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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
Source: Swisslog 2013
Equipement de process
Equipement de stockage
Source: Swisslog 2013
Comment déterminer quel système est le plus efficace?
?
Source: Swisslog 2013
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*
RéceptionExpéditions
Deuxième scenario:éclatement puis stockage mini-load et expédition
Energie
~ 3,3 kWh*
RéceptionExpéditions
* Estimations sur la base d‘un layout théorique et de variables de simulation IFL, sans temps d‘attente
0 kWh2 kWh4 kWh6 kWh8 kWh
10 kWh12 kWh14 kWh
Pallet Single Bin
Stockage palette vs Stockage mini-load
…?
Palette Carton
* Estimations sur la base d‘un layout théorique et de variables de simulation IFL, sans temps d‘attente
Deuxième scenario:éclatement puis stockage mini-load et expédition
Energie
~ 3,3 kWh*
RéceptionExpéditions
* Estimations sur la base d‘un layout théorique et de variables de simulation IFL, sans temps d‘attente
Troisième scenario:éclatement puis stockage shuttle et expédition
Energie
~ 0,95 kWh* Lif
t
RéceptionExpéditions
* Estimations sur la base d‘un layout théorique et de variables de simulation IFL, sans temps d‘attente
0 kWh1 kWh1 kWh2 kWh2 kWh3 kWh3 kWh4 kWh
AS/RS Shuttles
Stockage mini-load vs stockage shuttle
* Estimations sur la base d‘un layout théorique et de variables de simulation IFL, sans temps d‘attente
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…