Integrating electric energy demand of machine tool processes as resource for production planning software (PLAN-E)

Ausgangssituation

Vor allem mit dem wachsenden Anteil von wetterabhängigen elektrischen Energiequellen (Photovoltaik, Wind) muss die zunehmend volatile Energie-Versorgung durch intelligentes Lastmanagement und Smart Grid Ansätze ausbalanciert werden. Elektrischer Energieverbrauch von Werkzeugmaschinen bzw. Produktionseinrichtungen wird im Produktionsplanungsprozess bei der Herstellung von Sachgütern gegenwärtig nur in geringem Maße berücksichtigt. Neben der Möglichkeit der Energieeinsparung, beispielsweise durch effiziente elektrische Antriebe, bietet aber auch die Planungsmöglichkeit von Energiebedarfen bei der Produktion Einsparungs- und Optimierungspotential. Einerseits ist der Anteil der Kosten für elektrische Energie in Produktionsunternehmen mit bis zu 15% der Produktionskosten signifikant, andererseits besteht auch die Möglichkeit, beim Stromversorger Preisreduktionen zu erzielen, wenn man die Stromabnahme bzw. sein Lastprofil für einen bestimmten Planungshorizont festlegen kann.
Neben dem betriebswirtschaftlichen Aspekt gibt es aber auch einen energiewirtschaftlichen Aspekt. Die Optimierungsmöglichkeit besteht darin, die Volatilität des stetig wachsenden Anteils der Stromversorgung durch die erneuerbaren Energien Photovoltaik und Windkraft abzupuffern, d.h. die Angebotsseite und die Nachfrageseite durch entsprechende Planungsmöglichkeit besser aufeinander abzustimmen. Der Industriesektor war im Jahr 2009 für fast die Hälfte des Gesamtverbrauchs elektrischer Energie in Österreich verantwortlich; es wurde damit etwa doppelt so viel verbraucht, wie in privaten Haushalten. Damit hat der Industriesektor im Vergleich zu den Smart Grid Ansätzen für Privathaushalte, die hohe Transaktionskosten durch den Aufbau der technischen Infrastruktur mit sich bringen, eine höhere Hebelwirkung und die Planung der Produktion erfolgt ohnehin professionell mit Hilfe entsprechender IT-Systeme. Selbstverständlich kann der Bedarf an elektrischer Energie nicht immer die priorisierte Größe bei der Produktionsplanung sein, dennoch ist es sinnvoll, diese mit einzubeziehen bzw. bei Optimierungen zu nutzen.

Zielsetzung

PLAN-E zielt auf die Integration dieser Energie-Daten in den Produktionsplanungsprozess ab, um Energie Nachfrage mit dem Angebot abgleichen und alle Ressourcen effizient verwalten zu können. Die angestrebten Ergebnisse des PLAN-E Projekts sollen zu einem besseren Planungshorizont von elektrischen Energiebedarf führen, um Einsparpotenziale zu heben und den kommenden Normen und Vorschriften in Bezug auf Energiemanagement Rechnung zu tragen. Das Hauptziel des Forschungsprojekts besteht darin, Energiebedarf neben anderen Ressourcen wie Personal- oder Maschinenkapazität als Planungsgröße in Softwaresystemen für die Produktionsplanung verfügbar zu machen. Der Energiebedarf bei der Produktion eines Werkstücks kann über eine entsprechende Sensorik an der Maschine genau ermittelt werden. Daraus lassen sich spezifische Energiebedarfe bzw. Kennzahlen in Abhängigkeit von Werkstück und Fertigungsverfahren ableiten. Wichtig ist, dass diese auch im Datenmodell und in entsprechenden Planungs- und Optimierungsalgorithmen von Feinplanungssystemen bzw. Manufacturing Execution Systems berücksichtigt und verarbeiten werden können und die entsprechenden Schnittstellen zwischen den IT-Systemen auf den unterschiedlichen Ebene definiert sind. Dies soll im Projekt erarbeitet und prototypisch umgesetzt werden, beispielsweise durch Anwendungsfunktionen für Reporting und „What-If“-Analysen. Die Entwicklung von energiebezogenen KPI’s zur Unterstützung von Check-Maßnahmen, wie sie beispielsweise die Energiemanagement-Norm ISO 50001 vorsieht, ist ebenfalls Gegenstand des Forschungsprojekts.

Darüber hinaus ist ein Ziel des Projekts, eine detaillierte systematische Analyse und Potentialfindung in Bezug auf Wirtschaftlichkeit, den Planungshorizont von Stromproduktionsprognosen, die spezifische Einsparpotentiale in Abhängigkeit der jeweiligen Fertigungstechnik bestimmter Branchen und Integrationsmöglichkeiten in Systeme wie beispielsweiser intelligenter Gebäudetechnik, um ganzheitlich planen zu können.

Projektpartner

Industrie Informatik GmbH Linz, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster
Institut für Fertigungstechnik der TU Wien, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster

Förderung

Das Projekt wird innerhalb des Programms IKT der Zukunft, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster durch das Bundesministeriums für Verkehr, Innovation und Technologie (BMVIT), öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster gefördert.