Construir un mejor negocio con un diseño de producto sostenible

La autora: Eryn Devola, Vicepresidenta de Sostenibilidad, Siemens Digital Industries

El diseño siempre se ha basado en un equilibrio entre el rendimiento, el coste y la calidad. Pero estos parámetros no tienen en cuenta todo el impacto medioambiental de un producto durante su vida útil. Hay que sumar la sostenibilidad para garantizar que se aborden todos los impactos de un producto, incluso en los sistemas más complejos. La única solución eficaz empieza desde el principio, ya que casi el 80% del impacto medioambiental de un producto a lo largo de su vida útil se determina durante la fase de diseño: qué materiales se utilizan, cómo se fabrica, la eficiencia energética y qué ocurre una vez que termina su utilidad. La solución a estos problemas es desplegar la sostenibilidad como una métrica empresarial más y utilizar la digitalización para llegar a ella más rápido que la competencia.

El diseño de productos sostenibles requiere una comprensión temprana de los impactos ambientales, incluida la comprensión del uso de materiales y energía del producto, los impactos ambientales del proceso de fabricación y su consumo previsto de recursos. El diseñador debe tener en cuenta a los proveedores, distribuidores y proveedores de logística, al tiempo que equilibra los objetivos de sostenibilidad, rentabilidad, rendimiento y calidad. Los datos y la digitalización son clave en un enfoque holístico del diseño, aprovechando la inteligencia colectiva de la empresa digital. Para lograrlo, es necesario reimaginar el diseño de productos para que se construya sobre un enfoque de un sistema de sistemas, ecosistemas industriales conectados e indicadores holísticos de sostenibilidad.

Comienza con el diseño de sistemas de sistemas

Un sistema puede ser tan específico como una característica del circuito integrado de un dispositivo electrónico o tan amplio como el entorno que ocupará ese producto. La mayoría de los productos modernos no se pueden describir como un único sistema debido a las numerosas disciplinas de ingeniería necesarias para su desarrollo. En su lugar, estos productos se consideran un sistema de sistemas. La coordinación de las diversas disciplinas a la hora de trabajar en un proyecto requiere una simulación temprana y frecuente para optimizar los sistemas individuales y luego equilibrar su interacción.

Esta robusta simulación es posible, ante todo, debido a que el gemelo digital del producto es muy completo. En el caso de una hélice marina, el aumento del paso de las palas puede mejorar la eficiencia hidrodinámica, pero depende del motor y de todos los sistemas intermedios para ofrecer suficiente potencia y mantenerse dentro de las especificaciones de emisiones de carbono en funcionamiento. Estas optimizaciones multidisciplinares son más rápidas que nunca y requieren menos recursos para encontrar la mejor solución.

También es valioso simular la producción para obtener información sobre cómo se produce el producto, los costes logísticos, la vida útil y cómo encaja en las economías circulares. La exploración temprana proporciona un espacio de diseño más inteligentemente definido y lo vincula a lo que es viable, rentable y sostenible para el negocio. Los requisitos y las evaluaciones deben entretejerse a la perfección desde el principio para tomar decisiones informadas. Se puede elegir un material en lugar de otro porque la relación resistencia-peso es superior para el rendimiento del producto. Un material puede evitarse debido al coste estimado de las emisiones de CO2 de la extracción en lugar de la reciclabilidad de otro material, y los componentes pueden diseñarse para un proceso de fabricación específico, como la impresión 3D, para minimizar los residuos.

Mantenerse conectado en un ecosistema industrial

Para tomar las decisiones correctas sobre la sostenibilidad durante la fase de diseño, es necesario acceder a la colección de datos más precisa y amplia para crear un gemelo digital verdaderamente completo, que incluye la red ampliada de proveedores, las operaciones logísticas y la infraestructura energética. Este enfoque proporciona la inteligencia colectiva necesaria para tomar mejores decisiones y, a medida que su gemelo digital se nutre de los datos recogidos de la simulación, la fabricación y la cadena de valor, se convierte en una representación cada vez más precisa del mundo real.

El ecosistema de comunicaciones debe abarcar toda la cadena de valor y establecerse con antelación, coordinando las acciones y el intercambio de datos con los proveedores, distribuidores y otros socios. De este modo, los diseñadores tienen acceso directo a la información sobre el abastecimiento de materiales y subsistemas contratados. Al mismo tiempo, un sistema robusto de gestión del ciclo de vida del producto, basado en la digitalización, entrelaza todo el trabajo de ingeniería para crear los complejos productos actuales, sin dejar de tener en cuenta los recursos disponibles de la empresa. La integración de estos procesos aislados ayuda a sacar al mercado un producto mejor y más sostenible con mayor rapidez.

Un ecosistema de diseño industrial que está bien conectado también proporciona bucles de retroalimentación entre el diseño y la cadena de valor. Los diseñadores mecánicos pueden haber solicitado y diseñado un producto en torno a una aleación de aluminio en las iteraciones iniciales del diseño, pero el proveedor descubre una aleación ligeramente diferente con propiedades comparables, pero con mejor viabilidad de impresión dentro de la infraestructura existente. Si la decisión empresarial es cambiar la aleación o contratar a un proveedor de fabricación diferente que pueda imprimir de forma fiable en la aleación inicial, este nuevo punto de datos se añade a la inteligencia colectiva para futuras iteraciones.

Los proveedores pueden tener un impacto dramático en la sostenibilidad de un producto. Un proveedor puede emplear electricidad renovable por su proximidad a fuentes de energía eólica, solar o de otro tipo. Otro puede estar más cerca, geográficamente, del resto de la fabricación, lo que limita las emisiones debidas al transporte y la logística. Este tipo de métricas son fundamentales para que los productos sean más sostenibles en toda la cadena de valor.

Las colaboraciones pueden extenderse más allá en la cadena de valor hasta el final de la vida útil de un producto, con el fin de lograr la circularidad. Elegir un material más resistente significa que puede reutilizarse. Un componente más resistente también puede ser más difícil de fabricar y puede requerir procesos más intensivos en energía. El volumen y la variabilidad de estas decisiones es la razón por la que la digitalización y la simulación son tan importantes para el diseño sostenible: las decisiones más sencillas pueden automatizarse y otras más complejas se dotan de mayor inteligencia.

Mayor optimización del diseño con indicadores holísticos de sostenibilidad

Por último, es importante revisar y evaluar las decisiones en cada etapa del ciclo de vida del producto. Los indicadores holísticos de sostenibilidad deben integrarse en el gemelo digital desde el principio para poder tener una visibilidad continua de los objetivos de sostenibilidad en conjunto con otros requisitos. Esto puede requerir que el diseño incluya sensores físicos que recojan el diagnóstico y las condiciones ambientales a través de la fabricación, la entrega y el uso, así como las huellas de carbono y los costes de los materiales. Con un conjunto de datos más amplio, es incluso posible incluir sensores virtuales que se basen en los modelos creados en el gemelo digital.

Los sensores físicos alimentan los modelos de simulación, proporcionando una comprensión más clara de las decisiones en las primeras fases del diseño, mientras que los sensores y modelos virtuales interpolan y extrapolan los indicadores de sostenibilidad de los sistemas complejos. Estos indicadores permiten una optimización en bucle cerrado entre el diseño, la fabricación y el uso.

Preparado para su próximo diseño sostenible

El diseño sostenible consiste en tomar decisiones intencionadas basadas en la inteligencia colectiva del diseño, la fabricación y el funcionamiento de un producto en toda la cadena de valor. Permite entregar un producto con el menor número de recursos, ya sean materiales, energéticos o de otro tipo. Esto requiere un enfoque de sistema de sistemas para crear un gemelo digital completo que refleje con precisión todas las diversas disciplinas necesarias para crear un producto complejo. También debe construirse sobre un ecosistema de diseño industrial que facilite el flujo de datos cruciales en tiempo real entre la empresa y los proveedores externos. Además, deben incluirse indicadores holísticos de sostenibilidad para garantizar que las decisiones estén bien informadas para cumplir los objetivos de sostenibilidad junto con otros objetivos empresariales. Los productos sostenibles comienzan con diseños sostenibles, que son creados con intención.

Informacion sobre el autor:

Eryn Devola es la vicepresidenta de sostenibilidad para Siemens Digital Industries, donde lidera el mercado horizontal de sostenibilidad para gestionar la estrategia de sostenibilidad rentable para Siemens y nuestros clientes. Devola ha formado parte del equipo en Siemens desde el 2012, más recientemente como Directora de Ventas para América del Norte de Siemens Large Drive Applications. Su carrera incluye funciones de creciente responsabilidad en calidad, gestión de planta, operaciones y ventas.

Devola lleva mucho tiempo apasionada por el desarrollo y la producción de productos sostenibles. Ha completado un curso de NFS centrado en la fabricación responsable para el medio ambiente y ha aplicado los conocimientos que adquirió allí a muchas funciones a lo largo de su carrera. Devola tiene una licenciatura y un máster en ingeniería mecánica por la Universidad Tecnológica de Michigan, y un MBA de la Universidad de Louisville.