Analyse: Roboter må også lære å spare strøm

Ut med produksjon i lange, ufleksible linjer og inn med små modulære matriseceller, der elementene flyter fritt, slik at du kan produsere serier på bare ett produkt om gangen.

Fleksibel modularisering har lenge vært et mantra innen industri 4.0, der rask, fleksibel og kostnadseffektiv produksjon er stikkordene som styrer de fleste automatiseringsprosjekter i danske industriselskaper de siste årene.

Energiforbruket blir det sjelden skjelt til, når du programmerer robotens bevegelser i en celle eller planlegger elementenes rute gjennom produksjonen.

Den snartenkte leser vil kanskje allerede her heve et øyenbryn her. For elektrisk automasjon med roboter og aktuatorer er langt fra den verste klimasynderen på danske fabrikker. Bearbeidingsmaskiner, sprøytestøpemaskiner og andre maskiner som behandler materialer utgjør vanligvis den energitunge delen av produksjonen, akkurat som du kan få store energibesparelser ved å erstatte pneumatikk med elektrisk automasjon.

Energivennlig industri 4.0

Men hvis Danmark og resten av verden skal klare å oppfylle Parisavtalens ambisjoner om en 70 prosent reduksjon i CO2-utslipp innen 2030, teller alle prosesser i regnskapet - selv små optimaliseringer av elektriske automatiseringsprosesser.

Og så er vi tilbake til den fleksible og modulære Industri 4.0-arkitekturen, som er bygd rundt single piece flow, hvor verktøy og gjenstander kan endres løpende, og hvor masseproduksjon på en linje erstattes med små celler bygget opp i en matrise.

Når mengden av forskjellige oppgavetyper vokser og antallet produserte varianter øker, må det antas at energiforbruket risikerer å øke tilsvarende. Mange verktøyendringer og ekstra kilometer som skal dekkes av de mobile robotene vil umiddelbart kreve flere ressurser enn den klassiske serien for masseproduksjon.

Akademiske beregninger

Disse betraktningene og antakelsene er i utgangspunktet for det meste hypoteser. Fordi vi faktisk ikke vet det i dag. Det er bare svært få, og ofte veldig akademiske, beregninger og modeller som tar høyde for energiforbruket helt ned til aktuatornivået når man programmerer og designer en automasjonsprosess.

Når en ingeniør programmerer en robot for å montere et produkt, kan han enkelt simulere den optimale måten å kontrollere robotens aktuatorer på. Men han har ikke en jordisk sjanse til å simulere energiforbruket forbundet med forskjellige bevegelser.

Det samme gjelder når ingeniøren skal planlegge ruten til den mobile roboten gjennom fabrikkhallen. Deretter trekker han den gamle, men svært effektive Dijkstras algoritme opp fra skuffen - den som ble brukt til å beregne den raskeste ruten mellom to noder i en graf. Men den algoritmen kan ikke brukes til å beregne den mest energieffektive ruten.

Det målbare energiforbruket

Første skritt vil være å kunne måle energiforbruket på forskjellige prosesser og oppgaver og deretter utvikle modeller som kan simulere energiforbruket i fremtidige automasjonsprosjekter på lik linje med andre parametere som hastighet, oppetid og kvalitet.

Det er her de nye IoT -plattformene kommer inn i bildet. De selges i stor grad ved å gjøre produksjonsprosesser digitale og datadrevne rundt den klassiske automasjonspyramiden. Her kan leverandører og integratorer med fordel begynne å integrere energiforbruk som et standardelement når en prosess blir simulert digitalt i begynnelsen av et automasjonsprosjekt.

Når det gjelder bærekraft og energiforbruk, kan de fleste - både sluttbrukere, integratorer, maskinbyggere og automatiseringsleverandører - se fornuften i å produsere bærekraftige og energivennlige produkter. Men når den lavthengende frukten plukkes, for eksempel ved å erstatte pneumatikk med elektrisk styring eller bytte emballasje til resirkulerbar papp i stedet for plast, blir blikket litt mer sløret når man spør om hvordan de jobber med grønne, bærekraftige automatiseringsprosesser.

For her er det ennå ikke en klar business case knyttet til å kunne måle og beregne energiforbruket til en robot, et transportbånd eller en manuell montering.

Siemens tre vekstmotorer

Men vi trenger ikke se mange år inn i fremtiden før det blir et konkurranseparameter for å kunne utvikle og produsere produkter med lavt energiforbruk. Forleden sa Roland Busch, administrerende direktør i den tyske automasjonsgiganten Siemens, at digitalisering, automasjon og bærekraft vil være de viktigste vekstmotorene hos Siemens. Nå mangler vi bare at automatiseringsløsningene selv kan bli bedømt etter hvor grønne de er.

Bare se på bilindustrien. En gang var drivstofforbruket det viktigste målet for bærekraft. Med overgangen til elbiler utgjør produksjonen plutselig en betydelig større del av bilens totale klimaavtrykk over en levetid. Det samme gjelder mange andre elektriske produkter.

I dag utgjør produksjonen av en vaskemaskin omtrent halvparten av maskinens klimaavtrykk i løpet av levetiden.

Den type livssyklusberegninger vil vi se mye mer av i fremtiden, hvor både forbrukere og selskaper i økende grad vil kreve grønt produksjonskonti.

Mens tyskerne nesten har fått patent på Industri 4.0-begrepet, har veien blitt banet for at den danske automatiseringsindustrien kan bli verdensberømt for å utvikle og prosjektere energivennlige og grønne Industri-4.0-løsninger.

Denne artikkelen ble først publisert på Ingeniøren for deres abonnenter. Den er tilgjengelig på norsk for abonnenter av Ekstra gjennom vår samarbeidsavtale.