Mit dem »ZIEL« zum Ziel Die Fabrik der Zukunft ist ein »Smart-grid« Kassel 12. September 2019 Marian Süße, Hanns-Martin Strehle, Bastian Prell, Mark Richter

Fraunhofer-Institut Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU Kurzprofil Gründung 1991 Institutsteile in Chemnitz, Dresden, Zittau, Wolfsburg Ca. 530 MitarbeiterInnen ca. 40 Mio. Euro Forschungsvolumen Chemnitz Forschung unter dem Leitthema »Ressourceneffiziente Produktion« Kompetenzbereiche: Werkzeugmaschinen und Automatisierung Mechatronik und Leichtbaukomponenten Spanende Technologien Umformtechnologie Fügen und Montage Produktionsmanagement

WindNODE - Das Schaufenster für intelligente Energie aus dem Nordosten Deutschlands 1 2 3 4 5 6 8 9 IKT- Vernetzungs-plattform Flexible Erzeugung Effiziente Betriebskonzepte für Stromnetze Vernetzter Endkunde Marktdesign und Regulierung Neue Flexibilitäts- optionen Quartiers- konzepte (Smart City) Partizipation und Dissemination Lastverschiebe-potenzial (industrielle Lasten) 7

AP 7.1 »ZIEL« - Algorithmen und Methoden für ein Zukunftsfähiges Intelligentes Energie- und Lastmanagement Halle/Standort Aktives Energiemanagement Steuerung/Regelung Energiequellen, -senken, -wandlern und -speichern Geschlossene Kreisläufe Energiespeicherung/- rückführung Regenerative Energien Dezentrale Erzeugung/Nutzung Gebäudeinfrastruktur/ - leittechnik Verknüpfung mit Produktionstechnik Produktionsplanung/- steuerung (MES) Energie-/kostenadaptiv Energie- märkte EVU MES GLT »ZIEL« Anlage Maschine ZIEL* ZIEL*

Startlösung Produktionsplan AP 7.1 »ZIEL« - Aktives Energiemanagementsystem Simulationstools und Workflow BHWK, PV-Anlage Fester Energietarif Variabler Energietarif Identifikation und Beschreibung relevanter Eingangsgrößen Produktnachfrage Prognose Eigenerzeugung Prognose Preisverlauf Startlösung Produktionsplan Logikmodul Rescheduling Maschinen- belegungsplan (Referenzplan) Simulation Leistungsfluss Steuerung/Regelung+ Bewertung OK? Szenario Signal Neuplanung ZIEL-System Planung und Optimierung Validierter Produktionsplan Referenzbetrieb Kombinierte Energie- und Materialflusssimulation (Betrieb mit ZIEL-System)

Startlösung Produktionsplan AP 7.1 »ZIEL« - Aktives Energiemanagementsystem Produktionsplanung und Optimierung Startlösung Produktionsplan Minimierung Zykluszeit Produktnachfrage Maschinenfolge Bearbeitungszeiten Rüstzeiten Auftragsreihenfolge Früheste Fertigstellung Späteste Fertigstellung … Logikmodul Zielfunktion Nebenbedingungen PBearbeitung PRüsten Rescheduling

Startlösung Produktionsplan AP 7.1 »ZIEL« - Aktives Energiemanagementsystem Simulationstools und Workflow BHWK, PV-Anlage Fester Energietarif Variabler Energietarif Identifikation und Beschreibung relevanter Eingangsgrößen Produktnachfrage Prognose Eigenerzeugung Prognose Preisverlauf Startlösung Produktionsplan Logikmodul Rescheduling Maschinen- belegungsplan (Referenzplan) Simulation Leistungsfluss Steuerung/Regelung+ Bewertung OK? Szenario Signal Neuplanung ZIEL-System Planung und Optimierung Validierter Produktionsplan Referenzbetrieb Kombinierte Energie- und Materialflusssimulation (Betrieb mit ZIEL-System)

AP 7.1 »ZIEL« - Aktives Energiemanagementsystem Simulation Leistungsfluss – Steuerung/Regelung & Bewertung Demonstratorszenarien Matlab-Simulink  Materialflusssimulation = ereignisdiskret  Abbildung energietechnisch relevanter Komponenten und Betriebsszenarien = zeitkontinuierlich

Startlösung Produktionsplan AP 7.1 »ZIEL« - Aktives Energiemanagementsystem Simulationstools und Workflow BHWK, PV-Anlage Fester Energietarif Variabler Energietarif Identifikation und Beschreibung relevanter Eingangsgrößen Produktnachfrage Prognose Eigenerzeugung Prognose Preisverlauf Startlösung Produktionsplan Logikmodul Rescheduling Maschinen- belegungsplan (Referenzplan) Simulation Leistungsfluss Steuerung/Regelung+ Bewertung OK? Szenario Signal Neuplanung ZIEL-System Planung und Optimierung Validierter Produktionsplan Referenzbetrieb Kombinierte Energie- und Materialflusssimulation (Betrieb mit ZIEL-System)

AP 7.1 »ZIEL« - Aktives Energiemanagementsystem Kombinierte Energie- und Materialflusssimulation Logistik- und Energiesimulation für Produktionsanlagen UND Gebäude- sowie Versorgungstechnik Abstrakte Modellierung für taktische und organisatorische Fragestellungen Fokus: Zusammenspiel Planung, Produktion und Technik Fördertechnik Beleuchtung Druckluftstation Produktionsanlage, Produktionshalle Trafostation, Energiespeicher Lüftungsanlage Freie Parametrierung Generischer Energiebaustein (Plant Simulation) in Materialflusssimulation werden zusätzlich stochastische Einflüsse berücksichtigt, welche sich nicht/schwierig in analytischen Modellen berücksichtigen lassen  „Experimente mit Unsicherheiten“  Materialflusssimulation = ereignisdiskret  Abbildung energietechnisch relevanter Komponenten und Betriebsszenarien = zeitkontinuierlich Energiesensitive Materialflussplanung

Vielen Dank! Marian Süße, Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU, Abteilung Zukunftsfabrik Gruppenleiter Fabrikgestaltung und Simulation Telefon +49 371 5397-1517 marian.suesse@iwu.fraunhofer.de