Les 5 meilleurs systèmes de fabrication propres

Alors que l'emprise du COVID-19 et de la réponse au verrouillage semblent s'estomper, les dirigeants des entreprises et de la société parlent d'investissements dans les nouvelles technologies et infrastructures pour faire avancer la croissance. Tous ces investissements, bien sûr, nécessitent des matières premières, ce qui à lui seul a déclenché des discussions sur un nouveau supercycle des matières premières.

Bien qu'une grande partie de cet investissement soit motivée par le désir d'« écologiser » l'économie et de favoriser la conformité ESG, l'ironie est que pour réaliser ces processus moins gourmands en énergie et en matières premières, davantage de ressources doivent être déployées afin de concevoir et de mettre en œuvre de nouveaux des systèmes de fabrication propres.

Cependant, dans une autre tournure d'ironie - nous ramenant peut-être à notre point de départ - ces systèmes de fabrication propres réduisent en fin de compte l'énergie et les matières premières nécessaires pour produire un bien donné. En produisant moins de carbone, moins de pollution et moins de ressources, les systèmes de fabrication propres ne font pas que donner une bonne réputation à un fabricant. Les économies qu'ils offrent peuvent en fait améliorer la productivité et la compétitivité au-delà de l'investissement requis, offrant un peu plus de rembourrage à ce précieux résultat net.

Dans cet esprit, voici 5 systèmes de fabrication propres que vous pouvez envisager pour configurer vos futurs investissements et atteindre vos objectifs environnementaux, sociaux et de gouvernance.

Traitement « Energy-Doux »

Alors que nous associons souvent l'extraction de matières premières aux processus de fabrication les plus énergivores, les ingénieurs de procédés qui supervisent ces systèmes à certains égards ont en fait l'approche la plus «propre» de toutes.

Comment est-ce possible? Eh bien, le plus souvent, les ingénieurs de procédés utilisent la ressource la plus renouvelable de toutes - celle de la gravité - pour conduire et transporter leurs ressources à travers les points de traitement et jusqu'à leurs destinations finales. Ce type d'approche de l'énergie, qui est toujours disponible et toujours sous-utilisée, est essentiellement la clé pour réduire l'intensité énergétique des processus de fabrication et finalement créer un écosystème de fabrication durable indéfiniment (voire infiniment).

Il existe aujourd'hui une variété de procédés à faible consommation d'énergie qui réduisent les besoins globaux en température et en énergie pour traiter les biens et produits de base. La plupart de ces processus sont conduits par des solvants, des membranes hautes performances et des catalyseurs plutôt que par le traitement à haute température, la fusion, la coulée ou d'autres moyens qui peuvent accélérer la réalisation d'un objectif mais imposer en réalité un coût total plus élevé que ce qui est autrement nécessaire.

Dans le même temps, de nouvelles utilisations et de nouvelles approches pour le raffinage des produits de base de la fabrication – acier, fer, aluminium – peuvent réduire l'énergie grise présente dans de nombreux systèmes. Dans le même temps, il est essentiel de dé-généraliser bon nombre des processus les plus énergivores (en ce qui concerne la chaleur) et d'augmenter la protection et la durée de vie des métaux ou des biens à haute énergie grise (comme l'acier et l'aluminium). Ici, de nouveaux processus sont également importants, notamment des pratiques telles que la pulvérisation thermique qui consiste à pulvériser des revêtements protecteurs fondus qui sèchent ensuite sur une pièce d'équipement plutôt que d'appliquer un revêtement et de chauffer ensuite la pièce entière.

Ce type d'approche a également réduit les contraintes de matériaux et crée des gains d'efficacité. Parallèlement, l'énergie recyclée provenant de processus énergivores peuvent servir à réduire l'intensité énergétique nette de tout processus donné, y compris des solutions telles que la cogénération qui peuvent récupérer la chaleur et les gaz d'échappement générés par différents processus et les transformer en électricité utilisable grâce à une approche chaudière-turbine compacte.

Avec d'autres signes que les bonnes incitations fiscales peuvent réellement rendre les industries extractives négatives en carbone, et les énergies renouvelables à plus petite échelle, plus efficaces et plus légères promettent également d'augmenter les capacités de récupération d'énergie et les besoins de production locale des transformateurs de produits primaires éloignés. Dans l'ensemble, ces mécanismes de traitement moins gourmands en énergie nette promettent de réduire considérablement l'impact environnemental lié à la création des matières premières dont nous avons besoin, mais qu'en est-il du reste de la chaîne d'approvisionnement ?

Capacité d'égal à égal

Les machines et équipements utilisés par les fabricants sont souvent durables et durables, ce qui réduit leur impact environnemental net. Cependant, les machines inutilisées peuvent équivaloir à une grande quantité d'énergie grise - l'énergie et les ressources nécessaires pour la créer. Cela pose un problème en ce qui concerne l'impact environnemental de la capacité inutilisée, qui peut affecter des déchets considérables sur la durée de vie d'un équipement. Ce gaspillage peut être encore pire si de nouvelles machines plus efficaces sont mises en ligne, ce qui peut rendre les plus anciennes obsolètes.

Afin d'éliminer les problèmes de capacité inutilisée - qui entraînent des coûts environnementaux et économiques - des systèmes flexibles et de nouveaux modes d'organisation de l'usine avec le bon niveau de visibilité peuvent permettre aux fabricants de s'assurer qu'ils optimisent leurs ressources. Ces approches peuvent également faciliter la « location » de la capacité inutilisée et non seulement récupérer de l'argent pour cela, mais également « épargner la terre » d'un petit coût d'opportunité.

A quelle échelle ces systèmes peuvent-ils avoir un impact ? Une estimation datée de 2011 a montré que la capacité inutilisée avait un coût direct pour les entreprises manufacturières de 4,8 % des ventes nettes, soit 142 milliards de dollars par an - et l'équivalent de plus de 60 % de l'emplacement des dépenses totales de R&D . Cela peut en fait être plus élevé, car les données de la réserve fédérale montrent que la capacité industrielle totale est tombée à des chiffres se situant en moyenne juste au nord de 75 %, alors que cette utilisation était proche de 90 % à la fin des années 1960 lorsque la mesure a été prise pour la première fois.

Bien qu'avoir un peu de mou dans la chaîne d'approvisionnement n'est jamais une mauvaise chose, l'équivalent d'un quart de la capacité totale inutilisée est une source de déchets importants - ainsi que des coûts environnementaux inutiles.

En réponse, différents types d'entreprises se sont déjà engagés dans des systèmes d'échange entre pairs qui permettent aux entreprises de gagner de l'argent en louant des machines inutilisées tout en permettant, évidemment, aux entreprises qui ont besoin de machines de les utiliser sans dupliquer les investissements en capital. Bien que cela soit économiquement logique, c'est aussi considérablement avantageux pour l'environnement.

En l'occurrence, il peut s'agir d'un cas de « ce qui est ancien est à nouveau nouveau ». Maschinenring , une organisation allemande dédiée au partage d'équipements agricoles et forestiers, a permis depuis 1958 à des centaines de milliers d'agriculteurs de réduire leurs coûts d'investissement et d'améliorer leur utilisation. Alors que les machines immobiles - comme une CNC ou une cabine de peinture - peuvent ne pas être aussi faciles à louer, prendre soin de la sensibilité de vos propres opérations d'usine grâce à des systèmes de fabrication flexibles comme la conteneurisation et le stockage tampon peut peut-être vous donner le secret que vos clients apprécient tout en fabriquant le maximum de la capacité dont vous disposez sur place.

Capture et séquestration des polluants

Le sommet de la fabrication propre est peut-être la « salle blanche ». Les salles blanches sont des zones de fabrication hautement contrôlées conçues pour éliminer les déchets, la contamination et l'exposition environnementale aux particules d'air de 0,5 micromètre de diamètre ou plus.

Les salles blanches reposent principalement sur des systèmes HEPA et HVAC à haute efficacité pour gérer la qualité de l'air et filtrer les particules en suspension dans l'air, ce qui peut inclure la peinture, les revêtements et les processus chimiquement sensibles comme la fabrication de semi-conducteurs ou de panneaux solaires. Étant donné que l'entrée humaine dans les salles blanches crée également des contaminants et ajoute des coûts en termes d'équipement et de gestion de la qualité de l'air, les systèmes robotiques et nécessitant peu d'entretien sont préférés pour ces installations.

Nous aborderons les robots un peu plus tard, mais l'idée d'un environnement de fabrication en boucle fermée - par exemple une cabine de revêtement en poudre propre qui permet le recyclage et la réutilisation du revêtement en excès - sont des concepts qui peuvent être étendus et adaptés pour à la fois améliorer production d'énergie et réduire les émissions de polluants plus dangereux, tant du point de vue climatique que local.

Quelle que soit la manière dont les pollutions sont captées et gérées, elles sont finalement séquestrées au moyen de trois procédés de choix :la combustion, la conversion ou la collecte (généralement au moyen d'un filtre). Dans les procédés primaires, les systèmes de pompe à chaleur qui alimentent la séparation ou la distillation des solvants peuvent également être utilisés pour récupérer de l'énergie par recompression mécanique ou thermique de la vapeur.

À moins qu'un processus de fabrication ne puisse être entièrement maîtrisé, il y aura toujours une sorte d'impact environnemental. Ceux-ci ne sont pas toujours nocifs, mais bien sûr, il existe une opportunité de récupérer de l'énergie ou des matériaux qui seraient autrement gaspillés, il ne faut pas la laisser passer !

Systèmes de données intégrés

L'industrie 4.0 est un terme à surveiller depuis de nombreuses années dans l'espace de fabrication propre, non seulement en raison des avantages en termes d'efficacité, mais également en raison du potentiel que les systèmes industriels intelligents peuvent coexister de manière plus adéquate avec les besoins environnementaux.

Une gestion et une visibilité correctes des données sont l'un des premiers moyens d'améliorer l'impact environnemental des processus de fabrication, principalement par le degré d'optimisation qu'ils fournissent. Les méthodes de production optimisées se concentrent principalement sur l'amélioration de la qualité de la production et l'incorporation de moins d'étapes de production - des cas où la gestion des objets et la technologie Digital Twin utilisant l'IOT ou d'autres mécanismes de détection, ainsi qu'une automatisation améliorée et l'impression 3D, le cas échéant, peuvent réduire le besoin total de « manipuler » pièces en cours de route jusqu'au produit fini.

La gestion des systèmes et des cellules de traitement à distance est peut-être l'un des cas les plus opportuns où les pratiques de l'Industrie 4.0 peuvent réduire les coûts environnementaux. pourquoi est-ce le cas? Une étude a montré que seulement 13% de la consommation d'énergie dans la fabrication est utilisée pour les processus de production et les machines. Une grande partie des coûts associés à la fabrication vient simplement de la gestion du flux de matières, des processus auxiliaires comme le chauffage, le refroidissement, la lubrification, etc., ainsi que les environnements de chauffage et de refroidissement et leur maintien raisonnablement sûr pour les humains.

En réduisant l'empreinte humaine directe sur une ligne de production, le besoin de confort et d'hébergement est considérablement réduit et peut plutôt être conçu autour des besoins de la machine avec une participation humaine intermittente (ou à distance). Cela peut réduire considérablement les impacts environnementaux, mais aussi servir à réduire les coûts de main-d'œuvre auxiliaires pour des questions telles que la santé et la sécurité, offrant ainsi une plus grande part de valeur aux employés tout en réalisant potentiellement des améliorations de productivité massives grâce à des choix intelligents en matière d'automatisation.

Robots qualifiés autonomes

Les robots autonomes ne se limitent pas à déplacer des objets ou à s'occuper des machines :ils peuvent en fait exécuter des tâches qualifiées en utilisant le savoir-faire, la fiabilité robotique et une planification cohérente des tâches basée sur l'IA pour obtenir des résultats de meilleure qualité que jamais.

Le principe de base est que si les robots peuvent avoir la capacité de percevoir et de faire des plans au sein de leur environnement, ils peuvent prendre des objectifs tels que définis par un fabricant et utiliser leur capacité - que ce soit comme un bras, sur un plan cartésien ou toute autre combinaison d'extrémités. un effecteur et un système de robot sont nécessaires, puis utilisez la cohérence et la fiabilité pour lesquelles les robots sont connus pour maximiser l'efficacité de votre processus, quels que soient les composants ou les comportements de processus dont vous avez besoin.

Ces types de systèmes intelligents sont enfin possibles grâce à diverses avancées en matière de vision 3D, de fusion de capteurs et de planification de tâches basée sur l'IA. Dans cet environnement technologique, il est enfin possible de pallier la pénurie observée parmi les travailleurs les plus qualifiés grâce à la fois à la désaffection envers le même ancien flux de travail et à l'accélération des départs à la retraite des baby-boomers observée à la suite de COVID-19.

L'efficacité robotique, l'adaptabilité et les avantages environnementaux peuvent s'additionner rapidement. Les améliorations totales de la qualité observées avec les robots autonomes peuvent parfois réduire les retouches à zéro, tandis que la vitesse et le débit des systèmes existants peuvent être adaptés si les besoins sont dépassés, car les pièces l'exigent. Dans le même temps, les économies de matériaux, d'énergie et de consommables peuvent atteindre 30 à 40 % à un niveau de production total égal :un véritable changement pour les fabricants, et certainement aussi pour l'environnement.

Omnirobotic fournit une technologie robotique autonome pour les processus de pulvérisation, permettant aux robots industriels de voir les pièces, de planifier leur propre programme de mouvement et d'exécuter des processus industriels critiques de revêtement et de finition. Voyez quel type de retour vous pouvez en tirer ici , ou découvrez comment vous pouvez bénéficier de systèmes de fabrication autonomes .