Dezentrale, automatisierte und energieflexible Steuerung der Produktion

Abstract

In der Industrie gewinnt die Frage nach einer sicheren, kostengünstigen und qualitativ hochwertigen Energieversorgung zunehmend an Bedeutung, insbesondere vor dem Hintergrund steigender und volatiler Energiepreise sowie einer zunehmend schwankenden Bereitstellung von Energie. Vor diesem Hintergrund greift die vorliegende Arbeit die Frage auf, wie ein Produktionssystem dezentral, autonom und energieflexibel gesteuert werden kann mit dem Ziel, die Energie- und damit auch die Produktionskosten nachhaltig zu senken. Dabei soll die Auslastung des Produktionssystems und die Termintreue der Aufträge nicht (negativ) beeinflusst werden. Im Fokus der Arbeit stehen die Produktionssteuerung und die damit verbundenen wertschöpfenden Maschinen und Anlagen sowie die bestehende energetische Infrastruktur des Produktionssystems. Die Ergebnisse der Arbeit sind ein neuartiges Steuerungssystem und effiziente Regelalgorithmen, die es erlauben, das Produktionssystem energetisch zu optimieren und damit das Produktionssystem robust, zukunftsorientiert und nachhaltig zu betreiben. Im Rahmen von zwei untersuchten Praxisbeispielen wurden Energiekosteneinsparungen erzielt, ohne die Auslastung der Produktionssysteme oder die Termintreue der Aufträge (negativ) zu beeinflussen. Dabei zeigt sich jedoch auch, dass die kostenbezogene Transformation der prozentualen Einsparungen vom jeweilig aktuellen Energiepreishebel abhängen. Der dezentrale und anreizbasierte Charakter der Steuerung und Regelung ermöglicht es, ein selbstoptimierendes Ökosystem zu schaffen, das keine harten externen Regelungseingriffe benötigt. Damit wird ein integriertes Energie- und Produktionssystem geschaffen, das kostengünstig, robust, hochdynamisch, flexibel und nachhaltig ist.

In industry a low-cost and high-quality energy supply is becoming more and more important, especially against the background of rising and volatile energy prices and an increasingly fluctuating supply of energy. This work addresses the question of how a production system can be controlled in a decentralized, autonomous and energy-flexible manner with the aim of sustainably reducing energy and thus production costs. In doing so, the utilization of the production system and the adherence to delivery dates of orders should not be (negatively) influenced. The focus of the work is on production control and the associated value-adding machinery and equipment as well as the existing energy infrastructure of the production system. The results of the work are a new type of control system and efficient control algorithms that allow the production system to be energetically optimized and thus operate the production system in a robust, future-oriented and sustainable manner. Within the scope of two examined practical examples, energy cost savings were achieved without (negatively) affecting the capacity utilization of the production systems or the adherence to delivery dates of orders. However, it is also apparent that the cost-related transformation of the percentage savings depends on the respective current energy price lever. The decentralized and incentive-based character of the control and regulation system makes it possible to create a self-optimizing ecosystem that does not require hard external regulation intervention. This creates an integrated energy and production system that is cost-effective, robust, highly dynamic, flexible and sustainable.