Energochłonność produkcji mierzy się, dzieląc energię zużytą przez wybrany proces przez wielkość produkcji uzyskaną w tym samym czasie. Wynik można podać jako kWh na sztukę produktu, kWh na tonę, kWh na kilogram lub kWh na partię. Aby wskaźnik był wiarygodny, dane o energii i produkcji muszą dotyczyć tego samego okresu oraz tego samego zakresu urządzeń i procesów.
Podstawowy wzór jest prosty:
Energochłonność produkcji = zużycie energii / wielkość produkcji
Jeżeli linia produkcyjna zużyła 10 000 kWh i w tym czasie wytworzyła 25 000 sztuk wyrobu, wskaźnik energochłonności produkcji wynosi:
10 000 kWh / 25 000 szt. = 0,4 kWh/szt.
Oznacza to, że wyprodukowanie jednej sztuki wymagało średnio 0,4 kWh energii. Samo wykonanie działania matematycznego nie wystarcza jednak do poprawnej oceny procesu. Trzeba jeszcze właściwie określić, co zalicza się do zużycia energii i jaka jednostka najlepiej opisuje efekt produkcji.
Jak wybrać jednostkę produkcji?
Mianownik powinien odpowiadać temu, co rzeczywiście powstaje w analizowanym procesie. W zakładzie wytwarzającym jednolite wyroby naturalnym wyborem będzie liczba sztuk. W produkcji masowej bardziej użyteczne może być zużycie energii na tonę produkcji, kilogram, metr sześcienny albo metr kwadratowy.
Dla procesów wsadowych można obliczać energię na partię. Takie rozwiązanie ma sens tylko wtedy, gdy partie mają podobną wielkość i wymagają zbliżonych warunków technologicznych. Jeżeli ich masa lub czas obróbki znacznie się różnią, samo kWh na partię utrudni porównania.
Nie każdy proces powinien być oceniany jednym miernikiem. Linia może mieć wskaźnik kWh na sztukę, sprężarkownia kWh na metr sześcienny sprężonego powietrza, a piec kWh na tonę przetworzonego materiału. Szersze zasady opisuje dobór wskaźników efektywności energetycznej, który powinien uwzględniać cel pomiaru i charakter procesu.
Jak przygotować dane do pomiaru?
Wiarygodny wynik wymaga spójnych danych. Energia zapisana w liczniku wzoru musi odpowiadać produkcji znajdującej się w mianowniku. Najczęstsze problemy nie wynikają z błędnego dzielenia, lecz z łączenia informacji dotyczących różnych zakresów lub okresów.
Ustal granice analizowanego procesu
Najpierw trzeba zdecydować, czy pomiar obejmuje pojedynczą maszynę, całą linię, wydział czy zakład. Im szerszy zakres, tym trudniej ustalić, która część energii została rzeczywiście wykorzystana do wytworzenia danego produktu.
Jeżeli wskaźnik ma opisywać linię produkcyjną, do zużycia należy włączyć energię pobraną przez tę linię oraz przypisane do niej urządzenia pomocnicze. Nie powinno się bez uzasadnienia dodawać energii zużywanej przez biura, magazyny, inne wydziały lub instalacje obsługujące cały zakład.
Najdokładniejsze dane zapewnia oddzielny pomiar analizowanego obszaru. Gdy firma dysponuje wyłącznie odczytem z licznika głównego, może początkowo obliczyć wskaźnik dla całego zakładu. Nie należy jednak przedstawiać takiego wyniku jako dokładnej energochłonności pojedynczej maszyny lub linii.
Dopasuj okres zużycia do okresu produkcji
Energia i produkcja muszą pochodzić z dokładnie tego samego przedziału czasu. Nie można dzielić zużycia energii z pełnego miesiąca przez liczbę wyrobów powstałych tylko w dniach roboczych, jeżeli podczas weekendów urządzenia nadal pobierały energię.
Trzeba również sprawdzić, kiedy rejestrowane są dane. System produkcyjny może zapisywać wynik każdej zmiany, podczas gdy licznik energii raportuje wartości dobowe lub miesięczne. Przed obliczeniem oba zbiory należy sprowadzić do wspólnego okresu.
W analizie warto uwzględniać energię zużytą podczas rozruchów, przezbrojeń, krótkich postojów i oczekiwania na materiał. Są to rzeczywiste nakłady procesu, nawet jeżeli w tym czasie nie powstaje gotowy produkt.
Określ uwzględniane nośniki energii
Wskaźnik może obejmować wyłącznie energię elektryczną albo kilka nośników, na przykład gaz, ciepło, parę technologiczną i sprężone powietrze. Zakres powinien wynikać z celu analizy.
Jeżeli proces wykorzystuje różne nośniki, można przygotować osobne wskaźniki dla każdego z nich. Pozwala to szybciej wskazać źródło zmiany. Drugim rozwiązaniem jest przeliczenie wszystkich wartości na wspólną jednostkę, na przykład kWh lub MWh, i obliczenie łącznej energochłonności.
Raz przyjętą metodę należy stosować konsekwentnie. Wyniku obejmującego tylko energię elektryczną nie powinno się bezpośrednio porównywać ze wskaźnikiem, do którego później dodano gaz i ciepło.
Koszt energii na sztukę nie jest tym samym co fizyczna energochłonność. Wzrost ceny prądu może zwiększyć koszt produktu mimo niezmienionego zużycia w kWh. Do oceny procesu lepiej używać jednostek energii, a koszty analizować jako oddzielny miernik.
Licz produkcję dobrą czy całkowitą?
Najbardziej użytecznym mianownikiem jest zwykle liczba dobrych jednostek, czyli wyrobów spełniających wymagania jakościowe. Energia zużyta na wykonanie braków, ich poprawę lub ponowne przetworzenie pozostaje częścią rzeczywistego zużycia procesu.
Jeżeli zakład zużył 8000 kWh i wytworzył 20 000 sztuk, z czego 1000 było brakami, podzielenie energii przez wszystkie sztuki da wynik 0,4 kWh/szt. Podzielenie jej przez 19 000 dobrych sztuk da około 0,421 kWh/dobrą szt. Drugi wskaźnik lepiej pokazuje energię potrzebną do uzyskania produktu, który można sprzedać lub przekazać do kolejnego etapu.
Można równolegle analizować produkcję brutto i dobrą produkcję, lecz oba wskaźniki muszą być jednoznacznie nazwane. Nie należy ich używać zamiennie.
Przykład pomiaru energochłonności
Załóżmy, że linia produkcyjna zużyła w ciągu miesiąca 12 600 kWh energii elektrycznej. W tym samym okresie wytworzyła 43 500 sztuk, z czego 1500 nie spełniło wymagań jakościowych. Dobra produkcja wyniosła zatem 42 000 sztuk.
Obliczenie wygląda następująco:
12 600 kWh / 42 000 szt. = 0,30 kWh/dobrą szt.
W kolejnym miesiącu linia zużyła 12 100 kWh i wyprodukowała 44 000 dobrych sztuk:
12 100 kWh / 44 000 szt. = 0,275 kWh/dobrą szt.
Wskaźnik spadł z 0,30 do 0,275 kWh na sztukę. Taki wynik może oznaczać poprawę efektywności, ale przed sformułowaniem wniosku trzeba sprawdzić, czy produkowano podobne wyroby, pomiar obejmował te same urządzenia, a liczba przezbrojeń i warunki pracy nie różniły się istotnie.
Jaki wskaźnik zastosować w danym procesie?
Rodzaj wskaźnika powinien odpowiadać sposobowi organizacji produkcji i jednostce, która najlepiej opisuje jej wynik.
| Wskaźnik | Przykładowa jednostka | Typowe zastosowanie | Główne ograniczenie |
|---|---|---|---|
| Energia na sztukę | kWh/szt. | Jednolite produkty liczone w sztukach | Mylący przy dużych różnicach między wariantami |
| Energia na masę | kWh/t lub kWh/kg | Produkcja materiałów i wyrobów masowych | Nie zawsze uwzględnia stopień przetworzenia |
| Energia na objętość | kWh/m³ | Produkty płynne, gazowe lub przestrzenne | Wymaga spójnych warunków pomiaru objętości |
| Energia na partię | kWh/partię | Procesy wsadowe | Partie muszą być porównywalne |
| Energia na dobrą jednostkę | kWh/dobrą szt. | Procesy z brakami i poprawkami | Wymaga wiarygodnych danych jakościowych |
| Energia na godzinę pracy maszyny | kWh/h | Obserwacja pracy i obciążenia urządzenia | Nie pokazuje bezpośrednio energii na produkt |
Energia na godzinę pracy maszyny przydaje się do sprawdzania, jak urządzenie zachowuje się podczas pracy, postoju lub różnych poziomów obciążenia. Nie zastępuje jednak wskaźnika energii na jednostkę produkcji. Maszyna może zużywać tyle samo energii w ciągu godziny, ale wytwarzać mniej sztuk z powodu niższej prędkości, awarii lub problemów z materiałem.
Kiedy kWh na sztukę może prowadzić do błędnych wniosków?
Prosty iloraz energii i produkcji działa najlepiej wtedy, gdy porównywane okresy są podobne. W praktyce wielkość produkcji, asortyment i sposób wykorzystania urządzeń często się zmieniają.
Zmiana asortymentu
Dwie sztuki różnych produktów mogą wymagać odmiennej ilości energii. Większy wyrób może być dłużej obrabiany, wymagać wyższej temperatury lub przechodzić przez więcej etapów technologicznych.
Jeżeli w jednym miesiącu dominują produkty łatwiejsze do wykonania, a w następnym bardziej energochłonne warianty, średni wynik kWh na sztukę może wzrosnąć mimo niezmienionej sprawności urządzeń. W takiej sytuacji należy obliczać osobne wskaźniki dla rodzin produktów albo stosować jednostki równoważne uwzględniające różnice między wyrobami.
Zmiana wykorzystania mocy produkcyjnych
Część zużycia nie zależy bezpośrednio od liczby wyprodukowanych sztuk. Wentylacja, pompy, układy sterowania, utrzymywanie temperatury i urządzenia pomocnicze mogą pobierać energię niezależnie od aktualnego obciążenia linii.
Przy niższej produkcji ta stała część zużycia rozkłada się na mniej jednostek. W rezultacie kWh na sztukę rośnie, chociaż same maszyny nie muszą działać gorzej. Dlatego relację produkcja a zużycie energii należy analizować razem z czasem pracy, wykorzystaniem mocy i długością postojów.
Zmiana warunków pracy
Na wynik mogą wpływać między innymi temperatura zewnętrzna, jakość surowca, liczba rozruchów, długość serii, liczba zmian, częstotliwość przezbrojeń oraz udział poprawek. Porównanie dwóch okresów bez uwzględnienia tych różnic może prowadzić do przypisania zmian niewłaściwej przyczynie.
Normalizacja zużycia energii polega na takim skorygowaniu analizy, aby wyniki odnosiły się do porównywalnych warunków. Przy większej liczbie zmiennych porównywanie zużycia między okresami powinno uwzględniać nie tylko całkowitą liczbę sztuk, lecz także strukturę produkcji i czynniki istotnie wpływające na pobór energii.
Jak często obliczać energochłonność?
Częstotliwość pomiaru powinna odpowiadać długości procesu i dostępności danych. W produkcji wielkoseryjnej wskaźnik można obliczać dla każdej zmiany lub dnia. W procesach wsadowych naturalnym okresem jest pojedyncza partia. Do raportowania zarządczego często wystarcza wynik tygodniowy lub miesięczny.
Bardzo krótkie okresy dają szybki sygnał o odchyleniu, ale są bardziej podatne na wpływ rozruchów, przezbrojeń i chwilowych postojów. Wyniki miesięczne są stabilniejsze, lecz mogą ukryć krótkie problemy. Praktycznym rozwiązaniem jest jednoczesne obserwowanie wartości bieżącej oraz trendu z kilku kolejnych okresów.
Wskaźnik należy obliczać zawsze według tej samej metody. Zmiana granic procesu, jednostki produkcji albo sposobu uwzględniania braków przerwie ciągłość danych i utrudni ocenę trendu.
Jak interpretować zmianę wyniku?
Spadek zużycia energii na jednostkę zazwyczaj jest korzystny, ponieważ oznacza, że do uzyskania tego samego efektu potrzeba mniej energii. Nie powinien być jednak automatycznie uznawany za trwałą poprawę.
Przed oceną wyniku trzeba sprawdzić:
- czy zakres pomiaru pozostał taki sam,
- czy produkowano porównywalne wyroby,
- czy nie zmieniła się liczba braków,
- czy dane energetyczne i produkcyjne są kompletne,
- czy nie wystąpiły nietypowe postoje lub rozruchy,
- czy zmiana nie wynika z pogody albo organizacji pracy.
Jednorazowy wzrost wskaźnika jest sygnałem do sprawdzenia procesu, a nie dowodem awarii. Znaczenie ma powtarzalność odchylenia oraz jego związek z produkcją, jakością i czasem pracy.
Celem pomiaru nie jest samo raportowanie wartości. Dane powinny pomagać wskazywać obszary, w których energia rośnie szybciej niż dobra produkcja. Dopiero po ustaleniu przyczyny można wybierać zmiany przynoszące realne oszczędności, zamiast ograniczać zużycie w przypadkowych miejscach.
Najczęstsze błędy przy mierzeniu energochłonności
Do błędnych wyników najczęściej prowadzi dzielenie zużycia całego zakładu przez produkcję jednej linii albo łączenie energii i produkcji z różnych okresów. Problemem jest również porównywanie wyrobów o odmiennych wymaganiach technologicznych bez podziału na grupy.
Należy unikać także:
- używania kosztu energii zamiast zużycia w kWh lub MWh,
- zmieniania jednostki produkcji między kolejnymi okresami,
- pomijania braków, poprawek i ponownego przetwarzania,
- nieuwzględniania energii pobieranej podczas postojów,
- sumowania różnych nośników bez wspólnej jednostki,
- oceniania procesu na podstawie pojedynczego dnia,
- wyciągania wniosków bez sprawdzenia kompletności danych.
Do rozpoczęcia pomiaru wystarczy jasno określony proces, wiarygodny odczyt energii, liczba dobrych jednostek z tego samego okresu oraz stały sposób obliczania wyniku. Dopiero zachowanie tych warunków sprawia, że wskaźnik pokazuje rzeczywistą zmianę energochłonności, a nie różnice wynikające z niespójnych danych.
