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Forschungsziel: Mit Energieeffizienz-Assistenten als Planungs- und Steuerungstool können erhebliche Potenziale zur Verbesserung der Energieeffizienz vom Fertigungs- und Montageanlagen erschlossen werden. Sie bieten die Möglichkeit, beginnend mit der Phase der Anlagenplanung und über den gesamten Lebenszyklus des Systems hinweg die energetische Langzeitwirkung von Planungsentscheidungen und von Steuerungskonzepten zu bewerten, energetische Verbesserungs- und Innovationspotenziale zu erkennen und diese in Planungs- und Entscheidungshilfen umzusetzen. Im Verbundvorhaben PEACH erfolgte dazu die Erforschung grundlegender Zusammenhänge, Regeln und Methoden zur systematischen Verbesserung der Energieeffizienz und die Verknüpfung von "Top-Down"-Ansätzen der Anlagenplanung mit den aus der Anlagensteuerung zu ermittelnden Einzelparametern und Erkenntnissen des tatsächlichen energetischen Verhaltens von Systemkomponenten. Die Praxistauglichkeit der zu entwickelnden Enegieeffizienz-Assistenten wurde anhand der Anwendung für die Planung und den Betrieb der Systemkomponenten Laser und Antrieb prototypisch für Bearbeitungsmaschinen und für Montageanlagen belegt.
Prof. Rolf Hiersemann +49 371 40040-0
rhiersemann@hiersemann-chemnitz.de
Dipl.-Ing. Mischa Leistner
+49 721 608-31429
mischa.leistner@kit.edu
Problemstellung
Steigende Energiekosten, die nachweislichen Auswirkungen der extensiven Energiewirtschaft auf das Weltklima und wettbewerbsrelevante Energie- und Ressourcenbilanzen haben, erfordern auch im Maschinen- und Anlagenbau die strikte Orientierung zum energieefiizienten Betrieb von Fertigungs- und Montageanlagen. Diese Forderungen treffen auch in diesem Industriesektor auf konkurrierende Zielstellungen wie Produktivität, Flexibilität, Verfügbarkeit, Qualität und Wartungsfreundlichkeit sowie auf komplexe anlagen- und prozesstechnische Abhängigkeiten. Für die ganzheitliche Berücksichtigung des Kriteriums Energieeffizienz durch Verknüpfung der Planungs-, Steuerungs- und Anlagenbetriebs-Ebene fehlen derzeit wirkungsvolle und praxistaugliche Hilfsmittel.
Projektziele
Im Vorhaben wurden grundsätzliche Zusammenhänge, Regeln und Methoden erforscht, mit denen die Energieeffizienz von Fertigungs- und Montageanlagen systematisch verbessert werden kann. Als Hauptergebnis wurde eine Systemlösung aus mehreren Energieeffizienz-Assistenten entwickelt, die die Systemebenen Anlagenplanung, Anlagensteuerung und Prozessregelung in ganzheitlicher Betrachtung integriert. Damit ist ein ganzheitliches Entscheidungsilfsmittel für z. B. den Einsatz energieeffizienter Antriebe bereits bei der Anlagenplanung oder bei der Anlagenmodernisierung sowie für den energieeffizienten Anlagenbetrieb verfügbar.
Vorgehensweise
Für die Teilaufgaben Erstellen von Lasten- und Pflichetnheften, Identifizierung von Verbesserungspotenzialen, Lösungsbewertung, Projektmanagement, Energiemonitoring und Zielgrößen der Anlagensteuerung wurden Energieeffizienz-Assistenten entwickelt und miteinander funktional verknüpft. Die Entwicklungen erfolgten bedarfsgerecht anhand der Ergebnisse vorangehender Felduntersuchungen bei assoziierten potenziellen Anwendern im Maschinen- und Anlagenbau. Die prototypische Anwendung der erarbeiteten Lösungen erfolgte dabei für typische Maschinen-Baugruppen.
Als Meilensteine der Projektarbeit wurden erreicht:
Meilenstein 1 (nach 8 Monaten): Abschluss aller Voruntersuchungen und der grundlegenden Konzeption der Energieeffizienz-Assistenten für alle benannten Teilaufgaben, Freigabe Entwicklungen und labortests.
Meilenstein 2 (nach 15 Monaten): Freigabe der Entwicklungsarbeiten an den Energieeffizienz-Assistenten (Programmierung, Leitstandskonzept, Tests).
Ergebnisse
Zum Vorhabensende standen nach erfolgreichem Projektverlauf Energieeffizienz-Assistenten für folgende Aufgabenkomplexe und Funktionalitäten zur Verfügung:
P1 Lasten-/Pflichtenheft: Energetische Parameter, Bezugsgrößen, Kennzahlen, Kriterien-Priorisierung
P2 Energetische Verbesserungspotenziale: Kausalketten, heuristische Gestaltungsregeln, Best Practise
P3 Lösungsbewertung: monetär (Lebenszykluskosten, Energetieche Peripherie, Enegiepreisszenarien), nichtmonetär (Modernisierbarkeit)
P4 Projektmanagement: Kooperationsleitfaden für Projektbeteiligte Sparten, Ermittlung von Planungsgrundlagen, Dokumentation und Transfer
S1 Anlagenleitstand: Unterstützung bei Entwicklung energieeffizienter Sterungsmodi (Prozessabfolgen, Leistungsaufnahme von Einzelverbrauchern)
S2 Anlageninternes Energiemonitoringsystem: Erfassung von Energieverbrauchsdaten, Auswertung und Visualisierung
Anwendungspotenzial
Die erreichte Varietät der entwickelten Energieeffizienz-Assistenten kann Maschinen- und Anlagenhersteller (Entwicklung, Konstruktion, Angebotserstellung) sowie die entsprechenden Anwender (Fabrikplanung, Technischer Einkauf, Instandhaltung) – insbesondere als branchenspezifische KMU – ertüchtigen, am Wachstumsmarkt Maschinenbau / Montagetechik durch energieorientierte Innovationen mit Kundenorientierung zu partizipieren. Durch systematische und fundierte Berücksichtigung der Energieeffizienz bei Neu- und Ersatzinvestitionen kann ein durchschnittliches Einsparpotenzial von 10 % im Anlagenbetrieb realisiert werden.
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