智慧製造就是可持續製造

成功始於定義製造策略。此過程涉及第一筆訂單評估，以了解早期決策對製造需求的影響，包括確定從供應商那裡購買什麼、內部製造哪些產品組件、仔細選擇合作夥伴和供應商，以及在哪裡生產新產品。這些決策中的每一個都會直接影響企業的成功，而選擇可持續的選擇通常是長期成功的解決方案。

當同時考慮能源使用、資源消耗、碳足跡和循環性實踐的影響時，採購策略可能會大幅改變。製造商不需要為產品的功能需求購買最低成本的元件，而是要平衡成本與所選元件的相關碳足跡。材料和組件應該從具有共同可持續發展思維的供應商採購，並且需要儘早定義貨物運輸策略。幸運的是，數位化和自動化有助於減少這個重新定義的製造策略過程中的複雜性增加的負擔。

通過收集和分析相關數據，可以放心地做出決策。如果新產品需要更多的製造能力，了解數位世界中設施的需求和目標可以幫助確定新的工廠位置和佈局，以平衡建築對環境的影響，製造線的能源使用以及估計生產率。現在，可以在 Digital Twin 中評估不同場景，例如能源效率等可持續發展 KPI 變得更簡單。

這項技術使決策者能夠模擬從照明和氣候控制到供應鏈對環境的影響。從一開始就配備這些信息，可以幫助組織做出更好的決策。

整合可持續發展的下一階段是線路、流程和工廠的設計。通過為數位世界首先建立詳細的生產模型，企業可以模擬不同的情境，以最佳化整個工廠環境的效能。

在數位世界中設計時，企業可以實施更大的自動化並簡化生產，以避免效率失效。例如，閒置機具有不運行的機會成本，但是抽取的能源會產生營運費用，這反過來會根據該能源產生碳足跡影響，同時降低物理材料的投資成本。

運行馬達比需要的時間或運輸物料超過需要的時間可能不會對每個產品造成重大影響，但這些低效率會迅速增加。解決這些常見問題的可持續解決方案也不僅限於綠地環境。設計過程也適用於棕色場設施。雖然這似乎是一項巨大的工作，但是通過重組製造線以將更多生產能合在同一樓面空間中，更新流程和機械以跟上市場增長，或更新硬件系統以降低能源消耗，以及安裝太陽能陣列或電池儲存等基礎設施，以更好地利用可再生能源。

例如，斯瓦比亞機器製造商 Hugo Beck 成功通過 Digital Twin 改變包裝行業和其業務。由西門子技術推動，工程師使用 Digital Twin 設計一台機器，可根據產品尺寸調整包裝，並通過數位模擬最佳化性能。Hugo Beck 憑藉其創新和致力於尋找解決方案可以滿足環境和業務目標的承諾，因此 Hugo Beck 減少了 20％ 的能源使用量，調試時間降低了 50%，包裝材料減少了 30%，包裝量減少了 10%。
整體而言，Digital Twin 可幫助企業提前概述其需求，並評估許多不同的可能性以找到可持續流程。不良的維護策略可能會將工廠的整體性能降低 5 至 20%。換句話說，多餘的維護等於超額支出，使 Digital Twin 成為高效工廠運營的重要元件。

生產規劃是數位化投資顯示價值的地方。高效利用材料、人員和機器，使企業有效。這也是開始全面的模擬和需求驗證的地方，以幫助決策和選擇供應鏈合作夥伴。此外，組織可以創造更安全的工作條件，更好地培訓工人，並投資員工的教育和技能提升。

透過資料洞察，企業可選擇可持續材料並優化原材料使用，從而將廢料率降至最低。他們還可以模擬使用回收材料的影響，或確定哪些設備供應商可以提供更高的能源效率和可維修性，除了輸送量和成本之外。減少閒置時間可減少能源需求和產品的每單位成本，同時也有助於降低碳足跡。

了解機器何時需要維護，可以幫助減少生產過程中的切換。同樣，可以規劃物流路線，以減少運輸距離和相關碳排放，同時在發生問題時通過智能庫存管理提供靈活性。

生產規劃是企業建立連接點以實現循環材料流的方式。通過早期了解不可避免的廢物將產生在哪裡，可以制定重用、回收或重新使用剩餘材料的計劃。

生產執行是實現可持續發展目標的關鍵，但跟踪和執行可持續流程可能是一個主要障礙。雖然在設計過程中模擬生產有助於找到解決方案，但現實世界的複雜性通常需要數位和實體系統之間的閉迴路連接。

幸運的是，數字解決方案提供了提高質量和產量的機會。即使是經驗豐富的製造商在推出新生產時也會面臨效率不足，導致材料、能源和時間浪費。將真實資料與 digital twin 整合，可以更快地進行最佳化，同時提高盈利能力和可持續性。

在某些地區的能源成本正在上升，使效率更加重要。將執行視為更大系統的一部分，可以顯示節省成本和排放量。例如，高效率的馬達可以減少高達 30% 的能源使用量，高能量流程可與太陽能發電一致，而最佳化內部物流可減少不必要的工廠旅行，同時降低能源需求和碳足跡。

領先的睡眠產品製造商 Pikolin 通過將 Simatic Scada 和能源管理工具整合到他們的新設施中，認真採取其可持續發展策略。Pikolin 的新工廠整合了從原料到成品的生產，確保高質量，同時最大化效率。它專為可持續性和獲利性而設計，符合 ISO 14001 和 50001 能源標準，降低成本並提高生產力。由於他們的可持續努力，Pikolin 的工廠消耗天然氣減少 40%，但生產能力提高了 30%，這證明了工廠優化的積極結果。

隨著生產正在全面運行，旅程的下一階段是監控。通過持續監控工廠和生產，製造商可以主動改善生產。預測性維護機器，以確保機器以最高效率運作，或在問題發生之前偵測，是這項預期策略的一部分。這種監控如何最佳改善製造，取決於業務的 KPI，但一些常見的是機器、生產線和工廠級分析的能源消耗、材料流量和資源利用以及工人安全。

自動化可以限制員工非符合人體工學的動作，以使他們遠離危險流程。但與此同時，工廠中的機器人需要對地板上的工人來說是安全的。並非所有自動化任務都可以完全分開，隨著工廠變得更有效率和可持續性，監控任何不安全的工作條件將是無價值的。

邁向可持續生產之路上的最終改變是優化。這是公司可以從投資中獲得最大的回報的地方。通過生產的持續優化，製造商可以保持領先競爭對手。

整合 IT 和 OT 資料使工廠經理能夠識別和預測趨勢，從而使他們能夠主動調整營運和材料採購，以適應意外的中斷。這使他們能夠跟踪耗電量、用水量和供應商數據，以確定整個價值鏈生產流程的碳足跡。

此外，當機器或製造過程中的部分失敗時，應該考慮在維修和翻新時間進行檢查。擁有與生產的封閉迴路製造的數位 TWIN 有助於做出決定，例如修改設備以防止故障、更換哪些零件以及如何最佳遵循維修程序。

例如，紡織技術 Spinnova 通過整合自動化和 digital twin 技術，優化營運並縮短上市時間來加速了其纖維生產。虛擬調試簡化了工廠設置，同時實時數據分析提高效率，識別瓶頸，並確保從原材料到成品纖維持一致的質量。能源優化進一步加強營運，使公司的生產更具彈性和成本效益。利用西門子 Xcelerator 技術，Spinnova 不僅擴展速度更快，還為可持續製造設立了新的標準，證明在紡織行業中的效率和環保責任可以相互相同。