企業が業務のデジタル変革を決定する場合、主な目的は、歩留まりとスループットの向上、材料の無駄の削減、機器のダウンタイムの短縮によってコストを削減することであることが多いです。したがって、製造設備とプロセスは主にスループットと歩留まりに合わせて最適化されます。
エネルギー効率を評価する必要性 インダストリー4.0テクノロジー 産業が全電力の約41.8%を消費していることからも、緊急性が高まっている。私 これは運用コストに少なからぬ影響を与えます。コスト意識は以前から存在しており、米国の製造業者は1998年から2018年にかけて製造業の総生産量を12%増加させながら、製造エネルギー強度を26%削減することに成功している。 ii。
しかし、業界にとって新たな課題は、増え続けるエネルギー需要を満たすと同時に、原材料から完成品への変換に不可欠な要素ですらない炭素排出量を制限するという二重の課題です。米国では、エネルギー省（DoE）がコスト競争力を高める上でのエネルギー性能の重要性を推進し、支援している。 iii。一方、EUは、新たな2030年の目標に準拠するためにエネルギー効率指令（EED）の改訂を提案した。EEDは、エネルギー監査を義務付けることで、建物、産業、輸送などの最終用途部門におけるエネルギー節約を推進しますiv。コストを削減し、環境に配慮した企業としての地位を確立することを目指す企業は、エネルギー管理システム (EMS) とエネルギー監査の使用を義務付けるISO 50001認証を自社の業務に取得しています。
効率的な設備や再生可能な電力源に代わるものはありませんが、スマート製造では、エネルギー使用量を監視、評価、管理して、電力消費の観点から運用をさらに最適化するために使用できるツールがいくつか提供されています。
エネルギー監視とセンサー
製造業務におけるエネルギー監視の従来のアプローチは、次のように要約できます。製造業者は、エネルギー消費情報と運用情報を確実に関連付けることができず、そのためエネルギー効率をほとんど制御できないため、公共料金の請求書からエネルギーコストを把握します。
施設のエネルギー効率を改善する最も直接的な方法は、プロセス機器や電源装置などの資産のパフォーマンスを監視し、理解することです。これは、ネットワーク化されたセンサーを賢く使用して、すべての電力資産でエネルギーがどのように使用されているかをEMSと分析に正確に通知することで可能になります。この作業を行う主なタイプの センサー には、電力メーターや、柔軟性を高めるための電圧センサーと 電流センサーが含まれます。後者からの情報は、電圧×電流×時間として組み合わされ、エネルギーが得られます。
その他のセンサー、たとえば 温度、 圧力、ガス フローセンサーなどは、プロセス条件に関するデータを収集し、最適なプロセスパラメータを達成するために必要なエネルギーに関する情報を組織に提供します。これにより、主要業績評価指標を開発し、より優れた運用予測を行うことができます。
電力の品質
プロセス フローの特定のポイントまたは各機器でのエネルギー消費を監視すると、供給される電力の品質に関する情報が明らかになります。たとえば、産業用モーターは電源に誘導負荷を提供し、電流が電圧より遅れるため、 力率 (PF) が低下します。PFが低いということは、実際の作業を実行するために必要なキロワット単位の有効電力を供給するために、はるかに高いボルトアンペア (電圧 × 電流から) または皮相電力を供給する必要があることを意味します。
力率が修正されない場合、設備の状態が変化するたびに、施設で電圧変動や高調波ノイズが発生する可能性があります。無効負荷は、無負荷状態でも無効電力を消費し、エネルギー効率を低下させます。もう1つの問題は、力率と高調波が機器の動作状態や無効負荷同士の相互作用によって変化することです。
解決策は、工場現場でPFが低い箇所と動作条件を検出することにあります。これをデータ分析と組み合わせることで、誘導負荷の容量性コンポーネントなどの適切なリアクタンス要素を決定し、必要な場所やタイミングでそれらを追加できるようになります。
ビッグデータ分析からの洞察
エネルギー監視システムは、エネルギー消費データから、他の方法よりも大きな価値を引き出します。分析ツールと 人工知能 (AI) (通常はクラウドベース) を組み合わせることで、電力消費とプロセス パラメータのパターンと傾向が明らかになり、実用的なものになります。利点は次のとおりです:
1.電力最適化: 大規模な電力消費者は、請求期間内の最大需要に基づいて請求料金を支払うことがよくあります。短期的なエネルギー消費のピークにより、コストが不釣り合いに高くなる可能性があります。エネルギー管理システムから得られる情報により、施設は「ピークシェービング」によって電力消費を最適化できます。これは、たとえば、複数のマシンを同時に起動するために必要な突入電流を低減するように製造プロセスを変更することによって実現できます。
2.施設管理: 監視データは、稼働時間と停止時間の検出を含むリアルタイムのステータスを生産計画担当者に通知することで、リモート施設管理を支援します。
3.障害検出: エネルギー監視と結果データの分析により、機器の健全性に関する重要な情報も得られます。たとえば、異常なエネルギー消費パターンは、安全でない動作条件や差し迫った機器の故障を示します。メンテナンスのための計画的なダウンタイムは、運用効率の面ではるかに優れています。
4.プロセスの再調整: スループットが高いと信頼性とエネルギー効率が損なわれることが多いため、データ分析によってスループットを最適化し、他の要素との合理的なトレードオフを実現できます。プロセスの再調整により、エネルギー消費を抑えながら、収量と生産性の両方を向上させることができます。
このリストは、機器からの電気負荷が固定されていないため、動的な評価、調整、および利点を表します。これは、プロセス パラメータの変更、需要、市場投入期限、競争圧力に対応するためのスループットの定期的な増加、継続的な施設の拡張と近代化、新しいプロセスの開発、エネルギー効率基準の変更などによって変化します。継続的かつ進化する分析がなければ、効率認証と目標とするエネルギーコストを維持することは困難です。
インテリジェンスでオペレーションをアップグレード
「スマート ファクトリー」という言葉を聞くと、センサーを搭載した資産、エッジ分析、機械学習、ロボットの自動制御、AIによるトレンド分析とシミュレーションなどのイメージが思い浮かびます。そのため、ビジネスの意思決定者は、デジタル変革に必要な資本支出について不安を抱いています。
ただし、既存の施設をアップグレードしてエネルギーデータを収集することは比較的簡単に実現できます。今日の製造業で一般的に使用されている半自動ロボットでも、プロセス情報との相関関係を示すエネルギー データを提供できます。
電流および電圧センサー モジュールは機器に簡単に取り付けることができます。信号調整 アナログ/デジタルコンバーターと 5Gネットワーキング 既存のITインフラストラクチャに導入されたEMSツールに運用技術ハードウェアを迅速に接続できます。
エネルギー効率の向上は常に望まれていますが、それがインダストリー4.0導入の主な理由ではありません。しかし、低コストで簡単に実装できるソリューションによるエネルギー監視と分析機能は、企業のデジタル変革の理想的な出発点となります。このような導入から得られる新たな情報により、エネルギー料金を大幅に節約できるほか、施設の効率基準の監査や認証も容易になります。
方法を確認する
専門家からのアドバイス アローインテリジェントソリューションズ エネルギー監視や分析などの新しい制御システムやインテリジェント製造テクノロジーを、迅速かつコスト効率よく施設に導入できるよう支援します。
アローと話す 今日は適切なセンサーモジュールの選択についてお話しします。 接続ソリューション、 データの集約と分析、クラウド ホスティングによりエネルギー効率のコンプライアンスを実現します。
私国際エネルギー機関。「2021年世界主要エネルギー統計」www.iea.org/reports/key-world-energy-statistics-2021/final-consumption
ii米国環境影響評価。（2021年12月）。「2018年製造業エネルギー消費調査」www.eia.gov/consumption/manufacturing/pdf/MECS%202018%20Results%20Flipbook.pdf
iii米国エネルギー省、先進製造業局。www.energy.gov/eere/amo/advanced-manufacturing-office
4四欧州委員会。「エネルギー効率指令」energy.ec.europa.eu/topics/energy-efficiency/energy-efficiency-targets-directive-and-rules/energy-efficiency-directive_en