Top 5 schone productiesystemen

Nu de greep van zowel COVID-19 als de lockdown-reactie lijkt te wijken, praten leiders in het bedrijfsleven en de samenleving over investeringen in nieuwe technologie en infrastructuur om de groei te stimuleren. Voor al deze investeringen zijn natuurlijk grondstoffen nodig, wat op zichzelf al heeft geleid tot gesprekken over een nieuwe supercyclus voor grondstoffen.

Hoewel een groot deel van deze investering wordt gedreven door de wens om de economie te ‘vergroenen’ en ESG-compliance te stimuleren, is de ironie dat om die minder energie- en grondstofintensieve processen te bereiken, er meer middelen moeten worden ingezet om nieuwe technologieën te ontwikkelen en te implementeren. schone productiesystemen.

Echter, in een andere ironische wending - misschien die ons terugbrengt naar waar we begonnen - verminderen deze schone productiesystemen uiteindelijk de energie en grondstoffen die nodig zijn om een ​​bepaald goed te produceren. Door minder CO2-uitstoot, minder vervuiling en minder hulpbronnen te verbruiken, geven schone productiesystemen een fabrikant niet alleen een goede naam. De besparingen die ze bieden, kunnen de productiviteit en het concurrentievermogen zelfs verder verbeteren dan de investering die nodig is, en bieden een beetje meer opvulling voor dat kostbare resultaat.

Met dat in gedachten, zijn hier 5 schone productiesystemen die u kunt overwegen bij het configureren van uw toekomstige investeringen en het bereiken van uw ecologische, sociale en bestuurlijke doelen.

"Energie-milde" verwerking

Hoewel we de winning van grondstoffen vaak associëren met de meest energie-intensieve productieprocessen, hebben procesingenieurs die in sommige opzichten toezicht houden op deze systemen eigenlijk de 'schoonste' benadering van allemaal.

Hoe is dit mogelijk? Welnu, procesingenieurs gebruiken meestal de meest hernieuwbare hulpbron - die van de zwaartekracht - om hun hulpbron door verwerkingspunten en naar hun eindbestemmingen te drijven en te transporteren. Een dergelijke benadering van energie, die altijd beschikbaar en altijd onderbenut is, is in wezen de sleutel tot het verminderen van de energie-intensiteit van productieprocessen en uiteindelijk tot het creëren van een oneindig (zo niet oneindig) duurzaam productie-ecosysteem.

Er zijn tegenwoordig verschillende energiezuinige processen beschikbaar die de algehele temperatuur- en energievereisten voor het verwerken van basisgoederen en grondstoffen verminderen. De meeste van deze processen worden aangedreven door oplosmiddelen, hoogwaardige membranen en katalysatoren in plaats van verwerking, smelten, gieten of andere middelen bij hoge temperatuur die het bereiken van een doel kunnen versnellen, maar in feite meer totale kosten met zich meebrengen dan anders nodig is.

Tegelijkertijd kunnen nieuwe toepassingen en nieuwe benaderingen voor de raffinage van kernproductieproducten - staal, ijzer, aluminium - de belichaamde energie die in veel systemen wordt aangetroffen, verminderen. Tegelijkertijd is het essentieel om veel van de meest energie-intensieve processen (aangezien ze betrekking hebben op warmte) te de-generaliseren en de bescherming en levensduur van metalen of goederen met een hoge belichaamde energie (zoals staal en aluminium) te vergroten. Hier zijn ook nieuwe processen belangrijk, waaronder praktijken zoals thermisch spuiten, waarbij gesmolten beschermende coatings worden gespoten die vervolgens op een apparaat drogen in plaats van een coating aan te brengen en vervolgens het hele onderdeel te verwarmen.

Dit soort benadering vermindert ook materiaalbeperkingen en zorgt voor efficiëntie. Tegelijkertijd wordt de energie gerecycled van energie-intensieve processen kan dienen om de netto-energie-intensiteit van een bepaald proces te verminderen, inclusief oplossingen zoals warmtekrachtkoppeling die de warmte en uitlaatgassen die door verschillende processen worden gegenereerd, kunnen opnemen en omzetten in bruikbare elektriciteit via een compacte ketel-turbinebenadering.

Met verdere tekenen dat de juiste fiscale prikkels daadwerkelijk meer winningsindustrieën koolstofnegatief kunnen maken, en kleinere, efficiëntere en lichtere hernieuwbare energiebronnen beloven ook de mogelijkheden voor energieterugwinning en lokale opwekkingsbehoeften van afgelegen primaire goederenverwerkers te vergroten. Al met al beloven deze minder netto-energie-intensieve verwerkingsmechanismen de milieu-impact die voortkomt uit het creëren van de grondstoffen die we nodig hebben drastisch te verminderen, maar hoe zit het met de rest van de toeleveringsketen?

Peer-to-peer-capaciteit

De machines en apparatuur die door fabrikanten worden gebruikt, zijn vaak duurzaam en gaan lang mee, waardoor hun netto-impact op het milieu wordt verminderd. Ongebruikte machines kunnen echter gelijk staan ​​aan een grote hoeveelheid belichaamde energie - de energie en middelen die nodig zijn om het te creëren. Dit vormt een probleem als het gaat om de milieu-impact van ongebruikte capaciteit, die aanzienlijke verspilling kan veroorzaken gedurende de levensduur van een apparaat. Deze verspilling kan nog erger zijn als er nieuwe en efficiëntere machines online komen die oudere mogelijk overbodig maken.

Om ongebruikte capaciteitsuitdagingen - die zowel milieu- als economische kosten met zich meebrengen - te elimineren, kunnen flexibele systemen en nieuwe vormen van fabrieksorganisatie met het juiste niveau van zichtbaarheid fabrikanten in staat stellen ervoor te zorgen dat ze hun middelen optimaliseren. Deze benaderingen kunnen het ook gemakkelijk maken om ongebruikte capaciteit daadwerkelijk te "verhuren" en er niet alleen geld voor terug te krijgen, maar ook "de aarde te sparen" van een kleine alternatieve kost.

Op welke schaal kunnen deze systemen impact hebben? Een schatting uit 2011 toonde aan dat ongebruikte capaciteit directe kosten met zich meebracht voor productiebedrijven 4,8% van de netto-omzet, of $ 142 miljard per jaar - en gelijk aan meer dan 60% van waar de totale R&D-uitgaven werden gepositioneerd . Dit kan zelfs hoger zijn, aangezien uit gegevens van de Federal Reserve blijkt dat de totale industriële capaciteit is gedaald tot gemiddeld iets meer dan 75%, terwijl dat gebruik eind jaren zestig, toen de maatregel voor het eerst tot stand kwam, bijna 90% was.

Hoewel een beetje speling in de toeleveringsketen nooit een slechte zaak is, is het equivalent van een kwart van de totale capaciteit die niet wordt gebruikt een bron van aanzienlijk afval en onnodige milieukosten.

Als reactie hierop hebben verschillende soorten bedrijven zich al beziggehouden met peer-to-peer-uitwisselingssystemen waarmee bedrijven geld kunnen verdienen door ongebruikte machines te verhuren, terwijl bedrijven die machines nodig hebben deze uiteraard kunnen gebruiken zonder dubbele kapitaalinvesteringen. Hoewel dit economisch logisch is, is het ook aanzienlijk milieuvoordeel.

Dit kan namelijk een geval zijn van "wat oud is, is weer nieuw". Maschinenring , een Duitse organisatie die zich inzet voor het delen van land- en bosbouwmachines, heeft sinds 1958 honderdduizenden boeren in staat gesteld hun kapitaalkosten te verlagen en het gebruik te verbeteren. Hoewel immobiele machines - zoals een CNC of een verfcabine - misschien niet zo gemakkelijk te huren zijn, kan het zorgen voor de gevoeligheid van uw eigen fabrieksactiviteiten door flexibele productiesystemen zoals containerisatie en bufferopslag u misschien het geheim geven dat uw klanten waarderen tijdens het maken het grootste deel van de capaciteit die u ter plaatse heeft.

Afvang en opslag van vervuilende stoffen

Het toppunt van schone productie is misschien wel de 'clean room'. Cleanrooms zijn sterk gecontroleerde productieruimten die zijn ontworpen om afval, verontreiniging en milieublootstelling aan luchtdeeltjes met een diameter van 0,5 micron of groter te elimineren.

Cleanrooms zijn voornamelijk afhankelijk van zeer efficiënte HEPA- en HVAC-systemen om de luchtkwaliteit te beheren en deeltjes in de lucht te filteren, zoals verf, coatings en chemisch gevoelige processen zoals de fabricage van halfgeleiders of zonnepanelen. Omdat menselijke toegang tot cleanrooms ook verontreinigingen veroorzaakt en kosten met zich meebrengt in termen van apparatuur en beheer van de luchtkwaliteit, hebben robotsystemen en onderhoudsarme systemen de voorkeur voor deze faciliteiten.

We komen later op robots, maar het idee van een gesloten productieomgeving – bijvoorbeeld een schone poederlakcabine die recycling en hergebruik van overtollige coating mogelijk maakt – zijn concepten die kunnen worden opgeschaald en aangepast om zowel de energieopwekking en vermindering van de uitstoot van gevaarlijkere verontreinigende stoffen, zowel vanuit klimaatperspectief als vanuit lokaal milieuperspectief.

Hoe verontreinigingen ook worden opgevangen en beheerd, ze worden uiteindelijk opgevangen door middel van drie keuzeprocessen:verbranding, conversie of opvang (meestal door middel van een filter). In primaire processen kunnen warmtepompsystemen die de scheiding of destillatie van oplosmiddelen aandrijven, worden gebruikt om ook energie terug te winnen door middel van mechanische of thermische damprecompressie.

Tenzij een productieproces volledig kan worden ingeperkt, zal er altijd een soort van milieu-impact zijn. Deze zijn niet altijd schadelijk, maar natuurlijk is er een mogelijkheid om energie of materialen terug te winnen die anders verspild zouden worden, die mogen we niet laten liggen!

Geïntegreerde gegevenssystemen

Industrie 4.0 is al vele jaren een term om in de gaten te houden in de schone productieruimte, niet alleen vanwege de efficiëntievoordelen, maar ook vanwege het potentieel dat slimme industriële systemen beter kunnen samengaan met milieubehoeften.

Correct gegevensbeheer en zichtbaarheid zijn een van de eerste en belangrijkste middelen om de milieu-impact van productieprocessen te verbeteren, voornamelijk door de mate van optimalisatie die ze bieden. Geoptimaliseerde productiemethoden zijn voornamelijk gericht op het verbeteren van de kwaliteit van de uitvoer en het opnemen van minder productiestappen - gevallen waarin objectbeheer en Digital Twin-technologie met behulp van IOT of andere detectiemechanismen, samen met verbeterde automatisering en 3D-printen waar van toepassing, de totale behoefte aan "manipuleren" kunnen verminderen onderdelen op weg naar het eindproduct.

Het op afstand beheren van systemen en procescellen is misschien wel een van de meest geschikte gevallen waarin Industry 4.0-praktijken de milieukosten kunnen verlagen. Waarom is dit het geval? Eén onderzoek heeft aangetoond dat slechts 13% van het energieverbruik in de productie wordt gebruikt voor productieve processen en machines. Zoveel van de productiekosten komen simpelweg voort uit het beheer van de materiaalstroom, hulpprocessen zoals verwarming, koeling, smering en meer, evenals verwarmings- en koelingsomgevingen en ze redelijk veilig te houden voor mensen om in te werken.

Door de directe menselijke voetafdruk op een productielijn te verminderen, wordt de behoefte aan comfort en accommodatie sterk verminderd en kan in plaats daarvan worden ontworpen rond de machinebehoeften met intermitterende (of externe) menselijke participatie. Dit kan de milieueffecten aanzienlijk verminderen, maar dient ook om de extra arbeidskosten voor zaken als gezondheid en veiligheid te verlagen, waardoor uiteindelijk meer waarde wordt gecreëerd voor werknemers, terwijl mogelijk enorme productiviteitsverbeteringen worden gerealiseerd door slimme keuzes als het gaat om automatisering.

Autonome geschoolde robots

Bij autonome robots gaat het niet alleen om het verplaatsen van dingen of het verzorgen van machines - ze kunnen zelfs bekwame taken uitvoeren met behulp van knowhow, robotbetrouwbaarheid en coherente op AI gebaseerde taakplanning om output van hogere kwaliteit te bereiken dan ooit tevoren.

Het uitgangspunt is dat als robots het vermogen kunnen krijgen om waar te nemen en plannen te maken binnen hun omgeving, ze doelen kunnen nemen zoals gedefinieerd door een fabrikant en hun capaciteit kunnen gebruiken - of het nu als een arm, op een cartesiaans vlak of welke combinatie van eind- effector en robotsysteem nodig zijn - en gebruik vervolgens de consistentie en betrouwbaarheid waar robots bekend om staan ​​om de efficiëntie van uw proces te maximaliseren, ongeacht welke onderdelen of procesgedrag u nodig heeft.

Dit soort slimme systemen zijn eindelijk mogelijk dankzij een verscheidenheid aan vooruitgang in 3D-visie, sensorfusie en op AI gebaseerde taakplanning. In deze technologische omgeving is het eindelijk mogelijk om het tekort dat wordt gezien onder de meest geschoolde werknemers te verminderen door zowel onvrede over dezelfde oude workflow als de versnelling van de pensionering van babyboomers in de nasleep van COVID-19.

De robotefficiëntie, het aanpassingsvermogen en de voordelen voor het milieu kunnen snel oplopen. De totale kwaliteitsverbeteringen die met autonome robots worden gezien, kunnen herbewerking soms tot feitelijk nul reduceren, terwijl de snelheid en doorvoer van bestaande systemen kunnen worden geëvenaard als de behoefte wordt overschreden, omdat onderdelen dit vereisen. Tegelijkertijd kunnen de besparingen op materialen, energie en verbruiksgoederen oplopen tot 30-40% wanneer de totale productie-output gelijk wordt gehouden - een echte verandering voor fabrikanten, en zeker ook voor het milieu.

Omnirobotic biedt autonome robottechnologie voor spuitprocessen, waardoor industriële robots onderdelen kunnen zien, hun eigen bewegingsprogramma kunnen plannen en kritische industriële coating- en afwerkingsprocessen kunnen uitvoeren. Bekijk hier wat voor soort terugbetaling u ervan kunt krijgen , of leer meer over hoe u kunt profiteren van autonome productiesystemen .