Tối ưu hóa tính bền vững của sản phẩm bằng bản sao kỹ thuật số toàn diện

Thiết kế sản phẩm là một vấn đề khó khăn khi phải đảm bảo cân bằng giữa hiệu suất, chi phí, chất lượng và đáp ứng thị hiếu của người tiêu dùng. Gần đây, các doanh nghiệp đã bắt đầu bổ sung thêm tính bền vững để thúc đẩy sự đổi mới của họ.

Cùng đặt câu hỏi về tính bền vững: Điều gì tác động toàn bộ đến một vòng đời của sản phẩm?

80% các yếu tố tác động đến sản phẩm đều được xác định trong giai đoạn phát triển và thiết kế. Đây là giai đoạn các quyết định được đưa ra về vật liệu nào được sử dụng, chúng được làm từ gì, sản phẩm được sản xuất như thế nào, hiệu quả năng lượng bao gồm lượng khí thải carbon và mức tiêu thụ tài nguyên cũng như điều gì sẽ xảy ra với nó sau khi vòng đời của nó kết thúc. Những quyết định này cũng hạn chế những lựa chọn thiết kế và sản xuất sau này trong quá trình phát triển.

Tính bền vững phải vượt ra ngoài các yếu tố mà công ty tư nhân, nhà cung cấp, nhà phân phối và nhà cung cấp dịch vụ logistics đã làm được. Các quyết định về quy trình được đưa ra càng sớm thì sản phẩm và quy trình được tạo ra càng bền vững và càng hiệu quả về mặt chi phí. Dữ liệu và số hóa là nền tảng để tạo ra phương pháp thiết kế tổng thể này. Các doanh nghiệp có thể xây dựng bản sao kỹ thuật số để mô phỏng, xác minh và kiểm duyệt sản phẩm trong toàn bộ quy trình.

Tính bền vững trong ngành hàng hải

Các ngành giao thông vận tải có ảnh hưởng lớn đến môi trường. Cho dù là ngành hàng hải, ô tô hay hàng không vũ trụ, tất cả đều hướng tới tính bền vững và giảm thiểu lượng khí thải carbon. Điều này có thể thấy rõ ở các quốc gia và địa phương áp đặt các luật và quy định mới nhằm tăng cường việc sử dụng các phương tiện điện và giảm lượng phát thải.

Tác động của ngành công nghiệp hàng hải ít được nhìn thấy hơn nhưng 90% thương mại trên thế giới liên quan đến vận tải biển. Mặc dù vận tải biển được coi là hình thức vận tải thương mại hiệu quả nhất, nhưng ảnh hưởng của nó đến môi trường là ô nhiễm tiếng ồn, tràn dầu và khí thải nhà kính. Ngay cả những phương tiện đường thủy nhỏ nhất cũng có thể có tác động tiêu cực đến môi trường địa phương.

Cùng tìm hiểu về Cox Marine, một công ty áp dụng phương pháp tiếp cận thiết kế hệ thống để cải thiện tính bền vững. Quá trình số hóa giúp họ hiện thực hóa thiết kế động cơ giúp tiết kiệm hơn 25% nhiên liệu và hoạt động lâu hơn gấp ba lần so với thế hệ trước.

Một ví dụ khác với động cơ lớn hơn của Wärtsilä – một trong những nhà sản xuất động cơ tàu thủy lớn nhất thế giới. Họ đã tạo ra các động cơ diesel tiết kiệm nhiên liệu nhất được sử dụng trong các tàu vận tải biển lớn, đồng thời giúp giảm thời gian thử nghiệm thực tế và tăng cường thử nghiệm ảo..

Sử dụng số hóa để tăng tính bền vững

Các sản phẩm hiện nay không chỉ có một hệ thống đơn lẻ mà có nhiều hệ thống kết hợp với nhau đòi hỏi nhiều yếu tố kỹ thuật để phát triển thành công. Đối với Cox Marine, thiết kế động cơ bên ngoài của họ rất phức tạp với hơn 6500 chi tiết đòi hỏi các kỹ sư trong nhiều lĩnh vực phải biết sử dụng các ứng dụng kỹ thuật số đáng tin cậy để thiết kế động cơ.

Để đổi mới các sản phẩm bền vững trong tương lai, các doanh nghiệp cần phải có các công cụ kỹ thuật số phù hợp. Nhà thiết kế và kỹ sư có thể sử dụng các công cụ kỹ thuật số có khả năng mô phỏng mạnh mẽ để thử nghiệm và xác minh sớm nhất và thường xuyên nhất có thể. Họ có thể tối ưu hóa các hệ thống riêng lẻ và cân bằng chúng bằng tác động của các miền khác nhau cũng như quy trình sản xuất.

Bằng cách đánh giá các yêu cầu về tính bền vững từ thời điểm ban đầu, các đội ngũ kỹ thuật có thể đưa ra các quyết định nhanh hơn và đúng đắn hơn. Việc đánh giá sớm tính bền vững, chi phí, hiệu suất, chất lượng của sản phẩm và sản xuất trong quá trình phát triển đảm bảo để xác định một không gian thiết kế thông minh. Đây là nơi xác định các yếu tố như lựa chọn vật liệu để giảm lượng khí thải ở mọi khâu, từ việc trích xuất nguồn gốc đến việc cắt giảm phế thải trong quá trình sử dụng sản phẩm.

Để thực hiện điều này, bước đầu tiên các doanh nghiệp cần kích hoạt bản sao kỹ thuật số toàn diện của sản phẩm và mở rộng đưa vào sản xuất để nắm bắt thông tin đầy đủ nhất. Điều này không chỉ giúp họ xác định được cách sản xuất sản phẩm, thời gian sử dụng của sản phẩm, chi phí hậu cần mà còn giúp họ tìm được cách tạo ra sản phẩm phù hợp với kinh tế tuần hoàn (circular economy) thông qua tái sử dụng hoặc tái chế.

Đối với các quyết định về tính bền vững trong giai đoạn thiết kế, việc truy cập vào bộ sưu tập dữ liệu rộng lớn và chính xác nhất để tạo ra một bản sao kỹ thuật số toàn diện giúp nâng cao tính linh hoạt của doanh nghiệp, cắt giảm chi phí và tăng khả năng cạnh tranh.

Các sản phầm được ứng dụng từ bản sao kỹ thuật số mang đến tính bền vững

Tạo bản sao kỹ thuật số toàn diện với dữ liệu

Các chỉ số bền vững toàn diện phải được tích hợp vào bản sao kỹ thuật số của sản phẩm ngay từ đầu. Thiết kế có thể bao gồm cả cảm biến vật lý thu thập chuẩn đoán/ điều kiện môi trường của sản phẩm thông qua quá trình sản xuất, phân phối, sử dụng và cảm biến ảo dựa trên các mô hình được tạo trong bản sao kỹ thuật số để cung cấp thêm thông tin. Bên cạnh đó, dữ liệu kinh doanh có thể cung cấp thông tin chi tiết về tính bền vững như carbon footprints, lượng phát thải và chi phí nguyên vật liệu.

Các cảm biến vật lý có thể liên tục cung cấp dữ liệu được cập nhật vào các mô hình mô phỏng để hiểu rõ hơn ảnh hưởng của các quyết định trong khi các cảm biến ảo sử dụng dữ liệu từ kiến thức thực tế và các mô hình cho phép tối ưu hóa vòng lặp kín giữa thiết kế, sản xuất và hiệu suất.

Thách thức xử lý lượng dữ liệu liên tục này có thể được giải quyết thông qua trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy. AI giúp phát hiện sớm các vấn đề khi dữ liệu được đưa trở lại bản sao kỹ thuật số bằng cách so sánh dữ liệu với kết quả dự kiến từ mô phỏng. Sau khi xác định được nguyên nhân của sự cố, một bản cập nhật trực tuyết được gửi tới sản phẩm nếu đây là sự cố phần cứng. Sau đó người dùng có thể chia sẻ nó với mạng lưới của các tổ chức hay nhà cung cấp để khắc phục sự cố.

Xây dựng hệ thống để nâng cao tính bền vững

Các ngành công nghiệp trên thế giới đang phải đối mặt với một thách thức lớn đó là đổi mới với nguồn tài nguyên hữu hạn và làm được nhiều hơn với nguồn lực ít hơn.

Tính bền vững là quá trình thiết kế, hiện thực hóa và tối ưu hóa một sản phẩm trong toàn bộ chuỗi giá trị. Nó cho phép phân phối sản phẩm với ít lượng tài nguyên nhất. Điều này đòi hỏi một hệ thống tiếp cận hệ thống để tạo ra bản sao kỹ thuật số toàn diện và thiết lập môi trường kỹ thuật số cho mô phỏng. Một điều quan trọng không kém là khả năng lấy dữ liệu trong thời gian thực từ nguyên mẫu vật lý hoặc sản phẩm cũng như các cảm biến tại xưởng sản xuất được sử dụng để tối ưu hóa sản phẩm và quy trình sản xuất.

Số hóa và tự động hóa cung cấp một nguồn dữ liệu vô hạn tạo điều kiện để xây dựng một bản sao kỹ thuật số toàn diện kết hợp thế giới thực và thế giới kỹ thuật số, đồng thời đảm bảo để các doanh nghiệp sử dụng hiệu quả các nguồn tài nguyên hữu hạn.

Siemens Xcelerator là nền tảng kinh doanh kỹ thuật số mở, dễ sử dụng và linh hoạt giúp khách hàng đổi mới nhanh chóng và trở thành một doanh nghiệp kỹ thuật số cạnh tranh. Với bản sao kỹ thuật số toàn diện, các doanh nghiệp có khả năng kết hợp thế giới thực và thế giới kỹ thuật số cho phép tích hợp dữ liệu sản phẩm, dữ liệu sản xuất và hiệu suất để liên tục tối ưu hóa.

Hãy tưởng tượng việc sử dụng dữ liệu để kiếm tra các kịch bản “what if” và dự đoán hiệu suất trong tương lai với Digital Twin. Điều này không chỉ giúp các doanh nghiệp hiểu được toàn bộ tác động môi trường lâu dài của một sản phẩm mà còn giúp họ tạo ra các sản phẩm cao cấp và bền vững hơn.

Nguồn: Siemens

Quý doanh nghiệp, khách hàng có nhu cầu liên hệ SDE TECH theo thông tin sau:

• E-mail: sales@sde.vn – tech@sde.vn
• Hotline: 0909 107 719
• Website: www.sde.vn