Tag: Ekologia w produkcji

Obecny czas geopolitycznych przetasowań, których jednym z głównych wątków jest energia, wydaje się sprzyjać realistycznemu spojrzeniu na transformację energetyczną. Jak być EKO w erze przeorania łańcuchów dostaw, rosnących cen energii i ambitnych celów postawionych np. w Europejskim Zielonym Ładzie? Jak być bardziej EKO dzięki elastycznym rozwiązaniom Przemysłu 4.0 bez ponoszenia gigantycznych kosztów i przeciągających się w nieskończoność wdrożeń?

Zintegrowany dostawca

Nieustannie rośnie znaczenie danych zebranych z maszyn i linii zakładu produkcyjnego. Stanowią one źródło informacji potrzebnej do zapewnienia jakościowo dobrej i optymalnej pracy, co nie jest obojętne dla aspektu ekologicznego w przemyśle. W zasadzie tylko dzięki tym danym, wszelkie systemy Przemysłu 4.0 mają jakikolwiek sens. Ważną rolę może tutaj spełnić kompleksowy dostawca, który nie tylko zapewni inżynierię end-to-end w sensie zaprojektowania, zbudowania i uruchomienia linii technologicznej, ale będzie miał również w ofercie szyte na miarę rozwiązania cyfryzujące produkcję. Taki zintegrowany dostawca doskonale zna budowę oraz specyfikę działania danej linii i jest w stanie zaprojektować odpowiednie źródła danych (sensory lub całe inteligentne sieci sensorów, IoT, itp.) i moduły oprogramowania konieczne do ich użytecznej analizy i wykorzystania (digital twin, smart factory, itp.). Wydaje się, że można w ten sposób uniknąć częstej pułapki kryjącej się we wdrożeniach rozwiązań „pudełkowych”, polegającej na zastosowaniu zbyt uniwersalnego a przez to zbyt ogólnego i drogiego oprogramowania. Trzeba też jasno powiedzieć, że wdrożenie rozwiązań w zakresie Przemysłu 4.0 to nie tylko kwestia zainstalowania kilku nowoczesnych czujników i odpowiedniej aplikacji, ale również konieczność sporego zaangażowania po stronie klienta. Wynika to z potrzeby pogłębionej analizy procesów, danych które chcemy analizować, oczekiwanych zmian i wskaźników. Posiadanie odpowiedniego dostawcy może również stanowić tutaj istotną przewagę konkurencyjną. Dostawca z dużym know-how w budowie maszyn i linii produkcyjnych oraz ich integracji, automatyzacji i robotyzacji wyposaża klienta w ważną wartość dodaną w postaci bogatej interdyscyplinarnej wiedzy. Takie doradztwo i dogłębna znajomość wielu systemów i rozwiązań ułatwiają i przyspieszają proces wdrożenia oraz przybliżają realizację zakładanych celów.

Dopasowany cyfrowy bliźniak

Odwzorowanie fizycznej maszyny lub linii produkcyjnej w przestrzeni danych określających stan procesu pozwala nie tylko na zdalny nadzór nad jej funkcjonowaniem ale również na użyteczną analizę potencjalnych problemów i szybką reakcję. Pożądane obszary funkcjonalne smart factory / digital twin:

-Integracja systemów
-Akwizycja danych
-Traceability materiału i komponentu
-Analiza historyczna
-Monitoring KPI
-Nadzorowanie produkcji
-Monitoring mediów
-Zarządzanie jakością, wsparcie dobrych praktyk produkcyjnych
-Wsparcie utrzymania ruchu (CMMS)
-Dopasowane możliwości raportowania
-Multisystemowość / dostępność przez Internet
-Dzięki modułowej architekturze oprogramowania, osiąga się jeszcze bardziej optymalne dopasowanie kosztowe wdrażanego rozwiązania.

Bardziej EKO na przykładzie

W ELPLC S.A. został zaprojektowany i zbudowany innowacyjny ciąg produkcji amortyzatorów lub sprężyn gazowych, w którym zostały wdrożone unikatowe rozwiązania dla wielu procesów. Poprawiając jakość i efektywność produkcji, jednocześnie stały się proekologiczne poprzez optymalizację zużycia środków, materiałów i energii. Opisywane już były nowoczesne napędy liniowe redukujące potrzebę użycia olejów mineralnych (brak napędów hydraulicznych) oraz konstrukcje stacji takich jak stanowisko napełniania olejem, CTS czy EPICS – znacznie redukujących czas cyklu i zapewniających wysoką jakość procesu.

Warto też przeanalizować aspekt optymalizacji sterowania pracą linii i jej wyposażenia w system Przemysłu 4.0 – ELPLC Smart Factory. W typowym rozwiązaniu, pomimo dużej automatyzacji – inżynier lub zespół inżynierów musi dokonywać dość częstych i żmudnych korekt parametrów procesowych (np. ilość gazu wprowadzanego do cylindra o teoretycznie tej samej objętości) aby utrzymać jakość produktu. Wymuszają to zmieniające się warunki środowiskowe (temperatura, ciśnienie), zużycie elementów linii, różnice w materiałach, itp. Aby wyjść naprzeciw temu problemowi, została zaproponowana inteligentna sieć czujników monitorujących parametry środowiskowe, stopień zużycia środków produkcji (czujniki wibracji elementów mechanicznych), przebieg procesu (przepływomierz z algorytmem siły Coriolisa, wspomagający dozowanie oleju) oraz systemy wizyjne. Konieczne korekty parametrów procesowych mogą być precyzyjnie i autonomicznie dokonywane przez algorytm AI ELPLC Smart Factory, analizujący pokaźny strumień danych (big data) z sensorów, co jest kolejnym czynnikiem redukcji zużycia materiałów i energii. Ograniczając ilość wadliwie wytworzonych amortyzatorów lub sprężyn gazowych ograniczamy jednocześnie ślad środowiskowy w postaci odpadów. Wykorzystanie sensorów wibracji elementów mechanicznych stanowi wartość dodaną dla służb utrzymania ruchu, umożliwiając diagnostykę predykcyjną. Odpowiednio wczesne dostrzeżenie dysfunkcji i sygnałów zbliżającego się defektu elementu maszyny, pozwala na odpowiednio wczesną jego wymianę lub naprawę. Możliwe jest zatem uniknięcie gorszych i nieprzewidzianych uszkodzeń czy braku części zamiennej a czas przestoju zostaje w ten sposób często zredukowany do minimum.

Ku przyszłości

ELPLC S.A. nieustannie rozwija najnowocześniejsze rozwiązania w zakresie projektowania, budowy, programowania i dostarczania linii produkcyjnych oraz maszyn z nowoczesnym środowiskiem ELPLC Smart Factory. Przekraczamy ramy Przemysłu 4.0 poprzez zwiększanie dojrzałości produktowej systemów aplikacji w obszarach: digital twin, predictive maintenance, mixed reality, big data, machine learning / AI.

Automatyzacja i robotyzacja produkcji nie byłaby możliwa bez techniki napędowej. Urządzenia napędowe są istotnym elementem linii i maszyn. Można je spotkać w szeregu procesów przemysłowych, takich jak transportowanie komponentów na linii produkcyjnej, rożne rodzaje montażu, obróbka mechaniczna, mechaniczne testowanie funkcjonalne czy też w różnego rodzaju urządzeniach pompujących, odciągających zanieczyszczenia czy wentylatorach. W czasie gdy ceny energii elektrycznej nie maleją a istotną kwestią w przemyśle jest ograniczanie wpływu produkcji na środowisko – znaczenia nabiera kwestia energooszczędności napędów i modernizacji procesów.

Gdzie szukać oszczędności?

Według rozmaitych źródeł napędy elektryczne mogą odpowiadać nawet za 60-70% zużycia energii elektrycznej w przemyśle. Jest więc o co walczyć jeśli chodzi o energooszczędność i innowacyjność. Przeprowadza się nawet szacunki co do możliwych do osiągnięcia poziomów oszczędności. Trudno się do nich jednoznacznie odnieść, ale jest to rząd wielkości 103 TWh rocznie. W przemyśle stosowane są głównie urządzenia napędowe elektryczne, pneumatyczne lub hydrauliczne. Ostatecznie urządzenia pneumatyczne czy hydrauliczne zasilane są kompresorami czy zasilaczami hydraulicznymi, których istotnym elementem jest silnik elektryczny. Same silniki elektryczne również są zróżnicowane w zależności od przeznaczenia. Silniki z magnesami trwałymi (PM) mogą zapewnić bardziej oszczędną pracę w aplikacjach ze zmianą prędkości niż typowe silniki asynchroniczne przez to, że sprawność silnika z magnesami trwałymi jest wyższa. Wśród zalet silników PM wymienia się również dużą przeciążalność momentem, szeroki zakres prędkości, dobre właściwości regulacyjne, mniejsze gabaryty (jeśli porównać z silnikami indukcyjnymi czy prądu stałego) czy zwiększoną niezawodność przez brak węzła szczotkowego. Współcześnie silniki z magnesami trwałymi dzieli się zasadniczo na dwie grupy – bezszczotkowe silniki prądu stałego (BLDC) oraz silniki synchroniczne (PMSM). Trudno wyobrazić sobie dzisiejszą automatykę przemysłową bez serwonapędów. To napędy pracujące w układzie zamkniętej pętli sprzężenia zwrotnego, gdzie elementem wykonawczym jest silnik elektryczny a elementem kontrolnym sterownik. Informacja zwrotna pochodzi z enkoderów lub czujników. Wymieniane zalety serwonapędów to: mniejsze zużycie energii, natychmiastowy rozruch, dynamiczna regulacja czy redukcja gabarytów.

Energooszczędna innowacja na przykładzie testera charakterystyki amortyzatora

W procesie produkcji amortyzatorów istotną kwestią jest ich testowanie funkcjonalne, czyli mówiąc prosto: zasymulowanie nierówności na drodze i zaobserwowanie reakcji amortyzatorów przedstawionej w postaci odpowiedniej charakterystyki. Przy próbach automatyzowania procesu testowania charakterystyki siły tłumienia amortyzatorów konieczne jest zastosowanie odpowiednich napędów, wymuszających ruch na potrzeby pomiaru zależności między amplitudą drgań a ich częstotliwością, przy uwzględnieniu różnych współczynników tłumienia. Jak pokazuje praktyka większość testerów nie jest w stanie zasymulować ruchów, będących odzwierciedleniem pracy amortyzatora w warunkach rzeczywistych. Oprócz tego przy teście charakterystyki wymaga się możliwie najmniejszego błędu pomiarowego, który w standardowych aplikacjach może wynosić aż 10 %. Ponadto koniecznością jest krótki czas cyklu oraz precyzyjny pomiar przemieszczenia w dużym zakresie. Dla właściwego wykonania testu charakterystyki amortyzatora konieczne jest wykonanie pomiaru siły z określoną precyzją.

Typowe rozwiązania rynkowe oparte są na efektorze hydraulicznym, który porusza tłoczysko amortyzatora z odpowiednią siłą. Konstrukcja napędów hydraulicznych ma swoje wady, a główną z nich jest zależność prędkości od temperatury oleju i działających obciążeń. Olej jako główny czynnik roboczy jest też bardzo wrażliwy na zanieczyszczenia, które są szkodliwe dla napędu. W zasadzie jedynym środkiem zapobiegawczym jest odpowiednio częsta wymiana oleju, co wiąże się z bardziej czaso- i zasobochłonną obsługą serwisową. Wielokrotne przekształcenia energii w napędzie hydraulicznym skutkują jego mniejszą sprawnością w stosunku do rozwiązań elektrycznych.

W stanowisku CTS – innowacyjnej konstrukcji ELPLC S.A. zdecydowano się na elektryczne silniki liniowe SIEMENS jako napęd efektora testującego. Tym sposobem uzyskano siłę kompresji (Fmax) wynoszącą 10350N. O wyborze silnika zadecydowała również jego prędkość maksymalna (Vmax) osiągająca 90m/min. Parametr ten pozwolił skrócić czas cyklu testowania. Pomiar siły jest uzupełniony kontrolą przebytej drogi w jednostce czasu. Wykorzystano do tego system pomiarowy IMS-I – Bosch Rexroth. Błąd pomiarowy uzyskano na poziomie 1,5%. Należy podkreślić, że w rozwiązaniach bazujących na napędzie hydraulicznym parametr ten wynosi nawet 10%. Uzyskano również czas cyklu na poziomie 6,8s – w przypadku napędów hydraulicznych wynosi on 7,2s. Zastąpienie klasycznego napędu hydraulicznego przyniosło wiele korzyści: brak dodatkowego układu zasilania olejem, brak konieczności kontrolowania temperatury, ciśnienia i zużycia oleju, duża dynamika sterowania przy dużej mocy. Zmiana techniki napędowej przyniosła w tym przypadku nie tylko energooszczędność ale również konkretne korzyści operacyjne i jakościowe w postaci krótszego cyklu i dokładniejszego pomiaru.

Warto podkreślić, że tester może być również jednym z elementów kompletnego, modułowego ciągu technologicznego do montażu i testowania amortyzatorów. Rozwiązanie to z kolei odpowiedź ELPLC S.A. na potrzeby producentów, oczekujących automatyzacji procesu montażu amortyzatorów z uwzględnieniem autonomicznej pracy, dużej dokładności montażu i wykonywanych testów oraz trwałości i energooszczędności. Linia wymaga tylko obsługi załadunku oraz rozładunku co docelowo mogą realizować roboty i AGV.

Ekologia stała się jednym z jednym z bardziej eksploatowanych terminów we współczesnej debacie publicznej. Dyskutują o tym politycy, przedsiębiorcy i naukowcy. Codzienne życie również konfrontuje nas z tym tematem, kiedy segregujemy odpady, staramy się oszczędzać wodę i energię. Produkcja przemysłowa wydaje się być pozornie na zupełnie przeciwległym biegunie. Słowo przemysł nasuwa niejednokrotnie automatyczne skojarzenia z dymiącymi kominami, olbrzymim zużyciem energii, surowców i wody. Jednak to właśnie w rozmaitych branżach przemysłowych myśli się bardzo dużo o ograniczeniu kosztów ekologicznych prowadzonej działalności.

Nie wyrzucaj, wykorzystaj!

Podczas wprowadzania nowej referencji do produkcji, jedną z kluczowych kwestii jest decyzja o budowie nowej linii lub przebudowie starej. Jest to szczególnie trudne w obecnych czasach kryzysu łańcucha dostaw. Warto postawić w takim przypadku na doświadczonego dostawcę linii produkcyjnych i maszyn, dysponującego dużym know-how w zakresie osprzętu automatyki i robotyki oraz jego integracji. Podmiot taki często dysponuje silnym zespołem specjalistów projektantów, mechatroników, automatyków czy programistów i potrafi użytecznie oraz optymalnie wykorzystać komponenty istniejącej linii do modernizacji lub skompletowania ciągu technologicznego na potrzeby nowej produkcji. Własny park maszynowy dostawcy to dodatkowy atut, umożliwiający regenerację lub przeróbkę elementów mechanicznych a także szybkie wytworzenie zupełnie nowych detali w razie potrzeby. Dysponenci linii produkcyjnych są często zaskoczeni w jak dużym stopniu można wykorzystać istniejące komponenty i urządzenia. Rachunek jest wtedy prosty – znaczne obniżenie kosztów wprowadzenia nowej produkcji, ponowne wykorzystanie komponentów zamiast konieczności ich utylizacji lub składowania, ograniczenie ilości odpadów i ograniczenie zużycia surowców na wytworzenie nowych komponentów.

Unikaj jednorazówek

Przy zamawianiu nowej linii produkcyjnej, szczególnie w branżach, gdzie często pojawiają się nowe referencje, warto rozważyć różne aspekty pod kątem przyszłej produkcji. Trudno jest oczywiście określić precyzyjnie parametry przyszłych referencji, ale już na etapie specyfikacji i projektowania można określić wzorce projektowe, które przedłużą okres użyteczności linii. Również w tym miejscu jak mantrę można powtórzyć, że istotny jest wybór doświadczonego producenta linii i maszyn, który potrafi trafnie zdefiniować potencjalne trudności oraz efektywnie je rozwiązywać. Jednym z aspektów jest modułowość – modułowa budowa ciągu technologicznego pozwala na jego elastyczne przekonfigurowanie w przyszłości lub wymianę pojedynczego modułu zamiast całości. Modułowość osiąga się poprzez zastosowanie odpowiednich rozwiązań mechanicznych, standaryzację gabarytów czy elementów ułatwiających transport. Nie mniej ważnym aspektem jest przezbrajalność – to zespół cech zapisanych w projekcie mechanicznym, strukturze połączeń i sposobie programowania, który umożliwia wykorzystanie linii / maszyny do przyszłych referencji produkcyjnych. W ten sposób cały korpus i jego infrastruktura są uniwersalne a wymieniany jest jedynie pakiet narzędziowy pod konkretną referencję. Przezbrojenie musi być intuicyjne, szybkie i bezpieczne. Jest to osiągalne dzięki rozwiązaniom mechanicznym w postaci ergonomicznych rączek, uchwytów czy zaczepów, rozwiązaniom łączeniowym np. w postaci kodowanych szybkozłączy oraz wzorcom projektowym w oprogramowaniu. Wszystko to sprawia, że modyfikacja linii lub maszyny w przyszłości jest tańsza, łatwiejsza i zostawia mniejszy ślad ekologiczny.

Jeśli poszukujesz producenta kompletnych zrobotyzowanych linii produkcyjnych i stacji montażowych, zapraszamy do kontaktu. ELPLC S.A. to zespół ponad 160 specjalistów: projektantów, programistów, mechatroników, automatyków i operatorów. Dysponuje własnym R&D, zcyfryzowanym systemem produkcji oraz pracownią projektową. Potencjał wytwórczy jest zdefiniowany przez ok. 4200 m2 powierzchni produkcyjnej oraz własny park 26 maszyn, w skład którego wchodzi 8 nowoczesnych centrów CNC, 9 frezarek konwencjonalnych, 3 tokarki, 6 maszyn szlifierskich.