Die energieflexible Fabrik der Zukunft

Die energieflexible Fabrik der Zukunft

Wie können Industriebetriebe nicht nur energieeffizient produzieren, sondern auch zur Stabilität eines Stromnetzes mit erneuerbaren Energien beitragen? Antworten fand das Forschungsprojekt PHI-Factory. Die Software AG entwickelte dafür eine Echtzeitplattform, basierend auf der Analyse von Sensordatenströmen mit APAMA.

In Deutschland vollzieht sich ein Wandel in der Energieversorgung. Die Anzahl der konventionellen Großkraftwerke nimmt ab. Gleichzeitig steigt der Anteil der Erzeuger regenerativer Energien sowie der Anlagen der Kraft-Wärme-Kopplung mit dezentralem Standort. Für einen stabilen Betrieb der elektrischen Netze mit den Zielen hoher Versorgungszuverlässigkeit und -qualität hinsichtlich Spannung und Frequenz werden durch die Netzbetreiber fortlaufend Systemdienstleistungen wie Regelleistung, Blindleistung und Kurzschlussleistung angefordert.

Im Dezember 2016 startete das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderte Forschungsprojekt PHI-Factory. Die Leitidee war es, eine digitalisierte und energieflexible Fabrik der Zukunft zu konzipieren und zu demonstrieren, dass eine Fabrik als aktives Regelelement zeitgleich Energiekosten einsparen und Systemdienstleistungen für das öffentliche Energieversorgungsnetz bereitstellen kann. Das Forschungskonsortium bestand aus einem Zusammenschluss von Forschungsinstituten aus Maschinenbau, Mechatronik, Elektrotechnik und ausgewählten Industriepartnern, die sowohl an Entwicklungsaufgaben als auch als Anwender der Forschungsergebnisse beteiligt waren. Die entwickelten Lösungen wurden in der ETA-Forschungsfabrik am Campus Lichtwiese der TU Darmstadt integriert und experimentell erprobt – und das mit großem Erfolg. Die ETA-Fabrik wurde zur vollständig digitalisierten, energieflexiblen Modellfabrik ausgebaut.

 

 

Schlanke Echtzeitplattform für Big Data

Durch die umfangreiche Datenerfassung im Kontext einer flexiblen elektrischen Fabriknetzführung war die Erforschung und Entwicklung neuer Big Data-Verfahren erforderlich. Hier kam die Software AG ins Spiel. Unter der Leitung ihres Projektmanagers Dr. Dietmar Gärtner entwickelte sie als eine der Kerninnovationen des Projekts eine Big Data-Plattform mit Anbindung an die Datenquellen sowie Datenauswertung und Regelung in Echtzeit. Externe Softwaresysteme wie Energiemonitoring, Prognosemodelle und Produktionsplanung werden über geeignete Schnittstellen in die Plattform integriert und berechnete Stellgrößen an die Steuerungen der Maschinen und Anlagen übertragen. Die Plattform erfüllt State-of-the-art-Anforderungen:

  • Effizienz
  • Skalierbarkeit
  • Sicherheit
  • Wartbarkeit
  • niedrige Kosten

Eine zentrale Rolle nahm dabei APAMA ein, das in der Abschlussveranstaltung des Forschungsprojekts seine „Glanzstunde“ hatte. Dort wurde die laufende Ermittlung von Lastprognosen anhand einer Werkzeugmaschine in der Modellfabrik demonstriert. Lastprognosen treffen Aussagen über den zukünftigen Energiebedarf. Ein von den Projektpartnern der TU Darmstadt in Python entwickeltes Prognosemodell, das über die Plattform in APAMA eingebunden war, wurde im Sekundentakt mit aktuellen Daten versorgt, um den Energiebedarf mit einem kurzzeitigen Horizont für die nächsten 100 Sekunden vorherzusagen. Die Lastprognose wurde dann direkt an das Energiemanagementsystem EnEffCo® des Konsortialpartners Ökotec übertragen und dort in einem Dashboard visualisiert.

In einem zweiten Anwendungsfall, der ebenfalls auf der Echtzeitplattform der Software AG basierte, wurde eine Blindleistungsreglung für die ETA-Fabrik demonstriert. Erfolgt ein Blindleistungsabruf durch den Netzbetreiber, wird dieses über die Plattform als Ereignis an APAMA signalisiert, das einen ebenfalls in Python implementierten Blindleistungsregler mit den aktuellen Ist- und Sollwerten aufruft. Der Regler ermittelt daraus den Stellwert und gibt ihn an APAMA zurück, das diesen in dem OPC UA Server der entsprechenden Steuerung aktualisiert, damit die Leistungselektronik die Blindleistung dem Stellwert entsprechend regelt. Das “Einschwingen” der Bildleistung auf den neuen Sollwert wurde ebenfalls in einem Dashboard visualisiert.

 

 

Monitoring von Energie- und Prozessdaten in der Modellfabrik

Die Bilanz von PHI-Factory nach dreieinhalb Jahren Forschungsarbeit kann sich sehen lassen:  Mit Hilfe des vollständigen Monitorings von Energie- und Prozessdaten können zukünftige Energieflüsse antizipiert und der elektrische Lastgang in Abhängigkeit von Wetter- und Marktdaten angepasst werden. Dabei wurden u.a. Methoden aus dem Bereich des maschinellen Lernens für industrielle Energiesysteme eingesetzt und eine künstliche Intelligenz entwickelt, die selbstständig ein optimiertes Betriebsverhalten erlernt. Zudem setzte das Konsortium einen hoch effizienten, hybriden Energiespeicher, bestehend aus einem Schwungmassenspeicher und Lithium-Ionen-Batterie, ein und erprobte ihn. Der Speicher integriert die Ladestrategien für die werksgebundene E-Mobilität. Die Fabrik kann somit in Zeiten mit geringer Einspeisung aus erneuerbaren Energien bis zu zwei Stunden autark betrieben werden. Bis zu 100 Prozent der elektrischen Fabriklast lässt sich so flexibilisieren und um mehrere Stunden verschieben. So kann der Netzbezug auf besonders günstige Zeiten mit hoher Verfügbarkeit erneuerbarer Energien verschoben werden.

Künftige Forschungen

Wichtige Ergebnisse aus dem Projekt, speziell im Hinblick auf den Beitrag der Software AG, waren die Erkenntnisse, dass bei der Erhebung und Verarbeitung von großen Datenmengen eine möglichst frühe Vorselektion der für den jeweiligen Zweck tatsächlich notwendigen Daten erfolgen sollte (Edge Computing). Außerdem zeigte sich, dass die Echtzeitverarbeitung auf den Datenströmen hier große Vorteile bringt. Auch die Verwaltung der Datenquellen, die in PHI-Factory teilweise manuell erfolgte, bedarf stärkerer Automatisierung. Der Einsatz von Methoden der künstlichen Intelligenz hat sich für die betrachteten Anwendungsfälle als sehr vorteilhaft erwiesen. Diese Erkenntnisse werden in einem Nachfolgeprojekt “KI4ETA” verwertet und weiter erforscht. Die Software AG beteiligt sich an diesem Nachfolgeprojekt und bringt dafür ihre Expertise und ihre Technologien Cumulocity Cloud und Edge sowie APAMA mit ein.

 

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Software AG unterstützt internationale Nachhaltigkeitsziele

Software AG unterstützt internationale Nachhaltigkeitsziele

Die 17 „Sustainable Development Goals“ (SDGs) geben eine Agenda vor im weltweiten Kampf gegen Missstände wie Hunger und Armut. Das Research-Team der Software AG unterstützt diese Ziele.

Software AG Research treibt und koordiniert alle öffentlich finanzierten Forschungsaktivitäten unseres Unternehmens. Das Team führt Forschungsarbeiten durch, die es uns ermöglichen, innovative Ideen und Technologien für Produkte umfassend zu evaluieren, damit sich unsere Kunden den zukünftigen Herausforderungen stellen können. Dabei werden die Kolleginnen und Kollegen von Research immer wieder mit den gesellschaftlichen Herausforderungen unserer Zeit konfrontiert. Ganz konkret hat sich bei einigen Forschungsprojekten herauskristallisiert, dass die zu erarbeitenden Innovationen neue Optionen für die Umsetzung nachhaltiger Ziele bedeuten können.

Eine spannende Frage begleitet also das Forscherteam:

“Kann ich mit meinem Projekt bzw. mit meinem Konsortium aus Universitäten, Forschungsinstituten, Privatunternehmen, Behörden und Verbänden einen Beitrag zur Umsetzung der Sustainable Development Goals leisten? Und welche spezifischen und praktisch umsetzbaren Unterziele passen nun genau zu meinem Forschungsvorhaben?”

Um es gleich vorwegzunehmen: Die Antwort auf diese Frage ist eine umfangreiche Tabelle, in der elf Projekte insgesamt 16 Unterzielen zugeordnet werden konnten. Eine motivierende Zahl. Lassen Sie uns beispielhaft einen Blick auf vier ausgewählte Forschungsprojekte mit der Einordnung in ein oder mehrere nachhaltige Ziele werfen.

 

Sustainable Development Goal # 3:

Ein gesundes Leben für alle Menschen jeden Alters gewährleisten und ihr Wohlergehen fördern

Dieses Ziel verfolgen wir mit dem Projekt SAUBER. Das vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur geförderte Projekt baut eine Informationsplattform für eine nachhaltige Stadt- und Regionalentwicklung auf. Dabei werden die Daten und Services des Raumfahrtprogramms Copernicus erschlossen und in digitale Dienste überführt. SAUBER wird nicht nur einen flächendeckenden und detaillierten Überblick über die aktuelle Lage, sondern – dank des Einsatzes Künstlicher Intelligenz – auch Prognosen und Simulationen der zukünftigen Luftqualität bieten.

Neben ihrer Rolle als Konsortialführer entwickelt die Software AG in dem Projekt die SAUBER-Plattform, eine zentrale Infrastruktur für Geodaten. Dort werden alle relevanten Daten eingespielt und – sofern für Dritte geeignet – als Open Data zur Verfügung gestellt. Außerdem werden auf der Plattform die im Projekt entwickelten bzw. adaptierten Algorithmen der Künstlichen Intelligenz angebunden und den ebenfalls auf der Plattform integrierten SAUBER-Diensten bereitgestellt. Für die Realisierung der SAUBER-Plattform greift die Software AG auf Universal Messaging und Mashzone NG zurück.

Mit SAUBER trägt die Software AG dazu bei, das Unterziel 3. 9 zu erreichen, nämlich bis 2030 die Zahl der Todesfälle und Erkrankungen aufgrund gefährlicher Chemikalien und der Verschmutzung und Verunreinigung von Luft, Wasser und Boden erheblich zu verringern.

Und nicht nur das. SAUBER leistet darüber hinaus auch einen Beitrag zum Sustainable Development Goal # 13, in dem es darum geht, umgehend Maßnahmen zur Bekämpfung des Klimawandels und seiner Auswirkungen zu ergreifen.  Das Unterziel 13.3 benennt die Nachhaltigkeit von SAUBER präziser: Die Aufklärung und Sensibilisierung sowie die personellen und institutionellen Kapazitäten im Bereich der Abschwächung des Klimawandels, der Klimaanpassung, der Reduzierung der Klimaauswirkungen sowie der Frühwarnung verbessern.

 

Sustainable Development Goal # 7:

Zugang zu bezahlbarer, verlässlicher, nachhaltiger und zeitgemäßer Energie für alle sichern

Mit PHI-Factory, enera und SynErgie  forscht die Software AG in mehreren Projekten, in denen erneuerbare Energie im Fokus steht. Lasst Sie uns aber ein viertes Projekt herausgreifen: DESPRIMA, vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert, will es Getränkeabfüllern ermöglichen, ihren Stromverbrauch dem schwankenden Stromangebot flexibel anzupassen und damit ihre Stromkosten zu reduzieren. Ist das Stromangebot groß – z.B. an besonders sonnigen oder windigen Tagen – und der Strompreis damit niedrig, erhöhen die Abfüller ihre Stromnachfrage, indem sie die Produktion hochfahren bzw. energieintensive Prozesse vorziehen. Ist das Stromangebot  dagegen niedrig – der Strompreis also hoch – handeln sie gerade umgekehrt. Durch diese flexible Anpassung sparen die Getränkeabfüller nicht nur Geld, sondern tragen auch zur Stabilität der Stromnetze bei. Die Aufgabe der Software AG in DESPRIMA ist die Konzeption, Entwicklung und mithilfe von Cumulocity IoT prototypische Realisierung der Middleware.

DESPRIMA trägt dazu bei, die Unterziele 7.2. und 7.3 zu erreichen, nämlich bis 2030 den Anteil erneuerbarer Energie am globalen Energiemix deutlich zu erhöhen und die weltweite Steigerungsrate der Energieeffizienz zu verdoppeln.

 

Sustainable Development Goal # 8:

Dauerhaftes, inklusives und nachhaltiges Wirtschaftswachstum, produktive Vollbeschäftigung und menschenwürdige Arbeit für alle fördern

sustAGE ist ein von der EU gefördertes Projekt. Darin geht es um die Entwicklung eines personenzentrierten, digitalen Empfehlungssystems, das die kognitive, emotionale und körperliche Leistungsfähigkeit älterer Arbeitnehmer steigern soll. Dazu entwickelt ein internationales Konsortium aus Ingenieuren, Softwareentwicklern und Psychologen gerade ein intelligentes System, das auf Basis von Herzfrequenzmessungen oder Sprachanalysen personenzentrierte Rückmeldungen zur aktuellen Arbeitsbelastung gibt und gesundheitsförderliche Empfehlungen ausspricht. Die Software AG bringt in das Projekt ihre Expertise in der Anwendungs- und Lösungsentwicklung sowie in der Streaming-Analyse ein, um den sustAGE-Prototypen zu entwerfen. Mit Apama, Zementis, Cumulocity und Universal Messaging stellt die Software AG Technologien für Echtzeit- und prädiktive Analysen zur Verfügung.  Bei den SDGs kann sich das Projekt gleich auf drei Teilziele beziehen:

2: eine höhere wirtschaftliche Produktivität durch Diversifizierung, technologische Modernisierung und Innovation erreichen, einschließlich durch Konzentration auf mit hoher Wertschöpfung verbundene und arbeitsintensive Sektoren.

4: die weltweite Ressourceneffizienz in Konsum und Produktion Schritt für Schritt verbessern und die Entkopplung von Wirtschaftswachstum und Umweltzerstörung anstreben, im Einklang mit dem Zehnjahres-Programmrahmen für nachhaltige Konsum- und Produktionsmuster, wobei die entwickelten Länder die Führung übernehmen

5: produktive Vollbeschäftigung und menschenwürdige Arbeit für alle Frauen und Männer, einschließlich junger Menschen und Menschen mit Behinderungen, sowie gleiches Entgelt für gleichwertige Arbeit erreichen.

 

Sustainable Development Goal # 12:

Für nachhaltige Konsum- und Produktionsmuster sorgen

Kürzlich ist das von Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderte Projekt REIF gestartet. Es will Lebensmittelverschwendung entlang der Lebensmittelkette verringern. Mithilfe Künstlicher Intelligenz sollen Stellschrauben zur Reduzierung der Lebensmittelverschwendung bei der Molke-, Fleisch- und Backwarenproduktion erkannt werden. Denn diese Lebensmittel sind schnell verderblich und verursachen viel Lebensmittelabfall. In REIF verantwortet die Software AG die Entwicklung und den Aufbau der REIF-Plattform, die als Datendrehscheibe fungiert. Auf ihr laufen die Daten aus der Wertschöpfungskette zusammen. Sie werden über die Plattform den KI-Algorithmen sowie den auf ihnen basierenden Diensten bereitgestellt. Die Dienste und KI-Algorithmen können dann auf der Plattform bezogen werden, die dafür einen generischen Marktplatz bietet. Dafür wird die Software AG insbesondere auf Cumulocity IoT (z.B. zur Anbindung von Sensorik, Maschinen und Anlagen) sowie webMethods (z.B. zur Realisierung des generischen Marktplatzes) zurückgreifen.

Mit REIF unterstützt die Software AG das Teilziel 12.3, in dem es darum geht, bis 2030 die weltweite Nahrungsmittelverschwendung pro Kopf auf Einzelhandels- und Verbraucherebene zu halbieren und die entlang der Produktions- und Lieferkette entstehenden Nahrungsmittelverluste einschließlich Nachernteverlusten zu verringern.

Übrigens gilt die Agenda gleichermaßen für Industrie-, Schwellen- und Entwicklungsländer. Im Gegensatz zu ihren Vorläufern, den Millenniumszielen, rufen die SDGs ausdrücklich alle Unternehmen auf, ihre Kreativität und ihr Innovationspotenzial zu nutzen, um die Herausforderungen einer nachhaltigen Entwicklung zu meistern. Zwar haben sich alle Regierungen auf die SDGs geeinigt, doch wird der Erfolg bei der Umsetzung maßgeblich vom Handeln und der Zusammenarbeit aller Akteure abhängen. Ein enormer Ansporn für das Forscherteam der Software AG.

 

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Energieverbrauch der Industrie intelligent steuern

Energieverbrauch der Industrie intelligent steuern

Mit dem Forschungsprojekt SynErgie ist die Software AG an der größten nationalen Forschungsinitiative zur Energiewende beteiligt. Vor kurzem wurde die erste Förderphase abgeschlossen.

Wie trägt die Software AG zum Klimaschutz bei? Und was hatte sie mit dem Klimagipfel der Vereinten Nationen in Madrid im Dezember letzten Jahres zu tun? Die Antwort lautet: SynErgie. An diesem Forschungsprojekt ist die Software AG zusammen mit über 80 Partnern beteiligt. SynErgie untersucht, wie die Industrie das Stromnetz stabilisieren kann. Denn Sonne, Wind und Wasserkraft liefern zwar genügend Energie, um uns dauerhaft ein angenehmes Leben zu ermöglichen. Aber wir müssen es schaffen, mit ihren natürlichen Schwankungen umzugehen.

Auf dem Weltklimagipfel in Madrid informierte der deutsche Pavillon über die bisherigen Ergebnisse der Kopernikus-Projekte. Sie bilden die größte deutsche Forschungsinitiative zum Thema Energiewende, gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung. Eines davon ist SynErgie. Es befasst sich mit der Nachfrageflexibilität in der Industrie und deren Flexibilitätspotenzial als wesentlicher Stromverbraucher. Denn wenn Fabriken Glas, Papier oder Aluminium herstellen, brauchen sie dafür sehr viel Strom und Wärme. Das Problem: Die zunehmend eingesetzten erneuerbaren Energien schwanken sehr stark, weil die Sonne nicht immer scheint und der Wind nicht immer weht. Eine Lösung könnte darin liegen, die Industrieprozesse an die schwankende Energieversorgung anzupassen. SynErgie untersucht dafür die Schlüsselindustrien, die sehr viel Energie verbrauchen. Doch wie flexibel können die Fabriken überhaupt produzieren? Wenn die Stromnachfrage von Haushalten und Industrie besser aufeinander abgestimmt wäre, würde das allen helfen. Dafür baut SynErgie eine Synchronisationsplattform auf, die die Energieverteilung innerhalb des Produktionssystems steuert und überwacht und hochdynamisch auf die Flexibilitätsanforderungen des Stromsystems reagiert.

Die gesellschaftlichen Auswirkungen dieses industriellen Demand-Side Managements werden in der eigens geschaffenen energieflexiblen Modellregion um Augsburg erforscht.

Vor kurzem nun endete die erste Förderphase des Projektes, das eine beeindruckende Zahl von innovativen Gestaltungsansätzen für ein zukünftiges Energiesystem aufgezeigt hat, dazu unten mehr.

Software AG sorgt für technologische Basis

Der Software AG kam bei dem Projekt eine entscheidende Rolle zu. Damit die identifizierten Flexibilitätspotentiale vermarktet und erbracht werden können, ist eine enge und schnelle informationstechnische Vernetzung aller Marktteilnehmer erforderlich. Die technologische Basis hierfür bildet die sogenannte Energiesynchronisationsplattform, bestehend aus einer zentralen Marktplattform und Unternehmensplattformen der Marktteilnehmer.

In der ersten Förderphase lag der Fokus der Arbeiten der Software AG auf der Marktplattform, mit der Unternehmen ihr Flexibilitätspotential untereinander und über externe Märkte wie die Strombörse handeln können. Die Marktplattform wurde weitestgehend auf Basis von API Management realisiert und bietet den Projektpartnern die Möglichkeit, Mehrwertdienste wie Strompreisprognosen einfach zu vermarkten. Die Anbindung existierender Plattformen wie die Regelleistungsmärkte und die Realisierung der internen Prozesse erfolgte über webMethods Integration Server, der auch Schnittstellen für die Kopplung der Unternehmensplattformen einzelner Partner bereitstellt. Über diese können Unternehmen ihre ermittelten Flexibilitätsangebote inserieren und bei Flexibilitätsbedarf vorhandene Angebote einsehen. Die Inserate wurden dabei in Terracotta DB verwaltet.

Zweite Förderphase hat begonnen

Ihr Schwerpunkt liegt auf der Demonstration in industriellen Pilotanwendungen sowie der Übertragung von Technologien und Lösungen. Es werden deshalb 23 Demonstratoren gemeinsam von Industrie- und Forschungspartnern aufgebaut.

In der zweiten Förderphase intensiviert die Software AG als strategischer Partner ihr Engagement insbesondere auf Seiten der Unternehmensplattform. Hier wird eine Integration von Cumulocity mit den Technologien der ersten Förderphase verfolgt, um die Identifikation, Planung und Erbringung von Flexibilitätspotentialen zu automatisieren. Zur Erprobung der gesamten Energiesynchronisationsplattform werden Unternehmensplattformen bei ausgewählten Unternehmen der Modellregion Augsburg wie der AGCO GmbH (Landmaschinen), ShowaDenko Carbon Holding GmbH (Graphitelektroden), Linde AG (Gase) und MAN SE (Fahrzeug- und Maschinenbau) sowie bundesweit bei energieintensiven Betrieben wie TRIMET Aluminium SE (Aluminiumherstellung) prototypisch ausgerollt. Auf Seiten der Marktplattform wird u.a. der Einsatz von Blockchain und Distributed Ledger Technologien erforscht, realisiert und erprobt. Kann die technische Machbarkeit des Ansatzes in der zweiten Förderphase nachgewiesen werden, soll in einer dritten Förderphase die Überführung in produktive Lösungen für den deutschen Energiemarkt untersucht werden. 

Ergebnisse der ersten Förderphase

  • Das Projekt hat branchenspezifische Schlüsselproduktionsprozesse in allen energierelevanten Industriebranchen in Deutschland auf organisatorische Möglichkeiten zur Energieflexibilisierung untersucht. Das Ergebnis: fehlende finanzielle Anreize stellen das größte Hemmnis für die Energieflexibilisierung dar; Unternehmen mit besonders hohem Energieverbrauch haben ein größeres Wissen über Energieflexibilität; Strompreise spielen aktuell in der Produktionsplanung und -steuerung eine untergeordnete Rolle.
  • Anhand von industriellen Fallbeispielen konnte gezeigt werden, dass die technische Umsetzbarkeit der erarbeiteten Lösung an Einzelanlagen gut möglich ist. In einem Handlungsleitfaden, der als Webanwendung verfügbar ist, wurden die wesentlichen Erkenntnisse der ersten Förderphase gebündelt.
  • Mit einer Energiesynchronisationsplattform wurde ein durchgängiges Konzept für den sicheren, standardisierten und automatisierten Energieflexibilitätshandel von der Maschine bis zum Strommarkt entwickelt.
  • Die Flexibilitätspotenziale in wichtigen Schlüsselproduktionsprozessen und der Grundstoffindustrie wurden identifiziert und aggregiert. Im Rahmen der Energieflexiblen Modellregion Augsburg wurden die Potenziale, Hemmnisse, Auswirkungen und Chancen von energieflexiblen Fabriken ganzheitlich betrachtet. In Zusammenarbeit mit regionalen Industrieunternehmen wurden exemplarische Flexibilisierungsmaßnahmen der Graphitherstellung sowie der Papier- und Maschinenbaubranche identifiziert und modelliert.
  • Es wurden Handlungsempfehlungen mit Vorschlägen für regulatorischen Änderungen in der Energiepolitik erstellt und an politische Entscheider übergeben.

 

Veröffentlichungen

Wer sich intensiver mit den Ergebnissen dieses Forschungsprojekts befassen möchte, dem stehen zahlreiche Veröffentlichungen zur Verfügung – auf Deutsch. Davon unter anderem:

Übrigens war die Software AG mit Klotilda Muca und Jens Schimmelpfennig an der Erarbeitung der Richtlinie „Energieflexible Fabrik – Grundlagen“ beteiligt. Das Papier des Verein Deutscher Ingenieure (VDI) zur Identifikation von Energieflexibilisierungsmaßnahmen wird im Laufe des Jahres erscheinen. Es kann schon jetzt bestellt werden unter: https://www.vdi.de/richtlinien/details/vdi-5207-blatt-1-energieflexible-fabrik-grundlagen

Die Richtlinie wird aktuell erweitert. Das nächste Blatt „Energieflexible Fabrik – Identifikation und technische Bewertung“ beschreibt die Vorgehensweise zur Quantifizierung des Flexibilitätspotentials produzierender Unternehmen.

Alle weiteren Publikationen sind verfügbar auf dieser Website: https://www.kopernikus-projekte.de/aktuelles/publikationen

                 

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Umhüllt von Datenströmen und zartem Kakaoduft

Umhüllt von Datenströmen und zartem Kakaoduft

Im Rahmen des Forschungsprojekts EVAREST durfte ich die Schokoladenfabrik Lindt in Aachen besichtigen.

Tak, tak, tak, tak. Die Verpackungsmaschine in der Schokoladenfabrik rattert unermüdlich und  schafft 550 Tafeln in der Minute. So schnell kann ich gar nicht gucken. Zuerst wird die Tafel in hauchdünne Alufolie verpackt und dann mit dem bedruckten Karton umwickelt.  „Lindt Excellence 70% Cacao“ steht auf der Verpackung. Ab und zu fällt eine Tafel Schokolade in einen Korb. Fehler, aber der ist so unauffällig, dass ich erst mal nachfragen muss, warum die Tafel nicht weiter den Weg in den Karton findet. „Nicht korrekt gefaltet“, stillt der Werksarbeiter meine Neugierde. Bei Lindt herrschen hohe Qualitätsstandards. Bei der kleinsten Abweichung von der Norm wird aussortiert und gegebenenfalls nochmal eingeschmolzen.

Ich stehe mitten im einzigen deutschen Werk von Lindt, bewundere die hochmodernen Produktionsanlagen und nehme den zarten Kakaoduft wahr, der unaufdringlich in der Luft liegt. Manch einer beneidet mich um meine Mitwirkung im Forschungsprojekt EVAREST. Anlässlich des ersten Konsortialmeetings hat uns der Anwendungspartner Lindt zur Werksbesichtigung eingeladen. Der Besuch der Produktionshallen soll den Projektpartnern dabei helfen, bei aller „Datentheorie“ ein Gespür für den Anwendungsfall zu entwickeln.

Die Lindt & Sprüngli AG ist ein international tätiger Schweizer Schokoladenhersteller mit Sitz in Kilchberg (ZH) in der Schweiz. Die Gründung geht auf das Jahr 1898 zurück. 14.570 Mitarbeiter zählte die Unternehmensgruppe im Jahr 2018, die weltweit einen Umsatz von 4 313,2 Mrd. Schweizer Franken erwirtschaftet. Neben einer Vielzahl verschiedenster Tafelschokoladen stellt sie auch Pralinen her.  Dazu kommen saisonale Produkte wie Weihnachtsmänner oder Osterartikel.  Insgesamt wurden 2018 2.523 unterschiedliche Produkte produziert. Lindt ist in Deutschland mit einem sehr breit aufgestellten Schokoladensortiment auf dem Markt. Deutschland ist das Heim des Goldhasen und der gesamten Hohlfigurenproduktion für die Lindt & Sprüngli Gruppe.

Worum geht es bei dem vom BMWi geförderten Projekt EVAREST? In der Lebensmittelproduktion fallen massenhaft Daten an. Auf der Kakaoplantage, beim Transport und in den Fabrikhallen zählen, messen und sammeln Maschinen und Anlagen alle möglichen Werte. Von der Qualität der Rohware, über die saisonale Verfügbarkeit der Zutaten bis zur aktuellen Marktnachfrage. Wie viele Kakaobohnen ernten Bauern wann und wo? Wie steht es um die Qualität der Bohnen? Und welche Sorten ergaben besonders gute Schokolade. Analysen liefern eine Fülle von Informationen, Codes aus Zahlen und Buchstaben geben Auskunft über Rohstoff, Herkunft, Zuliefererketten, Qualitätskontrolle und Nachfrage. Diese Daten nutzen bisher nur der Bauer, der Lieferant und der Fabrikant vor Ort: jeder allein für sich, um jeweils seinen kleinen Teil der Kette im Auge zu behalten.

Gruppenfoto

Branche profitiert von Rohstoffdaten

Die Lebensmittelindustrie  will aus Datenströmen eine zusätzliche Einnahmequelle für Erzeuger und Hersteller schaffen. Aber auch für andere sind solche Daten aufschlussreich, erst recht, wenn die Informationen verknüpft werden. Weiß z. B. der Hersteller edler Schokolade früh über Qualität und Umfang der Kakaoernte Bescheid, kann er seinen Einkauf besser planen – etwa, wenn Bohnen bestimmter Güter absehbar knapp werden. Auch Finanzfachleute würden profitieren und könnten früh und fundierter Preisentwicklungen für Rohstoffe voraussagen. Solches Wissen ist bare Münze wert.

Das Projekt EVAREST hat im Januar 2019 begonnen. Ziel ist die Entwicklung und Verwertung von Datenprodukten als Wirtschaftsgut im Ökosystem der Lebensmittelproduktion. Als Basis soll eine offene technische Datenplattform geschaffen werden, die über Unternehmensgrenzen hinausgeht. Ferner werden  ökonomische und rechtliche Nutzungskonzepte entwickelt. „Die globale Serviceplattform wird auf Software der Software AG aufsetzen. Sie wird Produkte, Anlagen, Systeme und Maschinen verbinden und damit die Analyse und Verwertung von IoT-Daten in einem globalen Ökosystem ermöglichen“, sagt  Andre Litochevski aus dem Bereich Research, der seitens der Software AG für das Projekt verantwortlich ist. Zum Projektkonsortium gehören neben der Software AG und Lindt das DFKI als Konsortialführer, die Agrarmarkt Informations-Gesellschaft mbH (AMI), das Forschungsinstitut für Rationalisierung e.V. (FIR) an der RWTH Aachen und die Universität des Saarlandes.

Mit Kittel und Haube

Während der Werksbesichtigung lernen wir, wie sensibel die Schokoladenproduktion ist:  So spielt zum Beispiel die Temperatur in den Hallen eine große Rolle. Weicht die Temperatur der Schokoladenmasse nur um einen halben Grad ab – und je nach Produktionsstufe muss sie mal kühler oder mal wärmer sein, – verliert die Schokolade entweder ihren Glanz oder ist nicht mehr aus den Gießformen herauszubekommen.

Hygiene ist oberstes Gebot in der Schokoladenfabrik. Ohne Kittel und weiße Haube, für die Männer sogar Bartschutz, geht in den Produktionshallen gar nichts. Immer wieder passieren wir auf dem Weg zum Besprechungsraum oder in die Kantine Hygienestationen, wo wir unsere Hände waschen und desinfizieren und nach neuen Hauben greifen.

Auch der Arbeitssicherheit wird in der Produktion oberste Priorität eingeräumt. Bereits vor Jahren wurde an sämtlichen Produktionsstandorten ein entsprechendes „Health- & Safety“-Programm implementiert. Die Einhaltung der Ziele wird kontinuierlich überprüft. Unsere Besuchergruppe wird z. B. sehr konsequent gebeten, den Handlauf an der Treppe zu benutzen. Gebotsschilder weisen zusätzlich darauf hin. Es könnte sich ja Kakaobutter auf die Schuhsohle verirrt haben und die Treppe zur gefährlichen Rutschbahn machen.

Im Rahmen des Konsortialtreffens in Aachen wurden die Ergebnisse einer von den Partnern FIR und AMI konzipierten Umfrage vorgestellt. Diese wird als Input zum Status quo der Digitalisierung der industriellen Lebensmittelproduktion genutzt. Außerdem wurden während eines Workshops verschiedene Werte und Anforderungen für zukünftige Stakeholder des Ökosystems EVAREST entwickelt. Neben der Analyse von bestehenden und der Konzeption von zukünftigen Datenströmen in der Produktion wurden bereits Möglichkeiten zur Repräsentation von Datenprodukten sowie die Einsatzmöglichkeiten von Smart Contracts zur Absicherung von Datenprodukten im Ökosystem untersucht.

Und übrigens: Wer glaubt, neidisch auf meinen „Schokoladentag“ sein müssen,
den muss ich enttäuschen: Ich esse keine Schokolade

www.evarest.de

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Mit KI die Stuttgarter Luftqualität verbessern

Mit KI die Stuttgarter Luftqualität verbessern

Wie ist die Luftqualität in meiner Region? Diese Frage beschäftigt in Deutschland viele Bürger. Die Kommunen haben sich längst diesem Thema angenommen und arbeiten an Lösungen für die Transparenz der Schadstoffbelastung und deren Vermeidung.

Das Amt für Umweltschutz der Landeshauptstadt Stuttgart und das Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz Nordrhein-Westfalen begleiten als assoziierte Anwendungspartner das vom BMVI geförderte Forschungsprojekt SAUBER. SAUBER steht für  Satellitenbasiertes System zur Anzeige, Prognose und Simulation von Luftschadstoffen für eine nachhaltige Stadt- und Regionalentwicklung.

Die Anforderungen der Kommunen zu erarbeiten, ist derzeit eine wichtige Aufgabe des Projekts. Wir geben Einblick in die Projektbeteiligung der Kommunen und starten in Teil 1 mit Fragen an:

Herr Kapp, was hat Sie dazu motiviert, an dem Projekt mitzuwirken?

Wir messen natürlich schon seit vielen Jahren die Luftschadstoffe in Stuttgart, denn die lufthygienischen Verhältnisse sind in der Landeshauptstadt aufgrund der topografischen Situation der städtischen Kessellage seit Beginn der Besiedlung immer ein wichtiges Thema gewesen. Durch den Klimawandel verstärken sich stadtklimatische Probleme. Und herkömmliche Messstationen liefern nur punktuelle Daten zur Luftverschmutzung. Über unsere Messungen und Modellrechnungen hinaus erhoffen wir uns von SAUBER, mit den Satellitendaten  eine weitere Informationsquelle zu erhalten, insbesondere hinsichtlich der räumlichen Verteilung von Luftschadstoffen. Damit verfeinert sich das Gesamtbild über die Luftschadstoffe in Stuttgart.

Was heißt das konkret?

Wir erwarten Erkenntnisse zur witterungsabhängigen NO2-Bildung im Sommer und zwar zeitlich und räumlich hochaufgelöste Konzentrationswerte für das Stadtgebiet und darüber hinaus.

Welche Vision für die Luftqualität der Zukunft haben Sie?

Die verkehrsbedingten Schadstoffe (z. B. Stickoxide, Feinstaub, Ozon) verharren weiterhin auf einem hohen Niveau. In zahlreichen Stadtstraßen liegen die Schadstoffwerte für Stickstoffdioxid und Feinstaub (PM10) über den Grenzwerten für verkehrsbeschränkende Maßnahmen.

Daher formulieren wir ganz klar das Ziel, die Grenzwerte einzuhalten und längerfristig Stuttgarter Luftqualitätszielwerte zu erreichen, damit die Bevölkerung in gesunden Wohn- und Arbeitsverhältnissen leben kann.

Wie kann aus Ihrer Sicht SAUBER dazu beitragen, diese Vision umzusetzen?

SAUBER wird uns mit seinen Daten Erkenntnisse liefern, die dabei helfen, Maßnahmen für die Luftreinhaltung weiterzuentwickeln. Eventuell wird SAUBER ein Teil eines Monitoring-Tools bereitstellen und damit die Grundlage für stadtplanerische Fragen verbessern. SAUBER hat die Möglichkeit, Satelliten- mit bodengestützte Daten zu kombinieren. Damit können wir präzise und tagesaktuelle Informationen zur Schadstoffbelastung der Luft erlangen. Hinzu kommt, dass SAUBER über den Einsatz Künstlicher Intelligenz Prognosen und Simulationen durchführen wird. Die Ergebnisse sollen Kommunen und weiteren interessierten Akteuren zur Verfügung gestellt werden.

Sind Sie noch an anderen Forschungsprojekten für saubere Luft beteiligt?

Ja, wir wirken an dem europäischen Projekt ICARUS mit. Dessen Hauptziel ist die Entwicklung von Strategien zur effizienten Reduzierung von sowohl Luftverschmutzung in Städten als auch hier verorteter Ursachen für den Klimawandel. (https://icarus2020.eu/) . Außerdem wird Stuttgart zusammen mit 89 anderen deutschen Kommunen über das „Sofortprogramm Saubere Luft 2017-2020“ des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur gefördert.

Welchen Herausforderungen werden Sie sich bei SAUBER stellen müssen?

Das Monitoring und die direkte Nachsteuerung der Verkehrsleitzentrale sind wahrscheinlich nur bedingt machbar, weil wir die notwendige zeitliche Auflösung bzw. eine Prognose in der notwendigen Qualität noch nicht erhalten.

Mit welchen Daten werden Sie zum Projekt beisteuern?

Wir verfügen über Messdaten und Modelldaten, das heißt flächenhafte Berechnungen aus dem Stadtgebiet. Gegebenenfalls werden wir auch Basisdaten aus dem Stadtgebiet, wie z. B. über Gelände, Gebäude etc. in den Datenpool einfließen lassen.

Können Sie jetzt schon Aussagen über den Status Ihrer Arbeit machen?

Bisher haben wir Kontakte geknüpft und uns im Konsortium entsprechend vernetzt. Außerdem haben wir unsere Vorstellungen entwickelt und artikuliert und bereits Daten geliefert.

Welche Endlösung erwarten Sie von SAUBER?

Wir erhoffen uns ein webbasiertes, sicheres System, vielleicht auch eine mobile App für die Bürgerinformation.

Mehr Informationen unter http://www.sauber-projekt.de

 

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