Methodik zur Erhöhung der Ressourceneffizienz in Cyber-Physischen Produktionssystemen (CPPS)

Der Aufwand zur Optimierung der Energie- und Ressourceneffizienz ist in der Betriebsphase von Anlagen und Fabriken verhältnismäßig hoch sowie die Möglichkeiten zur Beeinflussung gering. Daher wurden im Rahmen dieser Dissertation cyber-physische Regelkreise für den Einsatz in cyber-physischen Produktionssystem (CPPS) entwickelt, um durch die Anwendung von Industrie 4.0-Technologien und Simulationswerkzeugen den Änderungsaufwand des Energie- und Ressourceneffizienzniveaus in der Betriebsphase von Anlagen und Fabriken zu reduzieren sowie die Beeinflussbarkeit zu steigern. Eine übergeordnete Methodik zur Erhöhung der Ressourceneffizienz in CPPS wurde entwickelt, um die neuartigen Regelkreise strukturiert umsetzen zu können. Die Methodik basiert auf vier aufeinander aufbauenden Teillösungen. Teillösung 1 liefert einen Beitrag zur Smartisierung von physischen Systemeinheiten und virtuellen Datenpunkten hin zu Industrie 4.0-Komponenten. In Teillösung 2 wird die Bildung und Integration einer Smart-Data-Wissensbasis beschrieben, die es durch die Aggregation von Prozesswerten ermöglicht simulationskonforme Verbrauchsprofile automatisiert zu bestimmen. In Teillösung 3 wird der strukturierte Aufbau von cyber-physischen Reglern beschrieben, welche die notwendigen Stellgrößen zur Optimierung der betrachteten Regelstrecke bestimmen. Teillösung 4 umfasst Konzepte zur sicheren Freigabe der Stellgrößen durch die virtuelle Erprobung in Emulationsmodellen. Die Methodik konnte im Rahmen der vorliegenden Dissertation auf Basis von drei Szenarien angewendet und validiert werden.