「現代の経済学者はエネルギーに没頭しても報酬や賞を得ることはなく、現代社会がエネルギーについて懸念するのは、主要な商業用エネルギーの供給が脅かされ、その価格が急騰したときだけだ」 世界は実際にどのように機能するのか、ヴァーツラフ・スミル
デジタル変革とインダストリー4.0のベスト プラクティスは、多くの業界が現在のエネルギー危機に対処するのに役立っています。多くの製造業者は、自動化とデジタル化された電力管理がなければ、電気とガスのコスト上昇に耐えられなかったでしょう。
現在、業界ではロボット、暗闇工場、占有センサー の使用が増えています。また、最新の無線技術を搭載したスマートファクトリーでは、機械や輸送を遠隔管理することができます。さらに、現在では多くの工場で太陽光パネル、太陽光発電窓、人感センサーなどの省電力技術が導入されています。
「ダークファクトリー」の台頭
「ダーク ファクトリー」という語句は、作業に照明を必要とする人が存在せず、理論的には照明なし、つまり暗闇の中で稼働できる製造施設を指します。これは「Lights Out Manufacturing」として知られています。その背後には、クラウド、機械学習、人工知能 (AI)、デジタル ツインなどの新しいテクノロジーを実装するだけで、完全に自動化された生産を実現できるという考えがあります。
ダークファクトリーは完全に自動化されており、現場に人間が存在する必要はありません。工場での原材料の配送から完成品の配送まで、生産プロセス全体は完全に自動制御の機械によって実行されます。
画像認識と機械学習は品質管理と生産を最適化し、電力とコストを節約します
機械学習や エッジ コンピューティング などの新しいAIテクノロジーは、品質の問題や生産の中断を検出するのに役立ちます。機械学習を使用した画像処理は、従来の人間による検査よりもはるかに効率的で正確であることが証明されています。これにより、ダウンタイムと製品の廃棄が削減され、時間とエネルギーを節約できます。
また、循環型経済の原則と、何十億もの接続されたインテリジェントデバイスによって生成される情報を組み合わせることで、イノベーションと持続可能な使用が可能になり、製品の寿命が延び、二次的な用途の創出にも役立ちます。
再生可能エネルギーは、従来の省エネ運用を破壊しながらも、役立っている
最近まで、エネルギーを大量に消費する業界では、電気料金の引き下げの恩恵を受けるためにオフピーク時間帯に操業するのが一般的でした。大量の電力を使用する工場の多くは、安い電気料金の恩恵を受けるために夜間に稼働することを選択します。場合によっては、電力会社は、本来は無駄になるはずの余剰電力を使用するために、それらの産業にお金を払っていた。
パンデミックと現在のエネルギー危機により、これは劇的に変化しました。最近では、特にヨーロッパでは、一日のうちいつでも電気料金が最も安くなることがあります。
その理由の一つは、太陽光発電による発電量の増加です。太陽光パネル は日中のみ稼働するため、送電網に流入すると価格が下がり、夜間には再び価格が上昇します。さらに、風力タービンの容量が大きい場所では、同じ状況が逆転する可能性があります。
したがって、最も安い料金の恩恵を受ける機会を最大限に活用するには、工場の運営は極めて効率的かつ柔軟でなければなりません。
TSNの使用と無線通信
機械、車両、建物、業務を接続することは、インダストリー4.0の重要な柱の1つです。製造プロセスのあらゆる側面を監視およびリモート制御することで、効率性の向上、障害の予測、安全性の向上、予測保守が可能になります。
しかし、5Gプライベート ネットワークなどの新しいテクノロジーは効率と信頼性が高いものの、電力消費が大幅に増加する可能性があります。無線が唯一の選択肢である場合、LPWAN規格、例えば ロラワン または ジグビー 携帯電話ネットワークよりもはるかに電力効率に優れています。
ワイヤレス通信は現在、工場内の多くのデバイス、機械、その他の資産を接続する最も高速な方法として高く評価されていますが、エネルギー管理の鍵は、高効率のDC/DCソリューションを使用し、プロセッサを可能な限り低電力のスタンバイ モードにし、ワイヤレス通信を最小限に抑えることです。
現在、産業用IoT (IIoT) に必要なセンサー ノードの急増により、フィールドバスはイーサネットに置き換えられつつあります。ただし、イーサネットには、遅延が発生し、確定的ではないという欠点があります。IIoTには決定論的なシステムが必要であり、その解決策は タイムセンシティブネットワーク (TSN)。時間的に重要なデータに対して優先度の高いパスを提供します。TSNはリアルタイム通信により機械の損傷を防ぎ、ダウンタイムを回避してコストを節約できます。
さらに、TSNは、単一のツイストペア イーサネットを介して、制限された低遅延、低パケット遅延変動、および低パケット損失を備えたブロードバンド接続と保証されたパケット転送を提供できます。TSNは、サービス品質 (QoS) の保証とイーサネットの需要増加に対応するために、IEEE 802.1のフレームワーク内で標準化された基本テクノロジを作成します。これはOSIレイヤー2通信にのみ影響し、ユーザー インターフェイスには影響しません。
分散型製造と3Dプリントにより、さらなるエネルギー節約とより持続可能な生産が可能に
産業用3Dプリントは、さまざまな幾何学的構造の生産を可能にし、製品設計プロセスを簡素化します。また、比較的環境にも優しいです。3Dプリンティングにより、少量から中量の生産におけるリードタイムと総生産コストを削減できます。
従来の製造とは異なり、単位あたりのコストは量に依存しません。3Dプリンティング により、世界中のどこでもまったく同じ仕様の同じ部品を生産できるようになり、輸送の追加コストとエネルギー消費を節約し、生産をより持続可能にします。また、産業用3Dプリンターが安価で高速になるにつれて、部品をオンデマンドで製造できるようになるため、保管や大量の在庫の必要性はそれほど重要ではなくなります。
HPによれば、同じ部品の10万個未満の生産は、追加コストをかけずに現地で3Dプリントできるため、時間を節約し、迅速な変更が可能になります。また、3Dプリンターは従来の射出成形プロセスに比べてわずかなエネルギーしか使用しないため、製品を製造するより持続可能な方法でもあります。
「インダストリー4.0によって分散型製造が経済的に可能になるということは、製品の製造と配布の方法を変えることができるということです」と、HPの3Dプリンティング担当副社長兼ゼネラルマネージャーであるRamón Pastor氏はIoT Timesとのインタビューで述べています 。 「世界で消費される燃料（この場合は化石燃料）の最大半分は、製品を生産地から消費地まで輸送するために使用されているという推定もあります。」この意味で、インダストリー4.0、デジタル製造、3Dプリンティングを組み合わせることで、このパラダイムを変えて分散型製造に移行することができます。つまり、基本的には、需要がある場所の隣で、必要なときに必要なものを製造するということです。」
過去1世紀にわたり、化石燃料のおかげで、安価だが汚染物質を排出するエネルギーへの無制限のアクセスによって、世界は歴史上最も大規模な産業成長を享受してきました。今日、私たちは気候変動や新たな地域紛争の影響に直面しており、クリーンなエネルギー源に切り替え、電力消費を削減することが重要です。
従来の産業は、エネルギー危機に対処し、競争し生き残るために、インダストリー4.0のベスト プラクティスとテクノロジーを早急に導入する必要があります。
