For the past few decades, the scramble for competitive advantage in manufacturing has largely revolved around finding new and abundant sources of low-cost labor. But with wages rising rapidly in China and other emerging markets, manufacturers worldwide are under intensifying pressure to gain advantage the old-fashioned way—by improving their productivity.
Technological development is likely to be the catalyst for the next wave of manufacturing productivity gains. This development, which some refer to as Industry 4.0, is characterized by cyber-physical systems (CPS) and dynamic data processes that use massive amounts of data to drive smart machines. A confluence of forces—falling prices and rising performance of enabling hardware and software, the digitization of industry, increasing connectivity, and mounting pressure on manufacturers to be more flexible and eco-friendly—is likely to accelerate adoption of the next generation of advanced manufacturing technologies. In the near future, they may transform the economics of global production in many industries.
O termo “fabricação avançada” existe há décadas e significa muitas coisas para muitas pessoas. Definimos tecnologias de manufatura avançada como um conjunto de processos de fabricação altamente flexíveis, habilitados para dados e econômicos. Essas ferramentas oferecem uma série de benefícios que, juntos, podem redefinir a economia da competitividade de fabricação global em várias indústrias. De fato, os fabricantes de ponta, como a Ford e a General Electric, já estão usando algumas das ferramentas mais avançadas para criar componentes de alta precisão. Em nossa terceira pesquisa anual de executivos de manufatura dos EUA em empresas com vendas de pelo menos US $ 1 bilhão, 72 % dos entrevistados disseram que investirão em automação adicional ou tecnologias de manufatura avançada nos próximos cinco anos. Apenas 10 % disseram que é improvável que eles o façam. Aproximadamente três quartos dos executivos que pesquisamos disseram que esperam que a manufatura avançada melhore a produtividade e crie uma produção mais localizada. Cinquenta e seis por cento dos entrevistados previram que custos de automação mais baixos melhorarão sua competitividade contra os produtos fabricados em países de baixo custo. Eles aumentam drasticamente a flexibilidade, tornando viável para os fabricantes em alguns setores oferecer aos clientes a opção de "tê -lo do seu jeito". Os fabricantes também podem fabricar produtos em pequenos lotes para clientes específicos, ajustar linhas de produção em resposta às mudanças de design e até acelerar o tempo para o mercado, gerando protótipos muito rapidamente. Eles também permitem que os fabricantes produza mercadorias de alta qualidade feitas com as especificações exatas dos compradores. Além disso, esses processos são bons para o meio ambiente, porque geralmente consomem menos matérias -primas e geram menos sucata. Eles também melhoram a segurança, expondo os trabalhadores a menos materiais perigosos. Novos sistemas robóticos e de automação equipados com sensores e interfaces padronizados estão começando a complementar - e, em alguns casos, eliminar - trabalho humano em muitos processos. Isso pode permitir que os fabricantes produzam itens de maneira econômica em menor escala e melhorar sua capacidade de melhorar a qualidade. (Ver "
Our research has found that a large majority of American-based manufacturing executives are beginning to explore advanced manufacturing. In our third annual survey of U.S.-based manufacturing executives at companies with sales of at least $1 billion, 72 percent of respondents said that they will invest in additional automation or advanced-manufacturing technologies in the next five years. Only 10 percent said that they are unlikely to do so. Roughly three-quarters of the executives we surveyed said that they expect advanced manufacturing to improve productivity and create more localized production. Fifty-six percent of respondents predicted that lower automation costs will improve their competitiveness against products made in low-cost countries.
Advanced-manufacturing technologies can boost productivity in a number of ways. They dramatically increase flexibility by making it feasible for manufacturers in some industries to offer customers the option to “have it your way.” Manufacturers can also make products in small batches for specific customers, adjust production lines in response to design changes, and even speed time to market by generating prototypes very quickly.
Advanced-manufacturing technologies can boost innovation, too, by allowing manufacturers to create new kinds of products that can’t be made cost effectively with conventional processes. They also permit manufacturers to produce high-quality goods made to buyers’ exact specifications. What’s more, these processes are good for the environment because they often consume fewer raw materials and generate less scrap. They improve safety as well, by exposing workers to fewer hazardous materials.
As of now, we believe that the following five technological tools have the greatest potential to influence the manufacturing landscape and improve productivity in the years ahead.
Autonomous Robots. A new generation of automation systems links industrial robots with control systems through information technology. New robotic and automation systems equipped with sensors and standardized interfaces are beginning to complement—and, in some cases, eliminate—human labor in many processes. This could enable manufacturers to cost-effectively produce items at smaller scale and to improve their ability to enhance quality. (See “ A ascensão da robótica , ”Artigo do BCG, agosto de 2014.)
Engenharia de Materiais Computacionais Integrados (ICME). Fabricação. Automação flexível. Eles podem "ver" na cadeia de suprimentos. By creating computer models of products and simulating their properties before they are fabricated—rather than building and testing multiple physical prototypes—engineers and designers can develop products better, faster, and cheaper.
Digital Manufacturing. Virtualization technology can be used to generate complete digital factories that simulate the entire production process. Among other things, digital simulation can help engineers save time and money by optimizing the layout of a factory, identifying and automatically correcting flaws in each step of the production process, and modeling product quality and output. Entire assembly lines can be replicated in different locations at relatively low cost.
The Industrial Internet and Flexible Automation. Manufacturing hardware can be linked together so that machines are able to communicate with one another and automatically adjust production based on data generated by sensors. They can “see” into the supply chain.
Fabricação aditiva. Tais processos já estão começando a ser usados para fabricar protótipos em alguns setores, incluindo aeroespacial, peças automotivas e itens básicos de consumidores. No futuro, espera -se que esses processos sejam usados para construir pequenos lotes de novos tipos de produtos feitos com uma peça sólida de material, como esferas ocas que não têm costuras. (Ver " Commonly known as 3-D printing, additive-manufacturing processes create three-dimensional objects based on digital models by successively depositing thin layers of materials. Such processes are already starting to be used for making prototypes in some industries, including aerospace, automotive parts, and basic consumer items. In the future, these processes are expected to be used to build small batches of new kinds of products made out of one solid piece of material, such as hollow spheres that have no seams. (See “ A impressão 3D mudará o jogo , ”Artigo do BCG, setembro de 2013.)
Essas tecnologias não são amplamente implantadas hoje e não terão um impacto significativo no curto prazo. Eles também são improváveis de substituir a mão Os graus variados, cada uma dessas ferramentas de manufatura avançada já está sendo usada por fabricantes de ponta com resultados impressionantes. Manufatura global
While predictions of a new technological leap in manufacturing have been circulating for quite some time, the move is now getting closer to reality for several reasons. One is a trend that BCG has been following for the past three years: the shifting economics of global manufacturing. (See A economia de mudança da fabricação global: como a competitividade de custos está mudando em todo o mundo , Relatório do BCG, agosto de 2014.) Por exemplo, quando os custos de mão-de-obra chineses eram cerca de um quarto de pessoas nos EUA há pouco mais de uma década, era um acéfalo localizar a produção na China, em vez de investir em uma capacidade de última geração na China e na contabilidade, a contabilização da produtividade, a logística e outros custos-o gap de custo entre a China e a contabilidade quase que tem uma produtividade e outros custos-o gap de custo entre a China e a que há quase produtos para a produtividade e outros custos-e outros custos. Da mesma forma, várias economias da Europa Oriental perderam muito de sua competitividade de custos em comparação com o Reino Unido, e o Brasil agora é mais caro do que grande parte da Europa Ocidental. (Veja Feito na América, novamente: por que a fabricação retornará aos EUA ., BCG Focus, agosto de 2011.) A estratégia da Alemanha para melhorar sua competitividade através da indústria 4.0 será explorada em uma próxima publicação do BCG. Os rápidos avanços na tecnologia da informação, sensores e nanomateriais estão diminuindo drasticamente os custos dos processos de fabricação de ponta e melhorando seu desempenho. Lenta mas seguramente, a digitalização começou a permear todos os aspectos do processo de produção, desde a engenharia até o gerenciamento da cadeia de suprimentos até o piso da fábrica - tornando os sistemas de produção mais inteligentes e altamente em rede. Ao mesmo tempo, as empresas estão sob pressão crescente para melhorar sua produtividade e se tornam mais responsivas à mudança das necessidades dos clientes. Novos processos aumentam a produtividade e a capacidade de resposta ao mercado, possibilitando que os fabricantes modifiquem rápida e facilmente os projetos e reconfigurem linhas de produção de acordo com as demandas dos clientes. Como resultado, os fabricantes podem gerar uma maior diversidade de produtos usando um conjunto semelhante de processos. As fábricas do futuro combinarão a eficiência da produção em massa com a fabricação personalizada: cada máquina será capaz de produzir uma variedade de mercadorias sob medida que são feitas especificamente para as necessidades dos clientes - algo difícil e muitas vezes proibitivamente caro, para fazer usando processos de fabricação convencionais. Eles podem até fazer objetos únicos sem despesas de capital adicionais. Os robôs podem transmitir dados sobre um problema em uma parte de uma linha de produção para robôs em outras partes da linha, para que possam se ajustar. Além disso, ao acessar redes de fornecedores através da Internet industrial, os robôs podem ajustar automaticamente os fluxos de produção de acordo com os cronogramas de entrega atualizados para peças e materiais, reduzindo assim os custos de desperdício e estoque. O Ford Motor, por exemplo, está usando o ICME para reduzir o tempo e o custo do desenvolvimento de peças fundidas de alumínio para motores. O método convencional é projetar um bloco de motor em um computador, criar um protótipo físico, testá -lo e ajustar o design, reconstruir o protótipo e testá -lo novamente - novamente e novamente - até que o produto esteja pronto para ser fabricado. Usando um processo ICME, os modelos digitais de fundição são testados virtualmente e um protótipo é construído somente depois que os engenheiros estão convencidos de que eles criaram o melhor design. A Ford investiu US $ 15 milhões em cinco anos neste experimento ICME, que envolveu 15 de seus próprios engenheiros e 10 pesquisadores universitários. Até agora, a empresa estima que gerou economia de custos de mais de US $ 120 milhões - um retorno de 700 % do investimento - enquanto os tempos de desenvolvimento foram reduzidos em 15 a 25 %.
A number of other trends are also having an impact. Rapid advances in information technology, sensors, and nanomaterials are dramatically lowering the costs of leading-edge manufacturing processes and improving their performance. Slowly but surely, digitization has begun to permeate every aspect of the production process, from engineering to management of the supply chain to the factory floor—making production systems more intelligent and highly networked. At the same time, companies are under mounting pressure to improve their productivity and become more responsive to shifting customer needs.
Advanced-manufacturing technologies could potentially help address a number of these needs. New processes boost productivity and responsiveness to the market by making it possible for manufacturers to quickly and easily modify designs and reconfigure production lines according to customer demands. As a result, manufacturers can generate a greater diversity of products using a similar set of processes. Factories of the future will combine the efficiency of mass production with custom manufacturing: each machine will be capable of producing a variety of bespoke goods that are made specifically for the needs of customers—something that is difficult, and often prohibitively expensive, to do using conventional manufacturing processes. They could even make one-off objects without additional capital expenditures.
Because information technology can enable networks of robots to communicate with one another, entire production systems and supply chains can also become more efficient. Robots can relay data on a problem in one part of a production line to robots in other parts of the line, so they can adjust. Furthermore, by accessing supplier networks through the Industrial Internet, robots can automatically adjust production flows in line with updated delivery schedules for parts and materials, thereby reducing waste and inventory costs.
Several leading manufacturers are already demonstrating the potential of some of these advanced processes. Ford Motor, for example, is using ICME to reduce the time and cost of developing aluminum castings for engines. The conventional method is to design an engine block on a computer, build a physical prototype, test it, and then tweak the design, rebuild the prototype, and retest it—again and again—until the product is ready to be manufactured. Using an ICME process, digital models of castings are tested virtually, and a prototype is built only after engineers are convinced that they have created the best design. Ford invested $15 million over five years in this ICME experiment, which involved 15 of its own engineers and 10 university researchers. So far, the company estimates that it has generated cost savings of more than $120 million—a 700 percent return on investment—while development times have been cut by 15 to 25 percent.
A General Electric está usando com sucesso os processos de manufatura aditiva para construir bicos de combustível para os motores Turbofan Leap, que estão sendo desenvolvidos para aeronaves de corredor único de próxima geração. No processo de manufatura aditiva, os bicos são construídos por um laser guiado por computador a partir de camadas de metal em pó. "O novo bico é 25 % mais leve que o componente usinado e é cinco vezes mais durável que o bico atual feito de 20 partes diferentes", relata a GE. De acordo com um comunicado de imprensa da empresa, a GE gastará US $ 32 milhões para construir um novo centro de pesquisa e educação focado em tecnologias aditivas na Pensilvânia. De acordo com a análise do BCG, uma combinação dessas ferramentas pode ajudar a reduzir os custos de produção (excluindo matérias -primas) em 20 a 40 %. Durante o próximo ano, nós da BCG começaremos a compartilhar com você nossas perspectivas aprofundadas em várias dessas tecnologias e explorará seu provável impacto nas indústrias de fabricação. É muito cedo para entender o impacto abrangente dessas ferramentas e processos ou ver como eles evoluirão. Mas é claro que eles redefinirão radicalmente a dinâmica da concorrência global em muitas indústrias. As tecnologias de manufatura avançada permitirão que as empresas fabricem mercadorias mais rápidas, melhores e mais baratas-e levarão a saltos quânticos em produtividade
We believe that as advanced manufacturing processes improve, become more practical, and are disseminated through the supply chain, many more manufacturers will realize significant gains in cost and productivity. According to analysis by BCG, a combination of these tools could help reduce production costs (excluding raw materials) by 20 to 40 percent.
The next technological revolution in manufacturing will take time to fully unfold, but the early stages have already begun. Over the next year, we at BCG will begin to share with you our in-depth perspectives on several of these technologies and explore their probable impact on manufacturing industries.
Manufacturers reassessing their global production networks in light of dramatic shifts in costs such as labor and energy must embrace advanced-manufacturing technologies. It is too early to grasp the comprehensive impact of these tools and processes or to see how they will evolve. But it is clear that they will radically redefine the dynamics of global competition in many industries. Advanced-manufacturing technologies will enable companies to manufacture goods faster, better, and cheaper—and lead to quantum leaps in productivity
