Top 5 der sauberen Fertigungssysteme

Da sowohl COVID-19 als auch die Lockdown-Reaktion nachzulassen scheinen, sprechen Führungskräfte aus Wirtschaft und Gesellschaft über Investitionen in neue Technologien und Infrastrukturen, um das Wachstum voranzutreiben. All diese Investitionen erfordern natürlich Rohstoffe, was allein schon Gespräche über einen neuen Rohstoff-Superzyklus ausgelöst hat.

Während ein Großteil dieser Investitionen von dem Wunsch getrieben wird, die Wirtschaft „grüner“ zu machen und die ESG-Compliance voranzutreiben, besteht die Ironie darin, dass zur Erreichung dieser weniger energie- und rohstoffintensiven Prozesse mehr Ressourcen eingesetzt werden müssen, um neue zu entwickeln und zu implementieren saubere Fertigungssysteme.

Aber in einer weiteren Ironie – die uns vielleicht dorthin zurückführt, wo wir angefangen haben – reduzieren diese sauberen Produktionssysteme letztendlich die Energie und die Rohstoffe, die zur Herstellung eines bestimmten Gutes benötigt werden. Durch weniger CO2-Ausstoß, weniger Umweltverschmutzung und weniger Ressourcenverbrauch verleihen saubere Fertigungssysteme einem Hersteller nicht nur einen guten Namen. Die Einsparungen, die sie bieten, können tatsächlich die Produktivität und Wettbewerbsfähigkeit über die erforderlichen Investitionen hinaus steigern und dieses wertvolle Endergebnis etwas aufpolstern.

Vor diesem Hintergrund sind hier 5 saubere Fertigungssysteme, die Sie bei der Konfiguration Ihrer zukünftigen Investitionen und beim Erreichen Ihrer Umwelt-, Sozial- und Governance-Ziele berücksichtigen können.

„Energiemilde“ Verarbeitung

Während wir Rohstoffgewinnung oft mit den energieintensivsten Herstellungsprozessen in Verbindung bringen, haben Verfahrensingenieure, die diese Systeme in gewisser Weise beaufsichtigen, tatsächlich den „saubersten“ Ansatz von allen.

Wie ist das möglich? Nun, am häufigsten verwenden Verfahrenstechniker die erneuerbare Ressource von allen – die Schwerkraft –, um ihre Ressource durch die Verarbeitungspunkte und zu ihren endgültigen Zielen zu treiben und zu befördern. Diese Art von Energie, die immer verfügbar ist und immer zu wenig genutzt wird, ist im Wesentlichen der Schlüssel zur Reduzierung der Energieintensität von Herstellungsprozessen und letztendlich zur Schaffung eines unbegrenzt (wenn nicht unendlich) nachhaltigen Herstellungsökosystems.

Es gibt heute eine Vielzahl von energieärmeren Verfahren, die den Gesamttemperatur- und Energiebedarf für die Verarbeitung von Grundgütern und Rohstoffen reduzieren. Die meisten dieser Prozesse werden durch Lösungsmittel, Hochleistungsmembranen und Katalysatoren angetrieben und nicht durch Hochtemperaturverarbeitung, Schmelzen, Gießen oder andere Mittel, die das Erreichen eines Ziels beschleunigen können, aber tatsächlich mehr Gesamtkosten verursachen als sonst erforderlich.

Gleichzeitig können neue Verwendungen und neue Ansätze zur Veredelung von Rohstoffen für die Kernherstellung – Stahl, Eisen, Aluminium – die in vielen Systemen enthaltene graue Energie reduzieren. Gleichzeitig ist die Degeneralisierung vieler der energieintensivsten Prozesse (in Bezug auf Wärme) und die Erhöhung des Schutzes und der Lebensdauer von Metallen oder Gütern mit hoher grauer Energie (wie Stahl und Aluminium) unerlässlich. Hier sind auch neue Verfahren wichtig, darunter Verfahren wie das thermische Spritzen, bei dem geschmolzene Schutzbeschichtungen aufgespritzt werden, die dann auf einem Gerät trocknen, anstatt eine Beschichtung aufzutragen und anschließend das gesamte Teil zu erhitzen.

Diese Art von Ansatz reduziert auch Materialbeschränkungen und schafft Effizienz. Gleichzeitig wird die Energie wiederverwertet aus energieintensiven Prozessen kann dazu dienen, die Nettoenergieintensität eines bestimmten Prozesses zu reduzieren, einschließlich Lösungen wie der Kraft-Wärme-Kopplung, die die bei verschiedenen Prozessen erzeugte Wärme und Abgase durch einen kompakten Kessel-Turbinen-Ansatz in nutzbaren Strom umwandeln können.

Mit weiteren Anzeichen dafür, dass die richtigen Steueranreize tatsächlich dazu führen können, dass mehr Rohstoffindustrien CO2-negativ werden, und kleinere, effizientere und leichtere erneuerbare Energien versprechen auch, die Energierückgewinnungskapazitäten und den lokalen Erzeugungsbedarf von abgelegenen Verarbeitern von Primärgütern zu erhöhen. Alles in allem versprechen diese weniger energieintensiven Verarbeitungsmechanismen eine drastische Reduzierung der Umweltbelastung durch die Herstellung der von uns benötigten Rohstoffe, aber was ist mit dem Rest der Lieferkette?

Peer-to-Peer-Kapazität

Die von den Herstellern verwendeten Maschinen und Geräte sind oft langlebig und langlebig, wodurch ihre Nettoumweltbelastung reduziert wird. Ungenutzte Maschinen können jedoch eine große Menge an grauer Energie bedeuten – die Energie und die Ressourcen, die zu ihrer Erzeugung benötigt werden. Dies stellt ein Problem dar, wenn es um die Umweltauswirkungen ungenutzter Kapazitäten geht, die über die Lebensdauer eines Geräts einen erheblichen Abfall verursachen können. Diese Verschwendung kann noch schlimmer werden, wenn neue und effizientere Maschinen online gehen, die ältere möglicherweise überflüssig machen.

Um die Herausforderungen ungenutzter Kapazitäten zu beseitigen, die sowohl Umwelt- als auch wirtschaftliche Kosten verursachen, können Hersteller durch flexible Systeme und neue Formen der Fabrikorganisation mit dem richtigen Maß an Transparenz sicherstellen, dass sie ihre Ressourcen optimieren. Diese Ansätze können es auch leicht machen, ungenutzte Kapazitäten tatsächlich zu „vermieten“ und nicht nur Geld dafür zurückzubekommen, sondern auch „die Erde“ von geringen Opportunitätskosten zu „ersparen“.

In welchem ​​Umfang können diese Systeme eine Wirkung entfalten? Eine Schätzung aus dem Jahr 2011 ergab, dass ungenutzte Kapazitäten den Fertigungsunternehmen direkte Kosten von 4,8 % des Nettoumsatzes oder 142 Mrd. $ pro Jahr verursachten – was mehr als 60 % der Gesamtausgaben für Forschung und Entwicklung entspricht . Dies könnte sogar höher sein, da die Daten der Federal Reserve zeigen, dass die gesamte Industriekapazität auf durchschnittlich knapp über 75 % gesunken ist, während diese Auslastung Ende der 1960er Jahre, als die Maßnahme erstmals eingeführt wurde, bei fast 90 % lag.

Ein gewisser Mangel in der Lieferkette ist zwar nie eine schlechte Sache, aber das Äquivalent von einem Viertel der Gesamtkapazität, das ungenutzt bleibt, ist eine Quelle erheblicher Verschwendung – und unnötiger Umweltkosten.

Als Reaktion darauf haben sich verschiedene Arten von Unternehmen bereits an Peer-to-Peer-Austauschsystemen beteiligt, die es Unternehmen ermöglichen, durch die Vermietung ungenutzter Maschinen Geld zu verdienen, während Unternehmen, die Maschinen benötigen, diese ohne doppelte Kapitalinvestitionen natürlich nutzen können. Dies ist zwar wirtschaftlich logisch, hat aber auch einen erheblichen ökologischen Vorteil.

Dabei kann es sich um den Fall „Altes ist wieder Neu“ handeln. Maschinenring , eine deutsche Organisation, die sich der gemeinsamen Nutzung von land- und forstwirtschaftlichen Geräten widmet, hat seit 1958 Hunderttausenden von Landwirten ermöglicht, ihre Kapitalkosten zu senken und die Nutzung zu verbessern. Während immobile Maschinen – wie eine CNC-Maschine oder eine Lackierkabine – möglicherweise nicht so einfach zu mieten sind, können Sie durch flexible Fertigungssysteme wie Containerisierung und Pufferlager für die Sensibilität Ihrer eigenen Fabrikabläufe sorgen, die Ihnen möglicherweise die Geheimhaltung geben, die Ihre Kunden bei der Herstellung schätzen die maximale Kapazität, die Sie vor Ort haben.

Schadstofferfassung und -bindung

Die Spitze einer sauberen Fertigung ist vielleicht der „Reinraum“. Reinräume sind streng kontrollierte Produktionsbereiche, die darauf ausgelegt sind, Abfall, Kontamination und Umweltbelastung durch Luftpartikel mit einem Durchmesser von 0,5 Mikrometer oder größer zu vermeiden.

Reinräume verlassen sich in erster Linie auf hocheffiziente HEPA- und HVAC-Systeme, um die Luftqualität zu steuern und luftgetragene Partikel zu filtern, die Lackierungen, Beschichtungen und chemisch empfindliche Prozesse wie die Herstellung von Halbleitern oder Solarmodulen umfassen können. Da auch das Betreten von Reinräumen durch Menschen zu Verunreinigungen führt und die Kosten für Ausrüstung und Luftqualität erhöht, werden für diese Einrichtungen Robotersysteme und wartungsarme Systeme bevorzugt.

Wir kommen etwas später zu Robotern, aber die Idee einer geschlossenen Fertigungsumgebung – zum Beispiel eine saubere Pulverbeschichtungskabine, die das Recycling und die Wiederverwendung von überschüssiger Beschichtung ermöglicht – sind Konzepte, die skaliert und angepasst werden können, um beides zu verbessern Energieerzeugung und Verringerung der Emission gefährlicherer Schadstoffe, sowohl aus Klimasicht als auch aus lokaler Umweltsicht.

Wie auch immer Verschmutzungen erfasst und gemanagt werden, werden sie letztendlich durch drei Wahlverfahren sequestriert:Verbrennung, Umwandlung oder Sammlung (normalerweise mit Hilfe eines Filters). In Primärprozessen können Wärmepumpensysteme zur Abtrennung oder Destillation von Lösungsmitteln auch zur Energierückgewinnung durch mechanische oder thermische Brüdenverdichtung eingesetzt werden.

Wenn ein Herstellungsprozess nicht vollständig eingedämmt werden kann, wird es immer eine Art von Umweltbelastung geben. Diese sind nicht immer schädlich, aber natürlich gibt es die Möglichkeit, Energie oder Materialien zurückzugewinnen, die sonst verschwendet würden, sie sollte nicht verschenkt werden!

Integrierte Datensysteme

Industrie 4.0 ist seit vielen Jahren ein Begriff, den man im Bereich der sauberen Fertigung im Auge behalten sollte, nicht nur wegen der Effizienzvorteile, sondern auch wegen des Potenzials, dass intelligente Industriesysteme besser mit Umweltanforderungen koexistieren können.

Korrektes Datenmanagement und Transparenz sind eines der ersten und wichtigsten Mittel, um die Umweltauswirkungen von Herstellungsprozessen zu verbessern, vor allem durch den Grad der Optimierung, den sie bieten. Optimierte Produktionsmethoden konzentrieren sich hauptsächlich auf die Verbesserung der Ausgabequalität und die Integration von weniger Produktionsschritten – Fälle, in denen Objektmanagement und Digital Twin-Technologie unter Verwendung von IOT oder anderen Sensormechanismen zusammen mit verbesserter Automatisierung und gegebenenfalls 3D-Druck den Gesamtbedarf an „Manipulationen“ reduzieren können. Teile auf dem Weg zum fertigen Produkt.

Die Verwaltung von Systemen und Prozesszellen aus der Ferne ist vielleicht einer der günstigsten Fälle, in denen Industrie 4.0-Praktiken die Umweltkosten senken können. Warum ist dies der Fall? Eine Studie hat gezeigt, dass nur 13 % des Energieverbrauchs in der Fertigung für Produktionsprozesse und Maschinen verwendet werden. Ein Großteil der mit der Fertigung verbundenen Kosten entsteht einfach durch die Verwaltung des Materialflusses, der Hilfsprozesse wie Heizen, Kühlen, Schmieren und mehr sowie der Heiz- und Kühlumgebungen und deren einigermaßen sicheren Arbeitsbedingungen für Menschen.

Durch die Reduzierung des direkten menschlichen Fußabdrucks in einer Produktionslinie wird der Bedarf an Komfort und Unterbringung erheblich reduziert und kann stattdessen mit zeitweiliger (oder entfernter) menschlicher Beteiligung an den Maschinenanforderungen angepasst werden. Dies kann die Umweltauswirkungen erheblich reduzieren, aber auch die Arbeitsnebenkosten für Themen wie Gesundheit und Sicherheit senken, was letztendlich den Mitarbeitern einen höheren Wertanteil bietet und gleichzeitig durch intelligente Entscheidungen in Bezug auf die Automatisierung potenziell massive Produktivitätsverbesserungen erzielen kann.

Autonome qualifizierte Roboter

Bei autonomen Robotern geht es nicht nur darum, Dinge zu bewegen oder Maschinen zu bedienen – sie können tatsächlich qualifizierte Aufgaben mit Know-how, Roboterzuverlässigkeit und kohärenter KI-basierter Aufgabenplanung ausführen, um eine höhere Qualität als je zuvor zu erzielen.

Die grundlegende Prämisse lautet:Wenn Roboter die Fähigkeit erhalten, ihre Umgebung wahrzunehmen und zu planen, können sie die von einem Hersteller definierten Ziele verfolgen und ihre Kapazitäten nutzen – sei es als Arm, auf einer kartesischen Ebene oder einer beliebigen Kombination von End- Effektor- und Robotersystem erforderlich – und nutzen Sie dann die Konsistenz und Zuverlässigkeit, für die Roboter bekannt sind, um die Effizienz Ihres Prozesses zu maximieren, unabhängig davon, welche Teile oder Prozessverhalten Sie benötigen.

Durch eine Vielzahl von Fortschritten in 3D-Vision, Sensorfusion und KI-basierter Aufgabenplanung sind solche intelligenten Systeme endlich möglich. In diesem Technologieumfeld ist es endlich möglich, den Mangel an Fachkräften zu lindern, der sowohl durch die Abneigung gegenüber dem gleichen alten Arbeitsablauf als auch durch die Beschleunigung der Pensionierungen von Babyboomern im Zuge von COVID-19 beobachtet wird.

Die Robotereffizienz, Anpassungsfähigkeit und Umweltvorteile können sich schnell summieren. Die mit autonomen Robotern erzielten Gesamtqualitätsverbesserungen können die Nacharbeit manchmal effektiv auf null reduzieren, während die Geschwindigkeit und der Durchsatz bestehender Systeme bei Bedarf an die erforderlichen Teile angepasst werden können. Gleichzeitig können Material-, Energie- und Verbrauchsmaterialeinsparungen von 30-40 % erreicht werden, wenn die Gesamtproduktionsleistung gleich bleibt – eine echte Veränderung für die Hersteller und sicherlich auch für die Umwelt.

Omnirobotic bietet autonome Robotertechnologie für Spritzprozesse, die es Industrierobotern ermöglicht, Teile zu sehen, ihr eigenes Bewegungsprogramm zu planen und kritische industrielle Beschichtungs- und Veredelungsprozesse auszuführen. Sehen Sie hier, welche Art von Rückzahlung Sie davon erhalten können , oder erfahren Sie mehr darüber, wie Sie von . profitieren können Autonome Fertigungssysteme .