Impactul maşinilor “pick & place” asupra mediului

23 IULIE 2009

Totuşi, companiile producătoare de electronice care aderă la ISO 14000 şi la alte standarde de mediu trebuie să raporteze consumul energetic şi să încerce să-şi micşoreze efectele. Pentru un producător de electronice, cel mai importante pentru mediu sunt materialele care trec prin procesul de producţie. De exemplu: circuitele telefoanelor mobile şi afişajele pot conţine compuşi toxici ca arsenic, beriliu, cadmiu, cupru şi plumb. Carcasele plastice ale telefoanelor mobile au fost de asemenea tratate cu substanţe ignifuge pe bază de brom. Energia consumată de liniile de producţie este ea însăşi semnificativă, deoarece maşinile pot lucra 24 de ore pe zi.
Cei doi cei mai mari consumatori de energie sunt echipamentele de lipire şi maşinile Pick & Place. Lipirea este un proces cu energie ridicată, dar profilul de temperatură al băii de lipire este determinat strict de cerinţele procesului. Consumul energetic este astfel în mare măsură determinat de punctul de topire al pastei de lipit, capacitatea de căldură (lungimea cuptorului şi numărul legat de zone de temperatură) şi calitatea izolaţiilor. Atât pentru cuptorul de lipire cât şi pentru echipamentul Pick & Place, în mare parte problema se rezumă la calitatea proiectării echipamentului. Iar pentru ambele, căldura pe care o eliberează echipamentul în fabrică trebuie să fie eliminată în mod normal de echipamentul de aer condiţionat – astfel că un consum energetic mai mic aduce o dublă economie.
Compararea efectelor asupra mediului necesită metode standardizate de măsurare. În Europa, EuP acoperă cerinţele de eco-design pentru echipamentele electrocasnice, şi necesită o măsurare a consecinţelor asupra mediului. O metodă larg acceptată de a investiga impactului asupra mediului al produselor este “Eco Indicator 99”. Acesta utilizează LCA (Life Cycle Assessment – Evaluarea Ciclului de Viaţă), atribuind “Eco puncte” pentru a estima daunele totale asupra mediului pe care le vor provoca produsele pe tot parcursul vieţii acestora. Pentru echipamentul Pick & Place acesta însumează producţia, transportul, instalarea, utilizarea şi înlăturarea echipamentului. Majoritatea oţelului, aluminiului, cuprului şi maselor plastice utilizate în timpul producţiei pot fi reciclate. Astfel rămâne vorba doar de transport, instalare şi utilizare.
Deoarece maşinile Pick & Place au o viaţă de şapte ani sau chiar mai mult, cele mai semnificative efecte vin de la consumul de energie de pe parcursul vieţii maşinii. Acest lucru este în special important în ţări cum este China, unde cererea de energie creşte mai repede decât capacitatea centralelor electrice. Deficitul frecvent de energie (30-35 GW pe an!) a convins ţara să construiască mai multe centrale electrice pe bază de cărbuni. Cărbunele este deja cea mai importantă sursă a poluării mediului şi calitatea termică a cărbunelui chinezesc se înrăutăţeşte. Acest lucru face ca randamentul energetic să fie şi mai important.
Ca parte a angajamentului său în legătură cu mediul, EcoVision IV al Phillips angajează compania la o îmbunătăţire a randamentului energetic de 25% până în anul 2012 în comparaţie cu nivelul din 2007. Efortul se realizează pretutindeni în companie, iar ca parte a acesteia, Assembléon a studiat efectele echipamentului Pick & Place. Calculele conform metodei “Eco-Indicator 99” au arătat că impactul major al maşinilor Pick & Place este energia electrică pe care o folosesc. Aceasta ajunge la alimentarea motoarelor şi dispozitivelor de control, pentru alimentarea cu aer comprimat, iluminarea şi aerul condiţionat pentru ocuparea spaţiului la etajul din fabrică, şi pentru a furniza puterea necesară pentru staţiile de re-prelucrare.

LCA (Life Cycle Assessment) şi Eco-puncte
Toate produsele vor afecta mediul într-o anumită măsură. Materialele brute trebuie să fie extrase şi produsul trebuie să fie prelucrat, împachetat şi distribuit. În timpul utilizării, produsele pot consuma energie şi/sau materiale.
În cele din urmă, acestea trebuie să fie înlăturate. Micşorarea efectelor asupra mediului trebuie să înceapă de la o evaluare a efectelor, care necesită studierea întregului ciclu de viaţă (Life Cycle Assessment, LCA).
În anii ’90, un grup de cercetători danezi, olandezi şi elveţieni au dezvoltat metoda Eco-Indicator 99 pentru a calcula impactul produselor asupra mediului. Această metodă a fost prima dată adoptată de ministerul olandez al mediului (VROM) pentru evaluarea impactului asupra mediului al noilor modele de produse, şi mai târziu a devenit ISO 14042. Acesta oferă o cale excelentă de a calcula impactul asupra mediului a maşinii P&P pe perioada vieţii acesteia.
Eco-Indicator 99 are trei etape. Prima dată se face un inventar al tuturor fluxurilor de la şi înspre toate procesele din ciclul de viaţă al produsului (“arborele LCA”). Apoi, acesta calculează pagubele acestor fluxuri în termeni de “Eco-puncte” pentru trei mari categorii. Şi, în al treilea rând, datele normalizate sunt multiplicate cu o pondere şi însumate pentru fiecare categorie pentru a oferi scorul final de Eco-puncte: 1000 de Eco-puncte este impactul unui cetăţean obişnuit pentru un an.

Efectele pe durata vieţii pentru maşinile Pick & Place
Arborele LCA simplificat din Figura 1 prezintă cel mai semnificativ material şi fluxul de energie pe perioada ciclului de viaţă al maşinii Pick & Place.
În timpul producţiei, cele mai mare impacturi asupra mediului provin de la marele consumator de energie – oţelul, care este principalul conţinut al materialelor. Transportul maşinilor pe drumuri şi (în special) prin aer este de asemenea semnificativ. Principalul impact asupra mediului în timpul utilizării este energia – în mare parte energie electrică pentru alimentarea şi aerul comprimat/vacuum – pentru alimentarea maşinii Pick & Place. Acesta include de asemenea energia electrică pentru aerul condiţionat al volumului de aer din jurul maşinii Pick & Place. Pentru a ajuta la calculul aerului condiţionat necesar fabricii, Assembléon a considerat maşina Pick & Place ca fiind înconjurată de o cutie virtuală. Dimensiunile sunt date de lungimea maşinii, lăţimea acesteia (plus 1m în fiecare parte pentru manipularea de către operator) şi un tavan al halei fabricii la 4m înălţime.
Deşi consumul de energie este principalul efect în timpul funcţionării, chiar şi benzile reziduale de la ambalarea componentelor vor avea impactul lor asupra mediului, redus de alimentarea în masă.
În timpul înlăturării, la sfârşitul vieţii maşinii aceasta este dezmembrată în materiale care pot fi reciclate, restul ducându-se la groapa de deşeuri.
Calculând Eco-punctele
Pasul următor este calcularea modelului de daune pentru aceste fluxuri. Există trei “categorii de daune” (Figura 2).
La Resurse sunt incluse energia suplimentară necesară în viitor pentru a extrage resurse minerale şi fosile (de calitate mai joasă). Calitatea Ecosistemului include efectul asupra diversităţii speciilor al factorilor ca eco-toxicitate, acidificare, eutroficare, schimbări de climat, micşorarea stratului de ozon şi utilizarea pământului. Efectul asupra Sănătăţii Umane include numărul şi durata oricărui efect cancerigen asociat sau boli respiratorii şi numărul de ani din viaţă pierduţi datorită morţii premature datorită cauzelor de mediu.

Clasificarea efectelor
Impactul asupra celor trei categorii diferite de impact (sănătate umană, resurse şi ecosistem) trebuie acum clasificat.
Evaluarea efectelor reale ale fiecărui factor individual nu este practică (cifre complete şi consistente pur şi simplu nu sunt disponibile). Acest lucru înseamnă că în esenţă clasificarea este un proces subiectiv. În Elveţia, cercetătorul Dr. Hofstetter a investigat acest lucru prin intermediul unui sondaj cu 65 de respondenţi. Metoda “triunghi” a acestuia, dezvoltată în 1999, este una dintre cele mai populare pentru evaluarea efectelor asupra mediului. Sănătatea umană a fost considerată ca fiind cea mai importantă valoare de peste 84% din toţi respondenţii (Figura 3). Sănătatea ecosistemului a fost a doua ca importanţă, iar conservarea resurselor umane pe locul trei.
Acest lucru a dat o pondere a impactului asupra mediului pentru fiecare dintre efectele maşinilor, cu o pondere de 40% atât pentru categoriile “sănătate umană” şi “calitatea ecosistemului” şi o pondere de 20% pentru categoria “resurse”. Factorii includ efectele de “amonte” cum sunt poluarea emisă de centralele electrice şi producătorii de oţel şi mase plastice. Cel mai important a fost consumul energetic.
Rezultatele vor depinde puternic de felul în care energia este furnizată la fabrică. Contribuţia surselor regenerabile ar fi foarte mică, în timp ce aceea de la combustibili fosili este mult mai mare şi domină efectele de la maşină.
Cu atât de multă producţie localizată în China, cifrele au fost calculate pentru centralele electrice alimentate cu cărbuni în “cazul cel mai rău”. Acesta include emisiile de gaz cu efect de seră (CO2, NOx şi SO2) şi emisiile reziduale (U, Th şi Hg). Efectele majore ale consumului de energie sunt problemele respiratorii datorate substanţelor organice, urmate de schimbările de climă, substanţe cancerigene şi combustibili fosili.

Ce poate face un producător
Ca parte a obligaţilor sale ca fiind companie Philips, Assembléon şi-a îmbunătăţit gama existentă şi performanţa de mediu a fost inclusă în specificaţiile Seriei A când aceasta a fost introdusă în 2003. Consumul energetic – aici ca şi pretutindeni – este de fapt o bună măsură a calităţii şi randamentului a maşinii per total.
Producţia ridicată a unei maşini îmbunătăţeşte toţi aceşti factori de mediu prin divizarea efectelor peste mai multe plăci. Assembléon a mărit de două ori acest lucru pentru maşinile sale, crescând producţia reală a AX-501 la 148 kcomponente/oră cu simplă îmbunătăţire de software. Acest lucru poate însemna de asemenea, de exemplu, că doar o singură maşină este necesară în locul a două.
Maşinile Assembléon au fost de asemenea reproiectate pentru a reduce masa (3200 kg pentru AX-501) pentru transport uşor. Acestea utilizează motoare cu randament energetic ridicat cu controlere recuperatoare de energie şi mase în mişcare & fricţiune reduse (îmbunătăţind de asemenea fiabilitatea şi calitatea). Consumul de aer comprimat a fost redus, iar un mod pentru economisirea energiei elimină scurgerile inutile de energie.
Suprafaţa maşinii (3720 mm x 2285 mm) a fost micşorată pentru a plasa cea mai mică povară pe funcţionalităţile cum sunt aerul condiţionat şi iluminarea pe m2 al spaţiului clădirii. Consumul energetic (de electricitate şi aer) a fost redus, împreună cu nevoia pentru consumabile, cum sunt lubrifianţii.
Chiar şi factorii cum sunt proiectarea modulară extind timpul de viaţă al echipamentului, astfel întârziind înlăturarea. Pregătirea offline a programelor înseamnă utilizarea de mai puţine echipamente redundante. La fel şi producţia ridicată – înseamnă că mai puţine componente sunt montate greşit. Iar acest lucru înseamnă mai puţină re-prelucrare, ceea ce este des neglijată ca o sursă de pierderi, dar care de fapt reprezintă pierderea totală a energiei şi resurselor folosite la aceasta.
Proiectarea bună micşorează de asemenea pierderile când echipamentul este înlăturat. Majoritatea materialelor (>99% din masa maşinii) a unei AX0501 pot fi refolosite.

Un exemplu: evaluarea unei asamblări PCB (telecom)
Contribuţia de la 0 la 100% pentru fiecare factor de influenţă arată clar că placa de trasee imprimate (printed wiring board – PWB) are cea mai importantă influenţă (în medie în jur de 50%), în timp ce pasta de lipire şi procesarea STM sunt mai puţin influente.
Consumul energetic pentru pasta de lipire fără plumb este substanţial mai mare decât pentru pasta de lipit cu Sn-Pb în principal deoarece punctul de topire al pastei de lipit fără plumb este mai ridicat (tipic: >215°C faţă de >183°C pentru cele cu Sn-Pb). Pastele de lipit fără plumb sunt, totuşi, mult mai puţin toxice decât cele cu Sn-Pb.
Re-prelucrarea este în special o operaţie cu pierderi, iar AX-501 reduce acest lucru “de la sursă”, utilizând plasarea în paralel. Plasarea în paralel are un DPMO (defects per million opportunities) tipic de mai puţin de 10, în timp ce alte maşini utilizează plasarea secvenţială – care are un DPMO tipic de 50. Această diferenţă “tipică” a unui DPMO de 10 în loc de 50 oferă o diferenţă în FPY (First Pass Yield) de peste 20%. Evitarea re-prelucrării reduce utilizarea pastei de lipire (de la 14,5 kg într-o perioadă de 7 ani până la 3,5 kg) şi reduce energia pentru lipirea prin recristalizare. Mai important, acesta reprezintă trei staţii de re-prelucrare mai puţin (care consumă fiecare 2,5kW) pe linie faţă de maşinile P&P secvenţiale pentru o aplicaţie “normală”.

O Etichetă Energetică pentru maşinile Pick & Place
Datorită importanţei covârşitoare a consumului de energie pentru efectele asupra mediului, Assembléon propune o etichetă energetică pentru maşinile Pick & Place. Cerinţele EuP s-au concentrat până acum pe pieţele electrocasnicelor, dar produsele industriale sunt de asemenea importante. Aici, departamentele R&D pot avea cele mai puternice efecte asupra viitoarelor impacturi asupra mediului ale produselor pe care acestea se proiectează. Efectele acestora în aval pot fi distribuite pe milioane de produse.
Metoda Assembléon se ghidează pe EuP. Acesta acoperă cerinţele de eco-proiectare pentru proiectarea şi dezvoltarea unor produse care consumă resurse naturale si energetice semnificative. Deşi Assembléon a comparat şase maşini Pick & Place utilizând “Eco-Indicator 99”, ISO 14042 nu permite utilizarea doar a acestei metode pentru a compara diferite produse. Calculele sugerează totuşi importanţa unei etichete energetice pentru maşinile Pick & Place.
Etichetele energetice însele sunt simple, iar directivele EuP propun etichete cu de la 6 la 9 clase. Consumul “mediu” de energie pentru toate produsele disponibile este stabilit la “100”. Dacă consumul energetic al unui produs anume este, de exemplu, 55% sau sub “medie” atunci acesta este clasificat ca fiind de “clasă A” (Figura 7).
Assembléon îşi ajută de asemenea clienţii pentru a se asigura că maşinile continuă să lucreze la performanţe şi randamente de top. Programul APS (Assembléon Performance Solutions) evaluează fabricile de asamblare SMT – inclusiv echipamentele de la alţi producători în afara Assembléon – împotriva liniilor de producţie de top din lume. O abordare în cinci paşi îmbunătăţeşte apoi ieşirea, calitatea şi productivitatea, timpul de funcţionare şi randamentul. Acesta ajută la asigurarea că liniile continuă să lucreze eficient pe întreaga viaţă a maşinii.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

  • Folosim datele dumneavoastră cu caracter personal NUMAI pentru a răspunde comentariilor/solicitărilor dumneavoastră.
  • Pentru a primi raspunsuri adecvate solicitărilor dumneavoastră, este posibil să transferăm adresa de email și numele dumneavoastră către autorul articolului.
  • Pentru mai multe informații privind politica noastră de confidențialitate și de prelucrare a datelor cu caracter personal, accesați link-ul Politica de prelucrare a datelor (GDPR) si Cookie-uri.
  • Dacă aveți întrebări sau nelămuriri cu privire la modul în care noi prelucrăm datele dumneavoastră cu caracter personal, puteți contacta responsabilul nostru cu protecția datelor la adresa de email: gdpr@esp2000.ro
  • Abonați-vă la newsletter-ul revistei noastre