كيفية تحقيق الاستخدام الأمثل لمعدات معالجة المواد لأغراض كفاءة الطاقة

تكلفة الطاقة المخفية للمعدات

وفي المستودعات الحديثة ومرافق التصنيع، تمثل معدات مناولة المواد أحد أكبر مستهلكي الطاقة التشغيلية، إذ إن الرافعات الشوكية ونظم النقل والرافعات والمركبات المصحوبة بآلية تتحرك باستمرار طوال اليوم، وترتبط المسافة التي تقطعها مباشرة باستهلاك الطاقة، وعندما تكون المعدات في وضع ضعيف، فإن كل آلية استرجاع ونقل وتسليم تتطلب وقتا إضافيا للسفر، وتبديد تكاليف الطاقة المباشرة، وليس لها ما يلزم من تكاليف.

وتبدأ كفاءة الطاقة في مناولة المواد بفهم أن كل متر من أجهزة الحركة غير الضرورية يستهلك رسوم البطاريات أو الوقود أو الطاقة الكهربائية، كما أن رفع الشوكة الذي يجب أن يقطع 50 مترا إضافيا لكل حركة مناقلة، ويكرر مئات المرات في كل مناوبة، يمكن أن يضيع آلاف الساعات المهددة سنويا، وبالمثل، فإن نظام النقل الذي يُستخدم في مسارات غير فعالة يضيف شحنات السيارات والخسائر الاستراتيجية في مواقع العمل.

فهم معدات معالجة المواد وملامحها المتعلقة بالطاقة

وتشمل معدات مناولة المواد طائفة واسعة من الأدوات المصممة لنقل المواد وتخزينها ومراقبتها وحمايتها في جميع مراحل سلسلة الإمدادات، ولكل نوع من المعدات صورة واضحة للطاقة تؤثر على مدى تأثير قرارات الإيداع على الكفاءة العامة.

شاحنة صناعية مُمَدَّرة

فالنقل الشوكي، وأجهزة السحب، وأجهزة الاستلام، والشاحنات المتجهة هي أفق العمل في معظم المرافق، وتستمد نماذج الكهرباء الطاقة من البطاريات التي يجب إعادة شحنها بانتظام، في حين أن نماذج الاحتراق الداخلي تستهلك البروبان أو الديزل أو البنزين، وقد يكون وضع محطات الشحن، ونقاط إعادة الوقود، ومواقع وقوف السيارات أثر مباشر على المسافة التي تسافر فيها هذه المركبات عندما لا تحمل شحنات.

نظم المرافئ

فالأصحاب المواصلات هم منشآت ثابتة تستهلك الكهرباء من خلال محركات السيارات وأجهزة التدحرج والضوابط، وتعتمد كفاءة الطاقة فيها اعتمادا كبيرا على التصميم المقطعي، وتستهلك التغيرات في الضبط والارتفاع، التي تدعمها جيدا، طاقة أقل بكثير من الوسائل المتطورة التي تستخدمها عمليات النقل والخطوط الداخلية المتعددة، والقرارات المتعلقة بوضع نظم النقل دائمة أو مكلفة للتغيير، مما يجعلها ذات أولوية قصوى.

المركبات الآلية المصحوبة بالدليل والروبوت

ويزداد انتشار الأجهزة المتفجرة المرتجلة، والآليات المتنقلة المستقلة، والأسلحة الآلية في المرافق الحديثة، وتعتمد هذه النظم على طاقة البطارية، وكثيرا ما تعمل على طرق محددة مسبقا أو على خوارزميات دينامية لتقصي المسارات، ويحد وضع محطات الرسو، ومناطق إعادة الشحن، ونقاط النقل من حجم الطاقة التي تستهلكها الروبوتات أثناء إعادة الترسيب والوقت العديم.

(كرافين) و(هويست)

وتتحرك الحفريات ورموز الجسور وكرانات الجبنات الثقيلة بشكل عمودي وأفقي، ويرتبط استهلاكها من الطاقة بمسافة وتواتر السفر، وتضع الرافعات لخدمة مناطق التخزين الكثيفة أو مناطق التجمع تقلل إلى أدنى حد من التحركات المميتة وتخفض الطاقة اللازمة لتسريع وتباطؤها بصورة متكررة.

نظم التخزين والاسترجاع

إن نظم التخزين والاسترجاع الآليتين (AS/RS) ووحدات الرفع العمودي (VLMs) هي نظم كثيفة الطاقة بسبب تحركاتها الرأسية ووضعها بدقة، ويؤثر التنسيب داخل المرفق على المسافة التي يجب أن تسافر بها المعدات الأخرى للتفاعل مع هذه النظم، ويقلل تحديد أماكن أجهزة الدفع الرباعي/الرسائل المرفوعة قرب مراكب الاستلام والشحن من مسافة السفر إلى الرافعات الشوكية والمركبات ذات الأشعة فوق البنفسجية، مما يزيد من وفورات في الطاقة إلى حد كبير من تدفق المواد بأكمله.

العوامل الرئيسية في المعدات

ويتطلب الاستخدام الأمثل للمعدات تقييما منهجيا للعوامل المترابطة المتعددة، وتشكل الاعتبارات التالية أساس استراتيجية تخطيط فعالة من حيث الطاقة.

تحليل تدفق العمل وكثافة تدفق المواد

وقبل إعادة تركيب أي معدات، إجراء تحليل شامل لتدفق العمل من أجل رسم خرائط لحركة المواد من خلال استلامها عن طريق التخزين، والتجهيز، والشحن، وتحديد الممرات ذات الارتفاع، والاختناقات، والمناطق التي تعبر فيها المعدات مسارات دون داع، واستخدام خرائط الحرارة أو برامج المحاكاة لتصوير أنماط السفر، وتحديد المسافة التي تقطعها كل قطعة من المعدات، وتكشف البيانات عن ما تسهم به عمليات الإيداع في توليد الطاقة وما يترتب عليها من تعديلات.

إعطاء الأولوية للمعدات التي تتعامل مع أعلى حجم من حركة المواد أقرب إلى نقاط الاستخدام، مثلا، إذا كانت نسبة 70 في المائة من حركة النخيل نابعة من منطقة تخزين محددة، فإنها تضع منطقة الرفع الشوكية الرئيسية داخل 10 أمتار من تلك المنطقة بدلا من الطرف البعيد من المرفق، وهذا التغيير الوحيد يمكن أن يقلل من مسافة السفر السنوية بآلاف الكيلومترات.

Proximity to Power and Charging Infrastructure

وتتطلب المعدات الكهربائية الوصول بانتظام إلى محطات الشحن، حيث إن ضعف وضع معدات قوات الهياكل الأساسية التي تشحنها لقطع مسافات طويلة لتجديدها، واستهلاك الطاقة التي كان يمكن استخدامها في العمل الإنتاجي، وتركيب نقاط شحن متعددة في مواقع استراتيجية في جميع أنحاء المرفق بدلا من الاعتماد على محطة مركزية واحدة، والنظر في وضع محطات شحن بالقرب من مناطق الكسر، ونقاط تغيير النوبات، ومناطق تخزين عالية الكثافة لتقليل السفر بالرؤوس الميتة إلى أدنى حد.

وبالنسبة للمعدات الثابتة مثل الموصلات والآلات، فإن وضع مراكز مراقبة السيارات وألواح توزيع الكهرباء بالقرب من المعدات يقلل من سرعة الكابلات والخسائر الكهربائية، وكل متر من الكابلات يحمل خسائر في المقاومة، وفي حين أن هذه الخسائر صغيرة لكل متر، فإنها تتراكم عبر مئات أمتار الأسلاك في مرفق كبير.

إمكانية الوصول والتطهير

وتتطلب المعدات التي توضع في مناطق ضيقة أو معاقة مزيدا من المناورات، مما يستهلك طاقة إضافية ويزيد من ارتدائها على نظم القيادة، ويكفل أن تكون الممرات والطرقات وأجهزة الإشعة الأرضية كافية لأكبر المعدات التي ستمر بها، كما أن رفع الشوكة الذي يجب أن يتحول إلى ثلاث نقاط يستخدم طاقة أضيق من واحد يمكن أن يقود مباشرة إلى الأمام، كما أن نظم النقل التي تؤدي إلى خسائر حادة أو عمليات نقل محركية.

التكامل الرأسي والتنسيب الميزان

وفي المرافق المتعددة المستويات أو التي بها موزانيون، يؤثر وضع معدات مناولة المواد العمودية مثل المصعد والموصلات والمصاعد تأثيرا مباشرا على استهلاك الطاقة، ويشير التوحيد الرأسي إلى تقليل المسافة التي يجب أن تقطعها المعدات أفقيا للوصول إليها، ويؤدي التعبئة إلى خفض مسافة السفر إلى الرافعات الشوكية والمركبات ذات القيمة المضافة، مما يؤدي إلى زيادة وفورات الطاقة عبر الحركات العمودية والأفقية.

الاعتبارات البيئية

فالتقلبات والرطوبة ونوعية الهواء تؤثر على استهلاك الطاقة من المعدات، حيث إن وضع محطات لشحن البطاريات في مناطق مجهزة جيداً بالبطارية، أو التحكم في درجة الحرارة، من أجل تحقيق الكفاءة المثلى، وتخفض البيئات الباردة من القدرة على البطارية وتزيد من تواترها، بينما يمكن أن تتدهور الحرارة في حياة البطاريات، أما بالنسبة للمعدات الداخلية، فتضعها بعيداً عن أبواب المكشوفة أو الجدران غير المستقرة، فتساعد على الحفاظ على ظروف التشغيل المتسقة.

استراتيجيات تنسيب المعدات على الوجه الأمثل

وتوفر الاستراتيجيات التالية نهجا منظما لإعادة تركيب معدات مناولة المواد من أجل تحقيق أقصى قدر من الكفاءة في استخدام الطاقة، ويمكن تطبيق هذه التقنيات بصورة فردية أو مقترنة بعقبات في المرافق.

تركيب المعدات ذات الاستخدام العالي

تحديد 20 في المائة من المعدات التي تتعامل مع 80 في المائة من المواد المتحركة؛ وتطبيق مبدأ باريتو بقوة في مناولة المواد، ووضع هذه المعدات العالية الاستخدام في المركز الجغرافي للعمليات التي تخدمها، مثلا، إذا تحركت إحدى الرافعات الشوكية الواحدة بين الاستلام والتخزين والنقل البحري، ووضع منطقة التعبئة فيها عند الكويكب المركزي لتلك المناطق الثلاث، مما يقلل من متوسط المسافة التي تقطعها كل حركة ويقلل من إعادة الترسيب الفارغ.

المناطق الوظيفية المعينة

إنشاء مناطق محددة بوضوح لتلقي وتخزين واقتلاع وتعبئة وشحن المعدات التي تخدم كل منطقة داخل تلك المنطقة بدلا من توقع وجود معدات للتجول عبر كامل المرفق، ويقلل التنسيب القائم على المنطقة من مسافات السفر عبر الحدود، ويقلل من المعدات التي تخصص للمهام داخل كل منطقة، ويقصد بذلك بالنسبة للمتنقلين تصميم حلقات مخصصة أو خطوط حرفية تغذي كل منطقة دون حاجة إلى خطوط طويلة.

تنفيذ نظام تعيين فترات زمنية الديناميكية

:: تخصيص منتجات لمواقع تخزين محددة، والتأثير المباشر على مدى وجوب السفر إلى المعدات لاسترجاع أو تخزين الأصناف، واستخدام برامجيات الترميز الأمثل في تحديد أماكن العمل ذات السرعة في المناطق القريبة من مواقع التقاط السفن ومراكب الشحن، مما يقلل من مسافة السفر بالنسبة للرافعات الشوكية وملتقطات الطلبات، مما يقلل استهلاك الطاقة بنسبة 15 في المائة إلى 30 في المائة في العمليات ذات الحجم المرتفع.

الصليب الأحمر

ويقضي التكرار عبر الحدود على ضرورة تخزين المواد كليا، مما يقلل كثيرا من سفر المعدات، وعندما تتواءم الجداول الزمنية المحددة والمتقادمة، فإن المواد الواردة مباشرة من استلامها إلى الشحن دون تخزين وسيط، وهذا يتطلب إعادة تحديد مراكب الاستلام والشحن معا، وترسيخ المعدات لعمليات الطمر، كما أن وفورات الطاقة من إزالة التخزين والتنقلات الاسترجاعية كبيرة.

مواقع الشحن وقوف السيارات على الوجه الأمثل

وبالنسبة للمعدات التي تعمل بالبطارية، فإن موقع محطات الشحن هو أحد أكثر قرارات التنسيب تأثيرا، حيث تم تركيب محطات شحن في نقاط متعددة في جميع أنحاء المرفق بحيث لا يجب أن يسافر أي قطعة من المعدات أكثر من 50 مترا للوصول إلى مستأجر، واستخدام فرصة استخدام رسوم الشحن، وقطع الطراز، وتركيب محطات التثبيت، وتغييرات النوبات، وفترات التنظيف، والاحتفاظ بشحنات البطارية دون تأخيرات.

استخدام آلية لتحقيق الاستخدام الأمثل

يمكن برمجة المركبات الآلية المصحوبة بمرشدين وآليات متنقلة مستقلة لمتابعة الطرق المتحركة للطاقة بدلا من أقصر الطرق، وبتجنب العناوين والأسطح الخام والمناطق المرتفعة الارتطام، يمكن للنظم الآلية أن تقلل استهلاك الطاقة بنسبة تتراوح بين 20 و 35 في المائة مقارنة بالعملية اليدوية، وتضع مواقع الرواسب الآلية على محطات الترسب وإعادة الشحن في نقاط أمثل استنادا إلى أنماط السفر الفعلية بدلا من أن تكون ملائمة.

تخطيط المناطق والمرافق

ويحدد المخطط المادي للمرفق الحدود التي تتخذ فيها قرارات بشأن وضع المعدات، ويتبع تصميم التصميم المهيأ بكفاءة الطاقة عدة مبادئ ينبغي النظر فيها أثناء مشاريع التشييد أو إعادة التشكيل الأولية.

متدفقة من طراز U-Shaped

وتستقبل في إحدى الولايات المتحدة الأمريكية والشحن البحري في الطرف الآخر مواقع تدفق المواد على شكل واحد، مع تخزينها وتجهيزها فيما بينها، مما يقلل إلى أدنى حد المسافة التي يجب أن تقطعها المعدات بين الاستلام والشحن مع إبقاء المناطق المرتفعة التجار في منطقة مدمجة، كما أن المعدات التي توضع على امتداد المنحنى الداخلي للولايات المتحدة تتمتع بإمكانية متساوية للحصول على كل من الاستلام والشحن، مما يقلل من السفر لإعادة الترسيب.

سفاح ممتد

وبالنسبة للمرافق ذات العمليات المتوازية، فإن التدفق المباشر من خلال المعالجة إلى الشحن يقلل إلى أدنى حد من التتبع اللاحق والتداخل، إذ يتبع التسلسل الزمني للمعدات، مع تحديد مناطق في كل نقطة انتقالية، وفي حين أن هذا التصميم يمكن أن يكون بسيطاً من حيث الطاقة بالنسبة للمرافق التي يمكن التنبؤ بها والتي تسلسل تدفق المواد.

خلايا العمل المجمعة

:: العمليات المتصلة بالمجموعات إلى خلايا عمل تحتوي على جميع المعدات والمواد اللازمة لعملية محددة، وفي كل خلية، تضع المعدات في سلسلة الاستخدام للتقليل إلى أدنى حد من التحركات بين الخطوات، وهذا النهج يقلل من المسافة التي تقطعها المعدات بين العمليات ويلغي الحاجة إلى عمليات نقل المواد الطويلة.

التكنولوجيا والأدوات اللازمة للتنسيب على الوجه الأمثل

وتتيح أدوات البرامجيات الحديثة وأدوات المحاكاة وضع سيناريوهات نموذجية لتنسيب المعدات قبل إجراء تغييرات مادية، وتساعد هذه الأدوات على قياس أثر الطاقة في مختلف خيارات الإيداع وتحديد التشكيلات المثلى.

محاكاة المرافق

استخدام برامجيات محاكاة مختلفة مثل برنامج FlexSim أو " أنولوجيك " أو سيمو إلى نموذج تدفق المواد ونقل المعدات، ثم إدخال بيانات التصميم الحالي وتوزيع المعدات، ثم إجراء محاكاة لحساب مسافات السفر واستهلاك الطاقة وعبر الناتج، واختبار سيناريوهات بديلة للتنسيب لتحديد التشكيلات التي تقلل من استخدام الطاقة إلى أدنى حد مع الحفاظ على الإنتاجية أو تحسينها، ويمكن أن تكشف عملية التبسيط عن وفورات في الطاقة تتراوح بين 10 و 25 في المائة و 25 في المائة من التحليلات غير المنظورة.

نظم رصد الطاقة

تركيب أجهزة رصد الطاقة على المعدات الرئيسية لتتبع الاستهلاك في الوقت الحقيقي، وتوفر أجهزة الاستشعار اللاسلكية على الرافعات الشوكية والموصلات والرافعات بيانات عن استخدام الطاقة لكل حركة، في الساعة، أو كل مناوبة، وتحلل هذه البيانات لتحديد المعدات التي تستهلك طاقة غير متناسبة بسبب سوء التنسيب أو السفر المفرط، وتستخدم البيانات لتحديد أولويات التغييرات في التنسيب والتحقق من الوفورات المحققة.

نظام إدارة المخازن

ويمكن لنظم إدارة المستودعات الحديثة أن تتعقب حركة المعدات ومسافات السفر كجزء من تقاريرها الموحدة، وأن تُصدر مذكرة تفاهم بشأن نظام الرصد العالمي للإبلاغ عن القياسات ذات الصلة بالطاقة مثل متوسط مسافة السفر لكل نقطة، ونسبة السفر الفارغة، واستخدام المعدات، وأن تستخدم هذه التقارير لتحديد أوجه القصور في التنسيب وقياس أثر التغييرات.

قياس وكمية وفورات الطاقة

(ب) تبرير التغييرات في وضع المعدات وتتبع فعاليتها، ووضع قياسات خط الأساس والرصد المستمر، وتوفر القياسات التالية صورة واضحة عن التحسينات في كفاءة الطاقة.

وحدة الطاقة

(ج) حساب الطاقة المستهلكة لكل نخيل متحرك، حسب الحالة التي يتم اختيارها أو حسب الطلب الذي تم شحنه، ويطبيع هذا القياس استهلاك الطاقة من خلال الناتج ويكشف عن كفاءة التصميم، ويعكس الانخفاض في الطاقة لكل وحدة أثر تحسين وضع المعدات بصورة مباشرة.

نسبة السفر المفرغ

:: تتبع النسبة المئوية لحركة المعدات التي تحدث دون حملها - تشير معدلات السفر العالية الفارغة إلى أن المعدات تنفق وقتاً طويلاً جداً في إعادة التمركز بين المهام الموفدة؛ وعلامة سوء التنسيب، وتستهدف نسبة سفر فارغة تقل عن 30 في المائة للرافعات الشوكية وأقل من 20 في المائة للمركبات المضادة للمركبات.

استهلاك البطارية لكل عمود

وبالنسبة للمعدات الكهربائية، رصد حالة البطاريات في بداية ونهاية كل نوبة، ويشير انخفاض استهلاك البطاريات لكل نوبة، مع عبء العمل نفسه، إلى أن المعدات تقطع مسافات أقصر أو تعمل بكفاءة أكبر بسبب تحسين مكانتها.

المعدات Hour

قياس عدد التحركات أو الوحدات التي يتم تجهيزها لكل ساعة عمل من ساعات العمل، وتشير التحسينات في هذا القياس، دون زيادات في استهلاك الطاقة، إلى أن تغييرات التنسيب قد خفضت السفر غير المنتج وسمحت للمعدات بإكمال المزيد من العمل في الوقت نفسه.

الشلالات المشتركة إلى أفويد

بل إن التغييرات في أماكن العمل التي تُراعى جيداً يمكن أن تُحدث أوجه قصور جديدة إذا لم تُقيَّم بعناية، وتُراقب هذه الأخطاء المشتركة.

التغلغل في اللامركزية

ويمكن أن يؤدي وضع جميع المعدات في موقع مركزي واحد إلى زيادة مسافات السفر بالنسبة للمعدات التي تخدم المناطق المحيطة، والتوازن المركزي مع التوزيع على أماكن العمل لضمان قرب المعدات من مجالات عملها الرئيسية.

إمكانية الوصول إلى الصيانة

وقد تتطلب المعدات التي توضع في مواقع ضيقة أو يصعب الوصول إليها مزيدا من الطاقة للوصول إلى الصيانة، وقد تكون الصيانة نفسها أقل شمولا، وضمان أن تتضمن قرارات الإيداع إجازة كافية للخدمة الروتينية والإصلاحات.

التفكير الثابت

تغير سير العمل في المرفق بمرور الوقت بسبب التوابع الموسمية أو التحولات في مزيج المنتجات أو العمليات الجديدة، وقد يصبح وضع المعدات الذي يعمل جيدا اليوم غير فعال غدا، واستعراض قرارات الإيداع كل ثلاثة أشهر وتعديلها حسب الحاجة.

دراسات حالة في التنسيب على الوجه الأمثل

وتظهر الأمثلة على العالم الحقيقي وفورات الطاقة التي يمكن تحقيقها من خلال الاستخدام المتعمد للمعدات، وفي حين تختلف الأرقام المحددة، فإن الأنماط التالية مشتركة بين الصناعات.

مركز التوزيع

وقد خفض مركز توزيع كبير استهلاك الطاقة المتحركة بنسبة 18 في المائة عن طريق إعادة توجيه خطوط الربط إلى إزالة مقطع من 40 مترا وتوحيد ثلاث نقاط نقل إلى نقطة واحدة، وأدى هذا التنسيب الجديد إلى اختصار مسار النقل العام وخفض عدد محركات السيارات المطلوبة، مما وفر حوالي 000 45 كيلوواط سنويا.

رافعة شوكية للشحن

واستبدلت منشأة تصنيع بـ 45 من الرافعات الشوكية الكهربائية محطة شحن مركزية واحدة تضم خمس مناطق شحن مصممة استراتيجيا، وانخفضت مسافة السفر الفارغة إلى محطات الشحن من 120 مترا في المتوسط إلى 35 مترا، مما قلل من استهلاك الطاقة الشوكية الإجمالي بنسبة 12 في المائة، ووسعت نطاق الحياة البطارية بنسبة 20 في المائة.

محطة تدوين مركب AGV

واستخدم مركز تنفيذ التجارة الإلكترونية برامجيات محاكاة لتعظيم وضع محطات الرسو وإعادة الشحن، ومن خلال نقل محطات أقرب إلى أكثر مناطق الانتقاء نشاطاً وتعديل عدد المحطات، خفض المرفق استهلاك الطاقة من مركبات الإيغافورية بنسبة 27 في المائة مع الحفاظ على مستوى الناتج نفسه.

خاتمة

إن الاستخدام الأمثل لمعدات مناولة المواد هو أحد أكثر الاستراتيجيات فعالية من حيث التكلفة لتحسين كفاءة الطاقة في المستودعات ومرافق التصنيع، وعلى عكس ما يتطلبه ذلك من تحسين المعدات من استثمارات رأسمالية كبيرة، يمكن في كثير من الأحيان تنفيذ تغييرات في أماكن العمل بأقل قدر من التكلفة والأثر الفوري، ومن خلال تحليل سير العمل، ومعدات تحديد المواقع الاستراتيجية، واستخدام التشغيل الآلي، ومواصلة تحسين المخططات القائمة على البيانات، يمكن أن تقلل المرافق استهلاك الطاقة بنسبة 15 في المائة إلى 30 في المائة.

والمفتاح هو معالجة مسألة وضع المعدات كعملية مستمرة بدلا من اتخاذ قرار تصميمي لمرة واحدة، وستترتب على المرافق التي تستعرض بانتظام مخططاتها، وتقيس أداء الطاقة، وتعديل أماكن العمل استجابة لتدفقات العمل المتغيرة، وفورات مستمرة في الطاقة بعد عام، بدءا بتقييم خط الأساس لمسافات السفر الحالية واستهلاك الطاقة، وتحديد التغيرات في أعلى الأثر، وتنفيذها تدريجيا، وستزداد وفورات الطاقة تعقيدا بمرور الوقت، وتتحقق الفوائد البيئية والمالية على السواء.