ネットゼロ道:テストラボエネルギー使用量削減する方法

概要

企業は、事業の脱炭素化とその成果の証明を求める圧力に晒されています。気候科学によると、地球の気温上昇を産業革命前と比較して1.5℃までに抑えるには、温室効果ガス (GHG) 排出量を2030年までに45%削減し、2050年までにネットゼロにする必要があります。1企業は、温室効果ガス排出量を削減するという積極的な目標を掲げて対応していますが、多くの企業はその目標を達成するためのペースを維持するのに苦労しています。2その一方で、より詳細な排出量の報告を企業に要求する投資家、顧客、さらには政治家3が増えています。この要件は、企業とそのサプライヤにとって、難しい測定上の課題を提示します。一般的な問題には、ビジネス機能間の調整、主要業績評価指標 (KPI) の合意、正確で包括的な測定システムの開発などがあります。

 

S&P 500社のうちの2/3は、何らかの排出削減目標を設定しており4、エネルギー削減目標を達成するためにはエンジニアリングテストラボが重要です。 テストおよび計測装置は大量のエネルギーを使用する可能性があり、テストラボの使用パターンは十分に理解されていないため、必要以上の電力を使用する可能性があります。エネルギーを節約する方法を学ぶことで、排出量の削減を促進し、光熱費を節約できます。

 

このホワイトペーパーは、テストラボのエネルギー効率を高め、テストおよび測定ソリューションを使用して主要な排出量レポートの課題に対処する方法を説明します。

内容

テストラボエネルギー使用量削減するため課題

最新のテストラボは、ハードウェアテストモジュールのラックを備えた小さなデータセンターのようなもので、エンジニアが解析やデータ駆動型の意思決定に使用するソフトウェアに接続されています。データセンターの場合と同様に、このプロセスは通常「目に見えない、気にもしない範囲で」温室効果ガス排出を発生させます。 これは、すべての技術製品にライフサイクルがあり、そのライフサイクルの各段階で温室効果ガス排出が発生するためです。製品の部品を作成するために原材料が地中から調達され、製品は製造、輸送され、耐用年数が終了するまで使用され、その後廃棄またはリサイクルされます。通常、使用段階は排出の大部分を占めます。

PXIシステムライフサイクル

NIは、10年以上の寿命を持つPXIシステムの2021年のライフサイクル解析5で、製品の温室効果ガス排出量の96%が使用段階で発生していることを明らかにしました。

 

図1: PXIの電力消費による環境への影響は、使用開始から6か月未満の場合、ライフサイクルの他のすべての段階で発生する影響と同等になる。

 

エネルギー使用量削減するため技術課題

テストラボでの製品使用に伴う排出量の削減は、使用していないすべてのシステムの電源を切ればいいという、簡単なものではありません。これは、次のようないくつかの理由により、より複雑な作業になります。

  • テストラボは、それぞれ独自の使用パターンとエネルギー出力を持つ多くの異なるタイプのシステムが存在する異種環境です。
  • テストシステムがいつ使用されているかを判断するのは、テスト装置を直接使用していないバックグラウンドタスクが実行されている場合や、テスト装置が最小限のCPU使用率で実行されている可能性があるため、困難な場合があります。
  • グローバルチームは同じテストシステムを共有することが多いため、チームメンバーが異なるタイムゾーンでログオンする間、24時間態勢で使用されています。
  • 不適切なタイミングでシャットダウンすると、重要な作業が失われる可能性があります。
  • 多くのテストおよび計測器では、装置が性能仕様を満たすために、特定のウォームアップ時間が必要です。

エネルギー使用量削減するため組織課題

さらに、会社のテストチームは、排出目標の設定を担当する持続可能性チームやエネルギー効率対策の実装と光熱費の支払いを担当する施設チームから独立している可能性があります。そのため、テストチームは自分たちの取り組みがどのように影響するかを認識していない可能性があります。また、どのチームがエネルギー効率化対策を実行するための予算と意思決定権限を持っているか不明な場合もあります。

従来ソリューション欠点

テストラボのマネージャーが最初に検討する省エネ対策の1つは、よりエネルギー効率の高い製品を使用することです。NIのPXI製品は、消費電力が最適化された市販のPCコンポーネントとテクノロジを多用しているため、すでに非常に効率的です。そのため、マネージャーはより効率的に使用することに注力する必要があります。

企業施設のエネルギー効率を改善する従来のアプローチでは、施設全体のエネルギー使用量を計算し、営業時間外に機器の電源をオフにすることでどれだけ節約できるかを判断し、スマートシャットオフ技術を導入するか、チームのためにシャットダウン手順を策定する必要がありました。マネージャーは、施設の一部の作業をオフピーク時間にスケジュールすることを検討することもできます。これにより、全体的なエネルギー使用量は削減されませんが、一部の領域では光熱費を削減できる可能性があります。

多様技術複雑解析必要なる

テストラボは非常に多様なテクノロジ環境であり、システムは異なるスケジュールで重要な作業を実行するため、各システムを個別に監査および解析する必要があります。テストラボのマネージャーは、次のような質問に答える必要があります。

  • 最も電力を消費しているシステムはどれですか。
  • 各システムは何時間稼働していますか。
  • 各システムは、誰がどのように使用していますか。
  • そのまま実行する必要があるシステムはどれですか。使用しないときに電源をオフにしてもよいシステムはどれですか。
  • シャットダウンのタイミングを間違えると、どのようなリスクがありますか。
  • シャットダウン手順はどのように実装しますか。
  • ピーク時以外の時間帯により多くのワークロードをスケジュールすることは可能ですか。
  • 省エネをどのように追跡しますか。

手動解析煩雑ある

特にテストステーションの使用状況データは変動しやすく、傾向を特定するために十分な期間にわたって収集する必要があるため、このような解析を手動で行うことは、煩雑で時間がかかります。

他のグローバルチームメンバーがリモートで一部のシステムにアクセスする必要がある場合があり、シャットダウンのタイミングが悪いと重要な作業を失う可能性があるため、ラボ全体での装置の自動シャットダウンは通常実現不可能です。一部のテストシステムでは、電源投入後のウォームアップまたは再キャリブレーションに最大1~2時間かかる場合があり、チームはこの起動時間も考慮する必要があります。

また、シャットダウンプロトコルに従うことをチームメンバーに頼ることには、いくつかの課題があります。マネージャーは、さまざまなシステムに連絡先を割り当て、グローバルな共同作業を中断せずに電源をオフにする理由、時間、方法を教育する必要があります。

よりアプローチ: 省エネ自動化

テストラボのマネージャーは、どのように少ない労力、高い確度で、ラボの技術関連のエネルギー使用量と排出量を削減できますか。このソリューションは、テストおよび測定テクノロジ自体の範囲内ですぐに利用できます。これらのテクノロジを使用して省エネの課題に対処することで、マネージャーは次のプロセスを自動化できます。

  • 各システムとラボ全体のエネルギー使用量を測定する
  • エネルギー使用量の傾向を特定し、節減またはワークロードスケジューリングの最大の機会を特定する
  • システムを使用していないときにシャットダウンするため、および/またはワークロードのスケジューリングと負荷調整のためのプロトコルを自動化する
  • エネルギー使用 (ピーク時および全体) の削減量を追跡する

エネルギー使用量測定する

一部のテクノロジ製品には、エネルギー使用量を測定する機能が組み込まれています。ただし、これはラボ内のすべての製品に当てはまるわけではありません。機能が組み込まれていないシステムの場合、テストラボのマネージャーがテクノロジシステムの自動測定を設定する最も簡単な方法は、外部の測定ハードウェアをラボ内のデバイスに接続することです。

次のステップは、測定ハードウェアからエネルギー使用量データを継続的に収集および解析するソフトウェアプログラムを設定します。追跡に役立つ指標は、全体的なエネルギー消費量、ユーザの習慣、使用時間、システム固有のエネルギー使用量などがあります。マネージャーは、傾向が明らかになるまでこれらの指標を追跡する必要があります。

省エネ機会特定する

測定ソフトウェアを使用すると、テストマネージャーはエネルギー使用量をチームのニーズにマッピングし、節約とコスト削減の機会を示すラボの完全な解析を行うことができます。最適な機会を特定する際に、マネージャーが注目すべき「スイートスポット」は、多くの電力を消費し、不必要にアイドル状態になっているシステムです。さらに、マネージャーは、機器の使用率を最適化しながら、ピーク時エネルギーコストを回避する方法でワークロードをスケジュールする機会を探すことができます。

省エネ自動化する

省エネ対策を決定したら、その対策を実行するための最も高度な方法は、使用していないシステムを自動的にシャットダウンするように設定することです。ここでのオプションには、単純な電源オン/オフスケジュールの設定やリモート電源制御の有効化が含まれます。将来的には、会社は高度な解析を使用して使用パターンを調査し、テストの実行およびシステムの電源を切断するタイミングを推奨する方法、これらの動作を自動化する人工知能の導入も検討する可能性があります。

削減追跡する

継続的な省エネ対策の評価は、企業の持続可能性レポートに情報を提供し、企業全体にさらなる対策を提案するために重要です。テストマネージャーは、初期測定に使用したのと同じソフトウェアを使用して、継続的な使用状況を追跡できます。

ユーザ事例:NIにおける省エネ活動

テストケースとしてテストラボ

NIは、2030年までに気候中立な企業になることを目標としています。6この目標を達成するには、全社的な改革を進めると同時に、各拠点でより小さな削減の機会を見つける「エネルギー宝探し」の手法をとる必要があります。NIの研究開発チームと施設チームの協力により、NIのエネルギー使用量の4%がNI製品の開発テストに使用される社内テストラボに由来していることがわかりました7。これにより、ラボは管理可能でありながら、効果的な削減キャンペーンの理想的な対象となりました。

測定ソリューション:Smart PDU + SystemLink™ソフトウェア

NIのR&Dチームは、151のPXI(e) システムを始めとする数百のテストシステムを所有するオースチンの研究所の1つで使用されるエネルギーを解析することにしました。NIのPXIe-1095、PXIe-1092、PXIe-1084シャーシには、クラス最高のエネルギー測定機能が内蔵されています。これらの機能を補完するために、ラボのすべての機器をスマート配電ユニットに接続しました。

電力を監視するためにチームはSystemLinkを使用し、自動テストシステム、データ収集、レポートを中央の場所から管理し、製品中心の分析を使用して実用的な洞察を得ることができます。この調査中に、NIは電力の監視と制御を改善するために、PXIファームウェアとアプリケーションソフトウェアにいくつかの変更を加えたプロトタイプを作成しました。

省エネ可能性定量する

NIのチームは、多くのシステムが24時間365日必要であるか、使用されていないときにすでにシャットダウンされている一方で、ほとんどのシステムは待機中も電源がオンのままであることを発見しました。チームはオースチンの結果を、ハンガリーのデブレツェンとマレーシアのペナンにあるNIの研究所にも適用しました。

待機中に適切なテストシステムの電源をオフにすることで、NIでは毎年次のような省エネが可能だと考えられました8

  • 購入電力561,600 KWh (NI合計の1%)
  • 389メートルトンのCO2e (1年間の従業員の車89台分に相当)

 

NIテストラボシステムの使用と電力パターン

図2: NIテストラボシステムの使用と電力パターン

排出削減拡大

この解析結果を利用して、NIのラボチームは、次のセクションで説明するテクノロジを使用して、PXIシステムの自動シャットダウンと再起動の実装を開始し、電気使用量の削減、CO2排出量の削減、長期的な経済的節約が実現しました。

電力最適化NIテクノロジ使用する

NIは、最初に自社のラボでエネルギー効率の取り組みを実装することで、ラボ機器の電力使用量の測定と電源状態の制御を自動化するために、どの製品の機能と技術が最も役立つかを解析することができました。また、将来的にNIが製品に追加する可能性のある機能を知らせ、この機能をより簡単で強力なものにするにも役立ちました。

現在機能

お客様が最初に直面する課題は、テストシステムの電力使用量を経時的に測定することです。NI PXIe-1095、PXIe-1092、PXIe-1084シャーシには、電力使用量を直接レポートする機能が組み込まれています。ただし、すべての計測器にこの機能があるわけではないため、すべての製品の測定を統一するには、すべての機器をスマート配電ユニットに接続するというNIのアプローチを反映できます。

SystemLinkは拡張可能であるため、カスタムクライアントPythonスクリプトとJupyter Notebookを作成できます。NIチームは、これらの機能を使用していくつかのエネルギーダッシュボードを作成しました。


図3: NIハードウェア、SystemLink、Pythonコード、Jupyter Notebookで作成されたエネルギーダッシュボード

測定後の次のステップは、PXI計測器の電源オフと電源オンを自動化することです。PXIコントローラは一般的なオペレーティングシステムを実行するため、標準プロトコルを使用してシステムをリモートからシャットダウンできます。再度オンにするのは、より困難な作業です。PXIシャーシは、多くの標準PCと同様ですが、ほとんどのテストおよび測定ボックス計測器とは異なり、電力が供給されると自動的に電源がオンになります。NIチームと同様に、他のユーザも、スマートPDUの機能を使用して、適切なタイミングで電力を供給し、システムを再度オンにすることができます。PXIエコシステムには、システムのニーズに応じて、Wake-on-LANや、ほとんどのシャーシで外部デバイスによる電源制御を可能にする配線された電源制御信号など、テストシステムをリモートで電源オンするための多くのオプションがあります。

NI提携

NIのお客様は、SystemLinkとNIハードウェアを使用して、無駄な電力を測定し、消費電力を最適化し、コストを削減し、企業の持続可能性目標を達成することができます。また、NIおよびNI以外の機器の両方でこのプロセスをより簡単に監視する方法を引き続き検討しています。NIと提携することで、お客様は排出削減への取り組みを共有するサプライヤと協力することができます。

SystemLinkを使用して消費電力を最適化し、環境への影響を最小限に抑える方法については、NIまでお問い合わせください。また、弊社に期待するエネルギー効率化ソリューションやサービスについてのご意見もお待ちしております。

参考資料