Energieoptimierte Produktion mit „digitalen Zwillingen“

Prof. Dr. Thomas Greiner, Prof. Dr. Ingela Tietze und Prof. Dr. Rainer Drath (von links) forschen im Projekt „greenProd“ mit Partnern aus der Industrie an der energieeffizienten Produktion von morgen (Foto: Hochschule Pforzheim/Axel Grehl)

Hochschule Pforzheim nimmt mit Industriepartnern an Modellprojekt für "grüne Produktion" teil.

(Lesezeit: 4 Minuten)

Wie kann der CO2-Fußabdruck der industriellen Produktion verringert werden und diese energieeffizienter produzieren? Für eine erfolgreiche Transformation der produzierenden Industrie ist es dabei besonders relevant, so weit wie möglich auf regenerative Energiequellen zu setzen. Hier setzt das Projekt „greenProd“ an, das unter Beteiligung der Hochschule Pforzheim gemeinsam mit Partnern aus der Industrie läuft. Das Konzept: grüne Digitale Energiezwillinge (gDEZ) als Stellvertreter für Produktionsschritte, Produkte und den Anlagen zur Erzeugung sowie Speicherung regenerativer Energie.

„Wir bauen sozusagen Maschinen und Prozesse digital nach, so dass wir eine sehr gute Grundlage bekommen, den tatsächlichen und zugleich diversifizierten Energieverbrauch eines Unternehmens zu ermitteln“, erklärt Professor Dr. Thomas Greiner, der das Projekt gemeinsam mit Professorin Dr. Ingela Tietze und Professor Dr. Rainer Drath auf Seiten der Hochschule durchführt. Dies bedeutet konkret: Bei den unterschiedlichen Fertigungsschritten ordnen die gDEZ Emissionen einzelnen Produkten und Dienstleistungen zu. Damit machen sie es möglich, die Emissionen entlang von Wertschöpfungsketten zurückzuverfolgen. Darüber hinaus beschreiben die gDEZ auch den Energieverbrauch der Fertigungsschritte. Und sie nutzen Prädiktionsmodelle– für verlässliche Prognosen zur Nutzung von grünem Strom aus Solarenergie, der dann in der Produktionsplanung berücksichtigt werden kann. „Ein Unternehmen kann seine energieintensiven Arbeitsschritte gezielt durchführen, wenn grüner Strom in ausreichendem Maße zur Verfügung steht. Also beispielsweise durch Strom, den das Unternehmen aus eigenen Solarpanels vom Fabrikdach gewinnt. Dieser steht um die Mittagszeit mehr zur Verfügung als abends“, so Greiner. Also werde um diese Zeit dann der energieintensive Teil der Produktion durchgeführt.

Die Vision des greenProd-Teams: eine optimierte Prozessplanung für Produktionsschritte und gegebenenfalls vorbereitende Aktivitäten – und damit ein reduzierter CO2-Fußabdruck der fertiggestellten Produkte. Damit diese Vision Realität wird, müssen Informationsmodelle in Form vorkonfigurierter gDEZ für die verwendeten Energieverbraucher, -erzeuger und -speicher entwickelt und in die eingesetzten Werkzeuge integriert werden. Dazu braucht es standardisierte Datenmodelle – im Format AutomationML – und eine vereinfachte Automatisierungssoftware auf der Basis einer domänenspezifischen Sprache (DSL). Zur Programmierung werden dann definierte Schnittstellen genutzt, die die beteiligten Softwarewerkzeuge befähigen, den gDEZ in ihre Aufgaben einzubeziehen.

Da das Spektrum der Verbraucher relativ heterogen sei, würden zusätzlich entsprechende Ontologien eingesetzt. „Als Forscher mit Anwendungsperspektive, ist uns ganz wichtig: Die Projektergebnisse sollen perspektivisch auch anderen Unternehmen zugänglich werden: Dazu planen wir eine marktfähige Lösung für Nachfrageflexibilisierung, Lastmanagement und Echtzeitkontrolle von Energieströmen“, berichtet Thomas Greiner. Mittelfristig solle so die Produktion insgesamt nachhaltiger werden: Fossile Ressourcen sollen reduziert eingesetzt werden, so dass weniger Treibausgase ausgestoßen werden und ein Beitrag zum Klimaschutz geleistet wird. Funktionen, die ökonomische und ökologische Größen wie den CO2- Fußabdruck visualisieren, machen es für Entscheidungsträger in Unternehmen einfacher, nachhaltige Produktionsentscheidungen zu treffen. Durch den Einsatz der DSL und die Bereitstellung vorkonfigurierter gDEZ sollen insbesondere kleine und mittlere Unternehmen (KMU) davon profitieren. Mit erfolgreichen Zukunftsaussichten: „Die zu erwartenden geringeren Energiekosten lassen dabei deutliche Wettbewerbsvorteile für die Anwender der Lösungen erwarten“, so Greiner.

Das Forschungsprojekt „greenProd“ wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) im Rahmen des Förderprogramms „Entwicklung digitaler Technologien“ gefördert und durch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) begleitet. Konsortialpartner sind die krumedia GmbH, das Fraunhofer IESE, die Eckerle Technologies GmbH sowie die Hochschule Pforzheim.

Quelle(n): pm

Besim Karadeniz
Über Besim Karadeniz 4357 Artikel
Besim Karadeniz (bka), Jahrgang 1975, ist Autor und Erfinder von PF-BITS seit 2016. Er ist beruflich selbstständiger Web-Berater und -Entwickler. Neben PF-BITS betreut er mehrere weitere Online-Projekte und kann auf einen inzwischen über 25-jährigen Online-Erfahrungsschatz zurückblicken. Neben der technischen Betreuung von PF-BITS schreibt er regelmäßig Artikel und Kolumnen und ist zuständig für den Kontakt zu Partnern und Autoren.