這種機器的數位化改造可以擴展到大部分規模的氣動操作，作業員從氣動和其他機器元件中捕捉和處理數據，以釋放可操作的節能洞察力。將智慧氣動系統的原始數據轉化為可操作的數據是降低能源成本的關鍵，更不用說減少停機時間，加快循環時間和提高整體生產力。氣動系統可能耗費大量能源，用一個數字來表示，製造廠通常僅由於洩漏就會損失30%的壓縮空氣，浪費的能源會導致機器停機，並增加能源成本。
壓縮空氣在整個工業設施中被用來幫助操作機器和流程，因此它的普遍性使得它對降低年度能源成本至關重要。事實上，根據設備的規模和性質，工廠機械的壓縮空氣流量的改善，即使只有幾個百分點，也意味著每月節省數萬美元的能源成本，而此可以轉化為節省數十萬磅的二氧化碳(CO2)排放，透過使用軟體監控和通知解決方案等智慧氣動系統來檢測洩漏，製造商通常可以將壓縮空氣的能源支出減少10%至20%，並將二氧化碳排放量減少10%。
然而，對於許多製造商來說，這種轉型仍然是一個目標，而不是一個現實，雖然他們可能承認好處，但超過70%的製造商缺乏數據分析計劃和明確的成功藍圖。工業物聯網(IIoT)和其他技術被認為過於複雜、成本高，實施起來費時費力。
但事實上，製造商可以投資於即插即用的智慧氣動解決方案，將安裝時間和成本降到最低。製造商可以透過仔細研究這些智慧氣動系統如何在發生洩漏和損失的地方節省能源，以邁出數位化轉型的第一步。
工廠可以通過數位化轉型，以兩種主要方案改善壓縮空氣的能源節約。
檢測壓縮空氣的洩漏
洩漏是廠商在氣動系統中損失能量最明顯的方式，一般而言，洩漏導致廠商每年損失約35%的壓縮空氣，當氣動系統元件受到磨損時，就會發生洩漏，並隨著時間的推移而增加。洩漏越大，能量損失就越大，亦將導致能源浪費、更大的碳足跡和更高的運營成本。一些廠商每年在每台機器上的損失可能超過50,000美元之譜。
除了能源損失外，壓縮空氣洩漏會導致機械中的系統壓力波動，影響設備效率甚至生產。因此，機器可能不得不更加努力地工作以進行補償，這種不必要的循環不但增加的運行時間，同時也提高能源成本，影響所及將減少設備的使用壽命並增加維護成本。而為了檢測和定位壓縮空氣的洩漏，可請技術人員用超音波設備進行檢測；但是，在這些定期與臨時的檢測之間的時間裡，洩漏往往會出現、持續和增加。
另一方面，智慧氣動系統(圖1)則持續監測氣流，一些感測器可以收集並提供關於流量的即時訊息，同時還能捕捉到進氣管道中的壓力和溫度數據，實現對運作參數的高階診斷。這些解決方案通常可以透過使用邊緣閘道器改裝到現有機器上，全天候的軟體監測可以即時地檢測出洩漏，該軟體可以識別出有問題的機器，並直接向維護人員發送通知警報，以便進一步調查。透過近乎即時地檢測洩漏，智慧氣動系統可以將壓縮空氣的能源支出降低10~20%，將工廠的二氧化碳排放量降低10%。提前解決壓縮空氣洩漏問題還可以減少計劃內(用於檢測每台機器的空氣洩漏的時間)和計劃外的停機時間，並提高整體設備效率(OEE)。
優化壓力/流量最佳比例
當涉及到空氣壓力和氣流之間的關係時，一些製造商可能沒有掌握全部情況，這意味著他們實際上可能不知道其製造過程中壓縮空氣的最佳消耗點。他們的工業機器中的空氣壓力可能比需要的高，當設備消耗的壓縮空氣超過需要時，它就會消耗更多的能源，而提高能源成本和二氧化碳排放量。
智慧感測器(圖2)加上邊緣運算設備可以收集有關氣壓和氣流的數據，透過氣動系統的邊緣分析，工廠可以更清楚地了解空氣壓力和流量之間的關係，通過降低其氣動系統的整體壓力，可以將氣流減少到一定程度，同時保持相同的氣缸週期時間。
找到壓力和流量之間的最佳比例可以使壓縮空氣的消耗和能源成本減少10~20%，以及二氧化碳排放量減少10%，而不影響生產。這使製造商能夠在生產中保持目前的周期時間，但能源消耗、成本和二氧化碳排放更低。
利用即時資料節能減排
使用智慧氣動系統來檢測洩漏和監測空氣消耗，廠商可以節省大量的能源，製造商可以與他們的自動化夥伴合作，從對他們的情況、預算和重點領域開始。
例如，一家汽車產業的全球性生產商最近在其數位化轉型中採取了措施，重點關注通過壓縮空氣洩漏和空氣消耗而損失的能源。該公司希望透過在現有生產線上使用支持IIoT的能源管理工具來減少能源消耗。
像大多數老舊系統應用一樣，這條生產線包括來自不同供應商的各種遺留設備，一個電源、乙太網總線耦合器、電能表(每個電路一個)和IO-Link(包括八個可用於感測器的接口)組成了每個電錶箱。電流互感器位於電錶箱內部或外部，這些模組都必須直立安裝以保證空氣流通，使這種設置更加複雜的是，可以使用的乙太網連接埠數量有限，如果要擴展，需要大量的投資。
為了滿足這種複雜設置的需要，艾默生推薦了其AVENTICS系列AF2感測器，這是一種易於使用的氣流感測器(圖3)，可以測量流量、壓力和溫度並監測氣動系統的空氣消耗。AF2有幾個特點，首先，該款感測器很容易組裝，可以安裝在現有機器和氣動系統上；第二，AF2有IO-Link和乙太網通訊選項。該感測器很容易整合到空氣製備裝置中，並為製造商提供了作為獨立版本操作的選擇。AF2有一個彩色的、可旋轉的LED螢幕，提供清晰的回覆，當它檢測到洩漏時，會向用戶發送通知警報，以便採取行動，這個支援IIoT的設備使該公司能夠投資於節能，同時將安裝時間和成本降低。
在選擇了感測器後，艾默生幫助該公司臨時連接AVENTICS智慧氣動分析儀(SPA)到一台機器上，監測和測量生產線使用的能量。SPA提供氣動系統分析，記錄、分析和可視化生產線在生產過程中的空氣消耗，團隊能夠讀取即時空氣消耗量，SPA以規範升/分鐘(Nl/min)顯示，同時顯示平均值和最大值，以快速識別趨勢和異常情況。
從SPA收集的數據幫助該公司決定艾默生的PACSystems RXi2-BP邊緣運算設備(圖4)是否值得投資。簡單地說，邊緣運算設備可以解釋和顯示所有傳入的AF2感測器數據，利用數學算法，它將數據數位化，然後將其轉化為直接的、用戶友好的訊息，這些訊息被記錄下來並顯示在一個即時的、基於網路的儀表板上，為用戶提供更多的能源洞察力，而不需要額外的軟體。數據顯示，邊緣運算設備確實能幫助該公司節約能源及其相關成本，因此該公司決定進行投資。
邁向數位化轉型之路
在所有產業中，能源管理仍然是工業設施的首要任務，隨著對能源消耗和碳排放的關注，監測氣動系統中的壓縮空氣是減少排放和降低能源成本的關鍵機會，當機器沒有被監控時，它們的能源消耗也是如此。洩漏和損失可能不斷成長，本來可以早期解決的問題會惡化成後期的品質問題，大量的能源被浪費掉。
然而，開啟壓縮空氣節能的數位化轉型之路，對每個人來說都是不同的。與任何轉型一樣，數位化轉型是一個以自己的速度展開的過程，取決於工廠的獨特情況。要成功地開始透過數位化轉型節約能源，重要的是與了解智慧氣動技術和流體動力應用的自動化專家合作。當獲得正確的專家、知識和工具時，就可以實現壓縮空氣節能和數位化轉型的目標。
(本文作者為艾默生台灣業務經理)
