Wenn die App messen lernt

Energieströme intelligent optimieren

Die Technische Universität Braunschweig und drei weitere Forschungspartner entwickelten bis zum Mai 2012 ein System, welches in vier Unternehmen mittels intelligenter Messtechnik den Energieverbrauch von Maschinen aufzeigt. Für die mobile Visualisierung der Energieflüsse kommt eine App fürs iPad zum Einsatz.

  • Dank einer entsprechenden iPad-App lassen sich Analysen und Energieflüsse im Produktionsumfeld ad hoc veranschaulichen.

Die weltweit steigenden Energie- und Rohstoffkosten sind für viele Unternehmen ein Grund, sich energie- und ressourcenschonenderer Prozesse in der eigenen Produktion anzunehmen. Für große Konzerne bereits üblich, sind es meist kleinere und mittlere Unternehmen, die sich entsprechende Tools wirtschaftlich nicht leisten können. Daher startete das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Jahr 2009 ein Verbundprojekt mit dem Namen Enhipro (Energie- und hilfsstoffoptimierte Produktion), um speziell kleinere und mittlere Firmen zu fördern. Als wissenschaftlicher Koordinator des Projekts fungierte die TU Braunschweig mit dem Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF), Abteilung Produkt- und Lifecycle-Management. Das Projekt wurde in die vier Arbeitspakete Energie- und Hilfsstoffmessung, Datenverarbeitung und -management, Bewertung und Visualisierung sowie Entwicklung eines Maßnahmenkatalogs zur Optimierung gegliedert.

Um die Arbeitspakete zu erfüllen, wurden nach einer Erstanalyse in den vier Anwenderunternehmen zunächst gezielt die Einspeisepunkte sowie die energieintensivsten Maschinen und Teile der technischen Gebäudeausrüstung mit Energiemessgeräten verbunden. Über die integrierten Sensoren konnte so fortwährend die elektrische Leistung erfasst werden. Diese Daten wurden dann in einer Datenbank gespeichert und nach festgelegten Regeln mit weiteren Produktionsdaten gekoppelt und verdichtet. Anschließend wurden die Daten als Teil der Enhipro-Systemlösung in eigens entwickelten Enterprise-Resource-Planning-Werkzeugen (ERP) als Planungsgrößen integriert. So konnte gezielt ein Energiecontrolling sowie eine energiebewusste Produktionsplanung und -steuerung aufgebaut und in den Anwendungsunternehmen integriert werden.

Heimliche Verbraucher

Die Ergebnisse zeigten, dass es nicht nur wichtig ist, materialstromspezifisch zu planen, sondern dass auch Energie- und Hilfsstoffflüsse in der Produktionsumgebung enorme Kosten verursachen können. So können Leckagen in Rohren den Energieverbrauch unverhältnismäßig stark erhöhen, da viel Druckluft aus einem Loch entweichen kann. Diese heimlichen Energieverbraucher galt es neben anderen zu identifizieren. Beispielsweise wurden bei der Spinnweberei Uhingen nicht nur einzelne Maschinen, sondern die gesamte Produktionskette sowie die technische Gebäudeausstattung betrachtet. Dies bedeutete die Messung von Energieströmen der Drucklufterzeuger sowie der externen Energieträger wie Öl, Gas und Elektrizität.

Durch die detaillierte Analyse der Drucklufterzeugung der Spinnweberei wurden erste Defizite sichtbar. Zum Beispiel stellte die erzeugte Druckluftenergie nur sechs Prozent der investierten Energie aus Strom dar, die restlichen 94 Prozent resultierten in ungenutzte Abwärme. Ein erster Schritt war daher die übrige Abwärme zum Heizen der Verwaltung und zur Vorheizung in der Dampferzeugung produktiv einzusetzen. Auf diese Weise konnten Anteile des eingesetzten Heizöls eingespart werden.

Mobile Visualisierung

Die erzielten Ergebnisse waren laut Projektleiter Gerrit Posselt, TU Braunschweig, vielversprechend. Das Thema Energieflusstransparenz erwies sich dabei als entscheidend. Um die Transparenz anschaulicher zu machen, entschieden sich die Wissenschaftler für die Entwicklung der sogenannten Enyflow-App (Energy Flows made Transparent), die auf einem Tablet Energieflüsse und Analysen ad hoc veranschaulichen sollte. Hierzu wendeten sich die Wissenschaftler an die c4c Engineering GmbH als ortsnahen Partner. Das Team besprach sich im Vorfeld, wie die Architektur der App zu bewerkstelligen ist, wie die Daten übertragen werden sollen, wie die App diese aggregiert und sie visuell aufbereitet. Die Testphase beinhaltete zudem, wie die dynamische Kostenberechnung für einen interaktiv wählbaren Zeitraum realisiert wird. Eine Herausforderung war die Umsetzung des gewünschten „Live-Effekts“, der den aktuellen Verbrauchsstatus der Maschine ad hoc darstellen sollte. Nach drei Monaten war die App schließlich fertiggestellt.

Auf die in der Datenbank gespeicherten Produktions- und Messdaten der einzelnen Maschinen greift heute ein intelligentes Backend zu und stellt die Informationen der App zur Verfügung. Sobald also ein Nutzer die Applikation auf seinem iPad startet, wird per WLAN eine Verbindung zum Serversystem hergestellt und die relevanten Maschinendaten werden auf das Tablet übertragen. Um die Funktionalitäten zu testen und für mögliche Anwender erlebbar zu machen, wurde Enyflow in der Lernfabrik der TU Braunschweig implementiert. Der User hat für die Auswahl der Maschine zwei Möglichkeiten. Einerseits wird ihm über die Drahtlosverbindung eine Maschinenliste angezeigt, aus welcher er die gewünschte Maschine auswählen und deren Energieauslastung überprüfen kann. Zum anderen wurde eine Ad-hoc-Transparenz durch QR-Codes eingerichtet. Dafür wurden an signifikanten Punkten an den Maschinen QR-Tags appliziert, die durch eine Scanfunktion in der App lesbar sind. Sofern also ein Anwender seine Produktion durchläuft, vor einer Maschine steht und unmittelbar Energieflussdaten über diese beziehen möchte, kann er mittels des Scans die Informationen sofort auf seinem Tablet dynamisch visualisiert einsehen.

Derzeit sind eine kontinuierliche Verbesserung und Weiterentwicklung des Gesamtansatzes vorgesehen, in denen auch die Zusammenarbeit zwischen App-Entwickler und der TU-Braunschweig ausgebaut werden soll.

 

 

Technische Universität Braunschweig

Institut: Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik
Branche: Forschung, Lehre
Forschungsbereiche: Nachhaltigkeit in der Produktion und lebenszyklusorientierte Systemgestaltung
Hauptsitz: Braunschweig
Mitarbeiter: 60
www.tu-braunschweig.de/iwf

 

Bildquelle: TU Braunschweig, Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik

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