Automatyka i robotyka w nowoczesnym podejściu do efektywności energetycznej w przemyśle
Przemysław Kurylas

Automatyka i robotyka to jedne z najbardziej dynamicznie rozwijających się dziedzin technologicznych, które wpływają na poprawę efektywności energetycznej w przemyśle. Dzięki zaawansowanym systemom sterowania, automatyzacji procesów i inteligentnym algorytmom, przedsiębiorstwa z różnych sektorów przemysłu mogą nie tylko zwiększać produktywność, ale także znacząco redukować zużycie energii.


Obszary zastosowań automatyki i robotyki w przemyśle
Automatyka i robotyka przenikają coraz więcej sektorów przemysłu, oferując rozwiązania, które wpływają na ciągłość pracy, jej optymalizację oraz efektywność energetyczną. Od produkcji po logistykę i zarządzanie energią – te zaawansowane technologie umożliwiają doskonalenie procesów na niespotykaną wcześniej skalę. Przyjrzymy się kluczowym obszarom, w których automatyzacja i robotyzacja odgrywają główną rolę, ilustrując je konkretnymi przykładami zastosowań i wynikających z nich korzyści.

1. Procesy produkcyjne
Optymalizacja procesów produkcyjnych od dziesięcioleci jest wyzwaniem dla osób zarządzających przedsiębiorstwem. Roboty przemysłowe, takie jak te wykorzystywane na liniach montażowych czy w spawaniu, umożliwiają precyzyjne i powtarzalne działania, co minimalizuje straty energii. Na przykład, roboty spawalnicze zoptymalizowane pod kątem minimalizacji strat mogą zmniejszyć zużycie energii o 15% w porównaniu z tradycyjnymi metodami spawania.

2. Logistyka wewnętrzna
W magazynach i centrach logistycznych automatyczne systemy magazynowe (AS/RS) i autonomiczne roboty mobilne (AMR) usprawniają transport materiałów. Dzięki optymalizacji tras oraz efektywnemu zarządzaniu przestrzenią możliwa jest redukcja zużycia energii nawet o 20% w porównaniu z tradycyjnymi metodami transportu i przechowywania materiałów.

3. Zarządzanie energią
Zintegrowane systemy zarządzania budynkami (BEMS) i systemy SCADA monitorują i optymalizują zużycie energii w czasie rzeczywistym. Automatyczne wyłączanie nieużywanych urządzeń oraz dostosowanie parametrów pracy maszyn do aktualnych potrzeb pozwala zaoszczędzić do 12% energii elektrycznej.

4. Kontrola jakości
Zastosowanie systemów wizyjnych do automatycznej kontroli jakości produktów pozwala na ograniczenie strat energii dzięki redukcji odpadów i minimalizacji strat produkcyjnych. Takie podejście eliminuje konieczność powtarzania procesu produkcyjnego oraz ponownego zużycia energii na wytworzenie produktu od nowa. W jednym z zakładów przemysłowych wdrożenie systemów wizyjnych przyczyniło się do zmniejszenia zużycia energii o 8%.

5. Produkcja produktów chemicznych
Automatyczne systemy dozowania surowców w zakładach chemicznych i przemysłowych pozwalają na precyzyjne odmierzanie materiałów, co znacząco wpływa na efektywność energetyczną. Dzięki ograniczeniu nadmiarowego zużycia surowców zmniejsza się ilość odpadów i strat produkcyjnych, co eliminuje konieczność powtarzania procesów.

Precyzyjne dozowanie przyczynia się również do zwiększenia jakości produktów, co minimalizuje odrzuty i dodatkowe zużycie energii na korekty czy ponowną produkcję. W jednym z zakładów chemicznych wdrożenie automatycznych systemów dozowania pozwoliło ograniczyć straty surowcowe o 12% i zmniejszyć zużycie energii o 10%, dzięki uproszczeniu procesu i eliminacji nadmiarowych etapów.

Badania i regulacje prawne
Automatyzacja procesów przemysłowych ma kluczowe znaczenie w kontekście globalnych wysiłków na rzecz poprawy efektywności energetycznej. Zgodnie z raportem Międzynarodowej Agencji Energetycznej (IEA), automatyzacja może przyczynić się do zmniejszenia zużycia energii w sektorze przemysłowym o 20–30% do 2030 roku. Dzięki nowoczesnym systemom automatycznym możliwe jest optymalizowanie procesów produkcyjnych, precyzyjne zarządzanie zużyciem energii oraz minimalizowanie strat energetycznych. Automatyczne systemy monitorowania i sterowania pozwalają na bieżąco dostosowywać działania do rzeczywistych potrzeb, co przekłada się na większą efektywność energetyczną i oszczędności.

W Unii Europejskiej dyrektywa EED (Energy Efficiency Directive) nakłada na przedsiębiorstwa przemysłowe obowiązek przeprowadzania regularnych audytów energetycznych oraz wdrażania działań poprawiających efektywność energetyczną. Automatyka i robotyka są w tych regulacjach wskazywane jako kluczowe technologie wspierające te cele. Technologie te umożliwiają dokładniejszą kontrolę procesów, szybsze wykrywanie nieprawidłowości i awarii, a także redukcję emisji gazów cieplarnianych, co pomaga firmom nie tylko spełniać regulacje, ale również osiągać realne oszczędności.

Na poziomie międzynarodowym, przepisy dotyczące efektywności energetycznej stają się coraz bardziej restrykcyjne. Wiele krajów, w tym Stany Zjednoczone i Australia, wprowadza regulacje, które nakładają na przedsiębiorstwa obowiązki związane z audytami energetycznymi, redukcją zużycia energii oraz emisji gazów cieplarnianych. Globalne inicjatywy, takie jak porozumienie paryskie czy działania ONZ i Międzynarodowej Agencji Energetycznej, mają za zadanie wspierać kraje w realizacji celów klimatycznych.

Międzynarodowe standardy, takie jak ISO 50001 dotyczący systemów zarządzania energią oraz certyfikacje środowiskowe motywują przedsiębiorstwa do wdrażania nowoczesnych technologii, które wspierają ich działania na rzecz zrównoważonego rozwoju. Przemiany te wymagają od firm nie tylko dostosowania się do regulacji, ale także proaktywnych działań na rzecz optymalizacji procesów, co przyczynia się do globalnej transformacji energetycznej i zmniejszenia negatywnego wpływu przemysłu na środowisko.

Korzyści z automatyzacji dla efektywności energetycznej
Zaawansowane technologie umożliwiają przyspieszenie procesów produkcyjnych oraz optymalizację zużycia energii. Przekłada się to na wymierne korzyści w zakresie obniżenia kosztów operacyjnych, jak i osiągania celów zrównoważonego rozwoju. Wykorzystanie robotów przemysłowych, systemów automatycznego sterowania i monitorowania energii pozwala firmom lepiej zarządzać zasobami oraz ograniczać zużycie energii i materiałów tam, gdzie nie jest to potrzebne. Dzięki temu produkcja staje się bardziej efektywna i przynosi długoterminowe oszczędności.

Redukcja kosztów operacyjnych
Automatyzacja procesów przemysłowych prowadzi do znacznego zmniejszenia zapotrzebowania na energię, szczególnie w obszarach produkcji i logistyki. Dzięki zastosowaniu inteligentnych systemów zarządzania energią, procesy produkcyjne mogą być precyzyjnie sterowane, co pozwala na minimalizowanie niepotrzebnych strat. Na przykład, systemy automatyczne mogą optymalizować temperaturę, prędkość pracy maszyn czy zużycie energii w zależności od rzeczywistych potrzeb produkcyjnych. Prowadzi to do obniżenia kosztów energii elektrycznej i innych nośników energii.

Zwiększenie produktywności
Roboty przemysłowe oraz systemy automatyzacji potrafią pracować szybciej i dokładniej niż ludzie. Przykładowo, roboty wykonujące powtarzalne zadania mogą działać w trybie 24/7, co znacząco zwiększa liczbę wyprodukowanych jednostek w ciągu dnia roboczego. Co istotne, przyspieszenie produkcji często wiąże się z mniejszym zużyciem energii na jednostkę produktu, ponieważ procesy są lepiej zoptymalizowane niż tradycyjne metody pracy. Dzięki temu przedsiębiorstwa mogą zwiększyć produkcję nie zwiększając przy tym zużycia energii i poprawiając swoją rentowność.

Dążenie do zrównoważonego rozwoju
Automatyzacja jest elementem zrównoważonego rozwoju, ponieważ prowadzi do zwiększenia produktywności i jakości przy jednoczesnym zmniejszeniu zużycia energii, co z kolei redukuje emisję gazów cieplarnianych. Systemy zarządzania energią, które wykorzystują dane w czasie rzeczywistym, pozwalają na efektywniejsze wykorzystanie zasobów energetycznych, ograniczając nadmierne zużycie energii i eliminując marnotrawstwo. Takie podejście pomaga firmom spełniać coraz bardziej rygorystyczne normy środowiskowe oraz wspierać globalne cele zrównoważonego rozwoju, takie jak neutralność węglowa. Ponadto, automatyzacja procesów związanych z produkcją czy dystrybucją może pomóc firmom w redukcji ich śladu węglowego, co jest szczególnie istotne w obliczu rosnącej presji na firmy w zakresie odpowiedzialności za środowisko.

Lepsze zarządzanie zasobami
Systemy automatyczne pozwalają na precyzyjne monitorowanie zużycia energii na każdym etapie produkcji i dystrybucji. Dzięki integracji z systemami monitoringu przedsiębiorstwa mogą uzyskać dokładne dane o zużyciu energii w czasie rzeczywistym, co umożliwia identyfikację obszarów, w których występują największe straty. Działania te pozwalają na podejmowanie szybkich decyzji dotyczących optymalizacji procesów, na przykład poprzez wyłączanie nieużywanych maszyn, dostosowywanie temperatury w halach produkcyjnych lub optymalizowanie pracy urządzeń w zależności od zapotrzebowania.

Optymalizacja procesów produkcyjnych
Automatyczne systemy sterowania i robotyka umożliwiają nie tylko przyspieszenie produkcji, ale także jej optymalizację pod względem zużycia energii. Na przykład, systemy oparte o PLC (Programmable Logic Controllers) mogą precyzyjnie zarządzać prędkością maszyn, temperaturami i innymi parametrami procesów technologicznych w czasie rzeczywistym, aby zapewnić najbardziej efektywne zużycie energii w danym momencie. Dzięki takim rozwiązaniom procesy produkcyjne stają się bardziej elastyczne i mniej energochłonne, co pozwala na maksymalne wykorzystanie dostępnych zasobów energetycznych.

Lepsza synchronizacja procesów
Robotyka umożliwia synchronizację różnych etapów produkcji, co sprawia, że cała linia produkcyjna jest bardziej efektywna. Zamiast czekać na ręczne interwencje, maszyny i roboty współpracują w sposób ciągły, co pozwala na minimalizowanie przerw w pracy i zmniejszenie zużycia energii na każdą jednostkę produkcji. Automatyczne systemy mogą również wykorzystywać algorytmy predykcyjne, które przewidują zapotrzebowanie na energię i dostosowują procesy do bieżących warunków, zmniejszając zużycie energii w okresach mniejszego zapotrzebowania.

Precyzyjne monitorowanie i analiza danych
Zaawansowane systemy automatyzacji i robotyki zbierają ogromną liczbę danych dotyczących procesów produkcyjnych, co pozwala na ich dokładną analizę. Analiza tych danych umożliwia identyfikację nieoptymalnych punktów zużycia energii oraz wdrażanie poprawek w celu poprawy efektywności. Dzięki tym danym można wprowadzać proaktywne zmiany w procesach, a także przewidywać awarie lub problemy, które mogłyby prowadzić do niepotrzebnego zużycia energii.

Redukcja odpadów i strat materiałowych
Roboty przemysłowe, które wykonują precyzyjne zadania, mogą zmniejszyć ilość odpadów w procesach produkcyjnych, a tym samym zredukować ilość energii zużywanej na wytworzenie materiałów, które nie spełniają norm jakościowych. Zastosowanie robotów do automatycznego sortowania, cięcia czy montażu pozwala na dokładniejsze operacje, zmniejszając marnotrawstwo materiałów oraz energii związanej z ich obróbką.

Automatyczne dostosowywanie do zmian w zapotrzebowaniu
Dzięki zastosowaniu robotów i systemów automatycznych przedsiębiorstwa mogą szybciej reagować na zmieniające się warunki rynkowe i zapotrzebowanie na produkcję. Automatyczne linie produkcyjne mogą być elastycznie dostosowywane do zmieniającej się skali produkcji, co pozwala na bardziej efektywne zarządzanie zużyciem energii w zależności od rzeczywistych potrzeb. To oznacza, że produkcja nie będzie przebiegała na pełnej wydajności, gdy zapotrzebowanie jest niskie, co pozwala na oszczędności energii.

Długoterminowa oszczędność i trwałość
Automatyka i robotyka, gdy są odpowiednio zaprojektowane i zintegrowane z systemami zarządzania energią, oferują korzyści w długim okresie. Technologie te cechują się wysoką niezawodnością i wydajnością, co oznacza, że mogą działać dłużej bez potrzeby częstych napraw lub wymiany części. Zmniejsza to nie tylko koszty utrzymania, ale także wpływa na mniejsze zużycie energii związane z konserwacją i wymianą komponentów.

Automatyzacja w praktyce – osiągnięte rezultaty
Wdrażanie automatyzacji procesów przemysłowych wymaga kompleksowego podejścia, które łączy optymalizację technologii z precyzyjną analizą procesów, kosztów i efektywności energetycznej. Tylko takie holistyczne podejście pozwala osiągnąć założone cele biznesowe, poprawiając wydajność operacyjną oraz minimalizując straty związane z nieefektywnym zarządzaniem zasobami.

Poniżej przedstawiamy przykłady realizacji, które dowodzą, że odpowiednio zaplanowane i wdrożone projekty automatyzacyjne mogą przynieść znaczące oszczędności, zarówno pod względem zużycia energii, jak i kosztów operacyjnych. Każdy przypadek obrazuje, jak kluczowe jest szczegółowe planowanie i integracja nowych technologii z istniejącymi systemami, aby maksymalizować korzyści i zapewnić trwałe rezultaty.

 

---

Przykład 1: Firma z branży spożywczej

• Zakres: instalacja systemu automatycznej regulacji prędkości obrotowej wentylatora powietrza świeżego, połączonego z sondą lambda.
• Cel: poprawa sprawności procesu spalania poprzez odpowiednią regulację ilości doprowadzanego powietrza.
• Odzyskana energia: 7725,182 MWh/rok.
• Redukcja emisji CO2: 2627,551 Mg/rok.
• Oszczędności: 413 826,63 zł netto/rok.
• Koszt modernizacji: 708 728,00 zł netto.
• SPBT inwestycji: 1,71 roku.

 

---

Przykład 2: Firma z branży automotive

• Zakres:
  • Wymiana oświetlenia na oprawy LED i instalacja inteligentnego systemu sterowania DALI.
  • Modernizacja układu sterowania instalacji chłodniczej.
• Cel: redukcja zapotrzebowania na energię elektryczną niezbędną do oświetlania hal oraz pracy instalacji chłodniczej.
• Oszczędności energii: zmniejszenie zużycia energii o ponad 25% rocznie.
• Oszczędności: 1,35 mln zł netto/rok.
• Koszt modernizacji: 2,7 mln zł.
• SPBT inwestycji: 2 lata.

---

Wyzwania i przyszłość
Pomimo licznych korzyści, jakie oferują automatyzacja i robotyka w zakresie poprawy efektywności energetycznej, ich wdrożenie wiąże się z pewnymi wyzwaniami, które mogą stanowić barierę dla wielu przedsiębiorstw. Jednym z głównych problemów są wysokie koszty początkowe związane z zakupem i instalacją zaawansowanych systemów automatycznych oraz robotów. Inwestycje te mogą być szczególnie trudne do podjęcia przez małe i średnie firmy, które nie dysponują odpowiednimi funduszami na modernizację infrastruktury. Dodatkowo, potrzebna jest specjalistyczna wiedza techniczna zarówno przy wdrażaniu, jak i późniejszym utrzymaniu tych systemów. Firmy muszą zainwestować w odpowiednie szkolenia dla pracowników oraz zapewnić dostęp do ekspertów, którzy będą w stanie zaprojektować, wdrożyć i zarządzać nowymi technologiami.

Kolejnym wyzwaniem jest integracja nowych rozwiązań z istniejącymi systemami. W wielu przypadkach firmy posiadają już starsze, nie w pełni zautomatyzowane linie produkcyjne, które muszą zostać zaktualizowane i dostosowane do nowoczesnych technologii. Proces ten może być kosztowny i czasochłonny, wymagając dokładnego planowania i minimalizowania przestojów produkcyjnych. Dlatego warto korzystać z usług firm, które patrzą holistycznie na cały proces – integrując optymalizację procesów produkcyjnych, oszczędność energii, aspekty finansowe oraz korzyści ekologiczne. Dzięki takiemu podejściu możliwe jest nie tylko skuteczne wdrożenie nowoczesnych technologii, ale także uzyskanie długofalowych korzyści, takich jak zmniejszenie kosztów operacyjnych i wpływu na środowisko.

Jednakże, mimo tych trudności, przyszłość automatyki i robotyki w kontekście efektywności energetycznej wygląda obiecująco. Przełomowe technologie, takie jak sztuczna inteligencja (AI), uczenie maszynowe oraz Internet rzeczy (IoT), znacząco przyspieszają adaptację tych rozwiązań w różnych branżach. AI pozwala na bardziej precyzyjne prognozowanie zużycia energii i optymalizowanie procesów produkcyjnych w czasie rzeczywistym, podczas gdy IoT umożliwia zbieranie danych z różnych urządzeń i maszyn, co pozwala na lepsze monitorowanie i kontrolowanie zużycia energii w całym przedsiębiorstwie. Dzięki tym technologiom przedsiębiorstwa mogą zautomatyzować procesy w sposób bardziej inteligentny i adaptacyjny, co z kolei przekłada się na wyższy poziom efektywności energetycznej.

Przyszłość automatyzacji w przemyśle będzie opierała się na coraz bardziej zaawansowanych systemach, które będą w stanie dostosować się do zmieniających się warunków rynkowych i technologicznych. Również rozwój technologii takich jak roboty współpracujące (cobots), które mogą bezpiecznie pracować obok ludzi, może umożliwić jeszcze bardziej zrównoważoną i elastyczną produkcję. Warto również zauważyć, że z biegiem czasu koszty związane z implementacją automatyki i robotyki będą malały, co pozwoli na ich szersze wdrożenie, nawet w mniejszych firmach.

Podsumowanie
Wyzwania związane z wdrożeniem automatyki i robotyki są poważne, jednak postęp technologiczny, zwłaszcza w obszarze sztucznej inteligencji i Internetu rzeczy (IoT), stanowi kluczowy czynnik umożliwiający ich szybszą i szerszą adaptację. Te technologie nie tylko zwiększają dostępność rozwiązań automatycznych, ale również poprawiają ich efektywność energetyczną. Implementacja nowoczesnych systemów automatycznych pozwala przedsiębiorstwom na znaczną redukcję zużycia energii, poprawę konkurencyjności i minimalizowanie wpływu na środowisko. Przykłady z różnych sektorów dowodzą, że inwestycje w automatyzację przynoszą wymierne korzyści finansowe i ekologiczne. W obliczu rosnących kosztów energii oraz globalnych wyzwań klimatycznych, automatyka i robotyka stają się fundamentem przyszłościowego przemysłu, gwarantując przewagę konkurencyjną i zrównoważony rozwój.



autor: mgr inż. Przemysław Kurylas

COO DB Energy
www.dbenergy.pl