Entwicklung eines Instruments zur simulationsgestützten Integration des Energie- und Ressourcenverbrauchs in die Auswahl alternativer Prozessketten in der Arbeitsvorbereitung
Metal-Cutting and Abrasive Manufacturing Engineering
Final Report Abstract
Steigende Preise für Energie und Rohstoffe erhöhen die Notwendigkeit für produzierende Unternehmen, deren Einsatz in der Fertigung möglichst effizient zu gestalten. Die in der Arbeitsvorbereitung getroffenen Entscheidungen legen frühzeitig den maßgeblichen Energie- und Ressourcenbedarf in der Produktion fest. Bisher gab es noch keine Methoden zur Unterstützung der Fertigungsplanung bei der Einbeziehung des Energie- und Ressourcenverbrauchs in den Auswahlprozess alternativer Fertigungsfolgen. Verschiedene Forschungsvorhaben beschäftigten sich zwar mit der retrospektiven, ökologischen Bewertung von Verfahrensalternativen, eine Methodik zur prospektiven Abschätzung und Einbindung in die Produktionsplanung existierte bislang nicht. Im Rahmen des Forschungsprojektes „EerFer“ wurden die Grundlagen für eine Entscheidungsunterstützung zur energie- und ressourceneffizienten Fertigung erarbeitet und Berechnungsmodelle ausgewählter Prozesse entwickelt. Die hier entwickelten Ansätze ermöglichen eine erste Prognose des Energieverbrauchs alternativer Prozessketten. Für einen Einsatz im praktischen Umfeld ist jedoch eine methodische Anpassung an die jeweiligen Anforderungen und eine Optimierung und Genauigkeitssteigerung der bisherigen Modelle erforderlich. Im Rahmen des Projektes „SIERPA“ wurde entsprechend eine Methode entwickelt, welche dem Produktionsplaner die Möglichkeit eröffnet prospektiv den Energiebedarf von verschiedenen Produktionsmaschinen zu ermitteln. Somit kann der Energiebedarf in der Produktion als weitere Zielgröße in der Auswahl alternativer Produktionsmaschinen und Prozessketten berücksichtigt werden. Die Methode berücksichtigt dabei detailliert die vier Betrachtungsebenen: Maschinenkomponenten, Maschinenbaugruppen, Maschine und Prozesskette. Für die Abschätzung des Energiebedarfs auf Maschinenkomponenten-, Maschinenbaugruppen- und Maschinenebene wurden Simulationsmodelle in Microsoft Excel und in Visual Basic for Applications umgesetzt. Die Verknüpfung verschiedener Maschinen zu einer Prozesskette erfolgte innerhalb der Materialflusssimulationsumgebung Plant Simulation von Siemens PLM. Als Produktionsmaschinentypen wurden beispielhaft Werkzeugmaschinen, Reinigungsmaschinen und Härteöfen abgebildet und zu der Modellprozesskette, aus dem Hause Bosch Rexroth, verknüpft. Zur Integration der simulativ ermittelten Informationen zum Energiebedarf einzelner Produktionsmaschinen in den Entscheidungsprozess der Produktionsplanung, wurde ein kennzahlenbezogenes Entscheidungssystem entwickelt. Das Entscheidungssystem bietet dabei die Möglichkeit, verschiedene Zielgrößen bei der Auswahl der Fertigungsmittel zu kombinieren und vertieft die hier neu eingeführte Zielgröße Energieeffizienz. Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass das Forschungsziel, dem Produktionsplaner eine Abschätzung des elektrischen Energiebedarfs von Produktionsmaschinen während der Planungsphase zu ermöglichen, erreicht wurde. Alle im Arbeitsprogramm beschriebenen Arbeitspakete konnten erfolgreich abgeschlossen werden.
Publications
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Simulation-Based Assessment of the Energy Consumption of Manufacturing Processes. In: Dornfeld, D.; Linke, B, (Hrsg.): Leveraging Technology for a Sustainable World. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin
Abele, E.; Schrems, S.; Eisele, C.; Schraml, P.
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Methode zur modellbasierten Integration des maschinenbezogenen Energiebedarfs in die Produktionsplanung. Aachen: Shaker; 2014
Schrems S.
