Motivation
Die Betrachtung des Energieverbrauchs von Produktionssystemen hat in den letzten Jahren besonders im Zuge des Klimaschutzes an Bedeutung gewonnen. In diesem Kontext spielen auch erneuerbare Energien und deren optimale Nutzung eine wesentliche Rolle. Derzeit fehlen allerdings geeignete Mittel, um den Energieverbrauch eines kompletten Produktionssystems zu planen, zu erfassen und zu optimieren. Zudem lässt sich der Produktionsprozess nicht flexibel ändern, sodass auf Schwankungen der Energieproduktion nicht reagiert werden kann. Das Forschungsprojekt SPEAR versucht, diese Lücke bei der Optimierung der Energienutzung zu schließen. Dazu wird unter Nutzung von kostengünstiger Hardware das reale Produktionssystem mit seinem digitalen Zwilling (seiner digitalen Abbildung) verbunden. Als Resultat ergibt sich ein sogenannter digitaler Schatten, der sowohl für die Bestimmung des aktuellen als auch für die Berechnung des zukünftigen Energieverbrauchs für unterschiedliche Prozessabläufe genutzt werden kann. Damit kann sowohl der Energieverbrauch von Produktionssystemen gesenkt als auch die Nutzung regenerativer Energiequellen verbessert werden.
Ziele und Vorgehen
Über eine Optimierungsplattform (OP) kann auf alle Informationen des digitalen Schattens oder des digitalen Zwillings zugegriffen werden. Unter Nutzung entsprechender Optimierungsalgorithmen (OA) wird die Energienutzung des Produktionssystems verbessert. Voraussagen über den Energieverbrauch des Systems werden durch eine Simulationsumgebung (SU) berechnet. Diese verwendet zur Berechnung physikalische Modelle der jeweiligen Systemkomponenten, die über einen Konfigurationsassistenten (KA) und in einer Modelldatenbank (MDB) definiert werden. Die Verbindung zum realen Produktionssystem läuft über einen Realitäts-Simulations-Konnektor (RS). Über diese Verbindung erfolgt zudem eine Datenakquise (DAQ), welche wichtige Informationen zur Optimierung und Validierung der Simulationsergebnisse liefert.
Innovationen und Perspektiven
Die Optimierungsplattform selbst soll am Ende des Vorhabens als Software-Applikation oder online Service angeboten werden. Zudem sollen aus der Energieoptimierung neue Dienstleistungen entwickelt werden. Neben der Energieoptimierung einer bestehenden Anlage ist die geplante Methode auch auf Systeme aus dem Bereich der Planung und Simulation anwendbar und kann damit bei der virtuellen Inbetriebnahme von Produktionsanlagen genutzt werden. Mit SPEAR können hochflexible und kostengünstige Ansätze erforscht und umgesetzt, sowie Planung und Durchführung des Produktionssystems durch eine genaue Simulation der Produktionsprozesse optimiert werden.