Innerbetriebliche Produktion und Logistik

Im Teilprojekt "Innerbetriebliche Produktion" werden organisatorische Maßnahmen im Rahmen der Ablaufplanung hinsichtlich ihrer energetischen und logistischen Effizienz bewertbar gemacht.

Beispielhaft wurden im Anwendungsfall Uniwheels Gießprozesse der Firma UNIWHEELS Production (Germany) GmbH betrachtet. Das Unternehmen hat sich innerhalb der Uniwheels-Unternehmensgruppe auf die Herstellung von hochwertigen Leichtmetallrädern im Niederdruckguss-Verfahren spezialisiert. Die Untersuchungen sollten generelle Auswirkungen unterschiedlicher Produktionsplanungs- und -steuerungsalternativen hinsichtlich ihrer logistischen und energetischen Effizienz aufzeigen.

Untersuchungsbereich

Im Ausgangszustand erfolgte die Planung und Steuerung der Gießerei vor allem mit dem Ziel die Gießanlagen maximal auszulasten. Die Befüllung der Warmhalteöfen der Gießanlagen durch einen Transporttiegel wurde am Schmelzebedarf der Gießmaschinen ausgerichtet. Als Forschungsziel sollte neben der maximalen Auslastung der Gießanlagen auch der Energiebedarf des Gießens sowie der vor- und nachgelagerten Prozesse berücksichtigt werden.

Voraussetzung für eine Minimierung des Energieeinsatzes und einen ökonomisch optimierten Anlagenbetrieb ist eine genaue Kenntnis über die Wechselwirkungen der einzelnen Anlagen und ihren produktabhängigen Durchsatz, um in Abhängigkeit von der Auftragslast, dem Produktionsmix aber auch den aktuellen Energiekosten zu spezifischen optimalen Betriebskonzepten zu gelangen.

Untersuchungsmethodik

Die Anlagen im Untersuchungsbereich wurden in energetisch unkritische und kritische Anlagen unterteilt. Diese Einteilung wurde auf Basis des Anschlusswerts in kW sowie der gesamten Laufzeit der Anlage vorgenommen. Als besonders kritische Anlagen ergaben sich so die Gießmaschinen und Warmhaltöfen, sodass an diesen entsprechende Messungen von Strom, Gas und Druckluft durchgeführt wurden. (vergleiche Innerbetriebliche Messung)

Mit Vorliegen der Messergebnisse wurden diese analysiert, um Eingangsdaten für das parallel entwickelte Simulationsmodell zu erhalten. Für die Abbildung einiger Anlagen (bspw. Gießmaschinen) wurde ein universelles, zustandsbasiertes Energiemodul in Plant Simulation entwickelt, welches es ermöglicht, den Energieverbrauch in verschiedenen Anlagenzuständen auf unterschiedliche Weise in Plant Simulation zu modellieren. Für die Warmhalteöfen und Transporttiegel wurden anlagenspezifische Energiemodule mit Hilfe der Gesetzmäßigkeiten der Wärmeübertragung konzipiert, um die Schmelzetemperaturen bzw. den aus ihnen resultierenden Energiebedarf zu modellieren. So konnte ein Simulationsmodell aufgebaut werden, welches die relevanten Elemente der Gießerei abbildet und die Untersuchung verschiedener Gestaltungsalternativen ermöglicht. Diese Alternativen wurden im Projektteam entwickelt und anschließend in mehreren Simulationsläufen untersucht.

Ergebnisse der Untersuchung

Als Ergebnis der Untersuchung ergaben sich bei einigen Alternativen Potenziale zur Kostensenkung durch eine mögliche Steigerung der Energieeffizienz. So lassen sich bspw. durch eine energieorientierte Optimierung der Maschinenbelegung wöchentliche Einsparungen von circa 260 Euro erreichen. Eine Optimierung der Warmhalteofentemperatur durch Temperaturanpassungen in Zeiten ohne Produktion führt in der Simulation zu Einsparungen von circa 580 Euro pro Woche.

Fazit

Abschließend lässt sich festhalten, dass die im Beispiel-Unternehmen mit Simulationsunterstützung erarbeiteten Maßnahmen ein deutliches Potenzial zur Steigerung der Energieeffizienz bieten. Die Maßnahmen lassen sich auch auf andere Unternehmen übertragen. So lassen sich Kosten reduzieren und die Wettbewerbsfähigkeit nachhaltig sichern.

 

Projektkonsortium