Riadenie spotreby energie v digitálnom podniku

Digitálny podnik sa usiluje o analýzu, zmapovanie a zdigitalizovanie tejto platformy, čím sa vytvorí reálny obraz výroby. Pomocou tejto „digitálnej kópie“ výroby je ďalej možno optimalizovať a inovovať procesy reálnej výroby bez toho, aby sa dané návrhy museli implementovať ešte skôr, ako sa zistí ich reálnosť, zmysluplnosť a ekonomická efektivita. Jednou z tém, ktorými sa digitálny podnik zaoberá, je spotreba elektrickej energie vo výrobe.

NÁKLADNOSŤ VÝROBY
Plánovanie výroby sa zameriava najmä na jednoduchosť výroby, rýchlosť výroby, možnosť zmien vo výrobe a nákladnosť výroby. Posledný menovaný bod závisí od množstva aspektov. Jedným z nich je spotreba energie v podniku. Tento parameter prispieva nemalým percentom k hospodárnosti výroby a pri jeho optimalizácii dochádza k automatickému zlepšovaniu procesov vo výrobe. Samotný návrh rozmiestnenia pracovísk, použitie techniky a strojov s ohľadom na spotrebu energie je možné vykonať manuálne, resp. za pomoci jednoduchých nástrojov ako Microsoft Excel, no výsledky takéhoto plánovania nie vždy zobrazujú budúci stav reálneho pracoviska. Presnejšou metódou je použitie sofistikovaných softvérových modulov, ktoré za pomoci algoritmov približujú obraz budúcej výroby s čo najväčšou presnosťou.

MERANIE SPOTREBY ENERGIE VO VÝROBNOM PODNIKU
Softvér od spoločnosti Siemens, konkrétne modul Tecnomatix Plant Simulation, je prostriedok určený na simuláciu, prostredníctvom ktorej je možné vytvoriť digitálne modely logistických systémov (spracovanie objednávok, skladovanie, balenie a obaly, doprava). Plant Simulation umožňuje charakteristiku systému a na základe výsledkov optimalizovanie jeho výkonnosti. Vykonáva analýzu všetkých prekážok, vyhodnocuje štatistiku a grafy, na základe ktorých hodnotí tie najlepšie výrobné scenáre, podľa ktorých by mal podnik vyrábať optimálne a najvýhodnejšie.
Výhody Plant Simulation:
• efektívnejšie využitie zdrojov na výrobu,
• kladné výsledky pri identifikácii chýb,
• pokles nákladov na výrobu,
• vykonávanie testov v softvéri, pred samotnou výrobou,
• zníženie nákladov na drahú techniku.
Ďalšou možnosťou využitia tohto softvérového nástroja je meranie a optimalizácia spotreby elektrickej energie. V nasledujúcej časti je popísaný základný postup pri analýze spotreby a možných výsledkov, resp. výstupov z Plant Simulation.
Celkom prvým krokom po vymodelovaní výrobnej bunky či celého závodu je definovanie spotreby elektrickej energie všetkých zariadení (obr. 1). Po rozkliknutí daného stroja je potrebné otvoriť záložku „energy“.

K aktivácii nastavenia položiek v „energy“ záložke dochádza zaškrtnutím „active“ možnosti a potvrdením „apply“. Nižšie je uvedený popis jednotlivých druhov spotrieb:
• Total consumption – ukazovateľ celkovej spotreby energie
• Working – celková spotreba energie objektu v čase, keď pracoval
• Setting-up – spotreba energie počas nastavovania daného objektu
• Operational – prevádzková spotreba energie
• Failed – spotreba energie v čase poruchy objektu
• Standby – celková spotreba objektu v režime „standby“
• Off – energia spotrebovaná v čase, keď bol objekt vypnutý.
Nasledujúcim krokom v procese analýzy spotreby energie je nastavenie jednotlivých hodnôt spotreby všetkých objektov (obr. 2).

Vložením „energy analyzéra“ a priradením jednotlivých objektov (strojov a zariadení) dochádza k aktivácii analýzy spotreby energie (obr. 3).

Do grafického okna ďalej treba pridať, resp. otvoriť okná zobrazujúce spotrebu energie pre jej aktuálne monitorovanie. Samotné meranie spotreby energie počas behu simulácie je zobrazené na nasledujúcej schéme (obr. 4):

Zobrazenie koncových výsledkov po zbehnutí všetkých cyklov simulácie výroby hovorí o celkovej spotrebovanej elektrickej energii v danej výrobnej bunky, alebo vo výrobnej hale (obr. 5).

SPOTREBA ENERGIE ROBOTA
Softvérový modul Tecnomatix Process Simulate je určený pre tvorbu nových alebo zmenu existujúcich výrobných procesov. Na základe simulácie je možné si predstaviť budúci obraz reálneho výrobného systému. 3D simulácia môže odrážať aktuálny stav a podmienky v bežiacom systéme a samozrejme, po niekoľkých zmenách či zlepšeniach môže ukázať možnú predstavu výrobného systému. Možnosti pri vytváraní simulácie sú dve. Na začiatku je potrebné vedieť, či vytváraná simulácia bude riadená na základe časovej postupnosti (time based simulation) alebo riadená prostredníctvom signálov (event based simulation).
Hlavné funkcie modulu Tecnomatix Process Simulate:
• 3D simulácia,
• statická a dynamická detekcia kolízií,
• meranie v 3D prostredí,
• mapovanie operácie,
• robotická montáž a výrobné plánovanie ciest,
• modelovanie zdrojov (3D a kinematika),
• simulácia ľudských úloh,
• simulácia diskrétnych a spojitých výrobných procesov,
• virtuálne uvedenie do prevádzky.
Počas simulácie výrobných procesov, a konkrétne počas robotických operácií, panel „Power consumption“ informuje o dátach energií z controllera robota a zobrazuje graf spotreby energie robota. Tento panel je prístupný a viditeľný len pre roboty. To znamená, že neexistuje žiadna možnosť na meranie spotreby energie iných zariadení (napr. stroje, pásové dopravníky, CNC sústruhy) v module Tecnomatix Procese Simulate. Nasledujúca schéma (obr. 6) ukazuje aktuálnu spotrebu elektrickej energie robota pri simulácii v jednotkách kW (kilowatt).

V okne Robot viewer v časti Power consumption sú zobrazené hneď vedľa výstupného grafu nasledujúce parametre:
Overall energy – Celková spotreba energie robota počas simulácie.
Peak power – Najvyššia spotreba, resp. špička (vrchol) spotreby energie robota (v kilowattoch) počas simulácie. Systém berie na vedomie aj čas, keď došlo k vrcholu spotreby energie.
Dôležité je uvedomiť si, že môžeme monitorovať a analyzovať spotrebu energie robotov len od spoločnosti KUKA s controllerom verzie 8.3 a vyššie.
RCS (Robot Controller Software) controller má iný časový interval než simulácie, a preto je nutné upraviť RCS informácie o energii v simulácii k spriemerovaniu výsledkov. Z tohto dôvodu nie je vhodné používať dlhé časové intervaly pre simuláciu, ktorá by mohla viesť k nepresnostiam v údajoch o spotrebe energie zobrazených v paneli. Dáta uvedené v tejto oblasti štatistiky panela Power consumption nie sú závislé od časového intervalu simulácie (nakoľko sú prevzaté priamo z RCS).

ZÁVER
Spotreba energie a jej riadenie patria k neodmysliteľným aspektom výroby a jej plánovania. Použitím rôznych softvérových riešení dochádza k presným analýzam súčasného stavu pracovísk, no i k návrhu nových výrobných buniek s cieľom dosiahnuť čo najmenšiu spotrebu elektrickej energie a teda prispieť k celkovej hospodárnosti výroby. Digitálny podnik ako výsledok použitia PLM riešení vo výrobných podnikoch jednoznačne prispieva k zlepšovaniu procesov v podniku a stane sa nevyhnutnou súčasťou filozofie každej strojárskej firmy.

Príspevok bol pripravený v rámci riešenia grantového projektu KEGA Intenzifikácia modelovania vo výučbe II. a III. stupňa v študijnom odbore 5.2.52 Priemyselné inžinierstvo 004TUKE-4/2013

ZDROJE
http://www.siemens.com/about/en/businesses/energy-management.htm

TEXT/FOTO DOC. ING. PETER TREBUŇA, PHD., ING. RADKO POPOVIČ, STOJNÍCKA FAKULTA, TECHNICKÁ UNIVERZITA, KOŠICE