5 principais sistemas de manufatura limpa

À medida que o controle de COVID-19 e a resposta de bloqueio parecem ter cedido, os líderes das empresas e da sociedade estão falando sobre investimentos em novas tecnologias e infraestrutura para impulsionar o crescimento. Todos esses investimentos, é claro, demandam matéria-prima, o que por si só já gerou conversas sobre um novo superciclo de commodities.

Embora grande parte desse investimento seja impulsionado pelo desejo de tornar a economia "verde" e impulsionar a conformidade com ESG, a ironia é que, para alcançar esses processos menos intensivos em energia e commodities, mais recursos devem ser empregados para projetar e implementar novos sistemas de manufatura limpos.

No entanto, em outra ironia - talvez nos levando de volta ao ponto de partida - esses sistemas de manufatura limpa acabam reduzindo a energia e as commodities necessárias para produzir qualquer bem. Ao criar menos emissão de carbono, menos poluição e consumir menos recursos, os sistemas de manufatura limpos não dão apenas um bom nome ao fabricante. A economia que eles oferecem pode realmente aumentar a produtividade e a competitividade além do investimento necessário, oferecendo um pouco mais de preenchimento para esse precioso resultado financeiro.

Com isso em mente, aqui estão 5 sistemas de manufatura limpa que você pode considerar ao configurar seus investimentos futuros e atingir suas metas ambientais, sociais e de governança.

Processamento de “energia moderada”

Embora frequentemente associemos a extração de commodities aos processos de manufatura que consomem mais energia, os engenheiros de processo que supervisionam esses sistemas de algumas maneiras, na verdade, têm a abordagem mais “limpa” de todas.

Como isso é possível? Bem, na maioria das vezes, os engenheiros de processo usam o recurso mais renovável de todos - o da gravidade - para conduzir e transportar seus recursos por meio de pontos de processamento e seus destinos finais. Esse tipo de abordagem da energia, que está sempre disponível e sempre subutilizada, é essencialmente a chave para reduzir a intensidade de energia dos processos de manufatura e, em última análise, criar um ecossistema de manufatura indefinidamente (senão infinitamente) sustentável.

Há uma variedade de processos de baixo consumo de energia disponíveis hoje que reduzem os requisitos gerais de temperatura e energia para processar produtos básicos e commodities. A maioria desses processos é conduzida por solventes, membranas de alto desempenho e catalisadores, em vez de processamento em alta temperatura, fundição, fundição ou outros meios que podem acelerar o cumprimento de uma meta, mas na verdade impõem mais custo total do que o necessário.

Ao mesmo tempo, novos usos e novas abordagens para refinar as principais commodities de manufatura - aço, ferro, alumínio - podem reduzir a energia incorporada encontrada em muitos sistemas. Ao mesmo tempo, a desgeneralização de muitos dos processos mais intensivos em energia (no que se refere ao calor) e o aumento da proteção e da vida útil de metais ou bens com alta energia incorporada (como aço e alumínio) é essencial. Aqui, novos processos também são importantes, incluindo práticas como a pulverização térmica, que depende da pulverização de revestimentos protetores derretidos que, então, secam em uma peça do equipamento, em vez de aplicar um revestimento e, subsequentemente, aquecer toda a parte.

Esse tipo de abordagem também reduz as restrições de materiais e cria eficiências. Ao mesmo tempo, a energia reciclada de processos intensivos em energia podem servir para reduzir a intensidade energética líquida de qualquer processo, incluindo soluções como a cogeração, que pode pegar o calor e a exaustão gerados por diferentes processos e transformá-los em eletricidade utilizável por meio de uma abordagem compacta de caldeira-turbina.

Com outros sinais de que os incentivos fiscais corretos podem realmente tornar as indústrias extrativas mais negativas em termos de carbono e em menor escala, as energias renováveis ​​mais eficientes e mais leves também prometem aumentar as capacidades de recuperação de energia e as necessidades locais de geração de processadores remotos de bens primários. Em suma, esses mecanismos de processamento com menos energia líquida intensiva prometem reduzir drasticamente o impacto ambiental que vem da criação das matérias-primas de que precisamos, mas e o resto da cadeia de abastecimento?

Capacidade ponto a ponto

As máquinas e equipamentos usados ​​pelos fabricantes costumam ser duráveis ​​e duradouros, reduzindo seu impacto ambiental líquido. No entanto, a maquinaria não utilizada pode equivaler a uma grande quantidade de energia incorporada - a energia e os recursos necessários para criá-la. Isso representa um problema quando se trata do impacto ambiental da capacidade não utilizada, que pode afetar o desperdício considerável ao longo da vida útil de uma peça de equipamento. Esse desperdício pode ser ainda pior se máquinas novas e mais eficientes entrarem em operação, o que pode tornar as mais antigas obsoletas.

Para eliminar os desafios de capacidade não utilizada - que trazem custos ambientais e econômicos - sistemas flexíveis e novos modos de organização da fábrica com o nível correto de visibilidade podem permitir que os fabricantes tenham certeza de que estão otimizando seus recursos. Essas abordagens também podem facilitar o “aluguel” da capacidade não utilizada e não apenas obter o dinheiro de volta por isso, mas também “poupar o planeta” de um pequeno custo de oportunidade.

Em que escala esses sistemas podem causar impacto? Uma estimativa datada de 2011 mostrou que a capacidade não utilizada teve um custo direto para as empresas de manufatura 4,8% das vendas líquidas, ou $ 142 bilhões por ano - e equivalente a mais de 60% de onde os gastos totais com P&D estavam posicionados . Na verdade, isso pode ser maior, já que os dados da reserva federal mostram que a capacidade industrial total caiu para valores médios ao norte de 75%, enquanto essa utilização estava perto de 90% no final da década de 1960, quando a medida foi implementada.

Embora ter alguma folga na cadeia de abastecimento nunca seja uma coisa ruim, o equivalente a um quarto da capacidade total sem uso é uma fonte de desperdício significativo - bem como custo ambiental desnecessário.

Em resposta, diferentes tipos de empresas já se engajaram em sistemas de troca ponto a ponto que permitem que as empresas ganhem dinheiro com o aluguel de máquinas não utilizadas, enquanto, obviamente, permitem que as empresas que precisam de máquinas as usem sem duplicar o investimento de capital. Embora isso seja economicamente lógico, também é significativamente vantajoso para o meio ambiente.

Acontece que pode ser o caso de “o que é velho é novo de novo”. Maschinenring , uma organização alemã dedicada ao compartilhamento de equipamentos agrícolas e florestais, desde 1958 permitiu que centenas de milhares de agricultores diminuíssem seus custos de capital e melhorassem sua utilização. Embora máquinas imóveis - como um CNC ou uma cabine de pintura - possam não ser tão fáceis de alugar, cuidar da sensibilidade de suas próprias operações de fábrica por meio de sistemas de manufatura flexíveis, como conteinerização e armazenamento de buffer, talvez possa fornecer o sigilo que seus clientes valorizam enquanto fazem o máximo da capacidade que você tem no local.

Captura e sequestro de poluentes

O ápice da manufatura limpa é talvez a “sala limpa”. As salas limpas são áreas de manufatura altamente controladas, projetadas para eliminar resíduos, contaminação e exposição ambiental de partículas de ar com 0,5 mícrons de diâmetro ou maiores.

As salas limpas contam principalmente com sistemas HEPA e HVAC de alta eficiência para gerenciar a qualidade do ar e filtrar as partículas transportadas pelo ar, que podem incluir pintura, revestimentos e processos quimicamente sensíveis, como fabricação de semicondutores ou painel solar. Como a entrada humana em salas limpas também cria contaminantes e adiciona custos em termos de equipamento e gerenciamento da qualidade do ar, sistemas robóticos e de baixa manutenção são preferidos para essas instalações.

Veremos os robôs um pouco mais tarde, mas a ideia de um ambiente de manufatura em circuito fechado - por exemplo, uma cabine de pintura a pó limpa que permite a reciclagem e a reutilização do revestimento em excesso - são conceitos que podem ser ampliados e adaptados para melhorar geração de energia e diminuição da emissão de poluentes mais perigosos, tanto do ponto de vista climático quanto do meio ambiente local.

Embora as poluições sejam capturadas e gerenciadas, elas são, em última análise, sequestradas por meio de três processos de escolha:combustão, conversão ou coleta (geralmente por meio de um filtro). Em processos primários, os sistemas de bomba de calor que alimentam a separação ou destilação de solventes também podem ser usados ​​para recuperar energia por meio de recompressão mecânica ou de vapor térmico.

A menos que um processo de fabricação possa ser totalmente controlado, sempre haverá algum tipo de impacto ambiental. Isso nem sempre é prejudicial, mas é claro que há uma oportunidade de recuperar energia ou materiais que seriam desperdiçados, não deve ser deixada de lado!

Sistemas de dados integrados

Indústria 4.0 tem sido um termo a ser observado há muitos anos no espaço de manufatura limpa, não apenas por causa dos benefícios de eficiência, mas também por causa do potencial de que sistemas industriais inteligentes podem coexistir mais adequadamente com as necessidades ambientais.

O gerenciamento correto de dados e a visibilidade são um dos meios principais de melhorar o impacto ambiental dos processos de manufatura, principalmente por meio do grau de otimização que eles fornecem. Os métodos de produção otimizados se concentram principalmente na melhoria da qualidade da produção e na incorporação de menos etapas de produção - instâncias em que o gerenciamento de objetos e a tecnologia Digital Twin usando IOT ou outros mecanismos de detecção, juntamente com automação aprimorada e impressão 3D onde aplicável, podem reduzir a necessidade total de "manipular" peças ao longo de seu caminho para o produto acabado.

Gerenciar sistemas e células de processo à distância é talvez um dos casos mais oportunos em que as práticas da Indústria 4.0 podem reduzir os custos ambientais. Por que isso acontece? Um estudo mostrou que apenas 13% do consumo de energia na fabricação é usado em processos produtivos e máquinas. Muitos dos custos associados à fabricação simplesmente vêm com o gerenciamento do fluxo de material, processos auxiliares como aquecimento, resfriamento, lubrificação e muito mais, bem como ambientes de aquecimento e resfriamento e mantê-los razoavelmente seguros para os humanos trabalharem.

Ao reduzir a pegada humana direta em uma linha de produção, a necessidade de conforto e acomodação é muito reduzida e pode ser projetada em torno das necessidades da máquina com participação humana intermitente (ou remota). Isso pode reduzir os impactos ambientais significativamente, mas também serve para reduzir os custos de mão de obra auxiliar para questões como saúde e segurança, em última análise, entregando mais valor aos funcionários e, ao mesmo tempo, realizando melhorias massivas de produtividade por meio de escolhas inteligentes no que diz respeito à automação.

Robôs qualificados autônomos

Robôs autônomos não se limitam a mover coisas ou cuidar de máquinas - eles podem realmente executar tarefas habilidosas usando know-how, confiabilidade robótica e planejamento de tarefas baseado em IA coerente para obter resultados de maior qualidade do que nunca.

A premissa básica é que se os robôs puderem ter a capacidade de perceber e fazer planos dentro de seu ambiente, eles podem assumir metas definidas por um fabricante e usar sua capacidade - seja como um braço, em um plano cartesiano ou qualquer combinação de É necessário um sistema de efetor e robô - e então utilizar a consistência e confiabilidade pelos quais os robôs são conhecidos para maximizar a eficiência do seu processo, não importa quais peças ou comportamentos de processo você precise.

Esses tipos de sistemas inteligentes são finalmente possíveis devido a uma variedade de avanços na visão 3D, fusão de sensores e planejamento de tarefas baseado em IA. Neste ambiente de tecnologia, é finalmente possível aliviar a escassez que é vista entre os trabalhadores mais qualificados por meio do descontentamento com o mesmo antigo fluxo de trabalho e da aceleração das aposentadorias dos Baby Boomers vista na esteira do COVID-19.

A eficiência robótica, adaptabilidade e benefícios ambientais podem aumentar rapidamente. As melhorias totais de qualidade vistas com robôs autônomos podem, às vezes, reduzir o retrabalho para efetivamente zero, enquanto a velocidade e o rendimento dos sistemas existentes podem ser combinados, se necessário, excedidos conforme as peças o exigem. Ao mesmo tempo, a economia de materiais, energia e consumíveis pode chegar a 30-40% onde a produção total é mantida igual - uma verdadeira mudança para os fabricantes e certamente também para o meio ambiente.



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