Energiemonitoring, -simulation und -optimierung

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1 und Hochleistungslasertechnik Univ.Prof. DI Dr. techn. habil. Friedrich Bleicher Energiemonitoring, -simulation und -optimierung Wie aus Messdaten Handlungsanweisungen werden Thomas Gratzer, Ernest Neckhaim, Benjamin Mörzinger

2 Übersicht Monitoring Die Zukunft umfasst intelligente Datenaufnahme,-speicherung und verteilung durch Objekte und Menschen. Dezentrale Steuerungsmechanismen nehmen zu. -Fraunhofer IAO 1 Modell Die integrierte Analyse und Nutzung Von Daten ist die Kernfähigkeit im Rahmen von Industrie pwc 2 Simulation Die eingebetteten Produktionssysteme sind ( ) horizontal zu verteilten, in Echtzeit steuerbaren Wertschöpfungsnetzwerken verknüpft -Arbeitskreises Industrie 4.0, BMBF 3 Optimierung 1 Studie: Produktionsarbeit der Zukunft Industrie 4.0, Studie: Industrie 4.0- Chancen und Herausforderungen der vierten industriellen Revolution, Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0, 2013 Seite 2

3 Übersicht Monitoring Vertikale Modell Produktion Simulation Optimierung 1 Studie: Produktionsarbeit der Zukunft Industrie 4.0, Studie: Industrie 4.0- Chancen und Herausforderungen der vierten industriellen Revolution, Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0, 2013 Seite 3

4 Übersicht Monitoring Die Zukunft umfasst intelligente Datenaufnahme,-speicherung und verteilung durch Objekte und Menschen. Dezentrale Steuerungsmechanismen nehmen zu. -Fraunhofer IAO 1 Vertikale Modell Produktion Die integrierte Analyse und Nutzung Von Daten ist die Kernfähigkeit im Rahmen von Industrie pwc 2 Simulation Die eingebetteten Produktionssysteme sind ( ) horizontal zu verteilten, in Echtzeit steuerbaren Wertschöpfungsnetzwerken verknüpft -Arbeitskreises Industrie 4.0, BMBF 3 Optimierung 1 Studie: Produktionsarbeit der Zukunft Industrie 4.0, Studie: Industrie 4.0- Chancen und Herausforderungen der vierten industriellen Revolution, Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0, 2013 Seite 4

5 Produktion im urbanen Bereich Kann Produktion im urbanen Bereich wirtschaftlich dargestellt werden? Verfolgt man den Trend, ist die klare Antwort Nein. Seit Jahrzehnten werden Industriebetriebe aus der Stadt verdrängt. Sie siedeln sich am Land an, um Probleme mit Anrainern bzgl. Lärmbelästigung und Verschmutzung zu vermeiden. Außerdem wird meist in klassischer Linienfertigung produziert und dies bedeutet einen großen Grundflächenbedarf. Seite 5

6 Produktion im urbanen Bereich Ist Industrie nicht laut und schmutzig? Seite 6

7 Produktion im urbanen Bereich Laut und schmutzig - vor 100 Jahren war dies der Fall. Heute stimmt dieses Argument nicht mehr. => Hauptproblem, das gelöst werden muss: Grundflächenoptimierung (Platzmangel) Das Platzangebot in der Stadt ist begrenzt. Deshalb siedeln sich nach wie vor Betriebe im ländlichen Bereich an. Seite 7

8 Produktion im urbanen Bereich Jeder Trend hat Konsequenzen: massive Steigerung an CO2 - Pendlern Seite 8

9 Co2- Verbrauch von Berufspendlern Emission/Kopf 2013: 7,35 Tonnen CO2/Jahr Pendler Ein durchschnittlicher Pendler legt eine Strecke von ca. 20 km pro Tag zurück Bei 220 Arbeitstagen pro Jahr somit km/jahr Es gibt ca. 1,7 Millionen Pendler in Österreich - 78% fahren mit dem Auto Der geschätzte CO2 Ausstoß pro gefahrenen Autokilometer liegt bei 0,2 kg (Neuwagen: 0,124 kgco2/km) Seite 9

10 Weitblick statt Nachsicht Urbane Produktion ist so dringend nötig wie noch nie! Menschen leben vorwiegend in Städten, Tendenz stark steigend. Laut Eurostat (2012) leben derzeit rund 61% der österreichischen Bevölkerung im urbanen und suburbanen Raum. Liegen Arbeitsplätze und Wohnsitze weit auseinander, muss zur Arbeit gependelt werden. Auswirkungen auf Verkehr und Umwelt: verheerend Ideale Lösung: Betriebe in der Stadt zu halten bzw. Betriebe von der Peripherie wieder in die Stadt zu bringen. Seite 10

11 Vertikale Produktion mag man eben Perfekte Antwort: Grundfläche optimieren => Raum nutzen Seite 11

12 Vertikale Produktion bei Manner Der Traditionsbetrieb Manner hat 2012 beschlossen, auf vertikale Produktion umzustellen. Dabei wurde das Werk in Wien 17 umgebaut, aufgestockt und das Werk in Perg geschlossen eine Garage sowie ein Verteil- und Logistikzentrum wurde errichtet und ein Referenzmodell für vertikale Produktion erstellt. Seite 12

13 Seite 13

14 Ursprünglicher Produktionsablauf Seite 14

15 Vertikale Produktion Seite 15

16 Effizienznachweis für vertikale Produktion Modell für Energieverbrauch vor und nach der Umstellung in Zusammenarbeit mit der TU Wien ( erstellt: 1. Ermittlung der Energieverbrauchsdaten zweier Referenzanlagen (mittels Onlinetool Entermis ) 2. Grundmodellerstellung basierend auf den Daten der Referenzanlage 3. Energieverbrauchssimulierung anhand der Planproduktionsmengen einer zukünftigen Produktionswoche, anschließender Vergleich mit gemessenen Daten Verifizierung des Modells Seite 16

17 Effizienznachweis für vertikale Produktion Modell für Energieverbrauch vor und nach Umstellung 4. Simulierung der Energieverbrauchsdaten nach Umstellung Auswertung der Mehr- bzw. Minderenergieverbrauchsdaten (Entscheidungshilfe für mögliche Umstellung) 5. Nach erfolgter Produktionsumstellung auf vertikale Produktion: Vergleich der Energieverbrauchsdaten mit Modell endgültige Verifizierung (Basis für andere Schüttgutproduktionen) Seite 17

18 Fazit Es gibt eindeutige Vorteile, wenn ein Betrieb in der Stadt produziert. Bei Manner wurde sogar Energie eingespart. Dank der Entscheidung von Manner gibt es nun einen Leitbetrieb für vertikale Produktion im urbanen Bereich. Es existiert ab sofort ein Modell, mit dem im Vorfeld berechnet werden kann, ob vertikale Produktion im jeweiligen Betrieb wirtschaftlich darstellbar ist. Seite 18

19 Übersicht Monitoring Vertikale Modell Produktion Simulation Optimierung Seite 19

20 Übersicht Monitoring Modell Balanced Manufacturing Simulation Optimierung Seite 20

21 BaMa Optimierung Seite 21

22 Use Case Kältezentrale? Bedarf Kühlleistung Verbrauch Kühlwasser Cube Kältemaschine Kühlleistung Abwärme/ WRG Seite 22

23 Use Case Kältezentrale Bedarf Kühlleistung Verbrauch Kühlwasser Cube Kältemaschine Kühlleistung Abwärme/ WRG Seite 23

24 Use Case Kältezentrale Bedarf Kühlleistung Verbrauch Kühlwasser Cube Kältemaschine Kühlleistung Abwärme/ WRG Seite 24

25 Use Case Kältezentrale KM 1 KM 2 KM 3 KM 4 Kälteanlage Bau 24 KM 5 KM 6 KM 7 Seite 25

26 Use Case Kältezentrale Kaltwasser Luftstrom Kälteanlage Bau 24 Kältebedarf Klimaanlage Last Produktionshalle Maschine Maschine Druckabfall Druckluft Druckluftversorgung Seite 26

27 Ergebnisse Seite 27

28 Ergenisse Seite 28

29 Ergebnisse 22% Seite 29

30 Projektkonsortien Vertikale Produktion Balanced Manufacturing Seite 30

31 und Hochleistungslasertechnik Univ.Prof. DI Dr. techn. habil. Friedrich Bleicher KONTAKT Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik Getreidemarkt 9/BA/8 OG 1060 Wien T E sek@ift.at Ansprechpartner DI Benjamin Mörzinger T E moerzinger@ift.at

32 Institut für Fertigungstechnik u. Hochleistungslasertechnik Vorstand Univ.Prof. DI. Dr. F. Bleicher Seite 32