytterligare, vilket gjorde företagets produktion mer motståndskraftig och kostnadseffektiv. Genom att utnyttja Siemens Xcelerator-teknik skalade Spinnova inte bara snabbare utan satte också ett nytt riktmärke för hållbar tillverkning, vilket bevisar att effektivitet och miljöansvar kan gå hand i hand i textilindustrin.