predire le besoin en energie des systemes …

PREDIRE LE BESOIN EN ENERGIE DES SYSTEMES INTRALOGISTIQUES

UNE INITIATIVE EUROPEENNE

INTRODUCTION: COMMENT EN SOMMES-NOUS ARRIVES LA ?

LES PENSEES EVOLUENT…

Le besoin des logisticiens

La réglementationL’évolution du coût de l ’énergie

Notre prise de conscience

Le cadre réglementaire européen:Directive EcoDesign (Directive 2009/125/EC)

“Il convient d’établir un cadre cohérent pour l’application des exigences communautaires en matière d’écoconception applicables aux produits liés à l’énergie en vue d’assurer la libre circulation des produits qui sont conformes auxdites exigences, et d’améliorer leur impact global sur l’environnement. Ces exigences communautaires devraient respecter les principes d’une concurrence loyale et du commerce international.

Source: Directive 2009/125/EC

§  Période 2005-2008§  Systèmes de moteurs électriques§  …

§  Période 2009-2011§  Machines Outils§  …

§  Période 2012-2014§  Moteurs électriques en-dessous de

200kW§  …

§  Période 2015-? §  Élévateurs §  …

Principe d’étude (2011)

Prospection des branches cibles (2011)

Ranking par potentiel d’économies (2011)

Le côté ‚ logistique de transport‘ (DIN EN 16258, 2013)

§  Périmètre

§  Calcul des émissions directes et indirectes dans le processus supply des véhicules concerné

TTWTank-to-Wheel

WTTWell-to-Tank

WTWWell-to-Wheel

Emissions directes des véhicules

Emissions indirectes liées à la production et la logistique du carburant = WTT + TTW

CO2

NH3

N2O

…

Et quid des équipements et systèmes intralogistiques ?

Source: Swisslog 2013

Les systèmes intralogistiques en France, tendance actuelle

Source FEM Avril 2015

§  Un cadre: la FEM (Fédération Européenne de la Manutention)

§  Une structure de recherche: le KIT (Karlsruhe Institute of Technology)

§  Une groupe de travail: 13 sociétés et fédérations intralogistiques

NOTRE PROJET

§  Modéliser et prédire le besoin en énergie d’un système logistique…

§  Normer le calcul des besoins

§  Influer sur le choix des concepts et la recherche

NOTRE PROJET

L’intralogistique et la Directive Ecodesign

§  Sujet répertorié en 2012 comme groupe de produits ‘Logistic Systems’

§  Numéro de Ranking 23 sur 36

§  Économie potentielle estimée de 50 / ou 14 / ou 5,5 /

dont 2 TWh pour améliorer l’efficacité des moteurs3,5 TWh pour les systems à vitesse de translation variable

Source: „Etude pour le plan Ecodesign amendé http://www.ecodesign-wp2.eu/downloads/FINAL%20REPORT%20Task%203%2016-12-2011.pdf le 02.09.2013

§  Env. 10 000 personnels pour 25 000 étudiants

§  Env. 850 M€ de budget dont 40% provenant de fonds privés

§  77 brevets par an.

LE CHOIX D’UNE STRUCTURE DE RECHERCHE: LE KIT (Karlsruhe Institute of Technology)

La coordination R&D

Chef de ProjetDipl.-Ing. Meike Braun

Thèmes de recherche:Efficacité énergétique des systèmes logistiques

  Simulation, mesure de consommation énergétique d‘équipements et de systèmes de manutention

ChaireProf.Dr.-Ing. Kai Furmans

Thèmes de rechercheMéthodes analytiques et systèmes séquencésMéthodes leanLogistique de production et de distributionIntelligence décentralisée dans les systèmes de manutention.

Membres du conseil scientifique

ENTRONS DANS LA QUESTION

Que faut-il mesurer ?

η? CO2?CO2e?

Puissance ?Energie?

?

Quelle phase de vie et quel impact environnemental?

0%20%40%60%80%

100%

Produktion - EoL Distribution Nutzung

-60%-40%-20%

0%20%40%60%80%

100%

Recycling Entsorgung Verteilung Nutzung ProduktionRecyclage ProductionDistrib. Utilisation

Elimination

ConsommationEnergétique

Impact climatique2/

Besoin foncier

2/

…

…/Déchets

/

Acidification2/

Corrélations: la consommation énergétique induit les autres impacts environnementaux

Comment penser les frontières d‘un système: première approche


Equipement de process

Equipement de stockage


Comment déterminer quel système est le plus efficace?

?


RéceptionExpéditions

Equipement de process

Equipement de stockage

Comment penser les frontières d‘un système: deuxième approche

Premier scenario: stockage par palette puis éclatement et tri

* Estimations sur la base d‘un layout théorique et de variables de simulation IFL, sans temps d‘attente

Energie

~ 13 kWh*


Deuxième scenario:éclatement puis stockage mini-load et expédition

Energie

~ 3,3 kWh*



0 kWh2 kWh4 kWh6 kWh8 kWh

10 kWh12 kWh14 kWh

Pallet Single Bin

Stockage palette vs Stockage mini-load

…?

Palette Carton


Deuxième scenario:éclatement puis stockage mini-load et expédition

Energie

~ 3,3 kWh*



Troisième scenario:éclatement puis stockage shuttle et expédition

Energie

~ 0,95 kWh* Lif

t



0 kWh1 kWh1 kWh2 kWh2 kWh3 kWh3 kWh4 kWh

AS/RS Shuttles

Stockage mini-load vs stockage shuttle


Stockage et Préparation des Commandes

RangementDéchargerAmener au

stock

Traitement des déchets

StockagePréparation

des Commandes

Consolidation des

CommandesTransport Arrivée de

produits

Roller Conveyor

Chain Conveyor

Belt ConveyorIndustrial

TruckHand Lift

TruckShuttle System

…

ASRS for Palets

ASRS for bins

Shuttle SystemIndustrial

TruckRope RobotHand Lift

Truck

Hor. Lift System

Ver. Carousel

Lift Storage System

…

Circular Conveyor

P&P Conveyor

EMS

crane

Tow Tractor

AGV

Manual

Staple Crane

Traversing Carriage

Bridge Crane

Portal Crane

Lift

ASRS for Palets

ASRS for bins

Shuttle SystemIndustrial

TruckRope RobotHand Lift

Truck

…

Manual

Staple Crane

Traversing Carriage

Bridge Crane

Portal Crane

Lift

Floor Storage

Shelving

Palets Racking

Bin Racking

Long Loads Racking

Drive-through Racking

Drive-in Racking

Satellite Racking

Flow Racking

Push-Back Racking

Mobile Racking

Carousel

…

Les briques techniques dans chaque partie d‘un process

METHODE

Le choix du bon niveau de mesure

Système

Strategies Choix de briques process

Process Intralogistiques …

Brique technologiqueConvoyeur à rouleaux AS/RS

AGVs …

Composant

Moteurs Matériaux

Capteurs & Actionneurs …

Composant

Système

Vers des modèles énergétiques pour les systems intralogistiques

Sous-système

Boîte à outils composants

Briqu

es

techn

ologiq

ues

Agré

gats

de

briqu

es

techn

ologiq

ues

Fiche

s pro

duits

co

nstru

cteur

s

…

…

…

Système

La structure des modèles énergétiques

Sous-système…

…

Stratégies opérationnelles paramètres opérationnels

Vitesse, accélération, géométrie…Paramètres techniquesi.e. Modélisation du physique

Structure de chaque sous-système indépendant

Conso par cycle

Statistiques de conso

Vue générale

Briqu

es

techn

ologiq

ues

Agré

gats

de

briqu

es

techn

ologiq

ues

Premières étapes – théoriques-

§ Pour chaque sous-système ( convoyeurs, AGVs, TKs,…)

Création d’un modèle

mathématiqueCollecte de paramètres techniques

Prise de mesures sur des systems

opérationnels

Discussion du Comité

d’Experts et Validation

Reco FEM

Exemple du convoyeur à rouleaux motorisé

Le modèle énergétique du convoyeur à rouleaux motorisés

Input

Output P, E

Masse, …

Model generation and validation process

§ Pour chaque sous-système ( convoyeurs, AGVs, TKs,…)

Création d’un modèle

mathématiqueCollecte de paramètres techniques

Prise de mesures sur des systems

opérationnels

Discussion du Comité

d’Experts et Validation

Reco FEM

Mesures de consommation énergétique sur des systèmes opérationnels

§  Scénario de test

0

5

10

15

20

25

30

35

00:00

:0000

:00,6

00:01

,200

:01,8

00:02

,400

:00:03

00:03

,600

:04,2

00:04

,800

:05,4

00:00

:0600

:06,6

00:07

,200

:07,8

00:08

,400

:00:09

00:09

,600

:10,2

00:10

,800

:11,4

00:00

:12

P[W

] (an

onym

ised

)

Time [h:m:s]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

59 60,239 61,479 62,718 63,958 65,197 and higher

Am

ount

of

mea

sure

men

ts

Energy [Ws]

Le travail du chercheur: mettre en cohérence le modèle et le réel

Système réelModèle deSimulation

Le cas du convoyeur à rouleaux à nouveau…

VideoQuel est l‘impact des frottements ?

Retour à une vue d‘ensemble: les différentes technologies à étudier

Transstockeur Transfert à

chaine

Convoyeur à rouleaux

Convoyeur à bande

Convoyeur à chaîne

Poste picking automatisé

Banderolleuse

Poste de picking

Chariots industriels

AGV

Pont roulant EMS

Shuttle

Table tournanteNavette

palette

Trieur

CarouselVertical Lift vertical

Fonctionnement discontinu

Fonctionnement continu

Postes de picking Stockeurs

Overview of material handling equipment

AS/RS Chain Transfe

rRoller

ConveyorBelt

ConveyorChain

Conveyor

Automated Order Picking

Station

Shrink wrap

Manual Order Picking Station

Industrial Trucks

AGV

Crane EMS

Shuttle System

Rotary TableTraversing

Carriage

Sorting System

Horizontal Lift System

Vertical Carousel

Lift Storage System

Unsteady Conveyors

Steady Conveyors Picking Station Dynamic

Racks

OBJECTIFS ET PERSPECTIVES

Les objectifs de l‘étude

Recommendation de méthodes de calcul et de mesure du besoin en énergie de systèmes intralogistiques

Identification de leviers d‘amélioration

„Software-Tool“ pour la prédiction du besoin en phase de conception

Recommendation de méthodes de calcul et de mesure du besoin en énergie de systèmes intralogistiques

Identification de leviers d‘amélioration

„Software-Tool“ pour la prédiction du besoin en phase de conception

Les objectifs de l‘étude

AS/RS

Convoyeur à Rouleaux Convoyeur

à Bande

Convoyeur à Chaîne

Shuttle

Trieur

Vue d‘ensemble

Divergence /

Convergence

Quels leviers d‘amélioration ?

Consommation d‘énergie

Génération d‘énergie

Design et production

Usage

Un exemple lié à l‘utilisation des technologies: optimisation du stockage

ABC fréquence

Prise en compte du poids

140Wh 150Wh 160Wh 170Wh 180Wh 190Wh 200Wh

Average Energ

Un exemple lié à l‘utilisation des technologies: optimisation du stockage

E/A L

140Wh 150Wh 160Wh 170Wh 180Wh 190Wh 200Wh

Average EnergE/A L

H

H

Lier un logiciel de simulation avec un modèle Matlab, pour prédire la consommation liée à une utilisation système et des stratégies

Perspective: la co-simulation entre Malab et Simulink

Et après… prédire le besoin

Source Sink

Module 1 Module 2 Module 2 Module 3

Modèle 1

Modèle 2Modèle 2 Modèle 3

tm(t)#mci(t)v(t)aci(t)%CM(t)%IM(t)…

PE

Interface

……

… …

……

for t = tn

ΣPtnΣEtn…

Une volonté commune

§  Être proactifs vis-à-vis de l’UE

§  Mutualiser des compétences très spécifiques§  Fournir des calculs et résultats raisonnables et compréhensibles pour les

participants

§  Permettre que des comparaisons biaisées ne soient pas possibles

§  Permettre aux logisticiens de prendre des decisions éduquées et cadrées.

§  Une approche sérieuse des besoins liés à de nouveaux systèmes

§  Et l’impact de cette modélisation dans les nouveaux développements produits

Et l’avenir…

predire le besoin en energie des systemes …

Documents