Project Details
Projekt
Energieverbrauchsbeeinflussung auf Prozess- und Verfahrensebene
Applicant
Professor Dr.-Ing. Uwe Heisel
Subject Area
Metal-Cutting and Abrasive Manufacturing Engineering
Term
from 2009 to 2016
Project identifier
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 67908657
Geht man davon aus, dass energieeffiziente und ressourcenschonende Herstellbarkeit bereits bei der Produkt- und Bauteilgestaltung beachtet wurden, so kann in der Fertigungsplanung und der eigentlichen Bearbeitung nochmals Einfluss auf den Energieverbrauch genommen werden. Die mögliche Bandbreite der Prozessführung bei einem gegebenen Verfahren kann zur Optimierung des Energieverbrauchs genutzt werden. Faktoren wie Prozessplanung, Aufteilung der Bearbeitung in geeignete Teilschritte, Prozessablauf sowie Wahl des Fertigungsmittels und der Technologieparameter haben neben Faktoren wie Stückzahl, Automatisierungsgrad oder Maschinenlaufzeit Einfluss auf den Leistungsbedarf. Differierende Prozessabläufe und Prozessparameter bieten unterschiedlich effektive Einflussmöglichkeiten auf den Gesamtenergieverbrauch. Dies muss zudem vor dem Hintergrund möglicherweise konkurrierender Zielgrößen betrachtet werden. So darf beispielsweise weder die Qualität und die Genauigkeit, noch die Fertigungszeit negativ beeinflusst werden. Die Forschergruppe beschränkt sich auf die Verfahren Drehen und Fräsen von Stahl- und Leichtmetallwerkstoffen und untersucht die Möglichkeiten, durch Energieregelkreise Einfluss auf den Energieverbrauch bei einem einzelnen Prozessschritt bei einem vorgegebenen Verfahren zu nehmen. Nicht untersucht werden hingegen komplette Fertigungsketten. Die Analyse der Randbedingungen und Auswirkungen, die sich aus Wahl und Parametrierung der Prozessschritte für den Energieverbrauch ergeben, liefert die Basis zur Erarbeitung einer Systematik von Eingriffsparametern für die Minimierung des Energieverbrauchs. Die Umsetzung der eigentlichen Energieregelung erfolgt algorithmisch in einem Online-Optimierungsmodul, welches zur Laufzeit auf der Maschinensteuerung identifizierte Eingriffsmöglichkeiten auf den Prozess und die Maschinenkomponenten nutzt oder über Offline-Modelle in einem „maschinenfernen“ Energieregelkreis, um in der Fertigungsplanung energetische Optimierungen machen zu können. Der Maschinenbetreiber erhält Bewertungskriterien zur Beurteilung der Energieeffizienz von Prozessen, Maschinen und Komponenten an die Hand. DFG-Vordruck 54.011 - 7/12 Seite 3 von 7 Die Untersuchungen der Energieaufnahme und die Identifizierung von Möglichkeiten der Einflussnahme auf Prozess- und Verfahrensebene sowie die erstellten Modelle liefern der Forschergruppe Verbrauchscharakteristiken und Modelldaten für Teilprojekt TP 1 und Randbedingungen für TP 4. Daraus abgeleitete, effektive Einflussmöglichkeiten auf den Energieverbrauch dienen der Erschließung von Effizienzressourcen durch Automatisierung mit Hilfe der zu entwickelnden Optimierungsmodule für TP 2 und TP 3 während des nun beantragten letzten Förderzeitraums. Das gesamte ECOMATION-Energiesteuerungs- und Regelkonzept wird abschließend an einem Demonstrator prototypisch umgesetzt und validiert.
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