Sản xuất thông minh là sản xuất bền vững

Thành công bắt đầu từ việc xác định một chiến lược sản xuất. Quá trình này bao gồm đánh giá đơn hàng đầu tiên để hiểu tác động của các quyết định ban đầu đối với các yêu cầu sản xuất, bao gồm xác định mua gì từ các nhà cung cấp, thành phần sản phẩm nào sản xuất trong nhà, lựa chọn cẩn thận đối tác và nhà cung cấp và nơi sản xuất sản phẩm mới. Mỗi quyết định này sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến sự thành công của một doanh nghiệp - và lựa chọn các lựa chọn bền vững thường là giải pháp cho thành công lâu dài.

Chiến lược mua hàng có thể thay đổi đáng kể khi xem xét tác động của việc sử dụng năng lượng, tiêu thụ tài nguyên, lượng khí thải carbon và thực hành tuần hoàn. Thay vì mua các thành phần có chi phí thấp nhất cho nhu cầu chức năng của sản phẩm, các nhà sản xuất cần cân bằng chi phí với lượng khí thải carbon liên quan của các thành phần được chọn. Vật liệu và linh kiện nên được lấy từ một nhà cung cấp có chung tư duy bền vững và chiến lược vận chuyển hàng hóa cần được xác định sớm. May mắn thay, số hóa và tự động hóa giúp giảm gánh nặng của sự phức tạp gia tăng trong quy trình chiến lược sản xuất được xác định lại này.

Bằng cách thu thập và phân tích dữ liệu liên quan, các quyết định có thể được đưa ra một cách tự tin. Nếu cần nhiều năng lực sản xuất hơn cho một sản phẩm mới, việc hiểu nhu cầu và mục tiêu của một cơ sở trong thế giới kỹ thuật số có thể giúp xác định vị trí và bố trí nhà máy mới để cân bằng tác động môi trường của việc xây dựng, sử dụng năng lượng từ dây chuyền sản xuất và tỷ lệ sản xuất ước tính. Các KPI về tính bền vững như hiệu quả năng lượng hiện nay đơn giản hơn khi các kịch bản khác nhau có thể được đánh giá trong Digital Twin.

Công nghệ này cho phép những người ra quyết định mô phỏng mọi thứ từ ánh sáng và kiểm soát khí hậu đến tác động môi trường của chuỗi cung ứng của họ. Được trang bị thông tin này ngay từ đầu giúp các tổ chức đưa ra quyết định tốt hơn.

Giai đoạn tiếp theo để tích hợp tính bền vững là trong thiết kế các dây chuyền, quy trình và nhà máy. Bằng cách xây dựng một mô hình chi tiết cho sản xuất trong thế giới kỹ thuật số đầu tiên, các doanh nghiệp có thể mô phỏng các kịch bản khác nhau để tối ưu hóa hiệu suất trên toàn môi trường nhà máy.

Khi thiết kế trong thế giới kỹ thuật số, các doanh nghiệp có thể thực hiện tự động hóa cao hơn và hợp lý hóa sản xuất để tránh sai sót về hiệu quả. Ví dụ, một máy chạy không tải có chi phí cơ hội là không chạy, nhưng có một chi phí vận hành từ năng lượng được rút ra, từ đó có tác động khí thải carbon dựa trên nguồn năng lượng đó, đồng thời giảm chi phí đầu tư của vật liệu vật lý.

Việc chạy động cơ lâu hơn mức cần thiết hoặc vận chuyển vật liệu xa hơn mức cần thiết có thể không có tác động lớn đến từng sản phẩm, nhưng những thiếu hiệu quả này tăng lên nhanh chóng. Các giải pháp bền vững cho những vấn đề phổ biến này cũng không giới hạn ở môi trường cánh đồng xanh. Quy trình thiết kế cũng áp dụng cho các cơ sở brownfield. Mặc dù đây có vẻ như là một công việc hoành tráng, nhưng nó đạt được bằng cách tổ chức lại các dây chuyền sản xuất để phù hợp với nhiều năng lực sản xuất hơn vào cùng một không gian sàn, cập nhật các quy trình và máy móc để theo kịp tốc độ tăng trưởng thị trường hoặc cập nhật hệ thống phần cứng để giảm tiêu thụ năng lượng và lắp đặt cơ sở hạ tầng như mảng năng lượng mặt trời hoặc lưu trữ pin để tận dụng tốt hơn các nguồn năng lượng tái tạo.

Ví dụ, nhà sản xuất máy móc của Swabia, Hugo Beck đã xoay sở để chuyển đổi ngành công nghiệp bao bì và hoạt động kinh doanh của họ với Digital Twin. Được hỗ trợ bởi công nghệ của Siemens, các kỹ sư đã sử dụng Digital Twin để thiết kế một máy điều chỉnh bao bì với kích thước sản phẩm, tối ưu hóa hiệu suất thông qua mô phỏng kỹ thuật số. Nhờ sự đổi mới và cam kết tìm ra các giải pháp đáp ứng cả mục tiêu môi trường và kinh doanh, Hugo Beck đã cắt giảm 20% mức sử dụng năng lượng, 50% thời gian vận hành, vật liệu đóng gói 30% và khối lượng đóng gói 10%.
Nhìn chung, Digital Twin giúp các doanh nghiệp phác thảo nhu cầu của họ sớm hơn và đánh giá nhiều khả năng khác nhau để tìm ra các quy trình bền vững. Chiến lược bảo trì kém có thể làm giảm hiệu suất tổng thể của nhà máy từ 5 đến 20%. Nói cách khác, bảo trì dư thừa tương đương với chi tiêu vượt mức, khiến Digital Twin trở thành một thành phần quan trọng cho hoạt động hiệu quả của nhà máy.

Lập kế hoạch sản xuất là nơi đầu tư vào số hóa thể hiện giá trị. Việc sử dụng hiệu quả vật liệu, con người và máy móc làm cho các doanh nghiệp có hiệu quả. Đây cũng là nơi các mô phỏng toàn diện và xác nhận yêu cầu bắt đầu hỗ trợ việc ra quyết định và lựa chọn đối tác chuỗi cung ứng. Hơn nữa, các tổ chức có thể tạo điều kiện làm việc an toàn hơn, đào tạo công nhân tốt hơn và đầu tư vào giáo dục và nâng cao kỹ năng cho nhân viên của họ.

Với thông tin chi tiết về dữ liệu, doanh nghiệp có thể lựa chọn vật liệu bền vững và tối ưu hóa việc sử dụng nguyên liệu thô để giảm thiểu tỷ lệ phế liệu. Họ cũng có thể mô phỏng tác động của việc sử dụng vật liệu tái chế hoặc xác định nhà cung cấp thiết bị nào có thể mang lại hiệu quả năng lượng và khả năng sửa chữa cao hơn ngoài thông lượng và chi phí. Giảm thiểu thời gian nhàn rỗi giúp giảm nhu cầu năng lượng và chi phí sản phẩm trên mỗi đơn vị đồng thời góp phần giảm lượng khí thải carbon.

Hiểu được khi nào máy cần bảo trì có thể giúp giảm sự chuyển đổi trong quá trình sản xuất. Tương tự, các tuyến hậu cần có thể được lên kế hoạch để giảm thiểu khoảng cách vận chuyển và lượng khí thải carbon liên quan của chúng đồng thời cho phép linh hoạt với quản lý hàng tồn kho thông minh trong trường hợp có vấn đề.

Lập kế hoạch sản xuất là cách các doanh nghiệp có thể xây dựng các điểm kết nối để cho phép một luồng vật liệu tròn. Bằng cách hiểu sớm nơi chất thải không thể tránh khỏi sẽ được tạo ra, có thể lập kế hoạch tái sử dụng, tái chế hoặc tái sử dụng các vật liệu còn lại.

Thực hiện sản xuất là chìa khóa để đạt được các mục tiêu bền vững, nhưng theo dõi và thực thi các quy trình bền vững có thể là một trở ngại lớn. Mặc dù mô phỏng sản xuất trong quá trình thiết kế giúp tìm ra giải pháp, sự phức tạp trong thế giới thực thường đòi hỏi một kết nối vòng kín giữa các hệ thống kỹ thuật số và vật lý.

May mắn thay, các giải pháp kỹ thuật số mang lại cơ hội để cải thiện chất lượng và năng suất. Ngay cả các nhà sản xuất có kinh nghiệm cũng phải đối mặt với sự kém hiệu quả khi đưa ra sản xuất mới, dẫn đến lãng phí vật liệu, năng lượng và thời gian. Tích hợp dữ liệu trong thế giới thực với digital twin cho phép tối ưu hóa nhanh hơn, thúc đẩy cả lợi nhuận và tính bền vững.

Chi phí năng lượng đang tăng ở một số khu vực, làm cho hiệu quả trở nên quan trọng hơn. Xem việc thực thi như một phần của một hệ thống lớn hơn có thể tiết lộ chi phí và tiết kiệm khí thải. Ví dụ, động cơ hiệu quả có thể cắt giảm mức sử dụng năng lượng lên đến 30%, các quy trình năng lượng cao có thể phù hợp với sản xuất năng lượng mặt trời và tối ưu hóa nội bộ có thể giảm đi lại nhà máy không cần thiết, giảm cả nhu cầu năng lượng và lượng khí thải carbon.

Nhà sản xuất sản phẩm ngủ hàng đầu, Pikolin, đã thực hiện chiến lược bền vững của họ một cách nghiêm túc bằng cách kết hợp các công cụ Simatic Scada và Quản lý Năng lượng vào cơ sở mới của họ. Nhà máy mới của Pikolin tích hợp sản xuất từ nguyên liệu thô đến thành phẩm, đảm bảo chất lượng cao đồng thời tối đa hóa hiệu quả. Được thiết kế cho tính bền vững và lợi nhuận, nó đáp ứng các tiêu chuẩn năng lượng ISO 14001 và 50001, giảm chi phí và nâng cao năng suất. Nhờ những nỗ lực bền vững của họ, cơ sở của Pikolin tiêu thụ khí đốt tự nhiên ít hơn 40% và có công suất sản xuất cao hơn 30%, minh họa kết quả tích cực của việc tối ưu hóa nhà máy.

Với quá trình sản xuất đang phát triển, giai đoạn tiếp theo của hành trình là giám sát. Bằng cách liên tục giám sát nhà máy và sản xuất, các nhà sản xuất có thể chủ động cải thiện sản xuất. Việc bảo trì dự đoán máy móc để giữ cho chúng hoạt động ở hiệu quả cao nhất hoặc phát hiện các vấn đề trước khi chúng xảy ra là một phần của chiến lược dự đoán này. Việc giám sát này giúp tăng cường sản xuất tốt nhất như thế nào phụ thuộc vào KPI của doanh nghiệp, nhưng một số KPI phổ biến là tiêu thụ năng lượng cho phân tích cấp máy móc, dây chuyền và nhà máy, lưu lượng vật liệu và sử dụng tài nguyên, và an toàn của người lao động,

Tự động hóa có thể hạn chế các chuyển động không công thái học để nhân viên di chuyển họ ra khỏi các quy trình nguy hiểm. Nhưng đồng thời, robot trong nhà máy cần phải an toàn cho công nhân trên sàn nhà. Không phải tất cả các nhiệm vụ tự động đều có thể được tách biệt hoàn toàn và việc giám sát bất kỳ điều kiện làm việc không an toàn nào sẽ là vô giá khi các nhà máy trở nên hiệu quả và bền vững hơn.

Thay đổi cuối cùng trên con đường sản xuất bền vững là tối ưu hóa. Đây là nơi các công ty có thể đạt được lợi nhuận lớn nhất từ các khoản đầu tư. Thông qua việc tối ưu hóa sản xuất liên tục, các nhà sản xuất có thể đi trước đối thủ cạnh tranh của họ.

Tích hợp dữ liệu CNTT và OT cho phép các nhà quản lý nhà máy xác định và dự đoán xu hướng cho phép họ chủ động điều chỉnh hoạt động và tìm nguồn cung ứng vật liệu để thích ứng với sự gián đoạn ngoài kế hoạch. Điều này cho phép họ theo dõi mức sử dụng điện năng, tiêu thụ nước và dữ liệu nhà cung cấp, để xác định lượng khí thải carbon của các quy trình sản xuất trên toàn bộ chuỗi giá trị.

Ngoài ra, khi một máy hoặc một phần của quá trình sản xuất bị lỗi, nó cần được xem xét để sửa chữa và tân trang lại. Có một sản phẩm kỹ thuật số song sinh trong một vòng khép kín với sản xuất giúp đưa ra quyết định như sửa đổi thiết bị ở đâu để ngăn ngừa sự cố, bộ phận nào cần thay thế và làm thế nào để tuân thủ tốt nhất các quy trình sửa chữa.

Ví dụ, công nghệ dệt Spinnova đã tăng tốc sản xuất sợi bằng cách tích hợp tự động hóa và công nghệ digital twin, tối ưu hóa hoạt động và giảm thời gian đưa ra thị trường. Vận hành ảo đã hợp lý hóa việc thiết lập nhà máy, trong khi phân tích dữ liệu thời gian thực cải thiện hiệu quả, xác định tắc nghẽn và đảm bảo chất lượng nhất quán từ nguyên liệu thô đến sợi thành phẩm. Tối ưu hóa năng lượng tăng cường hơn nữa hoạt động, làm cho sản xuất của công ty trở nên linh hoạt hơn và tiết kiệm chi phí. Bằng cách tận dụng các công nghệ Xcelerator của Siemens, Spinnova không chỉ mở rộng quy mô nhanh hơn mà còn thiết lập một chuẩn mực mới cho sản xuất bền vững, chứng minh rằng hiệu quả và trách nhiệm môi trường có thể đi đôi với nhau trong ngành dệt may.