Anketa mezi výrobci obráběcích strojů

1. Do jaké míry lze v konstrukčním návrhu stroje ovlivnit jeho spotřebu elektrické energie, pokud musí splňovat dané výkonové a jakostní parametry?

2. Jaký odhadujete potenciál úspory energie při provozu strojů z vašeho výrobního programu v případě zohlednění všech vhodných opatření ke snížení energetické náročnosti v konstrukčním procesu?

3. Zavádění evropské směrnice 2009/125/EC stanovující rámec pro určení požadavků na ekodesign výrobků spojených se spotřebou energie je doprovázeno postupným vypracováním konkrétních předpisů pro výrobky mající významný vliv na spotřebu energie, výrobních strojů nevyjímaje. Co od její implementace očekáváte? Nevnímáte tento fakt jako ztěžující faktor v konkurenčním boji s mimoevropskými výrobci, jichž se tato směrnice netýká?

4. Jak se díváte na snahu asociace Cecimo, která prosazuje samoregulaci ekodesignových požadavků jako alternativní řešení k celoplošným mandatorním požadavkům?

Anketu realizoval a zpracoval Ing. Roman Dvořák, FEng., šéfredaktor MM Průmyslového spektra

roman.dvorak@mmspektrum.com

Požadavky na ekodesign výrobních strojů jsou zpracovány v tzv. přípravné studii pro obor výrobních strojů (www.ecomachinetools.eu), která identifikuje a analyzuje oblast energetické spotřeby výrobních strojů a ekologické dopady životního cyklu strojů. Přípravná studie slouží jako podklad pro prováděcí předpis Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2009/125/ES ze dne 21. října 2009 o stanovení rámce pro určení požadavků na ekodesign výrobků spojených se spotřebou energie – ErP (Energy-related Products), odborníky označovaná také jako směrnice ekodesignu. Tato směrnice nahrazuje původní směrnici 2005/32/EC o stanovení rámce pro určení požadavků na Ekodesign energetických spotřebičů – EuP (Energy-using Products). Výběrové řízení Evropské komise na zpracování přípravné studie pro obor výrobních strojů vyhrál Fraunhofer Institut IPK a IZM v Berlíně. Z přípravné studie jednoznačně vyplývá, že samoregulace požadavků na energetickou efektivitu výrobních strojů se jeví pro průmysl přijatelnější vůči celoplošným mandatorním požadavkům. V současné době zpracovává francouzská konzultační firma Bio Intelligence studii na environmentální dopad výrobních strojů s ohledem na různá opatření. Výsledky těchto studií budou mít tedy přímý dopad na legislativní požadavky výrobních strojů. Důležitým poradním orgánem Evropské komise pro zpracování směrnice 2009/125/EC je Konzultační fórum, se kterým jsou diskutovány veškeré kroky v procesu tvorby směrnice a souvisejících předpisů. Evropské sdružení výrobců výrobních strojů Cecimo je integrováno do všech kroků vázaných na proces realizace uvedené studie. Českou republiku zastoupenou v Cecimo prostřednictvím zájmového sdružení SST (Svaz strojírenské technologie) pak zastupuje v odborných otázkách výzkumné centrum VCSVTT při FS, ČVUT v Praze společně se SST a vybranými experty z oboru.

-jv-

Ing. Radomír Zbožínek
technický ředitel Tajmac-ZPS

1. Konstrukční řešení musí minimalizovat pohybující se hmoty a správně dimenzovat jejich pohony, používat pomocné agregáty s co největší účinností a dobře navrhnout strategii vypínání jednotlivých spotřebičů energie, pokud nejsou k aktivnímu režimu stroje nezbytně nutné. V této oblasti můžeme u našich strojů hovořit o čtyřech opatřeních.

První z nich realizuje důsledné vypnutí všech spotřebičů energií, jejichž činnost není nutná v režimu nouzového zastavení stroje. Jde zejména o různé ventilátory a chladicí agregáty. Kromě úspor energie se dosáhne i dalšího efektu, a to snížení hlučnosti stroje, které se uplatní například v době pracovní přestávky. Druhým je zavedení funkce automatického vypnutí hlavního vypínače po dokončení obrábění dílce. Funkce se navolí v NC programu. Třetí opatření spočívá v zavedení funkce automatický stop stroje a je analogií dobře známého úsporného režimu, který používají osobní počítače. Funkce je aktivována, pokud je stroj po určitou dobu v klidu. Bylo změřeno, že pokud stroj neobrábí, ale je zapnut, odebírá ze sítě proud cca 6 A, který je třeba na chod elektrických zdrojů, osvětlení pracovního prostoru, činnost pomocných agregátů a regulaci servomechanismů. Obsluha stroje může s ohledem na charakter práce rozhodnout, zda tuto funkci použije pomocí uživatelské obrazovky. Pokud ano, stroj po době nastavitelné v parametrech řídicího systému automaticky odpojí nepotřebné spotřebiče elektrické energie a odebíraný proud poklesne na 3 A. Převedeno na činný výkon, šetří se 1,6 kW. Poslední, čtvrté opatření se zaměřilo na úsporu tlakového vzduchu. Na centrální přívod vzduchu do stroje se instaluje ventil, který po vypnutí hlavního vypínače uzavře přívod po určité době, nezbytné z důvodu zachování spolehlivosti stroje. Tlakový vzduch je relativně drahé a energeticky náročné médium.

Důležitým prvkem je rovněž optimalizace použitých materiálů pro stavbu stroje. Vedle vyššího podílu nekovových komponentů jde zejména o úspory v kabeláži, a to díky přechodu na průmyslové sběrnice. Výrazné úspory lze rovněž docílit aplikací tukového mazání na místo olejového a aplikací osvětlovacích těles s LED diodami.

2. Potenciál úspor lze rozdělit do dvou rovin. První z nich je situace, kdy stroj obrábí. U třískového obrábění se téměř veškerá mechanická práce vykonaná nástrojem a posunovými jednotkami mění v teplo, jehož množství závisí na vlastnostech obráběného materiálu, geometrii nástroje a řezných podmínkách. Tyto aspekty nemůže ovlivnit výrobce stroje, záleží zde na zákazníkovi. Například příkon stroje MCFV2080 je při plném zatížení 80 kW, z toho 55 kW spotřebují vřeteno a posuvy. Ve zbývajících 25 kW hledáme úspory a ty mohou být okolo 20 %. Ve druhé rovině je situace, že stroj neobrábí. Zde nastupují již zmíněné hibernační režimy stroje, které mohou snížit elektrický příkon o 1,6 až 2 kW a uspořit tlakový vzduch 6 m3.hod-1.
3. Ano, vnímám. Hrozí nebezpečí, že budeme sešněrováni množstvím směrnic a norem, jejichž naplnění bude vyžadovat relativně velké náklady, které naši, zejména asijští konkurenti nebudou muset vynaložit.
4. Je to správný návrh. Z důvodů, které již byly uvedeny, ale i proto, že značná část úspor vyplývajících ze zvolené technologie třískového obrábění je v rukou koncového uživatele stroje, nikoliv na straně jeho výrobce.

Ing. Jiří Mindl
technický ředitel Kovosvitu MAS

1. Konstrukční návrh stroje musí především splňovat kritéria, pro která je navrhován – stručně řečeno musí být schopen obrábět. Stroj proto navrhujeme tak, aby bylo dosaženo maximálního možného výkonu obrábění (odebraného množství materiálu) při zachování vysoké přesnosti obrábění. Výkon pohonových jednotek musí proto odpovídat navržené nosné struktuře stroje. Celkovou spotřebu stroje lze ovlivnit optimálním návrhem pomocných zařízení, jako jsou chladicí okruhy pro aktivní chlazení částí obráběcího stroje, vodní hospodářství pro chlazení během obráběcího procesu, pneumatické spotřebiče, hydraulické okruhy atd.

2. Použití nejefektivnějších prvků pro pomocná zařízení obráběcího stroje podle předchozí otázky povede podle provedených testů k celkové úspoře energie ve výši 15–25 %. Využití nejefektivnějších prvků vede však ke zvýšení nákladů na obráběcí stroj a tím i ke zvýšení ceny. Musíme proto dbát na „vybalancování“ vyšších nákladů s úsporou prostředků za sníženou spotřebu energie. Spotřebu elektrické energie dále můžeme ovlivnit zvýšením produktivity obrábění – tzn. s využitím moderních řezných nástrojů a při optimálním sestavení NC programu obrobit daný dílec za kratší čas s celkově menším množstvím spotřebované energie.

3. Z odpovědí na předchozí dvě otázky vyplývá, že proces snižování energetické náročnosti obráběcích strojů je velmi komplikovaný, zasahuje do něj velké množství parametrů. Nelze jednoduše určit limitní příkon obráběcího stroje a zakázat výrobu strojů s vyšším příkonem, jako tomu bylo např. u žárovek. Spotřebu energie při obrábění je třeba chápat ve vztahu k jednotkové produkci – tzn. obrobit daný dílec s celkově menší spotřebou energie. Tak by měl být podle mého názoru chápán ekodesign v oboru obráběcích strojů. Potom se není třeba obávat ztráty konkurenceschopnosti – zákazník při nepříliš velkém zvýšení ceny stroje dá ve většině případů přednost produktivnějšímu stroji.

4. Myslím, že samoregulace ekodesignových požadavků je jediným schůdným řešením ke snížení energetické náročnosti obráběcích strojů.

Prof. Dr. Ing. Jiří Marek, FEng.
technický ředitel Toshulin

1. Není snadné najít hranici, co je a co není ještě „ekostroj“ – stroj šetřící energii a životní prostředí. Záleží totiž i na jiných faktorech, než je jenom spotřeba energie. Těmi může např. být bezpečná přeprava osob v letecké dopravě a s tím související spotřeba energie při výrobě letadel. Dále je třeba zaujmout jiný pohled u kategorie malých strojů a velkých strojů. Zákazník přeci nevyžaduje instalaci velkých výkonů jenom tak, zřejmě ji potřebuje. Roli zde hraje zejména technologické hledisko. Mnoho zákazníků své stroje vůbec nevypíná a má k tomu své důvody. Může toto výrobce ovlivnit, např. optimalizací energetické náročnosti? Těmito otázkami jsem chtěl pouze naznačit možné třecí plochy (a jistě jich je více). Odpověď na tuto otázku je tedy taková, že je nutné toto posuzovat případ od případu.

2. Toshulin se snaží snižovat energetickou náročnost jak ve vlastní výrobě, tak i při konstrukci strojů pro zákazníka. Optimalizací provozu námi konstruovaných strojů jsme schopni cíleným power managementem u některých dosáhnout úspory až 28 % instalovaného výkonu. Máme však před sebou mnoho dalších výzev spočívajících ve snížení ztrát pohybových os, různé zásahy spočívající v automatických funkcích souvisejících s provozem stroje, na které zákazník může zapomenout (vypnutí stroje, média, ...), která budeme realizovat jak v HW, tak i SW. Zde leží před našimi konstruktéry pole neorané. Pozadu nezůstáváme ani v ekologii související s nasazovanými technologiemi. Některé pracovní prostory našich obráběcích center mají pracovní prostor o objemu 180 m3. Tento prostor je třeba vysát před otevřením dveří za 40 sekund a vyčištěný vzduch s obsahem aerosolu 0,5 g.m-3 vyfouknout zpět do pracovního okolí stroje. Myslím, že tímto přispíváme významným způsobem k ochraně životního prostředí na pracovišti.

3. Pokud výrobce obráběcích strojů přistupuje k tvorbě svých produktů odpovědně, měl by aplikovat všechny předpisy, nařízení a směrnice (nejenom EU) při jejich uvedení na trh. Jako pozitivní prvek od této směrnice očekávám snížení dopadů na životní prostředí, které souvisí s provozem obráběcích strojů, a dále úsporu energie dosaženou lepším konstrukčním návrhem, což, jak doufám, povede k úsporám nejenom u výrobních podniků samotných, ale i u zákazníků. Negativní bych spojil s vaší druhou otázkou – konkurenčním bojem. Pokud nebude u všech výrobců uvádějících na trh obráběcí stroje aplikováno vše podle příslušné legislativy, pak je to pro všechny „poctivce“ značně nevýhodné z hlediska konkurenceschopnosti.

4. Ekologické podnikání má bezesporu smysl, protože lidé od dob průmyslové revoluce přestávají žít v souladu s přírodou a jejími zdroji. Je tedy logické, že se objevují snahy tento nesoulad napravit. Cecimo vidí ekodesign jako jednu z mnoha dalších strategických záležitostí ovlivňujících konkurenceschopnost evropského průmyslu obráběcích strojů. Tato skutečnost se projevila v tzv. samoregulační iniciativě, která by měla vést k dosažení environmentálních vlastností obráběcích strojů. Osobně však zde vidím jistý rozpor zmíněný již v první odpovědi. Jsou totiž určité oblasti průmyslu, kde jsou užívány obráběcí stroje a kdy „proud jenom teče“. Leteckou dopravu každý bere za samozřejmost. Pomineme-li lidský faktor, pak každý věří, že je letecká doprava bezpečná. To však vyžaduje precizní a dokonalý přístup k výrobě letadel a jejich komponent. Jenom výroba proudového motoru je nesmírně náročná záležitost jak technologicky, tak i energeticky.

Ing. Patrik Vook, Ph.D.
technický ředitel TOS Kuřim – OS

1. Spotřebu energie nelze příliš ovlivnit u numericky řízených pohonů hlavních a vedlejších os. Tam jsou požadavky jasně definované technologií a při aktuální účinnosti servomotorů není příliš prostoru pro zlepšení. Spotřebu však lze ovlivnit na úrovni pomocných funkcí, jako je chlazení, systém hydrauliky, emulzní čerpadla, agregát hydrostatiky nebo rozvody stlačeného vzduchu.

2. Aktuálně se ukazuje, že stroje konstruované a využívané standardním způsobem často obsahují jedno nebo více „energeticky slabých míst“. Těmi jsou např. příliš velké tlaky a úniky stlačeného vzduchu nebo emulzní čerpadla pracující na plný výkon i v situacích, kdy to není technologicky opodstatněné.
Jejich nápravou je často možné uspořit, při relativně nízkých nákladech. Ovšem i zde platí obecně pravidlo, čím větší stroj, tím se snižuje poměr těchto úspor vůči celkově spotřebované energii a tato hodnota je zanedbatelná.

3. Konkrétní předpisy zatím vypracovány nejsou, můžeme se jen domnívat. V každém případě, při takové pestrosti produktů, jaká je v oboru výrobních strojů, není reálně možné nastavit mandatorní požadavky na konstrukci, které by vyhovovaly všem a určité typy strojů nepoškodily a neznevýhodnily. Pokud budou pravidla „tvrdá“, tedy direktivně přímo určovat, jaká technická opatření musí stroj obsahovat, vidíme riziko snížené konkurenceschopnosti hlavně na mimoevropských trzích. Jestli bude forma pravidel „měkká“ a zároveň požadavek na úspory nebude nereálný, může legislativa konkurenceschopnost evropských strojů podpořit.

4. Snahu Cecimo vítáme. Souhlasíme, že mandatorní univerzální požadavky nejsou správnou cestou. Alternativou je samoregulace, při které výrobci sami rozhodují, jaká opatření na svých strojích uplatní. TOS Kuřim – OS, a. s., je součásti konsorcia řešícího projekt „Ecodesign ve stavbě OS“ pod vedením VCSVTT z FS ČVUT. V jeho rámci probíhá vývoj a testování úsporných opatření, která bude možné uplatnit v případě zavedení některého z regulačních opatření.

Ing. Tomáš Kozlok
vedoucí vývojových projektů a zkušebny TOS Varnsdorf

1. V prvé řadě je třeba vědět, kde je reálná a opodstatněná možnost úspory energie, a na tu oblast se zaměřit. Je to zejména hlavní motor a následně periferie stroje, s čímž souvisí i vhodné uspořádání obráběcího stroje. Vhodným výběrem komponent a jejich následným řízením se lze dopracovat k určité úspoře. Avšak i zde je výběr dost omezený, neboť komponenty jsou většinou dané. Zbývá tedy možnost spolupráce na vývoji s daným výrobcem komponent, a nebo oblast řízení stroje, která je plně v režii výrobce obráběcího stroje.

2. Pokud mohu vycházet ze zkušeností z právě řešeného projektu FR-TI3/655 – Ecodesign ve stavbě obráběcích strojů, který je řešen ve spolupráci s FS ČVUT v Praze a za finanční podpory MPO ČR, reálná úspora se může pohybovat v řádu jednotek procent. Na prototypu stroje WRD150 se nám podařila úspora energie přesahující 20 %, avšak toto číslo je třeba ověřit dlouhodobým provozem a zejména u více strojů. Budu se tedy držet při zemi a opravdu si dovolím tvrdit, že úspora se může pohybovat v jednotkách procent.

3. Jelikož firma TOS Varnsdorf není výrobcem elektrických komponent, ale tyto komponenty a zařízení nakupuje, mimo jiné jako všichni ostatní výrobci obráběcích strojů, nejsme schopni tento vývoj nikterak ovlivnit, vyjma způsobů popsaných dříve. Jsme tedy na stejné startovní čáře. Z důvodu unifikace jednotlivých řad našich strojů nechceme rozlišovat mezi stroji, které budou dodávány do Evropy anebo mimo Evropu. Stejně na tom jistě jsou mimoevropští výrobci, kteří by chtěli dodávat své stroje do Evropy. Chci tím tedy říci, že ač se podmínky zpřísňují, zpřísňují se všem a je jen na šikovnosti daného výrobce, jak se s těmito podmínkami vyrovná.

4. Naše firma se k samoregulaci hlásí, neboť je to jedna z možností, jak přispět k lepším možnostem vývoje v této oblasti bez striktních mantinelů, resp. přizpůsobit tyto mantinely našim možnostem, samozřejmě s přihlédnutím k evropským požadavkům. Z tohoto důvodu bude i nadále naše firma v této oblasti aktivní.

Ing. Michal Dosedla, Ph.D.
vedoucí konstrukce Fermat CZ

1. Na výslednou spotřebu elektrické energie obráběcího stroje má vliv nejen způsob řešení vnitřní struktury stroje a jeho podskupin, které jsou tvořeny zejména v průběhu konstrukce stroje, ale také zvolená koncepce stroje. Myslím si, že významnější vliv má spíše koncepce stroje a požadovaná výrobní cena. Zde je dáno, jaký druh materiálu bude použit na nosné prvky stroje (lehčí svařenec nebo těžší odlitek) nebo jakým druhem lineárního vedení bude stroj osazen (kluzné, valivé nebo hydrostatické). Konstrukční oddělení musí potom hledat cesty, jak snížit spotřebu el. energie stroje pomocí optimalizace nosných struktur, pohonových soustav nebo použitím materiálů a komponent, které vedou ke zvýšení účinnosti celého stroje.

2. Vzhledem k tomu, že konstruktér při konstrukci stroje má ve většině případů poměrně svázané ruce (předem daná koncepce, limitní výrobní náklady apod.), tak můj odhad snížení energetické náročnosti našeho stroje po důsledném energetickém auditu je 10–15 %. U většiny našich strojů používáme elektrické pohony i tam, kde konkurence stále využívá pohony hydraulické nebo pneumatické. Mírně zvýšená spotřeba el. energie je uživateli kompenzována vyšší spolehlivostí, snadnou údržbou a servisem. Jsem přesvědčen, že energetická náročnost se i u nás v budoucnu stane jedním z důležitých kritérií při konstrukci nového nebo inovaci staršího stroje.

3. Obráběcí a tvářecí stroje se bezesporu významnou měrou podílejí na spotřebě elektrické energie a zřejmě je nutné tuto spotřebu řízeně snižovat. Každá regulace a limity, které budou stanoveny prováděcími opatřeními, ale povedou nejspíše k vyšší míře složitosti strojů, vyšší poruchovosti a výsledné ceně nejen při koupi, ale i provozu stroje. Další nevýhodou podle mého názoru bude pro evropské výrobce obtížnější prosazování se na trzích v zemích, jako je Rusko, Čína, Indie apod., kde se jejich konkurenceschopnost výrazně snižuje.

4. Vzhledem k technické komplikovanosti a koncepční rozmanitosti obráběcích strojů by bylo zřejmě vhodnější s ekodesignem začít ve formě samoregulací, jak navrhuje Cecimo. V posledních letech jsou vidět ze strany výrobců OS velké investice do designu vyráběných strojů. Líbivý design nejenže zvyšuje cenu, ale i složitost OS. V současné době je však jedním z kritérií při výběru stroje. Myslím si, že lze předpokládat, že i spotřeba el. energie a ekologičnost budou v budoucnu pro zákazníka jedním s důležitých faktorů při výběru OS i přes současný pokles cen energií. Pokud je tato úvaha správná, tak budou výrobci OS zákazníkem nuceni snižovat energetickou náročnost strojů.