Mit Mathematik Prozesse in der Industrie optimieren

Nach den bisherigen Erfahrungen mit anderen Systemen sind Kosteneinsparungen zwischen zehn und 15 Prozent denkbar. Die höhere Effizienz trägt indirekt auch zu Energieeinsparungen bei.

Im Tagebau arbeiten Bagger mit 20 Meter großen Schaufelrädern, die kilometerlange Förderbänder befüllen und pro Tag tausende Tonnen Material bewegen. Für Betreiber solcher Förderstätten fallen für die Wartung und Instandhaltung ihrer Maschinen hohe Kosten an. Ein optimales Zusammenspiel der Komponenten kann nicht nur die Förderleistung erhöhen, sondern auch den Verschleiß und damit Wartungskosten verringern, etwa durch möglichst gleichmäßige Bewegungen knapp unterhalb der Lastgrenzen aller Teile.

Die Forscher von CT analysieren dazu sämtliche Komponenten und übersetzen deren gegenseitige Abhängigkeiten in mathematische Gleichungen und Simulationsmodelle. Mit speziell entwickelten Algorithmen erschließen sie dann das Optimierungspotential der Abläufe in der Prozesskette. Die Optimierungsmöglichkeiten einer Industrieanlage sind häufig bei weitem noch nicht ausgeschöpft, auch wenn alle Einzelkomponenten aus Effizienzgesichtspunkten bereits ausgereizt sind.

Im ersten Schritt untersuchen die Forscher Abläufe und Funktion aller Komponenten sowie deren gegenseitige Beeinflussung. Ausführliche Gespräche mit Ingenieuren und Betriebsleitern stehen deshalb am Anfang. Erst mit diesem Wissen kann das mathematische Modell einer Verfahrenskette entstehen. Dann geben die CT-Forscher in einem mathematischen Modell die Abhängigkeiten wieder und entwickeln ein Software-Werkzeug, das einen Fahrplan für optimale Prozessabläufe in der gesamten Anlage erstellt. Das funktioniert auch z.B. bei Wasserversorgungssystemen, Fertigungsstraßen oder Nahverkehrslösungen. Nach einem eingehenden Feldtest setzen schließlich spezielle Algorithmen, die in die Betriebssoftware der jeweiligen Anlage eingepflegt werden, die Optimierung in der Praxis um.

Die Experten von Siemens sind dank jahrelanger Erfahrung bestens vorbereitet: Alle bisher entwickelten Basisalgorithmen haben sie als Standardkomponenten in einer speziellen Datenbank gespeichert. Da Tagebau-Förderbänder im mathematischen Modell beispielsweise Rohrleitungen von Wasserversorgungsnetzen ähneln, können auf dieser Grundlage neue Aufgaben mit älteren Projekten abgeglichen und so häufig schnell gelöst werden. (RN 2008.01.1)

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Dr. Norbert Aschenbrenner Siemens ResearchNews

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