620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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In dieser Arbeit wurden mehrere Druckluftspeicher-Prozesse ermittelt, die durch Zuführung von Abwärme aus externen Quellen in der Lage sind, elektrischen Strom hocheffizient zu speichern und wieder bereitzustellen. Dabei sind vornehmlich Daten von Maschinen und Anlagenkomponenten verwendet worden, die aktuell am Markt verfügbar sind, so dass eine kurzfristige Umsetzung im Anlagenbau möglich ist. Als Ergebnis der Arbeit wird gezeigt, dass auch ohne Sondermaschinen die Speicherung und Bereitstellung von elektrischem Strom mit Druckluftspeichern bei guten bis sehr guten Effizienzwerten möglich ist. Dazu können heute ungenutzte Abwärmemengen, vorzugsweise bei hoher Temperatur, aus vielerorts verfügbaren externen Quellen in diesen auf dem AACAES (Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage) basierenden Prozessen genutzt werden.
Stoffstromnetzbasierte Optimalplanung des Ressourceneinsatzes industrieller Produktionssysteme
(2011)
Die Steigerung ihrer Ressourceneffizienz ist heute für viele Unternehmen des produzierenden Gewerbes sowohl aus Gründen des Umweltschutzes als auch zur Steigerung ihrer Wettbewerbsfähigkeit ein wichtiges Anliegen. Als ein in vielfältiger Hinsicht geeignetes Planungsinstrument für das industrielle Energie- und Stoffstrommanagement hat sich in den letzten Jahren die in den 1990er Jahren entwickelte Methode der Stoffstromnetze erwiesen. Ihr Manko besteht hauptsächlich darin, dass bislang keine automatische Suche nach Systemkonfigurationen mit optimalem Ressourcenverbrauch möglich ist. Gängige Optimierungsmethoden des Operations Research wie die mathematische Programmierung sind hierfür prinzipiell geeignet. Aufgrund ihres hohen Abstraktionsniveaus lassen sie sich jedoch nur schwer in betriebliche Planungsprozesse, insbesondere in mittelständischen Unternehmen, einbinden. Daher wird in dieser Arbeit eine neuartige Methode für die Optimalplanung industrieller Produktionssysteme entwickelt, die die Vorteile der Stoffstromnetze mit denen der Parameteroptimierung verbindet: die stoffstromnetzbasierte Optimalplanung. Als formale Schnittstelle zwischen Stoffstromanalyse und Operations Research wird durch die Einbettung eines Stoffstromnetzes in ein Parameteroptimierungsproblem das stoffstromnetzbasierte Optimierungsproblem (SSNOP) definiert. Dabei wird deutlich, dass aus der methodischen Integration nur dann ein sinnvolles Planungswerkzeug resultiert, wenn auch die jeweiligen Modellierungsparadigmen von Stoffstromanalyse und Optimalplanung miteinander verschmolzen werden. Das SSNOP ermöglicht daher nicht nur die angestrebte Erweiterung des Stoffstrommanagements um den Aspekt der automatischen Systemoptimierung. Es induziert darüber hinaus einen Perspektivwechsel von der traditionell eher beschreibenden zu einer entscheidungsorientierten Stoffstromanalyse. Nur durch die systematische Berücksichtigung der Freiheitsgrade eines Produktionssystems in Form von vorhandenen oder potenziellen Handlungs- und Gestaltungsspielräumen entstehen Stoffstrommodelle, die gleichzeitig als Optimierungsmodelle einsetzbar sind. Weiterhin werden in dieser Arbeit konkrete Lösungsansätze für das SSNOP untersucht. In Abhängigkeit von den Eigenschaften des eingebetteten Stoffstromnetzes gibt es zwei Möglichkeiten für die Optimierung: Einerseits die algebraische Reformulierung als mathematisches Programm, welches anschließend mit analytischen Optimierungsalgorithmen gelöst werden kann, andererseits die Anwendung direkter Suchalgorithmen im Rahmen einer simulationsbasierten Optimierung. Weiterhin wird ein Optimierungsmodul für eine stoffstromnetzbasierte Stoffstromanalysesoftware konzipiert, welches beide Lösungsansätze integriert. Mittels numerischer Experimente wird schließlich die Eignung verschiedener direkter Optimierungsalgorithmen zur Lösung des SSNOP untersucht.
Der weltweite Energieverbrauch nimmt stetig zu. Statistiken zeigen, dass ein wesentlicher Anteil dieses Anstiegs nicht von der Industrie ausgeht, sondern auf Privathaushalte und öffentliche Einrichtungen zurückzuführen ist. Die Anzahl der elektrischen Verbraucher in einem durchschnittlichen Privathaushalt steigt. Es wird für den Menschen schwieriger zu beurteilen, was in seiner persönlichen Umgebung welche Menge Energie verbraucht. Diese Mannigfaltigkeit an Verbrauchern manuell im Sinne eines effizienten Umgangs mit Energie zu managen ist kaum möglich. In dieser Arbeit wird ein System skizziert, welches es einem Gebäude erlaubt seine Energieströme in autonomer Weise selbst zu verwalten. Ein hochdynamisches Netz verteilter Netzwerkknoten soll in der Lage sein elektrische Verbraucher entsprechend den Bedürfnissen der Benutzer zu verwalten mit dem Ziel, den Gesamtenergiebedarf des Netzes zu minimieren. Es ist eine besondere Herausforderung, dass in diesem Netzwerk gleichberechtigter Knoten auf Grund von technischen Randbedingungen kein Knoten globales Wissen über das Gesamtnetzwerk akkumulieren kann. Für diese Optimierungsaufgabe wurde die Ant Colony Optimization (ACO) ausgewählt. Damit innerhalb des hochdynamischen Netzwerks eine Optimierung nur auf Basis der lokalen Informationen der Netzteilnehmer durchgeführt werden kann, wird eine angepasste ACO Variante, das das Asynchronous Ant System, eingeführt. Diese Arbeit stellt eine Java basierte Simulation des AAS Algorithmus' im verteilten Netz sowie eine ANSI C Implementierung des AAS Systems auf einer Embedded Plattform vor. Es zeigt sich, dass es mit Hilfe des AAS möglich ist, Optimierungsaufgaben im verteilten Netz zu lösen.
Im Zuge der starken Zunahme von Automatisierung in Fertigungsbereichen steigt auch der Bedarf an produktionsrelevanten Daten (z.B. Stillstandszeiten, Qualität, etc.) für Beurteilungen und Entscheidungen an. Die E&K Automation Gruppe bietet mit ihren MES-CON-OS Produkten zurzeit die Möglichkeit, diese Daten aus SPS (Siemens S7) über ein VB-Tool in eine Datenbank zu schreiben und über ein MS Access-Frontend zu betrachten und auszuwerten. Im Zuge der Diplomarbeit soll diese Technik modernisiert und durch entsprechend neu zu erstellende Tools ersetzt werden. Der Datenaustausch wird durch das Tool MES-CON-OS COM vorgenommen. Es überträgt die Daten von einer Steuerung (SPS od. auch PC) in eine Datenbank. Die Datenanalyse teilt sich auf in MES-CON-OS WS, welches die gesammelten Daten für andere Programme zur Verfügung stellt und MES-CON-OS OEE, welches über ein Web-Frontend den Zugriff auf eine Statistikdarstellung für diese Produktionsdaten möglich.
In dieser Diplomarbeit ist die Entwicklung eines Software -Tools zur Optimierung von PID-Reglern beschrieben. Das Programm ist, durch die Vorgabe der GEA TDS, in Visual BASIC 6 programmiert worden und ist speziell auf die Optimierung der Standard-PID-Regler in der Siemens S7-Steuerung ausgelegt. Die Verbindung zu der Steuerung findet über einen OPC-Server statt. Der Anwender kann von seinem Laptop aus auf den OPC-Server zugreifen, auf dem die Access-Datenbank, in der die PID-Regler konfiguriert sind, abgelegt ist. Die entwickelte Anwendung soll in den von GEA TDS gebauten Anlagen eingesetzt werden, um den Anwendern des Programms das Einstellen der PID-Regler zu vereinfachen und eine gute Reglergüte beim Kunden zu hinterlassen.
Diese Arbeit befasst sich mit der Untersuchung des 3D-Konstruktionswerkzeuges CATIA V5. Es werden die Möglichkeiten analysiert, Arbeitsprozesse mit Hilfe dieses Tools zu optimieren. Anhand des Auftrages zur Positionierung von Bauteilen im Versorgungskanal eines Airbus A340 wird untersucht, in wie weit CATIA V5 hier unterstützende Funktionen anbietet, um die Arbeit schneller, dadurch kostengünstiger und effektiver, also auch weniger fehleranfällig durchzuführen. Es werden verschiedene Möglichkeiten erarbeitet, analysiert und bewertet. Beispielhaft wird mit der Umsetzung der gewählten Möglichkeit begonnen. Am Ende wird eine Aussicht auf die Zukunft der untersuchten Methodik gegeben.
Das OS300 ist ein auf SPS- basierendes Leitsystem für Fahrerlose Transportsysteme (FTS). Zum Beobachten und Bedienen des Systems werden zur Zeit handelsübliche Visualisierungssysteme wie z.B. Wincc (Siemens) oder Intouch (Wonderware) eingesetzt, deren Funktionalitäten auf allgemeine Industrieanwendungen ausgerichtet sind. Die speziellen Anforderungen einer FTS - Anwendung können in der Regel nur durch einen hohen Engineeringaufwand erfüllt werden. Im Zuge der Harmonisierung der verschiedenen FTS - Leitsysteme der E&K AUTOMATION - Gruppe wurde entschieden, die Visualisierung des FTS - Leitsystems OS800 auch für das OS300 zu nutzen. Das OS800 ist ein PCbasiertes Leitsystem, welches mit dem Echtzeitbetriebssystem RMOS zusammenarbeitet. Die Visualisierung (BuB – Beobachten und Bedienen) ist eine Windowsanwendung. Im Rahmen der Diplomarbeit soll die bestehende Schnittstelle zwischen BuB und OS800 analysiert werden. Danach erfolgt die Umsetzung (Programmierung) dieser Schnittstelle für das OS300.
Die vorliegende Diplomarbeit entstand beim Lüneburger Automobilzulieferer Johnson Controls und beschreibt die verschiedenen in diesem Unternehmen genutzten Auditierungs-Fragenkataloge. Ziel ist es, mit einem neu entwickelten Auditkatalog eine höhere Akzeptanz des Auditsystems mit gleichzeitigen Kosten- und Zeiteinsparungen zu erreichen.
