Устойчиви машини за зелена индустрия

• Екологосъобразни, зелени, устойчиви, енергийноефективни… Такива трябва да са машините днес, за да получат “билет” за нисковъглеродната индустрия на бъдещето
  
  
• На помощ в борбата с вредните емисии по пътя към по-устойчива и щадяща за околната среда промишленост идват и редица иновации с марка Industry 4.0
  
  
• Като едно от най-ефективните възможни решения експертите посочват автоматизацията и най-съвременните й проявления – роботиката и изкуствения интелект

Екологосъобразни, зелени, устойчиви, енергийноефективни… Такива трябва да са машините в модерните фабрики, за да преминат теста на съвремието ни и да получат “билет” за нисковъглеродната индустрия на бъдещето. С фокус върху декарбонизацията и кръговите модели производители и потребители на промишлено оборудване се обръщат към най-новите технологични достижения при двигателите и задвижванията, сензорите, контролерите, софтуера за енергиен мониторинг и мениджмънт и други иновативни решения за повишаване на енергийната, ресурсната и оперативната ефективност.

На фокус са възможностите за интегриране на възобновяема енергия, биоразградимите и рециклируемите материали, стратегиите за редуциране на количеството генерирани отпадъци и устойчивото им оползотворяване, авангардни техники за охлаждане, възстановяване на топлина и енергия, повторно използване на вода и други “зелени” подходи.

На помощ в борбата с климатичните промени и вредните емисии по пътя към по-устойчива и безопасна за природата индустрия идват и редица иновации с марка Industry 4.0, като автоматизацията и дигитализацията, изкуствения интелект, прогнозната поддръжка и т. н.
Предпоставки за въвеждането на зелени практики и технологии

На практика почти всеки компонент или продукт в ежедневието ни се произвежда от конкретен тип машина. В този мисъл дизайнът и екологичната пригодност на самите производствени машини влияе върху устойчивостта на всички останали сектори, в които се използват. Ето защо устойчивото машиностроене има голям потенциал да се превърне в основен двигател на зелената трансформация и декарбонизацията.

По данни на Световния икономически форум (СИФ) индустрията, която обхваща производствените отрасли и по-специално циментовата, стоманената и химическата промишленост, консумира около половината от световните енергийни ресурси. Производството е “виновник” за 50% от отпадъците, като допринася и за приблизително една пета от глобалните емисии на парникови газове. Над 90 на сто от тези емисии се генерират във фазата на експлоатация. Това означава, че е налице възможност те да бъдат значително редуцирани посредством по-екологосъобразен дизайн. Концепцията за екопроектиране, въведена още в края на 90-те години на миналото столетие, насочва фокуса към прецизиране на дизайна на продуктите, машините, системите и услугите с акцент върху екологичния отпечатък в рамките на целия им жизнен цикъл. Днес, повече от четвърт век по-късно, вече е ясно, че бъдещето на индустриалното оборудване е неразривно свързано с устойчивостта. Проектирането и производството на по-ефективни и щадящи за околната среда машини става възможно благодарение на напредъка на технологиите при дизайна, материалите, задвижването, захранването и управлението, а екологичната пригодност се залага във всеки етап и аспект от разработката.

Популярни подходи и ползи

Преходът към зелени практики в машиностроенето, производството и промишления сектор като цяло обещава не само екологични, но и редица икономически и оперативни ползи. Нововъведенията, разбира се, изискват целенасочени инвестиции и използване на недобре познати технологии, които все още предизвикват колебания и неувереност, особено сред по-малките предприятия. Модернизацията налага и цялостна реорганизация – на политиките и практиките, производствените и бизнес процеси, оборудването и персонала. Ето защо тя е въпрос на цялостен и добре обмислен подход.

Отправна точка за всяка компания, която е решена да намали въглеродния си отпечатък, а с това и разходите си, е енергийната и ресурсната ефективност. Значителни подобрения могат да бъдат реализирани буквално във всяко звено на дадено производство – чрез съответните мерки и технологични решения. Направените капиталовложения обикновено са със сравнително бърза възвръщаемост, което позволява на компаниите бързо да започнат да се възползват от преимуществата на устойчивите практики и технологии. Популярен подход за предприятията с по-големи бюджети е закупуването на ново оборудване с по-висок клас на енергийна ефективност и проектирано да консумира по-малко електрическа енергия (или други енергоносители) без компромис с производителността и функционалността. Възможен е и ретрофит на съществуващи машини и съоръжения чрез подмяна/интегриране на ключови компоненти във връзка с енергийното потребление, като двигатели, честотни регулатори, сензори и IoT устройства, което поначало изисква по-малко разноски.

Препоръчително е внедряването на интелигентни технологии, които цялостно и автоматизирано подобряват производствените процеси, включително чрез мониторинг на използването на енергията и ресурсите в реално време, както и прилагането на програми за улавяне на въглероден диоксид.

На фокус са най-енергоемките и замърсяващи околната среда сектори, както и приложенията с най-голям потенциал за оптимизация посредством умни и дигитални технологии. Сред последните попадат например автомобилната индустрия, хранително-вкусовата промишленост и бутилирането на напитки, потребителската електроника, производството на облекла и текстилни изделия, както и машиностроенето и металообработката.
Наред с потреблението на енергия производителите и потребителите на индустриално оборудване стават все по-отговорни и към консумацията на вода, а машините и технологичните линии се проектират с възможности за пречистване и многократно използване на водните потоци за технологични цели (например охлаждане), със сензори за течове или алтернативни решения за изискващите вода процеси.

Инициативите за кръгова икономика поставят акцент върху проектирането на продуктите така, че да са максимално издръжливи, дълговечни и повторно използваеми. Все по-разпространени практики са използването на рециклируеми/рециклирани, нетоксични и биоразградими материали (не само в опаковъчния сектор, но и при компонентите и изделията) и “връщането” в производствения цикъл на различни отпадъци от производството.

Сред популярните стратегии е и оптимизирането на вътрешните потоци в предприятията, например чрез интелигентна интралологистика, складова дейност и заводски транспорт, с цел намаляване на разходите и емисиите. Това се постига все по-ефективно чрез автоматизирани складови системи, роботи, умни конвейерни линии, автономни и самоуправляващи се транспортни средства, които използват оптимизирани маршрути. Търси се интеграция между ERP и MES системите и софтуерни платформи за мениджмънт от последно поколение, които обхващат всеки възможен етап, зона и станция от входната до изходната точка на фабриката.

Потенциалът при металообработващите машини

Съществени иновации през последните години намират приложение при металообработващите машини с оглед на повишаването на устойчивостта. Такива са интелигентните задвижвания с възможности за възстановяване на енергия, високоефективните серводвигатели с ниски загуби и усъвършенстваните контролери за намаляване на потреблението на енергия при престой.

Все по-голяма част от световните производителите на машини и оборудване за металообработка се сертифицират по екологични стандарти като ISO 14001 и внедряват т. нар. системи за управление по околна среда (СУОС), например EMAS.

Решения за подобряване на екологосъобразността активно се разработват например в сферата на смазването и охлаждането. Смазочните флуиди, които традиционно се прилагат в големи количества, замърсяват природата и изискват специално третиране. Ето защо непрекъснато се търсят техни “зелени” алтернативи, като отчетливо внимание се отделя и на възможностите за намаленото им използване. На този принцип е подчинена стратегията MQL (Minimum Quantity Lubrication) за минимално използване на смазка. За целта се проектират специални системи, които впръскват микрокапки смазочно масло директно върху режещия инструмент или въвеждат смазочно-охлаждащата течност през тялото/центъра на инструмента в контактната зона. Същевременно решения за прогнозен мониторинг изчисляват износването, натоварването и рисковете от прегряване/счупване на инструменталната екипировка и ключови компоненти, като лагери и шпиндели, за да идентифицират потенциални проблеми и да предотвратят скъпоструващи повреди и ремонти.

Базираните на изкуствен интелект съвременни софтуерни платформи за металообработка с ЦПУ позволяват оптимизиране на траекториите на инструмента, например при лазерно изрязване, с цел производство на максимален брой детайли от единица изходен материал и намаляване на загубите, времето и използваната енергия. Множество нови възможности за устойчиво оползотворяване на ресурси разкриват и хибридните техники, съчетаващи отнемане на материал с адитивни методи. Там рециклирани отпадъчни метални изрезки могат да бъдат използвани под формата на прах в процес, известен като лазерно синтероване, а крайната геометрия на обработвания детайл да бъде постигната чрез конвенционална компютъризирана механична обработка.

В по-генерален смисъл металообработващите машини вече се разглеждат като свързани елементи от цялостни производствени IIoT платформи, които обединяват полеви устройства и системи от всички йерархични нива, подлежащи на централизиран енергиен мениджмънт. Редица производители разработват облачно базирани фирмени системи, които позволяват интеграция с унифицирания заводски софтуер и дават възможност на потребителите в реално време да проследяват енергийната ефективност, статуса и състоянието на всяка отделна машина, включително потреблението на енергия, сгъстен въздух, охлаждащи течности и т. н.

В този смисъл в основен инструмент на устойчивите практики при металообработващото оборудване се превръщат данните от интегрираните в тях сензори и измервателни устройства. С помощта на IoT, изкуствен интелект, усъвършенствани алгоритми за анализ, самообучение и цялостни свои дигитални двойници съвременните машини могат все по-автономно да тестват различни работни сценарии и стратегии, за да открият оптималния вариант, който изисква най-малко енергия и допуска най-малко загуби и свързаните с тях вредни емисии.