Aufgrund steigender Energiekosten und zunehmendem Konsum-bewusstsein bedeutet Energieeffizienz in der Produktion für viele Unternehmen einen entscheidenden Wettbewerbsvorteil. Methoden und Werkzeuge zur Energieoptimierung setzen in der Regel bei einzelnen Aspekten einer Produktionsstätte an. Bisher fehlte ein systemischer und ganzheitlicher Ansatz zur Analyse und Optimierung der Energie- und Ressourcenflüsse in der Produktion, sowie zur Abschätzung der ökonomischen Auswirkungen entsprechender Maßnahmen. Im Rahmen von BaMa, einem Projekt des Instituts für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik (IFT) an der TU Wien, wird erstmals eine simulationsbasierte Methodik zur Planung und Steuerung des Energiebedarfs in der industriellen Produktion entwickelt. Anwendungsorientierte Software-Tools sollen die Energieoptimierung von Produktionsprozessen ermöglichen und dabei die ökonomischen Erfolgsfaktoren Zeit, Kosten und Qualität berücksichtigen. 18 Partner aus Forschung und Industrie kooperieren in diesem Leitprojekt der Energieforschung. 

Das BaMa-System

Produzierende Unternehmen werden mit Hilfe des Balanced Manufacturing-Systems in die Lage versetzt, den Energiebedarf ihrer Prozesse zu analysieren, zu prognostizieren und durch angepasste Betriebsführungsstrategien zu optimieren. Alle relevanten Bausteine einer Produktionsstätte (Produktion, Gebäude, Energie, Logistik) werden unter Berücksichtigung von Managementaspekten modelliert. Die Methode basiert auf einem modularen Ansatz. Die Produktionsanlage wird in einzelne Bereiche mit definierten Systemgrenzen (die sogenannten „Cubes“) untergliedert, die durch eine klare Schnittstellendefinition gekennzeichnet sind.

So lassen sich Teilsysteme mit besonders hohem Einfluss auf den Energieverbrauch des Gesamtsystems identifizieren. Aufbauend auf Energie- und Ressourcenfluss-Analysen werden auf Produktebene Übersichten zum Energie-Verbrauch sowie ein Produkt-Fußabdruck (Zeit, Kosten, Energie, CO₂-Ausstoß etc.) dargestellt.

Demonstration

Die entwickelten Methoden und Software-Lösungen werden aktuell in Produktionsanlagen der Partnerunternehmen MPREIS und Infineon Technologies Austria eingesetzt und getestet. Bei beiden Unternehmen erwarten die ExpertInnen Energieeinsparungen im Bereich von 10 bis 20 %. 

Beim Lebensmittelkonzern MPREIS erfolgt die Anwendung in der Bäckerei Therese Mölk, wo erstmals der Faktor Energie in die Produktionsplanung einbezogen wird. Im ersten Schritt wurde der Energieverbrauch für alle Produkte und Fertigungsprozesse erhoben und ein Simulationsmodell erstellt, das die reale Produktion abbildet. Darauf aufbauend entwickelte das Projektteam ein Optimierungstool, in dem alle Stellgrößen der Produktion (Orte, Tageszeiten, Energiebedarf etc.) aufeinander abgestimmt werden. Vier Produktionslinien sollen auf das neue System umgestellt werden. 

Beim Halbleiterhersteller Infineon kommt das BaMa-System zur Optimierung der Betriebsstrategie von Kältemaschinen zum Einsatz. Bei der Halbleiterfertigung in Reinräumen werden eine bestimmte Temperatur und Luftfeuchtigkeit benötigt. Zur Klimatisierung dieser Räume werden Kältemaschinen verwendet, die einen sehr hohen Energiebedarf haben. Im Rahmen des Projekts werden Optimierungspotenziale hinsichtlich der Steuerung und Auslastung dieser Maschinen ermittelt und entsprechende Handlungsempfehlungen ausgearbeitet.

 

Die Software-Tool-Chain umfasst folgende Kernmodule:
> Monitoring-Funktion: Informationen zu Ressourcenverbräuchen werden gesammelt, aufbereitet und visualisiert
> Vorhersage-Funktion: aufbauend auf dem Produkt-Fußabdruck und dem Produktionsplan wird der Energieverbrauch der Fabrik prognostiziert
> Optimierungsfunktion: basierend auf Daten- und numerischen Simulationsmodellen zu den Fertigungsteilsystemen wird die Betriebsführung der Produktionsanlage in Hinblick auf die Optimierungsziele (Reduktion des Energieeinsatzes, der Durchlaufzeit und der Kosten sowie zur Steigerung der Qualität) angepasst.