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Total Energy Efficiency Management (TEEM)

29.06.2009
Die Preissteigerungen für Energie zwingen zu einem immer effizienteren Umgang mit Energie. Für die Produktion bedeutet das: alle Quellen und Senken in den Produktions- und Stoffströmen müssen ganzheitlich erfasst und die Energiedaten systematisch bewertet werden.

Zu diesem Zweck hat das Fraunhofer IPA ein Analysesystem zur Optimierung des Energieeinsatzes in der Produktion entwickelt.

Das Total Energy Efficiency Management (TEEM) umfasst die Integration und Erweiterung verschiedener Methoden zur Planung und Steuerung der Fabrik- und Produktionssysteme und deren Prozesse in Bezug auf Energieeffizienzsteigerung. Hierzu hat das Fraunhofer IPA verschiedene Konzepte entwickelt, mit denen die Ist-Situation im Unternehmen erhoben und bewertet werden kann, Verbesserungspotenziale erkannt und Umsetzungsmaßnahmen abgeleitet werden können.

Dabei unterstützen Arbeitshilfen zur Umsetzung der DIN EN 16001 und zur Durchführung der Methodik des Energiewertstroms. Anhand der Ermittlung des prozessspezifischen Energiewertstroms werden beispielsweise Energiebedarfe ermittelt, durch Kennzahlen bewertet und anschließend unter Beachtung vorgegebener Gestaltungsrichtlinien die identifizierten Einsparpotenziale ausgeschöpft.

Zur technischen Unterstützung der Managementmethode ist ein Analysesystem zur Optimierung des Energieeinsatzes in der Produktion verwirklicht worden, mit dem Energiedaten ganzheitlich erfasst und visualisiert werden können. Den Ausgangspunkt der Analyse bildet das so genannte Energiemonitoring, bei dem mittels mobiler oder fest installierter Verbrauchsmesstechnik aktuelle Verbrauchswerte protokolliert werden, einschließlich der komponenten- und mediengenauen Erfassung der Energieflüsse. Auf Basis der realen Energiedaten werden dann verschiedenste Maßnahmen zur Verbesserung der Energieeffizienz simuliert, um auf diese Weise Auswirkungen auf den gesamten Produktionsprozess verdeutlichen zu können. Das Gesamtsystem ist in einem Anwendungsleitfaden dokumentiert, welcher als Hilfsmittel zur Umsetzung der Maßnahmen zur Energieeffizienzsteigerung in der Unternehmenspraxis dient und dabei sowohl technische als auch organisatorische Aspekte beleuchtet.

Im Rahmen eines ersten Pilotprojekts wurde eine Prozesskette, bestehend aus den drei Produktionsschritten Spritzguss, Lackieren und Montage, abgebildet und durch eine entsprechende Logistik miteinander verknüpft. Für die Abbildung der Prozessschritte ist eine Spritzgussanlage bei der Fa. Kärcher und die Lackierkabine am Fraunhofer IPA mit Messinstrumenten ausgestattet worden, womit entsprechende Energiebedarfe und Produktionsdaten erfasst werden konnten. Für die Produktionsschritte Montage und Logistik wurden realitätsnahe Szenarien implementiert.

Der beschriebene Produktionsprozess wird in Plant Simulation simuliert. Als Basis dienen die aufgenommenen Energiedaten der Spritzgussanlage und der Lackierkabine, ergänzt durch Daten für Montage und Logistik. Der Benutzer kann für die einzelnen Prozessschritte verschiedene, vordefinierte Optimierungsmöglichkeiten zur Energieeinsparung auswählen und sich die Auswirkungen auf den Gesamtenergiebedarf und auf die Prozesskette anzeigen lassen. Die Simulationsergebnisse werden anschließend mit Kennzahlen und Graphiken visualisiert und miteinander verglichen. Die Optimierungsmöglichkeiten umfassen sowohl neue Prozessparameter der Anlagen als auch organisatorische Veränderungen des Produktionsablaufs. Im Prozessschritt Spritzguss kann der Benutzer sich die Auswirkungen auf den Energieverbrauch der Anlage durch Variation der Maschinenparameter wie Haltedruck und Länge der Kühlphase sowie weitere organisatorisch und maschinentechnische Maßnahmen aufzeigen lassen. Für das Lackieren und Trocknen werden Optimierungsmaßnahmen wie der Einbau eines Wärmerads oder der Umluftbetrieb des gesamten Trocknungsprozesses simuliert und anschließend bewertet. Ebenso stehen für die Montage verschiedene Optimierungsmöglichkeiten zur Wahl.

Anhand der Produktionsschritte im Pilotprozess wird deutlich, dass sich die Methode TEEM auf unterschiedlichste Produktionsbereiche anwenden lässt - unter Berücksichtigung der jeweiligen Besonderheiten. Bei der analysierten Anlage im Bereich "Kunststoffverarbeitung" handelt es sich beispielsweise um eine Spritzgussanlage für Großstrukturen, die beim Kooperationspartner Fa. Kärcher im Einsatz ist. An dem Standort der Anlage war bereits eine gebäudeübergreifende Energiedatenerfassung installiert, die bislang jedoch nur für langfristige Ab- rechnungen ausgelegt war. Aufbauend auf der vorhandenen Mess- und Bustechnik, wurden zunächst wichtige Energieverbraucher wie Kühlwasserkreisläufe für das Werkzeug und die Maschinenhydraulik identifiziert und mit schneller vernetzter Energiemesstechnik versehen. Zusätzlich erlauben aufgezeichnete Digitalsignale zum Maschinenzustand (Schließung Werkzeug, Einspritzen etc.) eine Zuordnung des Energiebedarfs zu einzelnen Prozessschritten. Im praktischen Einsatz werden die Signale über einen OPC-Server etwa alle zehn Sekunden erfasst und gespeichert. Eine weitere Verkürzung des Messrasters wird gegenwärtig noch angestrebt.

Der zweite Demo-Prozess, der analysiert wurde, ist die Lackierkabine am Fraunhofer IPA. Die Lackierkabine ist mit einem kompletten Monitoringsystem, bestehend aus Wärme- und Wassermengenzählern, Messgeräten für die elektrische Leistung sowie Equipment zur Bestimmung der Temperatur und Feuchtigkeit der Außenluft als auch des Klimas in der Spritzkabine, direkt und in der Abluft, ausgestattet worden. Über einen M-Bus werden die Messdaten alle fünf Minuten erfasst und an ein entsprechendes Programm weitergeleitet.

Ihr Ansprechpartner für weitere Informationen:
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Dipl.-Ing. (FH) Markus Hornberger
Telefon: +49 711 970-1301 I hornberger@ipa.fraunhofer.de

Hubert Grosser | Fraunhofer Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.ipa.fraunhofer.de/index.php?id=89

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