Témata
Reklama

Pojem ekodesign zejména v Evropské unii již téměř zdomácněl. Je nazírán jak z té lepší stránky - co je "eko", je dobré pro životní prostředí a tím i pro společnost -, tak i z té kontroverzní stránky - legislativa hájící zájmy životního prostředí může být problematická z jiných pohledů.

V každém případě, pokud mluvíme o ekodesignu, mluvíme o zohlednění budoucích ekologických následků ve fázi vývoje produktů. Pro hodnocení dopadu se používá tzv. analýza životního cyklu (LCA), která kombinuje různé druhu dopadů (spotřeba energie, kontaminace spodních vod, emise apod.) v různém stadiu života produktu (výroba, transport, balení, používání, likvidace).

Pro oblast výrobních strojů bylo již dříve LCA analýzami prokázáno, že ze všech negativních dopadů na životní prostředí je suverénně nejvýznamnější spotřeba elektrické energie ve fázi užití strojů. Další vlivy, jako množství a typ materiálu nosné struktury, výpary z řezné emulze či průsaky hydraulického oleje, jsou relativně bezvýznamné. Toto platí zejména pro moderní CNC obráběcí stroje, naopak například u historických tvářecích strojů tomu může být jinak.

Reklama
Reklama

Proč se ekodesignem zabývat

Celkem máme tři základní důvody pro zahrnutí ekodesignu mezi priority vývoje výrobců strojů:
1) rostoucí ceny energií a tlak zákazníků na ekonomiku provozu strojů ve výrobních řetězcích;
2) vznikající evropská legislativa;
3) prezentace před zákazníky a akcionáři – marketingové využití ekologických témat.
Ekodesign má tak kromě ekologických efektů i přímou vazbu na hospodárnost výroby, protože spotřeba energie je přímou nákladovou položkou při užívání strojů.
K legislativnímu tlaku: Evropská unie se zavázala do roku 2020 redukovat emise CO2 nejméně o 20 % a byla definována celá řada způsobů, jak toho dosáhnout. Jedním z nich je směrnice 2005/32/EC EuP (Energy-using Product directive) přijatá v roce 2005, jež byla o čtyři roky později nahrazena směrnicí 2009/125/EC ErP (Energy-related Product directive). Ta se týká všech průmyslových odvětví s potenciálem pro energetické úspory a jedním z nich je právě obor výrobních strojů, neboť průmyslová výroba celosvětově spotřebovává přibližně 1/4 veškeré elektrické energie. Pro všechny zahrnuté obory jsou postupně vypracovávána pravidla, evropské zákony. Aktuální stav je takový, že po několikaletém vyjednávání očekáváme brzké rozhodnutí o typu pravidel. Ta mohou být buď mandatorní, přikazující či zakazující konkrétní technická řešení, nebo samoregulační, spoléhající hlavně na přirozenou iniciativu a tlak zákazníků v oboru. Počátkem roku 2014 vejde v platnost příslušný evropský zákon a bude připraven na transpozici do národních zákoníků. Detailnější informace obsahuje rozhovor s autorem v MM Průmyslovém spektrum č. 4/2012 (viz //www.mmspektrum.com/120414) .

Aktuální stav

V Evropě, Asii i v USA je téma ekologie a energetických úspor značně živé jak v akademických kruzích (soudě podle počtu tematických konferencí a článků), tak v reálném průmyslu ve vztazích zákazník – dodavatel (soudě podle témat v produktových letácích a tiskových zprávách). Čeští výrobci strojů však registrují pouze sporadický zájem zákazníků o energetickou účinnost, jak ukázal průzkum mezi zástupci obchodních oddělení.

Stav zavádění energeticky účinných opatření u německých výrobců výborně mapoval stánek německého svazu výrobců strojů VDW na loňském EMO Hannover. Ten propagoval iniciativu BluECOmpetence Machine Tool, která vznikla z popudu německého průmyslového svazu VDMA a je přizpůsobena oboru výrobních strojů. Původně měla za cíl sdružovat pouze německé výrobce strojů a jejich komponent, kteří deklarují snahu a prokážou konkrétní výsledky ve snižování ekologických dopadů svých výrobků. Mezi zapojenými firmami z oboru výrobních strojů a komponent jsou například: DMG, Siemens, Kapp Niles, Grundfos, Index, Brinkmann, Chiron, Starrag Heckert, EMAG a další. Po vyjednávání, které vedl evropský svaz Cecimo za účasti ing. Zemánka ze SST byla značka zpřístupněna i ostatním evropským firmám a nedávno se zapojily i v Česku registrované firmy TOS Varnsdorf a Schneeberger Mineralgusstechnik.

Logo deklarující zapojení podniku do iniciativy BluECOmpetence Machine Tool

V České republice vede VCSVTT od loňského roku projekt Ecodesign ve stavbě obráběcích strojů, finančně podporovaný Ministerstvem průmyslu a obchodu v rámci programu TIP. Do něho jsou zapojeny podniky Kovosvit MAS, TOS Kuřim-OS, TOS Varnsdorf, Tajmac-ZPS, dále pak svaz SST a FSI VUT v Brně. Hlavním cílem projektu je nalézt a realizovat technická řešení pro výrazné snížení energetické náročnosti vybraných obráběcích strojů a získat tak zkušenosti do budoucna.

Hlavička letáku firem zúčastněných v projektu Ecodesign ve stavbě OS.

Zatímco téma ekodesignu je v Evropě u výrobců strojů vnímáno spíše defenzivně a s obavami z legislativy, v Japonsku jde spíše o technickou výzvu. Firmy samy iniciují vznik standardů pro hodnocení účinnosti a aktivně zavádějí úsporná opatření, která pak inzerují na výstavách. Ukázkou je přístup firmy Mori Seiki, která toto téma zdůrazňuje na vědeckých konferencích již mnoho let.

Jak hodnotit energetickou bilanci výrobního stroje

Ve shodě s výsledky analýz LCA se dále budeme zabývat již jen spotřebou elektrické energie ve fázi užití strojů. Sledování a snižování energetické náročnosti výrobních strojů je téma s dlouhou historií. Již před dekádami byla v rámci cvičení při výuce studentů na ČVUT prováděna měření příkonu soustruhu TOS SU50 při obrábění a naprázdno. Rozdíl příkonů, tedy výkon potřebný na vlastní řezný proces, byl podle nastavených podmínek obvykle do 15 % celkového příkonu. U moderních CNC strojů s množstvím periferií je situace, kdy vlastní proces spotřebovává jen minimální část celkového příkonu, ještě markantnější.

Pro hodnocení spotřeby je třeba energie měřit – nestačí jen sečíst štítkové parametry komponent. Základními údaji jsou činné elektrické příkony stroje a jeho komponent, dále je třeba zahrnout i spotřebu stlačeného vzduchu, neboť stroje jsou standardně napojeny na centrální podnikové rozvody. Při měření průtoku vzduchu o standardním tlaku 6 bar lze použít přibližný přepočet 1 l/min cca 30 W elektrického ekvivalentu. Měřicí zařízení používaná VCSVTT jsou na doprovodných obrázcích.

a)
b)
c)

Aparatura používaná VCSVTT pro měření a) střídavých třífázových výkonů, b) výkonů na stejnosměrném meziobvodu servopohonů, c) spotřeby stlačeného vzduchu Výsledky měření energií jsou vždy závislé na konkrétním pracovním scénáři stroje. Pro hodnocení tříosých frézovacích strojů je ve VCSVTT využíván dílec s odstupňovanými řeznými podmínkami vycházející z japonské normy TS B 0024-1:2010. Velkost dílce a řezné podmínky jsou upravovány tak, aby respektovaly velikosti a určení stroje. Sledovány jsou i neproduktivní režimy, jako stand-by, běh vřetena naprázdno nebo kruhová interpolace lineárních os.

Dílec s odstupňovanými řeznými podmínkami vycházející z japonské normy TS B 0024-1:2010

Vyhodnocení je možné provést různými způsoby. Základem je časový záznam činného příkonu stroje (při obrábění výše zmíněného dílce) jako na doprovodném obrázku. Celkový příkon je rozdělen na příspěvky pohonů, periferií a elektrického ekvivalentu stlačeného vzduchu. Na dalším obrázku pak vidíme vyhodnocení příkonu stroje podle typu a intenzity operací.

Časový záznam činného příkonu stroje

Z uvedeného je vidět velký podíl fixních energií potřebných na udržení stroje v pohotovosti a zajištění chlazení komponent a řezného procesu. Pro konkrétní stroje a pracovní scénáře je pak možné udělat vyhodnocení s podíly jednotlivých funkčních celků, jak je uvedeno na obrázku. Na základě podobného vyhodnocení je pak možné usuzovat, kde se skrývá největší potenciál pro energetické úspory.

český překlad
• další: 2,8 %
• pohony pohybových os: 4,3 %
• řídicí systém: 5,1 %
• vřeteno: 10,2 %
• příprava emulze: 11,6 %
• vysokotlaká hydraulika: 20,1 %
• chlazení stroje: 20,3 %
• chlazení řez. procesu: 25,6 %

Vybrané výsledky měření na středně velkém portálovém frézovacím centru s ohledem na různé operace a intenzity obrábění

Standardizace

Hodnocení energetické efektivity strojů různých typů a výrobců je složité a mělo by být maximálně objektivní. Problémem je jak variabilita strojů, tak variabilita jejich užití. Zatím jedinou dokončenou a veřejně dostupnou normou je již zmíněná japonská TS B 0024-1:2010. Ta stanovuje několik testovacích režimů (stand-by, temperování, obrábění), při kterých je měřen příkon celého stroje. Pro měření během obrábění je normou stanoven obrobek o hraně podstavy 120 mm s přesně definovanými tvarovými prvky. Dále firma Mori Seiki (která stála u počátku zrodu této normy) navrhuje energetický štítek stroje, který udává příkony při stand-by a za rotace vřetena naprázdno. Zatím se jedná o úvahu prezentovanou na konferencích, v budoucnu však lze něco podobného očekávat i v praxi.

Rozdělení spotřeby energie při typickém pracovním scénáři na příspěvky jednotlivých funkčních celků (Zdroj: projekt EWOTEK-WZL Aachen, Heller)

Obecným mezinárodním standardem se výhledově stane série norem ISO 14955 – Environmental evaluation of machine tools, nyní připravovaná pracovní skupinou TC39/WG12, jejímž členem je i zástupce ČVUT. Norma se skládá ze čtyř částí, zatím v různém stadiu rozpracování. Jednotlivé části budou pokrývat celý postup od metodiky měření, vyhodnocení až po stanovení závěrů. Norma bude využívat logiku rozdělení stroje na funkční celky a jim odpovídající podíly spotřebované energie. To by mělo zajistit lepší porovnatelnost konstrukčně odlišných strojů navzájem a usnadnit výběr vhodných úsporných opatření. Kompatibilita s touto normou se výhledově zřejmě stane součástí podmínek pro udělení známky CE.

Náhled energetického štítku navrhovaného firmou Mori Seiki (Zdroj: prezentace CIRP JM, Behrendt 2011)

Závěr

Ekodesign a energetická účinnost výroby jsou v každém případě aktuálním tématem. Zájem je živen jak rostoucími cenami energií, tak vznikající evropskou ekologickou legislativou. Také můžeme očekávat vyšší stupeň informovanosti u zákazníků – uživatelů strojů. K tomu směřuje průběžné třídění informací a probíhající standardizační práce. Teprve s časovým odstupem bude možné vyhodnotit, zda a o kolik se skutečně podařilo snížit ekologické dopady výroby a zefektivnit využití energie a za jakou cenu se to stalo. Celkovou výhodou je, že přesná a produktivní výroba bez zmetků je obvykle i energeticky efektivní – je tu tedy značná korelace mezi ekologií a hlavními zájmy výrobců a uživatelů výrobních strojů.

Ing. Tomáš Holkup, PhD., a kol.

V článku byly použity informace získané během řešení projektu „FR TI3/655 – Ecodesign ve stavbě obráběcích strojů“ podporovaného Ministerstvem průmyslu a obchodu.

VCSVTT, FS ČVUT v Praze
T.Holkup@rcmt.cvut.cz

Reklama
Vydání #11
Firmy
Související články
Progres v navyšování podílu na trhu

Skupina Plansee Group dosáhla v hospodářském roce 2017/18 konsolidovaného obratu 1,3 miliardy euro, což znamenalo nárůst o 11 % ve srovnání s předchozím obdobím. V rámci bilanční tiskové konference konané v Reutte o tom informovali členové představenstva Bernhard Schretter a Karlheinz Wex.

Horké komory pro práci s radioaktivním materiálem

V Řeži u Prahy bylo vybudováno nové výzkumné centrum, jehož součástí byla také výstavba kom-plexu horkých komor. Účelem výstavby bylo vytvořit pracoviště pro bezpečnou práci s vysoce radi-oaktivním materiálem. Po pěti letech budování se na začátku roku 2017 podařilo úspěšně zahájit aktivní provoz laboratoří, které jsou schopné zpracování, mechanického testování a mikrostrukturní analýzy radioaktivních materiálů (tlakové nádoby, vnitřní vestavby reaktorů, pokrytí paliva) s aktivi-tou až 300 TBq 60Co, materiálů pro reaktory III. a IV. generace a fúzní reaktory.

Inteligence ve výrobě, EMO Hannover 2013

Přední světový veletrh zpracování kovů EMO Hannover 2013 se tentokráte uskuteční od 16. do 21. září 2013. Od jeho prvního konání v roce 1975 bezesporu plynule rozvíjí a upevňuje svůj věhlas největšího a nejvýznamnějšího světového inovačního fóra zpracování kovů. Letos je očekáváno opět na 140 tisíc návštěvníků, jenž přivítají expozice 2 000 firem na čisté ploše 180 tisíc metrů čtverečních. Hlavním letošním tématem je inteligentní výroba.

Související články
Centrum kompetence - Strojírenská výrobní technika

Centrum kompetence - Strojírenská výrobní technika (CK-SVT) je v současnosti nejvýznamnější a největší grantový projekt na podporu dlouhodobého aplikovaného výzkumu v oboru strojírenské výrobní techniky (Machine Tool). Projekt navazuje na práci VCSVTT vedenou v letech 2000-2011 prof. Ing. Jaromírem Houšou, DrSc. a jeho příprava byla zahájena ve spolupráci výzkumných organizací, Svazu strojírenské technologie a jeho členských podniků již před koncem roku 2010.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Současný vývoj v oblasti řezných nástrojů

Vývojové trendy v segmentu obráběcích řezných nástrojů jsou navázány na progresi ve strojírenské výrobě a reagují na aktuální potřeby průmyslu. Výzkum a vývoj již dlouhodobě soustřeďuje svou pozornost na vývoj řezných materiálů, systémů povlakování, konstrukce moderních nástrojů využívajících princip minimálního mazání a chlazení MQL, koncepty inovativních upínacích soustav. V současnosti jsou rozvíjeny technologie pro inteligentní výrobu s aplikací předností Průmyslu 4.0, včetně automatizace výrobního procesu, sběru dat o zařízeních, procesech a vyráběných dílcích. Na veletrhu EMO Hannover 2019 byly společnostmi představeny chytré technologie a řešení inteligentního řízení procesu obrábění. Digitalizace a konektivita jsou nyní důležitější než kdykoliv předtím.

Aditivní výroba unikátních řezných nástrojů

Aditivní technologie jsou jedním z nosných pilířů Průmyslu 4.0. Od roku 2014, kdy v ČR 3D tisk kovů odstartoval „ve velkém“, byla o této problematice napsána celá řada publikací, díky nimž je tato technologie považována za poměrně známou. Jedním z průkopníků 3D tisku v ČR je firma Innomia, která přinášela informace o technologii DMLS do povědomí českého průmyslu již několik let před tímto zmiňovaných boomem.

Stroje pro to nejcennější

Než před 40 lety Fran Phillips založil svou firmu, pracoval jako samostatný obráběč - zručný kluk s frézkou a soustruhem v éře vesmírných závodů, kdy NASA velkoryse proměnila slib prezidenta J. F. Kennedyho v realitu, z čehož mohla těžit každá schopná obráběcí dílna v zemi. Jedna ze součástí, které tehdy Fran vyrobil, se stále nachází na Měsíci, přesně tam, kde ji astronauti z lodi Apollo zanechali. Oproti tomu jedna ze součástí, které vyráběl nedávno - stejně špatně dostupná, ale mnohem blíže domovu - je přesně a natrvalo usazena v jeho vlastní páteři. Stejně jako tisíce dalších pacientů z celého světa i Fran Phillips žije s implantátem vyrobeným na CNC obráběcích strojích Haas ve městě Elmwood v americkém státě New Jersey, kde sídlí firma Phillips Precision Medicraft (PPM).

Obrábění s podporou ultrazvuku

Ultrazvuk nepomáhá pouze v chirurgii. Může být výhodně použit také v obrábění. Nákladný vývoj však většinou brzdí jeho zavedení a rozšíření. Ve výzkumném ústavu Fraunhofer - IPT proto zkoumali efektivní použití a optimalizaci ultrazvukových systémů při obrábění.

Dřevěné kůlny a rámy Featherbeds

Enzo Ferrari v 50. letech minulého století hovořil o mladých britských týmech formule 1 jako o garážistech a povýšeně navrhoval, že by tyto týmy, jako skromní obyvatelé garáží, neměly být brány tak seriózně jako stáj z Maranella, která se ráda pasovala do role aristokracie v automobilových soutěžích, modré krve ve sportu zbohatlíků s utěrkami od oleje. Bylo by však přesnější, kdyby tento "starý muž" nazval své závodní soupeře jako kůlnaře.

Od konstrukce strojů po parkovací věže

Mezi starší generací strojařů pravděpodobně není nikoho, kdo by neznal původem škodováka Josefa Bernarda z Jičína. Tento strojírenský nadšenec příští rok oslaví své sedmdesátiny. Před třiceti lety po odchodu z místního Agrostroje položil základy společnosti Vapos, která dává perspektivní práci patnácti desítkám lidí z Jičína a blízkého okolí.

Pod dvou letech opět na EMO do Hannoveru

Od 16. do 21. září 2019 se uskuteční 22. ročník největšího světového veletrhu zpracování kovů EMO. Megaakce se koná opět v Německu, které je po Číně a USA třetím největším trhem obráběcích strojů na světě. Veletrhu se účastní téměř 2 100 vystavovatelů ze 47 zemí světa. Z České republiky se očekává účast 28 firem na ploše necelých 1 700 m2. Na minulý veletrh v roce 2017 přijelo do Hannoveru z České republiky přes 2 200 odborníků.

CIMT Peking, Část 1. Obecný pohled

V předvelikonočním týdnu se v Pekingu uskutečnil veletrh obráběcích strojů CIMT 2019. V asijském regionu se jedná o obdobu veletrhu EMO Hannover. A stejně jako EMO je velkou měrou národní výstava německé výrobní techniky, tak CIMT je převážně čínský. V tomto prvním vstupu se podíváme na letošní ročník trochu s odstupem, aniž bychom se zaměřili na konkrétní exponáty.

Ohlédnutí za MSV 2018

Jubilejní strojírenský veletrh v Brně se i letos nesl ve znamení inovací, technických i technologických novinek (často také světových premiér), ale hlavně v duchu oslav stého výročí založení Československé republiky, takže se také vzpomínalo na historické úspěchy v technice v expozici 100RIES. A není tedy divu, že partnerskou zemí bylo letos Slovensko. Na následujících řádcích přinášíme malé ohlédnutí za veletrhem, kde připomeneme některé exponáty, které v očích naší redakce za zmínku a vzpomínku stojí.

TOSmeet & TOSday 2018

Zákaznický den ve firmě TOS Varnsdorf tradičně patří k vyvrcholení půlročního maratonu open houses, které pořádají téměř všechny výrobní a obchodní společnosti v komoditě obráběcích strojů pro své zákazníky a obchodní partnery. Zejména u výrobních firem je neopakovatelnou příležitostí zavítat do jejich provozů, zhlédnout zdejší technologické možnosti, být přímo od zdroje informovaný o žhavých novinkách a technologických řešeních, a v neposlední řadě pak potkat a pohovořit se známými lidmi.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit