Os fabricantes de máquinas enfrentam hoje um ambiente de mercado volátil, que os pressiona a adotar novas abordagens para o desenvolvimento de produtos da próxima geração. Como sempre, existem pressões referentes à qualidade, ao custo e desempenho. Além disso, os requisitos de sustentabilidade estão agora no centro das atenções. O foco está na redução do uso de energia, redução das emissões de carbono e minimização de sucata e resíduos.
Além disso, tendências globais mais amplas estão afetando fabricantes em todo o mundo, enquanto mudanças político-sociais também estão transformando os modelos de negócio – incluindo reshoring (relocalização da produção), servitização (agregar serviços a produtos vendidos) e novos participantes no mercado. Os fabricantes de máquinas também estão identificando oportunidades em áreas emergentes, passando de domínios consolidados para mercados adjacentes ou novos.
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Por exemplo, os fabricantes de máquinas de papel estão expandindo para máquinas de produção de bateria para atender ao forte aumento da demanda de veículos elétricos, e o mesmo pode ser dito dos construtores de máquinas da indústria de vidro. No entanto, a escassez de mão de obra - tanto para os construtores de máquinas como para as operações de produção - está aumentando a necessidade de automação. A fábrica do futuro está agora se desenvolvendo com base nos paradigmas de sustentabilidade, flexibilidade e força de trabalho do futuro.
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Os avanços na tecnologia estão fornecendo oportunidades para que os fabricantes prosperem, apesar dos vários desafios do setor. Estas novas capacidades são possíveis graças à maior inteligência e riqueza de dados gerados pela digitalização, que integra ferramentas digitais, sistemas e dados de IoT, conectando informações de projeto, engenharia, produção e serviço que antes ficavam isoladas em silos.
Com a digitalização, os fabricantes podem ir além da automação e adotar a produção mais preditiva e adaptativa. A manufatura adaptativa fornece flexibilidade para permitir alterações sem esforço na produção, com base nas necessidades em constante mudança do mercado e dos clientes. Além disso, simplifica os sistemas de fluxo de trabalho para que os fabricantes possam fazer mais com a mesma força de trabalho.
A digitalização reduz o risco da produção, criando processos mais flexíveis e acessando dados cruciais nas diversas disciplinas de engenharia e produção. A junção dos dados de todas essas disciplinas antes isoladas requer soluções baseadas em um conhecimento profundo de projeto de máquinas, simulação, automação de fábrica e gerenciamento do ciclo de vida do projeto (PLM).
Gêmeo digital - o núcleo da digitalização
Este renascimento na manufatura exige a digitalização de todo o ciclo de vida do processo de produção, incluindo o maquinário de produção - e começa no projeto, criando o gêmeo digital da máquina inteligente. Ao longo do processo de projeto, o gêmeo digital da máquina é desenvolvido com base em engenharia multidisciplinar que abrange os sistemas mecânicos, elétricos, de software e automação da máquina. Este gêmeo digital é inicialmente usado na exploração e avaliação do projeto em prototipagem virtual. Assim que a máquina estiver pronta para ser implementada, o gêmeo digital da máquina permite o comissionamento virtual antes da instalação física da máquina, permitindo a familiaridade com a máquina e o treinamento do operador, desta forma minimizando significativamente o risco e o tempo necessários de implementação.
Depois de instalado na fábrica, o gêmeo digital da máquina é continuamente enriquecido com dados de operações reais durante toda a vida útil da máquina. Este benefício cria um ciclo fechado entre a representação real e digital. Com fidelidade cada vez maior, esse gêmeo digital operacional fornece insights de desempenho inestimáveis, permitindo que a equipe de produção monitore e melhore continuamente a eficiência e a qualidade da produção. O gêmeo digital melhora a confiabilidade operacional, gerenciando o ciclo de vida do serviço da máquina, fornecendo dados e insights sobre quando uma máquina precisa de manutenção, ajudando a eliminar paradas não planejadas ou danos na máquina. Também pode acelerar a introdução de novos produtos, com a equipe de produção testando possíveis processos antes de realizar mudanças físicas na fábrica.
Transformando a manufatura com o thread digital
Uma vez implementada, a digitalização revela horizontes totalmente novos para a produção. Gêmeos digitais robustos de processos discretos podem ser integrados em um thread digital que inclui desde as máquinas individuais até o layout e design da fábrica e, posteriormente, as operações de fabricação. A simulação na fábrica permite simular máquinas, processos de automação e linhas de produção, otimizando continuamente a velocidade e a qualidade. Os fabricantes podem otimizar o desempenho geral da fábrica, começando pelo planejamento e passando para as operações contínuas. O resultado é uma fábrica inteligente onde os dados são acessados e compartilhados de maneira descomplicada durante toda a operação.
Os facilitadores são importantes para áreas como sustentabilidade, flexibilidade de produção e escassez de mão de obra:
- Sustentabilidade com gerenciamento de energia - Os fabricantes podem realizar com confiança uma avaliação completa do consumo de energia da fábrica, otimização, redução de CO2 e gerar relatórios de uma fábrica ou até mesmo de operações globais.
- Flexibilidade da produção - A verdadeira convergência de TI/TO é viável, conectando e analisando dados de toda a cadeia de suprimentos, das operações da fábrica e dos processos de negócios, permitindo decisões baseadas em dados quase em tempo real.
- A colaboração homem-máquina com inteligência artificial/aprendizado de máquina e análise de dados pode ser implementada, incluindo dados de poderosas capacidades industriais de ponta. O acesso a melhores insights permite a resposta rápida a imprevistos. Além disso, o uso de IA generativa em análises operacionais (por exemplo, Siemens Industrial Copilot) permitirá a geração, otimização e depuração rápida de códigos de automação complexos e a redução significativa dos tempos de simulação. Isso reduzirá para minutos tarefas que antes levavam semanas.
Além disso, o uso do thread digital minimiza consideravelmente o risco ao converter ou modificar a linha de produção para se adaptar às condições flutuantes do mercado. Enquanto continuamos conectando o mundo físico ao digital, a cibersegurança deve ser priorizada e integrada em cada etapa da digitalização. A complexidade dos riscos e ameaças à cibersegurança continua aumentando, espalhando-se por espaços digitais e geográficos mais amplos. A qualidade dos dados e da cibersegurança dos produtos nunca foi tão importante.
Comece pequeno e expanda de forma inteligente
Apesar de todos os vários benefícios da digitalização, dar o primeiro passo pode ser intimidante. A pergunta que ouço dos clientes fabricantes é: “Por onde começo?” Felizmente, os fabricantes podem começar aos poucos e depois expandir quando estiverem prontos. O recente advento de soluções industriais na nuvem desenvolvidas especificamente para construtores e fabricantes de máquinas torna a digitalização ainda mais conveniente, pois são ideais para mercados e regiões emergentes, bem como para reshoring.
Na Siemens, mapeamos os cinco estágios da maturidade digital (Figura 1) para ajudar os clientes a determinar por onde começar. Primeiro, fazemos uma avaliação da maturidade digital para estabelecer onde o fabricante específico se encontra neste processo. Em seguida, analisamos o que os líderes do mesmo setor implementaram com sucesso. O próximo passo é criar um roteiro para o fabricante, possibilitando uma nova era da manufatura.
A maioria dos montadores de máquinas adotam os dois primeiros estágios desse processo de maturidade. Esses estágios são configuração, ou a mudança de uma estrutura de dados baseada em documento para uma estrutura de dados baseada em modelo, e conexão, que estimula o compartilhamento de dados separados em silos. Esses dois estágios melhoram consideravelmente a rastreabilidade e a acessibilidade dos dados em toda a organização, ajudando a aumentar a eficiência dos processos, melhorar a flexibilidade da engenharia e aprimorar os resultados mesmo com prazos apertados dos projetos. Mas, para colher todos os benefícios da digitalização, os fabricantes de máquinas estão adotando a automação nas suas atividades de projeto, o que leva a níveis superiores de projeto generativo e, por fim, à otimização em circuito fechado.
Por exemplo, a Tronrud Engineering da Noruega constrói e fornece máquinas de embalagem flexíveis e inovadoras a clientes nacionais e globais. Com mais de 40 anos de experiência, eles fornecem soluções de embalagens secundárias em todo o mundo e otimizaram a próxima geração de uma máquina que embala sacos de travesseiro em caixas. Com o suporte da Siemens, principalmente na criação do gêmeo digital, eles tiveram resultados impressionantes: “Reduzimos a fase de projeto em cerca de 10% e a fase de comissionamento em cerca de 20 a 25%”, disse Tor Morten Stadum, gerente de PLM da Tronrud Engineering.
Comece a jornada da transformação digital agora
Com a digitalização, os fabricantes de máquinas podem iniciar um futuro inovador com confiança. Eles podem passar da automação para a manufatura adaptativa e estabelecer um thread digital em suas operações. Esta transformação ajudará os fabricantes a prosperar no atual ambiente dinâmico, adaptando-se a mudanças imprevistas enquanto avançamos neste emocionante renascimento da manufatura.
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