Upload
others
View
1
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Het ontwerp van duurzame,
groene, machines
OVER ASSEMBLEON
Inleiding
3
SMD componenten (Voorbeeld: Blu Ray speler)
C chips R chips
IC’s
Odd components
Discrete halfgeleiders
4
PCB laden
Stencil printen
Component plaatsen
Solderen
PCB ontladen
Een typische flow line voor electronica …
5
Assembléon’s plaats in de flow line
6
Assembléon hoofdvestiging in Veldhoven
iX Hybrid iFlex
Het leveren van concurrerende oplossingen
voor de elektronische maakindustrie
gebaseerd op onze sterkte in plaatsingsmachines
7
Assembléon wereldwijd
Verkoop & service steunpunten
Regional Center Americas,
Atlanta, USA
Regionaal steunpunt ZO Azie,
Singapore
Regionaal steunpunt China, Suzhou
Regionaal Centrum Azie,
Hong Kong Regionaal Centrum Europa,
Veldhoven, NL
Enkele Assembleon klanten….
8
DUURZAAMHEID
‘Environmental footprint’ van een product
9
Duurzaamheid: Balans in ‘People-Planet-Profit’ (3P)
• Symbiose tussen belanghebbenden
People: Eerlijke en fatsoenlijke levensomstandigheden (welzijn)
Planet: Duurzaam gebruik van natuurlijke hulpbronnen
Profit: Scheppen van economische waarde onder afrek van alle kosten
• Kans: Waarde (business) creatie door verbetering van 3P relatie 10
People
Planet Profit
Equitable
Viable
Bearable
Sustainable
Survival
Fairness
Tolerable
Aanpak duurzaamheid
“Trias Energetica” “Trias Materia”
11
Stap 3: Gebruik fossiele brandstoffen
Zo efficient mogelijk
De duurzaamste energie is bespaarde energie
Stap 3: Gebruik ‘nieuwe’ materialen
Zo efficient mogelijk
De duurzaamste materialen zijn ongebruikte materialen
Meten van milieubelasting: LCA methodologie (ISO 14040-ISO 14044)
12
Inventarisatie
van alle
processen
in de
levensloop
van een
product
Schade
Aan
grondstof-
voorraden
Schade
aan
ecosystemen
Schade
aan
menselijke
gezondheid
Resultaat van
inventarisatie:
Grondstoffen
Landgebruik
Emissies
Model van
de schade
die deze
emissies, land-
en
grondstoffen-
gebruik
oplevert
Weging
van
deze 3
schade
categorieën
Eco
indicator
score
Stap 1 Stap 2 Stap 3
Invloed op
leefmilieu
LCA: Life Cycle Assessment
ENERGIE EFFICIENCY
Analyse van energiegebruik en mogelijkheden voor besparing
13
14
Life Cycle Assessment (LCA) modelleren • Er worden 3 levensfasen onderscheiden:
Fabricage van de machine
Gebruik van de machine
Afdanken van de machine
• Elke fase heeft specifieke invloed op leefomgeving
Fabricage:
• Winnen van benodigde grondstoffen
• Raffineren en verwerken van grondstoffen
• Vervaardigen van onderdelen
• Transport
Gebruik :
• Energiegebruik
• Gebruik van hulpmaterialen (verpakkingsmateriaal van componenten, smeermiddelen,…)
• Onderhoud en reparatie (transport, reserveonderdelen,…)
Afdanken:
• Transport
• Recycling of storten
15
Vereenvoudigde LCA boom van plaatsingsmachine
Staal Aluminium Kunststof Anders
P&P machine assemblage & verpakking
Bewerken
P&P machine transport
P&P machine gebruik
Energie
Energie
Recycling
Afdanken
Storten
Energie
Tijd
Koper
Staal Aluminium Kunststof Anders Koper
Assembleren
Transporteren
Gebruiken
Ontginning & raffinage van grondstoffen
16
Energiegebruik van plaatsingsmachine
• Energie voor aandrijving en besturing
• Energie voor perslucht
• Energie voor conditioneren van productieomgeving
Verlichting
Lucht conditionering (drogen/verwarmen/koelen)
• Energie voor herstel van defecte producten
• Energie voor onderhoud en reparatie
Transport (service personeel, reserve onderdelen)
17
Resultaat: Eco indicator voor plaatsingsmachine (Voorbeeld: Assembléon iX-501)
Grootste invloedsfactor: energiegebruik!
Bron: SimaPro (LCA modelleringssoftware)
Klein = fijn!
18
Lijn A: Assembléon iFlex
Lijn B
Lijn C
Lijn D
Lijn E
Boven Onder
• Voorbeeld: Industriële controller
• Aantal componenten: 1308
– Boven: 814 componenten
– Onder: 494 componenten
• Transport: dubbelspoor
• Lijn capaciteit: 75.000 [cph]
Alle lay-outs op zelfde schaal!
Kleinere machines
Kleinere fabriek
Goedkoper / minder energie
Energie efficiency verbetering
• Aanzienlijke energiebesparing is mogelijk door keuze van machine architectuur
(parallel pick & place concept)
Langzamere bewegingen door meerdere (lichte) robots minder energie
Minder vacuum pipetten nodig minder energie nodig voor maken van vacuum
19
Monitor
Monitor
Parallel pick & place concept
0
50000
100000
150000
200000
250000
iFlex B C D E
Annual energy needed for rework [kWh]
Annual energy needed for airco & lighting [kWh]
Annual compressed air energy consumption [kWh]
Annual energy consumption (75kcph line, average) [kWh]
Perslucht: een dure vorm van energie!
• 1 kW = 10 m3 perslucht per uur
• Lekverliezen (gemiddeld): 16%
• Kostprijs (gemiddeld) per m3 : 0,025 EUR
Voorbeeld:
• Sequentiële P&P machine met 80 nozzles
• Werkelijke output: 55.000 [cph]
• Luchtgebruik: 990 [Nl/min]
• Jaarlijkse kosten voor perslucht: ca. 10.000 EUR!
Sequentieel: veel nozzles
Parallel: weinig nozzles
Massa spiraal
21
Prestatie ↑
Energie gebruik ↑
Massa ↑
Energie gebruik ↑
BMW 1600 (1964)
Motor: 1600 cc
Vermogen: 63 kW
Massa: 1070 kg
0-100 km/h: 14 s.
BMW 316i (2009)
Motor: 1600 cc
Vermogen: +43%
Massa: +33%
0-100 km/h: -21%
• Een hogere prestatie van een machine (output,
nauwkeurigheid) maakt het noodzakelijk om de
machine stijver (vaak ook: zwaarder) te maken en
een krachtiger aandrijving (vaak ook: zwaarder) te
kiezen. Hierdoor worden de prestaties van deze
machine negatief beïnvloedt, waardoor wederom
een stijvere (‘zwaardere’) en krachtiger (‘zwaardere’)
aandrijving nodig is.
• Hoe te doorbreken?
• Toepassen moderne lichtgewicht materialen
• Parallelle machineconcepten i.p.v. seriële
machineconcepten
• Voorkom stapeling van bewegende massa’s
• Toepassen van direct drive actuatoren met hoge
energiedichtheid
BMW 316i (2013)
Motor: 1600 cc
Vermogen: +59%
Massa: +27%
0-100 km/h: -36%
Machine: ACM / AQ
• Output (IPC-9850): 4800 [cph]
• Kostenniveau: 100%
• Materiaal X-balk: Staal
• Max. versnelling robot (Y): 12 [m/s2]
• Max. snelheid robot (Y): 1.4 [m/s]
• Totale bewegende massa (Y): ca. 80
[kg]
• Stijfheid (Y): 3.107 [N/m]
• Energiegebruik per output: 100%
Machine: AX-201
• Output (IPC-9850): 11000 [cph]
• Kostenniveau: 53%
• Materiaal X-balk: CFC
• Max. versnelling robot (Y): 32.5 [m/s2]
• Max. snelheid robot (Y): 2.2 [m/s]
• Totale bewegende massa (Y): ca. 50
[kg]
• Stijfheid (Y): 7.107 [N/m]
• Energiegebruik per output: 70%
Voorbeeld: Herontwerp H-drive robot van ACM plaatsingsmachine
23
Doorbreken van massaspiraal : iFlex robot met lineaire motoren
• Lichte & stijve robotarmen (CFC)
• Lichtgewicht magneten
• Magneetkrachtcompensatie
lichtere rechtgeleidingen
Optimalisatie van bewegingsprofielen
24
Korte afstand:
• Max. snelheid wordt niet bereikt
• Veel dissipatie in korte tijd
meer opwarming
Lange afstand:
• Max. snelheid wordt wel bereikt
• Dissipatie over langere tijd
minder opwarming
I [A]
I [A]
Optimalisatie van output binnen thermische grenzen
• Strategie: Bewegingsparameters
(j,a,v) aanpassen, zodanig dat
thermische grenzen niet
overschreden worden bij een max.
haalbare output
• Deze strategie is erg efficiënt
• Als de bewegingstijd met 1 tot 2%
verhoogd wordt dan zal de
dissipatie in de motor al met 10 tot
17 % afnemen (bij bord breedte
van 200 mm).
Output vs dissipation
0.0%
5.0%
10.0%
15.0%
20.0%
25.0%
30.0%
35.0%
40.0%
0.0% 1.0% 2.0% 3.0% 4.0% 5.0%
Effect on output
Dis
sip
ati
on
red
ucti
on
Energie buffering in servo systemen
• De energie die ‘vrij komt’ bij vertragen (vorige cyclus) wordt tijdelijk opgeslagen en
wordt gebruikt bij versnellen (volgende cyclus)
Hierdoor aanzienlijke energiebesparing (ca. 20-30%)
Deze technologie wordt ook toegepast is elektrische auto’s 26
Energie buffering
Bewegingscyclus i Bewegingscyclus i+1
(Nog) meer besparen: ‘dual lane’ concept
27
• Bij dubbelsporig transport in de flowlijn is de gebruiker in staat om zowel bovenzijde
als onderzijde van het bord tegelijkertijd van onderdelen te voorzien
– Optimale balancering van arbeidsinhoud (minder pick & place machines nodig)
– Slechts een (reflow) soldeeroven nodig
• Resultaten
– Minder energiegebruik (besparingen tot ca. 40-50% mogelijk)
– Minder vloeroppervlak (besparing tot ca. 25% mogelijk)
REPARATIE EN ONDERHOUD
Duurzaamheidsaspecten
28
Enkele typische problemen bij storingen….
• Storingen komen altijd ongelegen en op vervelende tijdstippen
• Vaak te weinig kennis om problemen zelf op te lossen
• Vaak specialistische gereedschappen / meet- en afstelmiddelen
nodig voor reparatie
• Service engineers moeten van ver komen (lange reistijd, aanzienlijke
reiskosten)
• Productie ligt stil zolang storing niet verholpen is
• Reserveonderdelen soms niet tijdig beschikbaar
29
Internet
VPN
2nd /3rd line
Engineer
Assembléon
Network
Customer
Network
Assembléon server: 1 access point for all
systems
Fire walls
Architectuur voor diagnose op afstand
Remote Service
Center
VPN Tunnel
Customer Repair On Site
Remote diagnostics & service support Minder reizen lagere transportkosten en minder CO2
emissie
Minder geschoold onderhoudspersoneel nodig spaart
kosten
Snellere diagnose & reparatie minder stilstand
31
32
Customer Repair On Site (CROS)
Voor herontwerp:
• Geïntegreerd ontwerp
• Speciale opleiding & speciaal gereedschap nodig
• Reparatie in centrale, gespecialiseerde, werkplaats
Na herontwerp:
• Modulair ontwerp
− Opdeling: zelf repareren (80%)/ laten repareren (20%)
• Geen speciale opleiding & gereedschap nodig
• Reparatie ter plekke door klant
Voorbeeld: Plaatsingskop
Customer Repair On Site (“no” special equipment/calibration)
Flex. cables
Linear encoder
Ribbon cables
Motor-encoder
combinationAir tube
CROS: Voordelen voor de klant
• Uitwisselen van defecte module (SWAP) voor minimale stilstand(< 2 min)
• Eenvoudige en snelle reparatie ter plekke
• Geen speciale gereedschappen vereist
• Lagere reparatiekosten
• Minder transport (lagere transportkosten en minder CO2 emissie)
• Minder afval
33
GROENE MACHINES
Conclusies en aanbevelingen voor ontwerp
34
Economische voordelen groene pick & place machines
Conventionele machine
• Investering: 100%
• Gemiddelde levensduur: 100%
• Energiegebruik: 100%
• Persluchtgebruik: 100%
• Benodigd vloeroppervlak: 100%
• Machine gewicht: 100%
• Restwaarde (end-of-life): 10%
• Reparatie & onderhoud (% of inv): 3%
• Resultaat: Integrale kosten (p. jaar): 100%
Groene machine
• Investering: 100%
• Gemiddelde levensduur: 140%
• Energiegebruik 70%
• Persluchtgebruik: 85%
• Benodigd vloeroppervlak: 70%
• Machine gewicht: 90%
• Restwaarde (end-of-life): 15%
• Reparatie & onderhoud (% of inv): 2%
• Resultaat: Integrale kosten (p. jaar): 70%
35
Groene machines geven een aanzienlijke kostenbesparing
en dragen bij aan een duurzamere wereld
36
Ontwerpen van groene machines
• Ontwerp & materiaalkeuze
Herbruikbare materialen
Gebruik van lichtgewicht materialen, m.n. voor bewegende delen
Duurzame materialen en constructies (lange levensduur , onderhoudsarm, hoge beschikbaarheid)
Diagnose en serviceondersteuning op afstand
Maak reparatie ter plekke mogelijk (CROS)
• Doorbreken van massaspiraal
Stijve, lichtgewicht materialen
Parallelle machineconcepten i.p.v. sequentiële
Geen gestapelde constructies
Compacte, lichte, machines
• Energiezuinige aandrijvingen
Optimalisatie van output versus energiegebruik (bewegingsparameters)
Geen overbrengingen, maar ‘direct-drive’ aandrijvingen (lineaire motoren)
Energiebuffering in servo systemen
• Eliminatie van perslucht / vacuum
Indien noodzakelijk: vacuumpompen
• Energiezuinige voedingen (beperking van stand-by mode)
• Hoge kwaliteit van eindproducten
Minder (liefst geen) reparatiewerkplekken nodig
37
Sjef van Gastel
19 november 2013