Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Gie\u00dfen ist ein energieaufw\u00e4ndiges Fertigungsverfahren, und das deutsche Gie\u00dfereiwesen sieht sich vor die Aufgabe gestellt, einen Beitrag zur Eind\u00e4mmung des menschengemachten Klimawandels zu leisten. Das Potenzial ist aufgrund der Gr\u00f6\u00dfe des Industriezweigs erheblich. In der gegenw\u00e4rtigen, von industriellem Wandel gepr\u00e4gten Weltwirtschaftslage steht diese mittelst\u00e4ndisch gepr\u00e4gte Branche auch gro\u00dfen \u00f6konomischen Herausforderungen gegen\u00fcber. Die Struktur der spezifischen Zulieferer- und Abnehmerm\u00e4rkte, hohe Energiepreise und geringe Umsatzrenditen zwingen Gie\u00dfereien, die Effizienz ihrer Produktionsprozesse fortlaufend zu vervollkommnen. Ressourcensparende Produktion und verantwortungsvoller Einsatz von Energie sind Antworten auf beide Anforderungen: die Verbesserung der Umweltbilanz und die \u00f6konomische Optimierung. F\u00fcr die Kemptener Eisengie\u00dferei geh\u00f6ren sie zu den zentralen Unternehmenszielen.
\nVom REFFpro-Vorhaben sollen in diesem Sinn neue Impulse ausgehen. Sein Ziel ist es, die Umweltvertr\u00e4glichkeit der Produktion kleiner und mittelst\u00e4ndischer Gie\u00dfereien zu optimieren und einen Betrag zur Verbesserung der Nachhaltigkeit zu leisten. Weil
\nEnergieeinsparma\u00dfnahmen auch wirtschaftlich sinnvoll sind, kann letztlich verhindert werden, dass die umweltsch\u00e4dliche Produktion aufgrund rechtlicher Auflagen ins Ausland verlagert wird.
\nMa\u00dfnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz wurden bislang gr\u00f6\u00dftenteils im Bereich der Anlagenmodernisierung vollzogen. Digitalisierungsans\u00e4tze und datengetriebene Optimierung der Prozesse kamen bis dato wenig zum Einsatz. REFFpro sieht vor, betriebliche Prozesse innerhalb von Gie\u00dfereien ganzheitlich digital zu erfassen und zu analysieren. Im Gegensatz zur Einzelbetrachtung von Anlagen und Teilabl\u00e4ufen k\u00f6nnen so auch Wechselwirkungen innerhalb der Prozesskette ber\u00fccksichtigt werden, die sich mit konventionellen Methoden nicht abbilden lassen. Eine Bewertung des Energie- und Ressourcenverbrauchs erfolgt auf Grundlage der gesammelten Daten innerhalb des Gie\u00dfprozesses mit Hilfe von Methoden des maschinellen Lernens. Sie erlauben die Identifikation von Haupteinflussparametern auf eine Zielgr\u00f6\u00dfe und lassen R\u00fcckschl\u00fcsse auf eine ideale Prozessf\u00fchrung zu.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAP1 IT-Systemlandschaft und Informationsschnittstellen
\n\t?\tIdentifikation energierelevanter Herstellungsprozesse und energierelevanter Zielgr\u00f6\u00dfen
\n\t?\tErstellung eines grafischen Prozessmodells
\n? Erstellung einer Architektur f\u00fcr die Zentralisierung relevanter Prozessdaten mithilfe einer Microsoft Azure Cloud
\n? Identifikation nicht sensorisch erfassbarer Energiedaten als Grundlage f\u00fcr die Entwicklung einer mobilen App
\n\t?\tErstellung eines Energiemodells mithilfe eines ERD-Diagrams
\nAP2 Datenmanagement und Umsetzung
\n\t?\tUmsetzung der in AP1 spezifizierten Modelle und Architekturen
\n? Implementierung eines gussteilbezogenen Energieprofils, mit dem sich prozessspezifische Energieauswertungen vornehmen lassen
\nAP3 Datenanalyse und -auswertung
\n? Entwicklung eines Energiemodells f\u00fcr den Schmelzofen. Daraus resultiere ein Machine Learning Modell f\u00fcr die Klassifikation und Pr\u00e4diktion des Verschlei\u00dfzustandes von Schmelztiegeln. Implementierung eines webbasierten Assistenzsystems
\n? Identifikation von Prozessschritten f\u00fcr die Formstoffaufbereitung. Entwicklung eines Energiemodells f\u00fcr die Formstoffaufbereitung. Daraus resultierte ein webbasiertes Assistenzsystem, mit dem sich die Verbr\u00e4uche identifizieren und analysieren lassen
\n\t?\tIdentifikation hoher Resteisenmengen und Planung von Optimierungsschritten
\nAP4 Belegungsplanung Formanlage
\n\t?\tUntersuchung der Planungsrestriktionen f\u00fcr die Formanlage
\n?\tEntwicklung zweier Algorithmen f\u00fcr die Reduktion von Resteisenmengen und eine energetische Optimierung
\nAP5 Entwicklung und Vorhersage- von Entscheidungsmethoden
\n\t?\tDie Ergebnisse dieses APs stellen die zuvor entwickelten Assistenzsysteme dar
\nAP6 Verifizierung und Validierung
\n\t?\tVerifizierung und Validierung der Projektergebnisse mit den Konsortialpartnern<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Auflistung energierelevanter Herstellungsprozesse und Prozessparameter
\n\t?\tCloud-L\u00f6sung f\u00fcr eine zentralisierte Speicherung aller relevanter Daten
\n\t?\tMobile App f\u00fcr die Erfassung nicht sensorisch messbarer Daten
\n\t?\tGussteilbezogenes Energieprofil f\u00fcr die prozessspezisiche Analyse von Energieverbr\u00e4uchen
\n\t?\tEnergiemodell f\u00fcr den Schmelzofen
\n\t?\tEnergiemodell f\u00fcr die Formstoffaufbereitung
\n? Assistenzsystem f\u00fcr die Visualisierung und Auswertung von Energiedaten einzelner Prozesse (beispielsweise der Formstoffaufbereitung)
\n? Assistenzsystem f\u00fcr die Klassifikation und Pr\u00e4diktion des Verschlei\u00dfzustands eines Schmelztiegels
\n\t?\tAssistenzsystem f\u00fcr die Belegungsplanung an der Formanlage
\n\t?\tIdentifikation zu hoher Resteisenmengen
\n?\tInsgesamt konnte das Unternehmen seine CO2-Emissionen um durchschnittlich 1.138.200,00 kg reduzieren (verglichen zum Jahr 2019)
\nEinsparung von CO2-Emissionen im Projektzeitraum:
\nAllgemein wirken sich Energie- sowie Rohstoffeinsparungen auf die \u00d6konomie der Gie\u00dferei aus. Im Fokus steht jedoch auch die Auswirkung des Projektes auf die \u00f6kologischen Aspekte. Abb. 19 zeigt den vom Energiemanagement errechneten CO2-Aussto\u00df der Kemptener Eisengie\u00dferei zwischen den Jahren 2019 und 2022. Das REFFpro-Projekt startete im Jahr 2020. Im Vergleich zum Jahr 2019 konnten 973.665,00 kg CO2 eingespart werden. Dies ist als gro\u00dfer Erfolg zu bewerten und \u00fcbertrifft die im Projektantrag gesch\u00e4tzte Einsparungsmenge um 849,655 t. Gegen\u00fcber dem Vergleichsjahr 2019 konnte in den Folgejahren der CO2Aussto\u00df ma\u00dfgeblich reduziert werden. 2022 war dieser um 1.385.822,00 t geringer als im Vergleichsjahr. Die Projektpartner sehen diese massiven Einsparungen als vollen Erfolg an.
\nDie Gie\u00dfereileitung der Kemptener Eisengie\u00dferei ist sich sicher, dass REFFpro Ma\u00dfnahmen entscheidend zu den CO2-Einsparungen beigetragen und dar\u00fcber hinaus viel Bewusstheit f\u00fcr eine umweltfreundlichere Produktion geschaffen hat. Viele Optimierungs- und Einsparungsma\u00dfnahmen sind auch nach Abschluss des Projektes weiterhin im Einsatz und neue in Vorbereitung (bspw. die Untersuchung der Formstoffaufbereitung). Somit ist also auch in den Folgejahren mit weiteren Einsparungen durch das Projektvorhaben zu rechnen.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Tagungsbeitr\u00e4ge, Fachaussch\u00fcsse und Arbeitskreise
\n? Ressourceneffizienz- und Kreislaufwirtschaftskongress (Kongress BW) des Landes Baden-W\u00fcrttemberg. Oktober 2021. Stuttgart.
\n? Eine Br\u00fccke zwischen Wissenschaft und Industrie \u0096 Aus der Forschung in die Praxis (Webinarreihe). Bayern Innovativ. Februar 2022. Online. https:\/\/www.bayern-innovativ.de\/de\/veranstaltung\/ausder-forschung-in-die-praxis#!rueckblick
\n? Roadmap zur Vision: 2045 – Zur klimaneutralen Produktion mit Digitalisierung (als Diskussionsgrundlage mit Branchenvertretern und dem Bayrischen Staatsministerium). Bayern Innovativ . M\u00e4rz 2022. https:\/\/www.bayern-innovativ.de\/de\/seite\/roadmap-vision-2045
\n? Steigerung der Energieeffizienz durch k\u00fcnstliche Intelligenz (KI) \u0096 Berichte aus der Praxis (Webinarreihe). Deutsche Bundesstiftung Umwelt: #DBUdigital Online-Salon. Juni 2022. https:\/\/www.youtube.com\/watch?v=iVTQl3d1cnk
\n\t?\tVorstellung des REFFpro-Projektes vor Studierenden der Hochschule Kempten. Juni 2022.
\n\t?\tFachausschuss Eisenguss (Teilnahme und Pr\u00e4sentation der Ergebnisse). Oktober 2022.
\n\t?\tBarbaratagung (Teilnahme und Poster-Pr\u00e4sentation des Projektes). Dezember 2022.
\n? Bdguss Arbeitskreis Gie\u00dferei 4.0 (Teilnahme an unterschiedlichen Sitzungen des Bdguss, bei denen das REFFpro-Projekt vorgestellt und bisherige Ergebnisse mit der Fachgemeinschaft besprochen wurden). 2022 und 2023.
\n? Vorstellung des REFFpro-Projektes im Rahmen eines Workshops (in Anlehnung an die Roadmap zur Vision 2045). Bayern Innovativ und Bayrisches Staatsministerium. Januar 2023.
\n\t?\tPr\u00e4sentation des Projektes auf der GIFA. 2023.
\n\t?\tBarbaratagung (Teilnahme und Poster-Pr\u00e4sentation des Projektes). Dezember 2023.
\nPublikationen
\nMit Digitalisierung die Produktion nachhaltiger gestalten (Fachartikel). Eine Br\u00fccke zwischen Wis-senschaft und Industrie \u0096 Aus der Forschung in die Praxis. Bayern Innovativ. Februar 2022.
\n? Roadmap zur Vision: 2045 – Zur klimaneutralen Produktion mit Digitalisierung (als Diskussionsgrundlage mit Branchenvertretern und dem Bayrischen Staatsministerium). Bayern Innovativ . M\u00e4rz 2022. https:\/\/www.bayern-innovativ.de\/de\/seite\/roadmap-vision-2045
\n?\tWie k\u00fcnstliche Intelligenz beim Energiesparen hilft (Interview und Ver\u00f6ffentlichung). S\u00fcddeutsche Zeitung. September 2022. https:\/\/www.sueddeutsche.de\/wirtschaft\/ki-energie-sparen-deutschlandindustrie-1.5650707
\n? Vernetzt \u0096 Das Innovationsmagazin von Bayern Innovativ 2023-01 (Artikel \u00fcber das REFFpro Projekt). Januar 2023.
\n\t?\tGiesserei Ausgabe 7 2023 – KI-getriebene Handlungsempfehlungen f\u00fcr Gie\u00dfprozesse. 2023.
\n? Kempten iron foundry: We want to take the future into our own hands. Foundry Planet. Mai 2023. https:\/\/www.foundry-planet.com\/d\/kempten-iron-foundry-we-want-to-take-the-future-into-our-ownhands\/<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Das Forschungsprojekt REFFpro hatte zum Ziel, die Umweltvertr\u00e4glichkeit kleiner und mittelst\u00e4ndischer Gie\u00dfereien zu optimieren und einen Beitrag zur Verbesserung der Nachhaltigkeit zu leisten. Aufgrund aktueller politischer und weltwirtschaftlicher Entwicklungen, welche die deutsche Gie\u00dfereiindustrie stark beeinflussen, erreichte das Projekt gro\u00dfen Zuspruch und auch mediales Interesse.
\nDurch unterschiedliche Ma\u00dfnahmen hat das Projektkonsortium energierelevante Prozessdaten identifiziert, zentralisiert und gespeichert. Mithilfe eigens entwickelter Assistenzsysteme, die auf modernen Data Science Ans\u00e4tzen sowie Algorithmen der K\u00fcnstlichen Intelligenz basieren, lassen sich die Energieverbr\u00e4uche von Gussteilen identifizieren und auch analysieren. Die Assistenzsysteme unterst\u00fctzen die Mitarbeitenden der Kemptener Eisengie\u00dferei dabei, prozessoptimale Entscheidungen zur Reduktion von Energie- und Ressourcenverbr\u00e4uchen zu treffen. Weitere Assistenzsysteme f\u00fcr die Klassifikation und Vorhersage des Schmelztiegelverschlei\u00dfes sowie f\u00fcr die Optimierung der Belegungsplanung am Formautomaten stellen mit ihren Handlungsempfehlungen weitere Einsparungsma\u00dfnahmen dar.
\nAus \u00f6kologischer Perspektive konnte die Kemptener Eisengie\u00dferei ihre CO2-Emissionen um durchschnittlich 1.138.200,00 kg reduzieren (verglichen zum Jahr 2019). Diese Einsparungen sind (neben weiteren Aspekten) auf die Projektergebnisse zur\u00fcckzuf\u00fchren. Die Konsortialpartner bewerten REFpro daher als beachtlichen und nachhaltigen Erfolg. Die bereitgestellten Projektergebnisse finden mittlerweile Anwendung in der Gie\u00dferei und tragen auch k\u00fcnftig zu prozessoptimalen Entscheidungen bei. Auch \u00fcber die Laufzeit hinaus gibt es weitere Untersuchungen und Projekte, welche die Kemptener Eisengie\u00dferei aufgrund der in REFFpro gewonnen Erkenntnisse kontinuierlich und ohne Unterbrechung weiterf\u00fchren m\u00f6chte.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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