INFO - Interdisziplinäre Forschung zur
Energieoptimierung in Fertigungsbetrieben

 

ARBEITSPAKETE

Das gesamte Projekt ist in sieben Arbeitspakte(AP) unterteilt. Diese sind:
AP 1 Projektmanagement
AP 2 Analyse der Geschäftsanforderung
AP 3 Modellbildung und Modellimplementierung
AP 4 Analyse und Messungen
AP 5 Simulation und Optimierung
AP 6 Umsetzung und Validierung
AP 7 Dissemination und Verwertung

In weiterer Folge werden die Arbeitspakete näher beschrieben, wobei auf die organisatorischen Arbeitspakte 1 und 7 nicht näher eingegangen wird.

AP2:
Ziele:

  • Identifizierung der Geschäftsziele und dazugehöriger (Arbeits-)Prozesse
  • Re-definition der Geschäftsziele unter Berücksichtigung der bestehenden & verbesserter Ökoeffizienz
  • Modell der Geschäftsprozesse und der wesentlichen Einfluss- bzw. Handlungsfaktoren

Beschreibung der Inhalte:
Im AP2 werden die bestehenden Geschäftsziele auf der Unternehmensebene und dazugehörigen Prozessabläufe am konkreten Betriebsstandort analysiert und aufbereitet. Dabei kommt unter anderen die dem eXtreme programming entlehnte Methode des Story Telling zum Einsatz, welche sich besonders dafür eignen unbekannte Geschäftsprozesse und Strukturen zu analysieren.
Mittels BPM werden die erfassten Produktionsprozesse festgehalten, so dass sie in einer für alle Projektbeteiligten verständlichen technischen „Sprache“ vorliegen.
Im Anschluss werden sodann die Ziele dahingehend re-definiert, dass die primären Geschäftsinteressen (u.a. Gewinnorientierung) ihre Gültigkeit beibehalten, die Energieeffizienz, Ressourcenschonung und Nachhaltigkeitskonzepte jedoch ebenfalls Eingang in diese finden.
Die für die Zielerreichung relevanten Handlungs- und Einflussfaktoren werden in sogenannten System-Umwelt-Diagrammen festgehalten, die die Basis für ein gemeinsames Systemverständnis und die systemische Modellierung in AP3 bilden.

AP3:
Ziele:

  • Entwicklung von mathematischen Modellen zur Beschreibung des transienten energetischen Verhaltens der Systeme: Fertigungsprozess, Fertigungsmaschine, Produktionssystem und Gebäude
  • Identifikation geeigneter Simulationsumgebungen und Definition aller Systemschnittstellen
  • Implementierung der Einzelmodelle und Integration zu einem Gesamtmodell

Beschreibung der Inhalte:

  • Konkretisieren der Parameter, die für das energetische Verhalten der einzelnen Systemkomponenten relevant sind. Exergetisch Analyse der Prozesse
  • Ableiten von mathematischen Modellen aus dem physikalischen und betriebswirtschaftlichen Verhalten der einzelnen unter Betrachtung stehenden Systemkomponenten
  • Definition der Modellparameter sowie der Datenstruktur, die als Input bzw. Output notwendig ist
  • Auswahl geeigneter Software, die das Verhalten der Modelle in gewünschter Qualität simulieren kann sowie eine Integration mit anderen Simulationswerkzeugen erlaubt
  • Implementierung und Testen etwaiger erforderlicher Modelle, die noch nicht in den Modellbibliotheken der ausgewählten Software vorhanden sind
  • Programmieren und Testen etwaiger erforderlicher Schnittstellen zwischen einzelnen Simulationswerkzeugen bzw. zwischen den Simulationswerkzeugen und den Daten
  • Zusammenführen der Subsysteme zu einem Gesamtsimulationswerkzeug
  • Testen des Simulationswerkzeuges

Wesentlich dabei ist, dass aus den Teilmodellen die energetisch und betriebswirtschaftlich relevanten Parameter identifiziert und in das gekoppelte Modell übertragen werden. Dies erfolgt durch Parameteridentifikation und Ermittlung von Schlüsselparametern. Die Umsetzung dieser Vorgangsweise liefert eine dynamische Beschreibung des energetischen Zustands (z. B. aktuelle Enthalpie- und Wärmeströme, Oberflächentemperaturen von Maschinen, Komponenten, Wänden u. a.) des Gesamtsystems (Produktionsprozess + Gebäude). Aus diesen Werten können Aussagen über die Betriebsführung der mit dem Gesamtsystem verbundenen Energiewandler (regenerativ und konventionell) abgeleitet werden, um beispielsweise eine mehrgrößenoptimierte Produktionsweise (Kostenminimum und minimaler Einsatz nichtregenerativer Energieträger) umsetzen zu können.

AP4:
Ziele:

  • Definition der notwendigen Analysemethoden und Messdaten
  • Datenerhebung für die im AP 3 festgelegten mathematische Modelle
  • Integration der Daten in die Einzelmodelle à Gesamtmodell

Beschreibung der Inhalte:

  • Definition der notwendigen Analysen und Messdaten:

    Strukturierung der Anforderungen für die Erhebung und Messung
    Festlegung der Maßeinheiten
    Zusammenstellen der Randbedingungen (Temperatur, Leistungsspektrum, …)

  • Festlegung der Strategie für die Datenerhebung:

Definition und Umsetzung einer Wissensbasis zur strukturierten Datenverwaltung
Erstellen von Messprotokollen für eine systematische Abarbeitung der Messungen
Wahl einer Messeinrichtung oder eines Messgerätes
Kalibrieren von Messeinrichtung/Messgerät

  • Durchführen der messtechnischen Erfassung

Datenerhebung bei den Projektpartnern

  • Aufbereitung der Daten

Integration in die Wissensbasis

  • Einbindung der Daten in die Simulationsmodelle
  • Sensitivitäts- & Sensibilitätsanalyse der Messdaten

AP5:
Ziele:

  • Simulation des Gesamtsystems (LCBA)
  • Bewertung der Simulationsergebnisse auf der Ebene Gesamtsystem (LCBA)
  • Ausarbeitung von Optimierungsvorschlägen

Beschreibung der Inhalte:

  • Zusammenführung aller Ergebnisse (Teil-Modelle) der Arbeitsgruppen Gebäude, Energietechnik und Fertigung in einer integralen Gesamtsimulation
  • Erstellung des auf der integralen Simulation basierenden Real Layouts, welches folgende Bereiche umfasst:
    • Gebäude Layout (Produktion und andere funktionale Einheiten)
    • Gebäude Tragstruktur
    • Optimierung der Gebäudehülle in Bezug auf Innenklima, Dauerhaftigkeit und Kosten
    • TGA (Technische Gebäudeausrüstung)
    • Prozessbeschreibung zur Optimierung des Energieverbrauchs von Produktionen (Spitzenbelastungen,…) und Erzeugung von Sekundärenergie durch Speicherung und Wandlung von Primärenergie
    • Simulation von Energieverbrauch, Speicherung und Verteilung
    • Bewertung der Gesamt-LCC und Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems
  • Identifikation und Ausarbeitung von konkreten Optimierungsvorschlägen Layout

AP6:
Ziele:

  • Vorbereitung der Implementierung bei den Industriepartnern
  • Spezifikation eines Monitoring-Systems
  • Abbildung auf den Energieausweis
  • Spezifikation der Roadmap für die Massenanwendung

Beschreibung der Inhalte:

  • Erstellung der konkreten Masterpläne inklusive eines Projekthandbuchs für die Industriepartner, welches als Bau-Leitfaden für die Planung und Ausführung der energieeffizienten Fertigungshallen der industriellen Partner dient. Definitionen der Sensorik, Metrik und Strategie, die für den Einsatz eines Monitoringsystems bei den Industriepartnern notwendig sind
  • Anleitung zur Berechnung eines Energieausweises (XLS Sheets) basierend auf den Ergebnissen der Gesamtsimulation; Definition der für eine Normierung nötigen Schritte
  • Definition eines Anforderungskatalogs für Energieeffizienz unterschiedlicher Produktionsstätten – Roadmap für die Anwendung von Ergebnissen in ähnlichen Produktionsbetrieben
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