Aufbau eines hybriden Zentrums für Ultraeffizienzfabriken durch intelligente Verknüpfung von Reallabor und virtuellen Steuereinheiten

Vor dem Hintergrund der steigenden Umweltbelastung durch die verarbeitende Industrie wurde in den vergangenen Jahren unter der Leitung des IPA das Zielbild der Ultraeffizienzfabrik entwickelt. Durch den Aufbau des hybriden Ultraeffizienz-Zentrums soll daher die ökologische Modernisierung der Wirtschaft vorangetrieben, neue Maßstäbe in der Produktion gesetzt und sowohl für Unternehmen als auch für Studierende der Ingenieursstudiengänge eine Erprobung von (digitalen) Effizienztechnologien ermöglicht werden. Ziel des Projekts ist der Aufbau von zwei physischen Ultraeffizienz-Leitständen (UEF-Zentral-Leitstand am Fraunhofer IPA, UEF-Kaizen-Leitstand am Campus Schwarzwald) und einem mobilen Ultraeffizienz-Leitstand, welche eine automatisierte Erfassung relevanter Daten der Maschinen und Prozesse im Reallabor am Campus Schwarzwald sowie deren ganzheitliche Auswertung und Analyse ermöglichen. Relevante Daten können entsprechend der fünf Handlungsfelder der Ultraeffizienzfabrik bspw. Energieverbräuche (Wärme und Strom), Materialverbräuche, CO₂-Emissionen, Vibrationen an Maschinen, Qualitätsdaten oder Verschleißdaten sein.

Das hybride Ultraeffizienz-Zentrum setzt eine Vernetzung von realen Maschinen und Produktionsprozessen zu deren Optimierung hinsichtlich des Leitbilds der Ultraeffizienz um. Die Implementierung des UEF-Service-Center ermöglicht den Zugriff auf die aufbereiteten und bereitgestellten Gebäude-, Prozess- oder Maschinendaten und somit die gezielte Datenauswertung und anschließende Ableitung von Handlungsempfehlungen bezüglich Optimierungsmaßnahmen zur Erhöhung der Ultraeffizienz. Zusätzlich vernetzt der übergeordnete UEF-Zentral-Leitstand am Fraunhofer IPA weitere Reallabore und Demonstratoren. Die Datenanalyse und das Monitoring eröffnen ein ganzheitliches Optimierungspotenzial, das anhand von fünf ausgewählten Use-Cases im Rahmen des Projektvorhabens validiert und veranschaulicht wird. Diese Use Cases umfassen folgende Themenfelder:

• Smart Maintenance – Integration aktueller IoT-Ansätze mit vorhandenen Support-Infrastrukturen des Maschinenherstellers zur Steigerung der Effizienz des Produktionssystems nach den Maßgaben der Ultraeffizienzfabrik
• Ultraefficient Plant Simulation – Konzeption und Weiterentwicklung der Ultraeffizienz-Vorgehensweise mittels Kaizenmethoden und Abbildung in einer Fabriksimulation
• Intelligente Druckluft – Entwicklung von neuen digitalen Services, die zu einer Steigerung der Ultraeffizienz im Bereich der Druckluft beitragen
• Gleichspannungsfabrik – Entwicklung einer Bewertungsmethode und des dazu notwendigen Messgeräts zur Ermittlung der Effizienzpotentiale einer Gleichstromenergieversorgung in der Produktion
• Additive Fertigung – Aufzeigen von Ultraeffizienzpotenzialen bei der Nutzung von additiven Fertigungsverfahren und Ableitung konkreter Handlungsempfehlungen zur Einführung von additiven Verfahren