Los 5 mejores sistemas de fabricación limpia

A medida que el control de COVID-19 y la respuesta de bloqueo parecen ceder, los líderes de las empresas y la sociedad están hablando de inversiones en nueva tecnología e infraestructura para impulsar el crecimiento. Todas estas inversiones, por supuesto, requieren materias primas, lo que por sí solo ha desencadenado conversaciones sobre un nuevo superciclo de materias primas.

Si bien gran parte de esta inversión está impulsada por el deseo de "ecologizar" la economía e impulsar el cumplimiento de ESG, la ironía es que para lograr esos procesos que requieren menos energía y productos básicos, se deben implementar más recursos para diseñar e implementar nuevos sistemas de fabricación limpios.

Sin embargo, en otro giro de la ironía, quizás llevándonos de regreso a donde comenzamos, estos sistemas de fabricación limpia finalmente reducen la energía y los productos básicos necesarios para producir un bien determinado. Al generar menos emisiones de carbono, menos contaminación y consumir menos recursos, los sistemas de fabricación limpios no solo le dan a un fabricante un buen nombre. Los ahorros que ofrecen pueden mejorar la productividad y la competitividad más allá de la inversión que se requiere, ofreciendo un poco más de protección para ese valioso resultado final.

Con eso en mente, aquí hay 5 sistemas de fabricación limpia que puede considerar al configurar sus inversiones futuras y lograr sus objetivos ambientales, sociales y de gobernanza.

Procesamiento de "energía suave"

Si bien a menudo asociamos la extracción de productos básicos con los procesos de fabricación que consumen más energía, los ingenieros de procesos que supervisan estos sistemas de alguna manera tienen el enfoque "más limpio" de todos.

¿Cómo es esto posible? Bueno, la mayoría de las veces, los ingenieros de procesos utilizan el recurso más renovable de todos, el de la gravedad, para impulsar y transportar su recurso a través de los puntos de procesamiento y hasta sus destinos finales. Ese tipo de enfoque de la energía, uno que siempre está disponible y siempre subutilizado, es esencialmente la clave para reducir la intensidad energética de los procesos de fabricación y, en última instancia, crear un ecosistema de fabricación sostenible indefinidamente (si no infinitamente).

Hay una variedad de procesos de bajo consumo de energía que están disponibles en la actualidad y que reducen la temperatura general y los requisitos de energía para procesar bienes y productos básicos. La mayoría de estos procesos son impulsados ​​por solventes, membranas de alto rendimiento y catalizadores en lugar del procesamiento a alta temperatura, la fundición, la fundición u otros medios que pueden acelerar el logro de un objetivo pero en realidad imponen un costo total mayor de lo necesario.

Al mismo tiempo, los nuevos usos y los nuevos enfoques para refinar los productos básicos de fabricación (acero, hierro, aluminio) pueden reducir la energía incorporada que se encuentra en muchos sistemas. Al mismo tiempo, es esencial desgeneralizar muchos de los procesos con mayor consumo de energía (en lo que respecta al calor) y aumentar la protección y la vida útil de los metales o bienes con alta energía incorporada (como el acero y el aluminio). Aquí, los nuevos procesos también son importantes, incluidas prácticas como la pulverización térmica, que se basa en la pulverización de revestimientos protectores fundidos que luego se secan en una pieza del equipo en lugar de aplicar un revestimiento y posteriormente calentar toda la pieza.

Este tipo de enfoque también redujo las limitaciones de materiales y crea eficiencias. Al mismo tiempo, la energía reciclada de procesos intensivos en energía puede servir para reducir la intensidad energética neta de cualquier proceso dado, incluidas soluciones como la cogeneración, que pueden tomar el calor y los gases de escape generados por diferentes procesos y convertirlos en electricidad utilizable a través de un enfoque compacto de caldera-turbina.

Con más señales de que los incentivos fiscales adecuados pueden hacer que más industrias extractivas sean negativas en carbono, y las energías renovables a menor escala, más eficientes y de menor peso también prometen aumentar las capacidades de recuperación de energía y las necesidades de generación local de los procesadores remotos de productos primarios. Con todo, estos mecanismos de procesamiento que consumen menos energía neta prometen reducir drásticamente el impacto ambiental que proviene de la creación de las materias primas que necesitamos, pero ¿qué pasa con el resto de la cadena de suministro?

Capacidad de igual a igual

La maquinaria y el equipo que utilizan los fabricantes suelen ser duraderos y duraderos, lo que reduce su impacto medioambiental neto. Sin embargo, la maquinaria no utilizada puede equivaler a una gran cantidad de energía incorporada, la energía y los recursos necesarios para crearla. Esto plantea un problema en lo que respecta al impacto medioambiental de la capacidad no utilizada, que puede afectar a un desperdicio considerable durante la vida útil de un equipo. Este desperdicio puede ser aún peor si se conectan máquinas nuevas y más eficientes que pueden hacer que las más antiguas se vuelvan obsoletas.

Para eliminar los desafíos de capacidad no utilizada, que conllevan costos ambientales y económicos, los sistemas flexibles y los nuevos modos de organización de la fábrica con el nivel adecuado de visibilidad pueden permitir a los fabricantes asegurarse de que están optimizando sus recursos. Estos enfoques también pueden facilitar el "alquiler" de la capacidad no utilizada y no solo recuperar el dinero por ello, sino también "ahorrarle a la tierra" un pequeño costo de oportunidad.

¿A qué escala pueden tener impacto estos sistemas? Una estimación fechada en 2011 mostró que la capacidad no utilizada tenía un costo directo para las empresas manufactureras del 4,8% de las ventas netas, o $ 142 mil millones por año, y equivalente a más del 60% de donde se ubicó el gasto total en I + D . En realidad, esto puede ser más alto, ya que los datos de la reserva federal muestran que la capacidad industrial total ha caído a cifras que promedian un poco más del 75%, mientras que la utilización estaba cerca del 90% a fines de la década de 1960 cuando surgió la medida.

Si bien tener algo de holgura en la cadena de suministro nunca es algo malo, el equivalente a una cuarta parte de la capacidad total que no se utiliza es una fuente de desperdicio significativo, así como un costo ambiental innecesario.

En respuesta, diferentes tipos de empresas ya se han involucrado en sistemas de intercambio entre pares que permiten a las empresas ganar dinero alquilando maquinaria no utilizada y, obviamente, permiten que las empresas que necesitan maquinaria la utilicen sin duplicar la inversión de capital. Si bien esto es económicamente lógico, también es significativamente ventajoso para el medio ambiente.

Da la casualidad de que este puede ser un caso de “lo viejo es nuevo de nuevo”. Maschinenring , una organización alemana dedicada al intercambio de equipos agrícolas y forestales, ha permitido desde 1958 a cientos de miles de agricultores reducir sus costos de capital y mejorar su utilización. Si bien es posible que la maquinaria inmóvil, como un CNC o una cabina de pintura, no sea tan fácil de alquilar, cuidar la sensibilidad de las operaciones de su propia fábrica a través de sistemas de fabricación flexibles como la contenedorización y el almacenamiento intermedio tal vez pueda brindarle el secreto que sus clientes valoran al hacer la mayor parte de la capacidad que tiene en el sitio.

Captura y secuestro de contaminantes

La cúspide de la fabricación limpia es quizás la “sala limpia”. Las salas blancas son áreas de fabricación altamente controladas diseñadas para eliminar los desechos, la contaminación y la exposición ambiental de partículas de aire de 0,5 micrones de diámetro o más.

Las salas blancas se basan principalmente en sistemas HEPA y HVAC de alta eficiencia para administrar la calidad del aire y filtrar las partículas en el aire, que pueden incluir pintura, recubrimientos y procesos químicamente sensibles como la fabricación de semiconductores o paneles solares. Debido a que la entrada de personas a las salas blancas también crea contaminantes y agrega costos en términos de equipos y gestión de la calidad del aire, se prefieren los sistemas robóticos y de bajo mantenimiento para estas instalaciones.

Llegaremos a los robots un poco más tarde, pero la idea de un entorno de fabricación de circuito cerrado, por ejemplo, una cabina de pintura en polvo limpia que permita el reciclaje y la reutilización del exceso de recubrimiento, son conceptos que se pueden ampliar y adaptar para mejorar generación de energía y disminuir la emisión de contaminantes más peligrosos, tanto desde una perspectiva climática como ambiental local.

Independientemente de cómo se capturen y gestionen las contaminaciones, en última instancia se secuestran mediante tres procesos de elección:combustión, conversión o recogida (normalmente mediante un filtro). En los procesos primarios, los sistemas de bombas de calor que impulsan la separación o destilación de disolventes se pueden utilizar para recuperar energía a través de la recompresión de vapor térmica o mecánica.

A menos que un proceso de fabricación se pueda contener por completo, siempre habrá algún tipo de impacto ambiental. Estos no siempre son dañinos, pero, por supuesto, existe la oportunidad de recuperar energía o materiales que de otro modo se desperdiciarían, ¡no debe dejarse pasar!

Sistemas de datos integrados

Industria 4.0 ha sido un término a tener en cuenta durante muchos años en el espacio de fabricación limpia, no solo por los beneficios de eficiencia, sino también por el potencial de que los sistemas industriales inteligentes puedan coexistir de manera más adecuada con las necesidades ambientales.

La correcta gestión y visibilidad de los datos son uno de los primeros y más importantes medios para mejorar el impacto medioambiental de los procesos de fabricación, principalmente a través del grado de optimización que proporcionan. Los métodos de producción optimizados se centran principalmente en mejorar la calidad de la producción e incorporar menos pasos de producción:instancias en las que la gestión de objetos y la tecnología Digital Twin utilizando IOT u otros mecanismos de detección, junto con la automatización mejorada y la impresión 3D cuando corresponda, pueden reducir la necesidad total de "manipular" piezas en su camino hacia el producto terminado.

La gestión de sistemas y células de proceso a distancia es quizás uno de los casos más oportunos en los que las prácticas de la Industria 4.0 pueden reducir los costes medioambientales. ¿Por qué es este el caso? Un estudio ha demostrado que solo el 13% del consumo de energía en la fabricación se utiliza para procesos productivos y máquinas. Gran parte de los costos asociados con la fabricación simplemente vienen con la gestión del flujo de material, procesos auxiliares como calefacción, refrigeración, lubricación y más, así como los entornos de calefacción y refrigeración y mantenerlos razonablemente seguros para que los humanos trabajen en ellos.

Al reducir la huella humana directa en una línea de producción, la necesidad de comodidad y acomodación se reduce en gran medida y, en cambio, se puede diseñar en función de las necesidades de la máquina con participación humana intermitente (o remota). Esto puede reducir los impactos ambientales de manera significativa, pero también sirve para reducir los costos de mano de obra auxiliar en asuntos como la salud y la seguridad, y en última instancia, brinda más valor compartido a los empleados y, al mismo tiempo, logra mejoras masivas de productividad a través de decisiones inteligentes en lo que respecta a la automatización.

Robots expertos autónomos

Los robots autónomos no se tratan solo de mover cosas o atender máquinas; en realidad, pueden ejecutar tareas calificadas utilizando conocimientos, confiabilidad robótica y planificación de tareas coherente basada en inteligencia artificial para lograr resultados de mayor calidad que nunca.

La premisa básica es que si a los robots se les puede dar la capacidad de percibir y hacer planes dentro de su entorno, pueden tomar metas definidas por un fabricante y usar su capacidad, ya sea como un brazo, en un plano cartesiano o cualquier combinación de fines. Se necesita un efector y un sistema de robot, y luego utilice la consistencia y confiabilidad por las que los robots son conocidos para maximizar la eficiencia de su proceso, sin importar qué partes o comportamientos del proceso necesite.

Este tipo de sistemas inteligentes finalmente es posible gracias a una variedad de avances en visión 3D, fusión de sensores y planificación de tareas basada en IA. En este entorno tecnológico, finalmente es posible aliviar la escasez que se observa entre los trabajadores más calificados a través del descontento con el mismo flujo de trabajo anterior y la aceleración de las jubilaciones de Baby Boomer observadas a raíz del COVID-19.

La eficiencia robótica, la adaptabilidad y los beneficios ambientales pueden sumarse rápidamente. Las mejoras de calidad total observadas con los robots autónomos a veces pueden reducir el reproceso a cero de manera efectiva, mientras que la velocidad y el rendimiento de los sistemas existentes se pueden igualar si se excede la necesidad, ya que las piezas lo requieren. Al mismo tiempo, los ahorros en materiales, energía y consumibles pueden alcanzar el 30-40% cuando la producción total se mantiene igual, un verdadero cambio de juego para los fabricantes y, sin duda, también para el medio ambiente.

Omnirobotic proporciona tecnología robótica autónoma para procesos de pulverización, lo que permite a los robots industriales ver piezas, planificar su propio programa de movimiento y ejecutar procesos de acabado y revestimiento industriales críticos. Vea qué tipo de recuperación puede obtener aquí , u obtenga más información sobre cómo puede beneficiarse sistemas de fabricación autónomos .