Interdisziplinäre Forschung zur Energieoptimierung in Fertigungsbetrieben

Projektbeschreibung

In der Produktionstechnik war über Jahrzehnte hinweg die Steigerung der Produktivität das oberste Ziel. Aufbauend auf dem Kyoto-Protokoll von 1997 werden in der EU-Richtlinie 2006/32/EG nachhaltige Verbesserungen der Energieeffizienz in der Fertigung gefordert. Der dadurch entstandene Druck der Öffentlichkeit z.B. den CO2 Ausstoß und den Energieverbrauch zu minimieren, hat sich die Thematik der Energieeffizienz ebenfalls in diesem Bereich etabliert. Einige Optimierungsansätze (z.B.: Einsatz von umweltverträglichen Materialien, Reduktion des Energieverbrauchs, Minimierung der Herstellungskosten, Verkürzung der Wertschöpfungskette, Reduktion der Betriebsmittel, Reduktion des Maschinen- und Werkzeugverschleißes oder Design von Produktionshallen) waren Grundlage von vielen Forschungsprojekten und sind mittlerweile Stand der Technik in vielen Produktionen im Bereich der spanenden Fertigung. Das Projekt baut auf diese Kenntnisse auf und schafft durch das breitgefächerte Wissen der teilnehmenden Institute und durch den Zusammenschluss von Industriepartnern aus unterschiedlichen Branchen (z.B.: Energietechnik, Werkzeugmaschinenbau, Automation, Produktionstechnik,…) ein interdisziplinäres Forschungsfeld. Die detaillierte Betrachtung und die Vernetzung der verschiedenen Ergebnisse sind wichtig für ein ganzheitliches Konzept. Das Projekt besteht aus fünf Hauptphasen (Analyse, Modellierung, gekoppelte Modellierung, Optimierung und Umsetzung), die in den Arbeitspaketen definiert sind und sich mit der spanenden Industrie auseinandersetzen. Es sollen über diese Phasen energieeffiziente Optimierungsmöglichkeiten von Produktionen und der Hallen ausgearbeitet werden. Dabei werden in vier Ebenen (Prozess, Maschine, Produktionssystem und Gebäude) nach und nach die Projektphasen durchlaufen. Die Analyse bei den Projektpartnern aus der Industrie (IST-Zustand) bildet die Basis für die Modellierung in den einzelnen Ebenen mittels der jeweils dafür geeigneten Simulationsapplikation. Die Modelle werden in der dritten Phase zusammengefügt und danach die Optimierungsmöglichkeiten aufgezeigt (SOLL-Zustand). Die Umsetzung ist sowohl bei den Industriepartnern wie auch im Versuchsfeld des Instituts für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik geplant. Im Zuge dieses Projektes wird die Analyse und Modellierung von Mikro- und Makroebenen von Produktionsstätten vorgenommen, wobei die Ausgangswerte einer Ebene die Eingangswerte der nächsthöheren Ebene sind. Schlussendlich laufen alle Daten in die integrale Simulation von zwei Produktionshallen von Projektpartnern, resultierend in einem Masterplan (Blueprint) des optimierten Hallen-Modells, welches die drei Bereiche (Energie, Gebäude und Fertigung) ganzheitlich abbildet. Die Gesamtsimulation soll in weiterer Folge als Werkzeug für produzierende Unternehmen dienen. Dadurch, dass die Applikation mit der Industrie entwickelt wird, ist die Anwendung in Unternehmen, die nicht an dem Projekt teilgenommen haben, vorstellbar. Die Ermittlung der Eingangsdaten für die Simulation und die Entwicklung von spezifischen Optimierungsmöglichkeiten benötigt anwendungsspezifisches Know-How. Die Verwertung von Teilergebnissen wird bereits in der Projektlaufzeit angestrebt, da die Daten für die Analyse von realen Produktionsbetrieben erhoben werden. Die Optimierung passiert entlang der Wertschöpfung von den Projektpartnern und ist daher direkt anwendbar für die Unternehmen.