美国环境保护局（U.S.Environmental Protection Agency）对可持续制造定义是：以考虑环境因素的方式生产产品，并积极寻求在节约能源和自然资源的同时将负面影响降至最低。可持续制造还能提高员工、社区和产品安全。
目前，制造过程使用了世界上大约三分之一的能源，预计这一数字只会上升。
制造商面临着强调环境可持续性和实现净零排放的全球压力。例如，查尔斯王子最近召开了首届航空航天全球论坛（AGF），重点关注航空航天工业及其更广泛生态系统的可持续和智能未来。
新的法规和公众舆论迫使该行业比以往任何时候都更积极主动地作出反应。
波音公司最近发布了其年度可持续发展报告，披露了该公司在环境、社会和治理方面的里程碑，包括亮点和承诺，如承诺在2030年前交付可使用100%可持续燃料的商用飞机。
报告还分享了有趣的基准：
航空航天复合材料的复杂性
说到复合材料，情况很复杂。复合材料制造商习惯于让他们的产品根据质量、性能、价格等进行评估；现在，客户和其他供应链参与者正在推动一个额外的参数：制造业务的可持续性。
事实上，复合材料已经在可持续性方面发挥了重要作用。它们非常轻，这样能够改善燃料消耗和减少排放。它们还具有极强的弹性，使用它们可以使产品的寿命延长数十年。
政府的授权也促进了向可持续制造实践的转变。例如，欧盟的《化学品注册、评估、授权和限制（REACH）条例》要求所有制造商识别和管理他们使用的化学品的风险。当局可以禁止特定材料。
除此之外，供应链也是一个可持续发展的驱动力：对于航空航天制造商来说，仅仅知道他们的内部制造工艺和所生产的产品符合规定是不够的，他们还需要知道他们的供应商是否符合规定。
迪克西化学公司（Dixie Chemical Company）总裁迈克·格罗马基（Mike Gromacki）表示：“当市场以可持续发展为导向，增长与可持续发展问题相关时，市场参与者通常会被要求达到更高的标准。”
总而言之：可持续发展的趋势正在不断加强，供应链参与者的当前需求正在改变竞争格局，倾向于积极投资于可持续制造工艺的复合材料制造商。
调整制造工艺
由于可持续性与整个生产过程有关，因此生产优化远不止针对所用材料的类型。
历史上，复合材料行业一直被认为是非常环保的。如上所述，根据定义，复合材料可以使飞机更轻，减少燃料消耗。但这还不够，因为复合材料的生产和制造过程对环境并不友好。改善的机会在于实施基于工业4.0解决方案的智能制造工艺。
通过先进的数字能力向智能制造流程的转变可以提高生产力，降低成本。分析和自动化使制造商能够享受100%的可视性和可追溯性。数据分析和预测能力的结合有助于制造商减少能源负荷，减少材料浪费，这是可持续发展的关键因素。
其工作原理是什么？
AI和IIoT在达到可持续性新标准中的作用
自然，人工智能和IIoT在复合材料制造业中发挥着作用，显著节省材料、减少浪费和提高产量，同时最大限度地降低能耗。
工业4.0技术除了在节约资金和提高盈利能力方面发挥关键作用外，还能增强可持续性。
以下是几个具体的使用案例：
- 自动下料计划，最大限度地提高材料利用率，减少浪费
手动下料计划没有考虑到即将到来的需求、生产车间的环境和生产计划。因此，不需要的零件正在被切割；下料计划本身没有被优化，难以减少浪费；所选择的料卷也不是最应该优先使用的。
自动下料计划，依靠工业物联网（IIoT）传感器和基于人工智能（AI）的计算，带来了巨大的变化：专用软件与现有的传统系统（如ERP、MES等）无缝集成，可生成动态的下料计划，并根据生产计划或制造车间的即时变化进行实时转换。卷材可以同时被切割成多种类型的零件，因此可以充分利用，将浪费降到最低。这相当于将材料利用率提高了10%以上。不同的工单可以合并成一个下料计划，材料的使用得到了优化。
下面的图1和图2展示了这种情况。当几个下料计划合并为一个时，与手动排版相比，节省了19.47%的材料。
图1. 方法简单，每个作业都被安排在一个独立的下料计划中
图2. 使用人工智能，合并图1中的三项作业到一个与生产计划相匹配的下料计划中，从而显著节省了材料
该软件为任务分配最佳的料卷（尽可能使用短料，以节省材料），并考虑已经解冻的料卷的到期日。料卷使用工业物联网（IIoT）传感器进行标记，因此可以很容易地进行跟踪，包括在冷冻室外花了多少时间。齐套流程也得到了优化和管理。
通常，工人们宁愿忽略短卷而使用长卷，因为它们更容易操作。人工智能软件解决了这个问题，它正好分配了适合工作订单的原材料。由于系统实时了解未来的工作订单和每一个生产和下料计划，它知道如何根据长度、温度、曝光时间等来优化分配解冻的料卷。请记住，减少废弃物也节省了处理成本，这是我们还没有提到的一个方面。
这当然不能手动完成，因为这需要超自动化和人工智能的功能。
您可以在本案例研究中了解更多信息，请点击此处下载：
- 整个生产车间的时间敏感材料管理
在这个使用案例中，对时间敏感的复合材料从到达现场的那一刻起就以完全不同的方式进行管理。
首先，每一卷料都被贴上标签，所有需要的信息都被自动收集。这节省了繁重的搬运、手工作业，并减少了人为错误。在这个阶段，由于效率低下和错误而导致的材料过期的可能性被降到最低。该软件利用人工智能功能，在任何特定时间内，考虑到更大的背景，选择最佳的料卷解冻。
工业物联网（IIoT）传感器使该软件能够跟踪位置、温度和其他因素。例如，如果料卷温度上升到X度以上，软件就会自动开始计算曝光时间，在需要时触发警报并防止过期，因为剩余曝光时间（ETL）立即开始倒计时。
这样的系统从根本上提高了质量控制，因为它引发了警报，防止意外使用过期材料。
- 工具和资产管理，以减少浪费、返工、质量缺陷
在这个使用案例中，其他元素（如模具）也被跟踪。当在生产过程中使用本应进行维护的工具时，结果可能是产生浪费和返工的缺陷，即使材料本身是好的。工具管理系统在整个制造过程中实时跟踪工具的使用和位置，确保工具及时维护，不会造成生产缺陷。该系统实时跟踪生产线上的许多其他元件，包括套件、树脂桶、树脂套件、芯材拼接等。
观看视频，了解更多关于工具管理软件的工作原理
在铺层和固化过程中节约能源并支持可持续性
为了支持智能使用能源，数字助理智能地提供关于如何实现最佳调度的建议，最大限度地提高产量，并节省能源成本。这确保了热压罐在排满时提前协调工作。提高热压罐的利用率对于节能和工厂的可持续发展极为关键。
用于航空航天复合材料的热压罐 — 图片来源
- 支持过期材料的回收
根据该资源称：”在英国每年生产的11万吨复合材料中，只有15%会在其寿命结束时被重新使用或回收”。
由于人工智能软件实时跟踪材料，它能立即知道过期的材料，并能激起警报以作出快速反应：将材料送到实验室以扩大其有效期，将材料重新用于对标准要求不高的非航空航天产品，或将其送去回收，而不是被误扔掉。
如今，复合材料制造商明白，通过利用人工智能和IIoT实现可持续发展具有显著的竞争优势和商业优势，因为它可以减少浪费和降低运营成本，如图所示（数据基于Plataine的客户群）：
总结
埃森哲（Accenture）最近的一项研究显示，63%的航空航天制造商高管预计，未来5年，他们收入的1/3将来自更可持续的产品或服务。
此外，49%的航空航天和国防高管认为，他们的公司必须在3年后衡量、激励和传达可持续发展绩效，而目前只有22%。
在规划可持续制造时，方法应该是整体的，比只推销特定材料要全面得多。
好消息是，接受变革并满足新可持续性标准的制造商也将获得显著的财务收益，包括盈利能力的提高、成本节约、效率和生产率的提高等。
另一个好处是，由于符合新的可持续性标准和法规，使客户和供应链参与者都满意，从而保持竞争力。
通过实施航空复合材料制造优化的专用技术，制造商可以尽可能接近可持续性，同时获得可观的投资回报率。
