V mnoha oblastech světa je vyvíjeno obrovské úsilí k omezení používání fosilních paliv a jejich nahrazení obnovitelnými zdroji. Například v Německu dosáhl podíl obnovitelných zdrojů na celkové spotřebě energie v loňském roce hodnoty těsně nad 48 procenty. Podle Spolkové agentury pro energetickou síť tvoří zpracovatelský průmysl více než čtvrtinu spotřeby energie. Výroba a zpracování chemikálií a kovů jsou tedy předními odvětvími.

Tato a mnoho dalších výrobních odvětví, včetně elektrotechniky, strojírenství a také potravinářský průmysl zavádí inteligentní automatizaci všech procesů za cílem zvýšení efektivity. Kromě optimalizace produktivity a nákladů se záměr stále více přesouvá k parametrům, které vedou ke zlepšení udržitelnosti produktů a procesů. V kontextu digitalizace a Průmyslu 4.0 se továrny stále více zaměřují na energetickou efektivitu, ekonomické využití zdrojů, zamezení plýtvání a dosáhnutí co nejmenší uhlíkové stopy.

Optimalizace pro udržitelnost

Automatizace nabízí řadu přístupů, které lze ve strojírenství využít k optimalizaci infrastruktury a procesů z hlediska udržitelnosti. Komplexní využití senzorů a jejich integrace do průmyslového internetu věcí (IIoT) zde otevírá široké možnosti prostřednictvím průběžného sledování spotřeby energie, environmentálních parametrů nebo inventur. Pomocí připojených senzorů mohou výrobní podniky sledovat přepravu zboží v reálném čase, sledovat stavy plnění nebo zaznamenávat stavová data strojů a nástrojů ve výrobních linkách (obrázek 1).

Obrázek 1: Zachycování a analýza údajů o stavu jednotlivých strojů pomáhá dosáhnout udržitelnějších procesů. (Zdroj obrázku: Banner Engineering )

Vynikajícím příkladem jsou senzory z portfolia Snap Signal od amerického dodavatele Banner Engineering. Obecně je úkolem nejprve identifikovat relevantní data a v dalším kroku je extrahovat ze stávajícího zařízení. Pokud je zjištěna potřeba integrovat další senzorovou technologii pro měření dalších parametrů jako jsou vibrace nebo teplota v měniči, nemělo by to vyžadovat žádné změny stávající řídicí architektury. Důležité je také standardizovat komunikaci a převést všechna senzorová a řídicí data do společného protokolu. Pro tento účel nabízí produktová řada Snap Signal (obrázek 2) chytré senzory, převodníky signálu, ovladače, signálové adaptéry a moduly bezdrátové komunikace, stejně jako technologii kabelového připojení.

Obrázek 2: Podpora přístupu IIoT k produkci: chytré senzory, převodníky a ovladače z rodiny Snap Signal. (Zdroj obrázku: Banner Engineering)

Zpracování a analýza naměřených dat senzorů jsou prováděna buď centralizovaně v cloudu nebo přímo v továrně v řídící jednotce. Po důkladné analýze lze pak vyvozovat závěry ohledně chyb a potenciálu optimalizace v procesech nebo potřeby údržby. Tímto způsobem lze snížit energetické ztráty na minimum. Na druhé straně prediktivní údržba umožňuje plánovat servisní práce předem a tím zkrátit prostoje, a to zase pomáhá vyhnout se dalším výdajům za energie a náhradní součásti.

Chytřejší ovládání

Při hledání udržitelného využívání energie a průmyslových zdrojů je optimalizace řídicí technologie nevyhnutelnou součástí výsledné rovnice. Pro shromažďování, zpracování a analýzu výrobních dat v automatizovaných závodech se nejčastěji používají nejmodernější Edge kontroléry. Kompaktní, škálovatelné a připojené přes průmyslový Ethernet jsou tato zařízení připraveny k implementaci cloudových i lokálních řešení. Vyhrazené funkce pro diagnostiku a správu energie pomáhají analyzovat výrobní procesy, identifikovat kritická místa a optimalizovat celý výrobní proces. K tomu slouží řídící jednotky Simatic S7-1200. Pokročilé řídicí algoritmy a integrované komunikační a bezpečnostní funkce rozhodujícím způsobem přispívají k přesnému provádění celého procesu.

Obrázek 3: Efektivní provádění procesu založené na analýze výrobních dat pomocí Siemens Basic Controller, lze implementovat cloudová i lokální řešení. (Zdroj obrázku: Siemens )

Efektivní díky přesnosti

Malé, agilní a extrémně všestranní roboti se svým kompaktním, lehkým designem a inteligentní řídicí technologií významně přispívají k efektivnímu využívání výrobních zdrojů. Robustní a vysoce adaptabilní zařízení německého výrobce KUKA z rodiny Agilus jsou toho vynikajícím příkladem (obrázek 5). Dodávají se v několika variantách jako roboti do čistých prostor pro hygienicky kritické aplikace nebo dokonce pro potenciálně výbušná prostředí. Roboti navržené pro spolupráci člověka a robota umožňují vysoce efektivní procesy díky velmi přesnému řízení opakujících se pohybů. Jsou například ideální pro snížení rizika přepracování při obráběcích procesech a také pro snížení počtu vyrobených zmetků.

Obrázek 4: KR Agilus v projektu na univerzitě v Reutlingenu/Německo. Zde studenti spolupracují s průmyslovými partnery na vývoji udržitelných alternativ k jednorázovým plastovým příborům. (Zdroj obrázku: KUKA Deutschland)

Použití takto kompaktních a variabilních pomocníků má smysl i pro malé a střední firmy. Patří mezi ně i univerzitní projekt, ve kterém studenti na univerzitě v Reutlingenu/Německo zkoumají opakovaně použitelné alternativy k jednorázovým plastovým příborům. Podporuje je německý odborník na vstřikování Gindele a také společnost KUKA a jejich systémový partner Robomotion. Veškerou manipulaci kolem vstřikování zastřešuje vysoce flexibilní robotická buňka, jejímž jádrem je kompaktní robot Agilus vybavený chapadlem s 3D tiskem.

Podle datového listu má šestiosý robot KUKA Agilus KR6 R900-2 maximální dosah 901 mm, užitečné zatížení 6,7 kg a dosahuje opakovatelnosti pozice ±0,02 mm v souladu s ISO 9283. Možné použití je od manipulace ve spojení s jinými stroji, přes zkušební a měřicí techniku ​​a nanášení lepidel nebo tmelů až po montáž, vychystávání, balení či uvádění do provozu. Robot zabírá půdorys 208 mm x 208 mm, váží přibližně 54 kg, má ochranu IP56/67, má ochranu proti ESD a je vhodný pro montáž na podlahu, strop, stěnu či pod určitým úhlem.

Digitální modely a materiály

Cílem je vyhnout se odpadu a zbytkovým materiálům a recyklovat co nejvíce surovin, komponentů a obalových materiálů. Koncepty digitálního dvojčete a digitálního stínu jsou slibnými přístupy k identifikaci potenciálu optimalizace bez testování na skutečných strojích nebo závodech s vysokými náklady na zdroje. Díky komplexní digitální reprezentaci skutečných produktů, výrobních hal nebo procesů mohou být zahájena opatření k údržbě nebo navázání korelace mezi vývojem, výrobou a všemi ostatními fázemi vývojového a výrobního řetězce. Lze tak detailně simulovat chování, funkčnost a kvalitu skutečných objektů nebo procesů a zlepšit jejich udržitelnost, například tím, že není nutné mít fyzicky prototypy výrobků.

Závěr

Automatizace má hlavní výhody pro procesní a výrobní inženýrství z hlediska produktivity a nákladů. Jde tedy o zásadní ekonomický faktor. Kromě toho jsou však klíčem ke zlepšení udržitelnosti průmyslových procesů také pokročilé automatizační koncepty a produkty. Od prediktivní údržby po modulární továrnu a spolupráci člověka a robota.

Článek vyšel v originále na webu DigiKey.com