Как цифровая трансформация производства повышает энергосбережение: опыт Mitsubishi Electric

На чем можно заработать в кризис? Опыт 100+ компаний, которые используют технологии в бизнесе, в проекте Dig(IT)al.

Загадка: что похоже на маятник?

Обычно речь идет о качелях, однако в промышленном контексте отгадка серьёзнее — это энергия и производительность.

Для сбережения энергии можно просто выключить всё оборудование, но какой в этом смысл, если производство в таком случае становится невозможным? Так что если вы ставите во главу угла выпуск большего количества продукции с меньшими затратами, решения по энергосбережению должны быть направлены не на сокращение затрат, а на повышение производительности.

Ключевое понятие

Ключевое понятие, которое имеет определяющее значение для изменения подхода к использованию энергии, — EPU, или удельное энергопотребление. Это показатель, выражающий количество энергии, расходуемой на единицу произведенной продукции.

Показатель EPU имеет два полезных свойства:

1. EPU позволяет проследить непосредственную связь между энергетическими затратами и производственной деятельностью. Если происходит остановка производственной линии, EPU начинает быстро увеличиваться, ведь энергия потребляется, а продукция не выпускается. 
2. EPU дает возможность легко сравнить производственные показатели технологических линий или даже предприятий. 

Именно поэтому на площадках Mitsubishi Electric мы используем этот показатель для оценки эффективности производства и стимулирования мер по энергосбережению.

Показатель EPU можно рассчитать, применив подход connect everything (подключить всё), например, на базе цифровой платформы e-F@ctory, которая позволяет оптимизировать производственные процессы с помощью сбора больших данных с датчиков, установленных на оборудовании.

Платформа родилась в 2003 году на основе производственного опыта Mitsubishi Electric на заводе по производству серводвигателей в городе Нагоя в Японии. 

TK Kurikawa / Shutterstock

Тогда в результате её внедрения расходы на разработку линии были снижены на 65%, а срок разработки — уменьшен на 50%. Результаты контроля качества продукции на выходе показали, что с применением платформы уровень выпуска дефектной продукции снизился до нуля. 

В разрезе расчёта EPU платформа позволяет ретроспективно контролировать энергопотребление любого производственного объекта или оборудования. Можно разместить дополнительные модули непосредственно на имеющихся выключателях или установить распределенные точки измерения, просто закрепив их на соответствующих токовых трансформаторах.

Приведу несколько примеров из опыта работы с клиентами нашей корпорации.

Пример 1. Линия по производству автоматических выключателей 

Затраты на электроэнергию растут повсеместно, но в Японии эта проблема усугубляется из-за землетрясения в префектуре Фукусима, которое привело к закрытию всех атомных электростанций и ещё большему удорожанию энергии, а в некоторых местах — к принятию дополнительных правил её использования.

Основные проблемы:

• быстрый рост стоимости энергии;
• строгое государственное регулирование.

Особенности решения e-F@ctory:

• внедрение энергоэффективных компонентов и системы энергетического менеджмента;
• совершенствование производства путём подключения промышленной автоматики и информационных технологий.

Во-первых, нужно было внедрить систему визуализации потребления энергии, а для этого — обеспечить сбор данных по энергопотреблению в каждой части производственного процесса. В результате получилась чёткая картина, которую можно было детализировать от цехового уровня до технологической линии и отдельного станка. 

Другим ключевым аспектом была временная база частоты измерений. Если установить корреляцию между событиями, относящимися к разным процессам и машинам, можно быстро определить коренную причину реальной проблемы. 

Таким образом, необходимо выполнить ряд простых операций, включающих визуализацию проблемы, поиск причины и принятие мер. То есть в чистом виде применить подход PDCA (Plan-Do-Check-Act): планирование, реализация, контроль, корректировка.

Пример 2. Линия по производству печатных плат

Этот пример продемонстрирует непосредственный эффект от оценки и анализа показателей удельного энергопотребления.

Основные проблемы на производстве:

• большое количество оборудования, несколько производственных линий;
• сложность с определением реального потребления энергии из-за частых остановок линии.

Особенности решения e-F@ctory:

• визуальное представление данных о расходе энергии в расчёте на машину;
• применение EPU в качестве ключевого показателя эффективности.

Как и в прошлом примере, первым шагом стал сбор и анализ данных, который в данном случае не ограничивался только показателями энергопотребления. Была также собрана дополнительная информация, включающая график производства, данные об оборудовании, качестве и ошибках технологического процесса. 

Критически важным было то, что сбор данных осуществлялся в «режиме реального времени». Это означало обработку большого количества информации на технологической линии, добавление меток даты/времени и фильтрацию сведений. Важным элементом, позволившим осуществить сбор и анализ этих «больших данных», были периферийные вычисления (Edge Computing).

Мы заметили следующее:

• утренняя наладка и пуск станков осуществлялись слишком рано, до начала работы основного производства;
• были частые остановки из-за нехватки материалов;
• был длительный простой оборудования при возникновении неисправности из-за того, что у всего ремонтного персонала был перерыв в одно и то же время.

Также мы убедились, что основным потребителем энергии является печь для отверждения материалов. Но невозможно постоянно включать и выключать её, чтобы снизить расход энергии, так как условия процесса требует поддержания постоянной температуры.

Чтобы минимизировать непроизводительные затраты при переналадке производственных линий (когда энергия расходуется, а продукция не изготавливается), была внедрена система поддержки переналадки (Change Over), которая сокращает время простоя и число необходимых при переналадке изменений. То есть в своей основе эта система связана с процессом планирования производства.

Полученный результат стоил затраченных усилий — потребление энергии удалось снизить на 30%.

Пример 3. Данные об энергопотреблении для диагностики неисправностей

Когда станок выходит из строя, он больше не производит продукцию, но продолжает потреблять ресурсы, поэтому крайне важно вовремя распознать вероятность поломки. Помочь в этом могут данные о потреблении энергии, которые являются индикатором возможных неполадок. 

В данном случае это действительно был двигатель, из-за которого вышел из строя вакуумный насос, который использовался на линии по производству электронных схем.

Основная проблема на производстве:

• внезапная поломка нового вакуумного насоса (несмотря на ожидаемый срок службы 3–5 лет).

Особенности решения e-F@ctory:

• мониторинг энергопотребления двигателей для диагностики неисправностей;
• повышение OEE (общей эффективности оборудования); 
• использование имеющихся данных без установки дополнительных датчиков.  

Пример 4. Несущественные изменения — существенные результаты (завод Mitsubishi Electric Kani Plant в городе Нагоя)

Mitsubishi Electric ведёт постоянную научно-исследовательскую работу не только в области энергосбережения и энергопотребления, но и по повышению эффективности всего производственного процесса. И отрабатывает всё на собственных производствах. 

На примере производственной площадки по изготовлению пускателей и контакторов можно увидеть, как элементы уже описанных решений в рамках концепции e-Factory способствуют в том числе изменению культуры сотрудников на производстве. В результате постепенного внедрения нововведений команде завода удалось добиться значительного роста производительности.

Решение заключалось в интеграции инженерных ноу-хау с концепцией цифрового предприятия e-f@ctory. Проще говоря, в совершенствовании «искусства изготовления продукта» или, как его называют в Японии, монозукури. 

Поэтапная модернизация включала в себя внедрение промышленных роботов-манипуляторов, оснащенными системами технического зрения для выравнивания положения детали, и дальнейшее вовлечение человека на отдельные блоки производственной площадки. 

Одна производственная линия, состоящая из двух 35-метровых сегментов в 280 кв.м., была уменьшена до ячейки всего в 44,1 кв.м. Уменьшение площади на 84% означает, что удельная производительность цеха была увеличена за счёт рационального использования пространства: одна новая ячейка не может производить такие же объемы единиц продукции, как изначальная полностью автоматизированная линия, но теперь можно развернуть до 6,3 ячейки в одном помещении. 

Общая удельная производительность при этом стала намного выше благодаря трем ключевым факторам: 

• широкий ассортимент продукции может производиться небольшими партиями; 
• одна остановка не останавливает всё производство; 
• увеличилось общее число производственных линий.

Как достичь максимума

Подходы к цифровизации промышленных предприятий могут быть разными, но внедрение цифровых технологий не должно быть самоцелью. Применение инструментов работы с большими данными или технологии интернета вещей должны помогать решать конкретные задачи, стоящие перед предприятием.     

Невозможно изменить всё и сразу, поэтому наш подход к цифровизации производства можно уместить в слоган: «Мечтай о большем, начинай с малого». Внедрение цифровых технологий должно идти снизу вверх и быть постепенным и поэтапным. Для достижения успеха в долгосрочной перспективе нужно начинать цифровизацию с небольших применений.

На чем можно заработать в кризис? Опыт 100+ компаний, которые используют технологии в бизнесе, в проекте Dig(IT)al.

Фото на обложке: Pataradon Luangtongkum / Shutterstock