Energioptimeret brug af CNC-maskiner i industrien
Gennem optimering af processer i spåntagende bearbejdning, primært dreje- og fræseprocesser, sigter dette projekt mod at reducere industriens energiforbrug. Via modal analyse optimeres bearbejdningsparametre for stabil og vibrationsfri bearbejdning. Antagelsen er, at en optimeret proces har lavere energiforbrug, hvilket søges bevist gennem komparativ analyse.
Ifølge Danmarks Statistik er energiforbruget i den danske industri stigende, ikke mindst i metalindustrien, hvor forbruget i perioden 2014-2016 er steget med 6,1 %.
Elektricitet har hen over de seneste 10 år fyldt ca. en fjerdedel af industriens samlede energiforbrug og udgjorde 26 % i 2016.
Med den tiltagende automatisering af industrien kan forbruget af elektricitet i industrien endog forventes at stige yderligere i de kommende år, og der er dermed god grund til at optimere industriens produktionsprocesser – både af hensyn til miljø og CO2-udledning men også af hensyn til virksomhedernes produktivitet og konkurrenceevne.
Hidtil har reduktioner af industriens energiforbrug primært fokuseret på produktionens ’generelle støttefunktioner’ som for eksempel belysning, hvor LED-teknologi i vidt omfang er implementeret.
I modsætning hertil, sigter dette projekt direkte mod produktionsprocesserne og sætter ind i kernen af metalindustriens værdiskabelse ifa. de spåntagende processer.
I samarbejde med en række industrivirksomheder vil vi kortlægge det initierende energiforbrug ved produktion med de aktuelle produktionsparametre som referencepunkt. Herefter skal de enkelte processer – via modal og værktøjsbane analyse – optimeres og energiforbruget af den optimerede proces sammenlignes med de oprindelige forbrugstal.
For maksimal effekt fokuserer projektet på de mest anvendte værktøjer, processer og materialer (stål, støbejern, rustfrit stål, aluminium) i den danske industri.
DAMRC har gennem flere år gennemført produktivitetsoptimeringer ved adskillelige industribearbejdningsvirksomheder i Danmark via stabilitetsoptimering med modalanalyseudstyr.
Stabilitetsanalysen er med til at tilsikre stabile bearbejdningsforudsætninger gennem justering af bearbejdningsparametre. Bearbejdes der ved ustabile forhold, er det kendt, at skærekræfterne øges drastisk.
DAMRC har, på baggrund af denne viden om stabilitet og skærekræfter, en hypotese om, at bearbejdningsstabilitet har en væsentlig indflydelse på energiforbruget ved en bearbejdningsproces. Hypotesen består i, at DAMRC forventer, at øget bearbejdningsstabilitet og produktivitet har en positiv indflydelse på energiforbruget ifm. bearbejdning.
Gennem nærværende projekt er denne hypotese blevet testet. Dette er gjort via komparative eksperimentelle forsøg hhv. interne laboratorieforsøg hos DAMRC, og forsøg/målinger på faktiske produktioner hos forskellige industrivirksomheder. Her er strømforbruget målt for en given bearbejdningsproces/emne, hvor bearbejdningsparametrene IKKE er blevet optimeret.
Efterfølgende er parametrene blevet optimeret via modal stabilitetsanalyse samt skærebaneanalyse, mhp. at opnå produktivitetsforbedringer. Herefter er en tilsvarende bearbejdningsproces gennemført, hvor strømforbruget igen måles. Disse strømmålinger konverteres til det faktiske energiforbrug pr. proces/emne, hvorefter forbruget hhv. før og efter sammenlignes, med henblik på at forstå den energimæssige påvirkning af produktivitetsoptimeringen via stabilitets- og skærebaneoptimering.
Både målinger fra industrioptimeringerne på egentlige produktioner og laboratorieforsøgene hos DAMRC har vis, at:
- - når bearbejdningsproduktiviteten øges, forøges strømforbruget også – dog ikke proportional ift. hinanden.
- - når bearbejdningstiden reduceres som følge af produktivitetsoptimeringen, reduceres energiforbruget pr. emne – forårsaget af det IKKE-proportionale forhold mellem produktivitetsforøgelse og strømforbrugsforøgelse.
Dette leder til konklusionen; det er muligt at reducere energiforbruget pr. emne ved produktivitetsoptimering via stabilitets- og skærebaneoptimering.
Resultater fra det interne laboratorieforsøg ved DAMRC (FORSTUDIE 1) har vist, at det er muligt at opnå helt op til 40% reduktion i energiforbrug pr emne, forudsat at samtlige processer er blevet optimeret for emnet. Industriforsøgene har vist tilsvarende tendens, med reduktion af energiforbruget pr. emne – dog typisk i størrelsesordenen 0-10% reduktion. Denne forskel i besparelsespotentialet tilskrives at optimeringen ved industriforsøgene kun har fokuseret på en eller få af bearbejdningsprocesserne. Det interessante ved disse tal er, at det er muligt at producere mere for den samme mængde energi på den samme maskine.
Arbejdes der ud fra en forudsætning om nationalt fuld udrullet optimering af samtlige bearbejdningsprocesser via stabilitets- og skærebaneoptimering, forventes en akkumuleret energibesparelse for den samlede produktionsvolumen på mellem 5-50 mio. kWh. Udgør udrulning blot 1% af det fulde udrulningspotentiale vil besparelsen stadig være mellem 0,5-5 mio. kWh årligt.
Hypotesen for projektet var, at der er en stærk sammenhæng mellem bearbejdningsstabilitet og energiforbruget – og at optimeringer via stabilitetsforbedringer derfor vil have en positiv indflydelse på energiforbruget. Projektet har imidlertid indikeret, at den primære ”driver” for energireduktioner, er stærkt relateret til den reduceret bearbejdningstid. Dette fremhæver en af de mest interessante resultater fra dette projekt; hvor lille en andel af det samlede energiforbrug for en bearbejdningsproces, der reelt går direkte til bearbejdningen og skæreprocessen.
Resultatet af dette projekt – sammen med resultater fra andre projekter hos hhv. DAMRC og Aarhus Universitet vedr. energiforbrug på bearbejdningsmaskiner – har etableret et fundament for et fremtidigt projekt, hvortil der vil blive søgt fondsmidler. Dette projekt vil studere energiforbruget for støtteprocesser og ”stand-by-modes” på bearbejdningscentre, med målet om at identificere energibesparelsespotentialer ved disse processer, da disse foromtalte projektresultater har vist at op mod 90% af et bearbejdningscenters energiforbrug går til disse forskellige støtteprocesser og ”stand-by-modes”.
Desuden vil DAMRC fortsat kommunikere og fremhæve de i projektet opnåede erkendelser og resultater, som en bæredygtig metode for bearbejdningsvirksomhederne til både at forbedre sin bundlinje, og samtidig reducere sit energiforbrug pr. emne.
Projektet sluttede marts 2021.
Key figures
Kategori
Deltagere
| Partner | Tilskud | Eget bidrag |
|---|---|---|
| No entries available. | ||
