Ressourceneffizienz in der Automation - Ganzheitliche ... · CR\Prof. Dr. Peter Post Ressourceneffizienz in der Automation FESTO Automation und Bildung Wir steigern die Produktivität

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Ressourceneffizienz in der AutomationCR\Prof. Dr. Peter Post Ressourceneffizienz in der AutomationCR\Prof. Dr. Peter Post

Ressourceneffizienz- und Kreislaufwirtschaftskongress Baden Württemberg

Ressourceneffizienz in der Automation -

Ganzheitliche Lösungen durch Industrie 4.0

Prof. Dr. Peter PostFesto AG & Co. KG

07. Oktober 2015


FESTO Automation und Bildung

Wir steigern die Produktivität von 300.000 Kunden weltweit.

Wir bieten ganzheitliche und kundenindividuelle Lösungen in der Industrieautomation.

Weltweit DER führende Anbieter für Aus- und Weiterbildung in Industrie.

Festo Automation

KomponentenSysteme /Lösungen

Festo Didactic

Training /Consulting

Lernsysteme

Produktivität

Machinen/Systeme

Menschen /Organisation


Corporate Responsibility – Wir übernehmen Verantwortung

Verantwortlich handeln.

Gesund wachsen.

Über Generationen hinweg.


Technical education

Energy efficiency

Impact on our customers:

Festo Footprint:

Environment, energyand construction

Material usage

Health and safety

Lifelong learningShow details

Corporate Responsibility - Aktivitäten

http://www.festo.com/cms/en_corp/14021.htm


Technologietreiber in der Automatisierung

Tre

nd

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Miniaturisierung & Integration von Funktionen

(Mechatronik / MST)

Information & Kommunikation (Industrie 4.0)

Pro

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Kundenspezifische Produktion

• Produktion kundenindividueller Produkte• Kombination Massenproduktion und

individuelles Design• Kleine Losgröße, one piece flow

Nachhaltigkeit

• Hohe Effizienz und near-to-zero emission• Wiederverwendung von Maschinen und

Equipment• Verschwendung vermeiden

Digitalisierung und Vernetzung

• Intelligente Fabrik• Digitale & Virtuelle Fabrik• Wertschöpfungsnetzwerke


Treiber für Ressourcenefficienz

Marktpotenziale

…Einsparungen…

…Standards/Regulierungen…

Governance

..Kommunikation…

Image

…Innovation…

Technologie

…Geschäfts-modelle…

..Kooperation…

…Effizienz…

…Verantwortung…


Energy-Efficiency@Festo: Ganzheitlicher Lösungsansatz für Kunden

Intelligente AuslegungIntelligente und innovative Auswahl-Software für die richtige Auslegung von Systemen.

Produkte und LösungenFesto bietet Produkte und Lösungen an, die Energie effizienter nutzen!

ServicesFesto Energy Saving Services: das Servicepaket zur bestmöglichen Ausschöpfung von Einsparpotenzialen.

Industrial EducationProfitieren Sie von der Industrienähe und dem Trainingsangebot der Festo Didactic.

Fokus

Energie-

effizienz


Energy-Efficiency@Festo: Systematische Entwicklung des Themas

< 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

Aufbereitung des Themas fürdie Unternehmensstrategie

Energy efficiency 2012:

Konsolidierte Position und gestärktes Thema innerhalb von Festo:

• Early-warningProzess

• Entwicklung eines Markt- und Marketing-Ansatzes für Energieeffizienz

• Innovationsinitiative für neue energie-effiziente Produkte

• Festo Produktion als Beispiel für Energieeffizienz

• Energy SavingServices

Forschungsprojekt EnEffAHEnergieeffizienz in der Antriebs und Handhabungstechnik(10.2008 -06.2012)

Project core team• Dr. Gomeringer /CR Team Lead and Head of Task Force• Mr. Gabriel /TM Market Communication• Mr. Reichelt /EK Voice of the customer• Mr. Ohmer /CR Expert Energy Efficiency Research and R&D• Mr. Seifert /CQ Environment Mgmt., Production• Mr. M. Berner/SV Representative of Product Centers • Mr. Lensdorf/TV Energy Saving Services• Mr. Bruy/CF Facility Mgmt.

Project steering team : Dr. Post, Mr. Retter, Mr. Notz, Dr. Frontzek, Mr. Rupp, Mr. Bighiani, Dr. Veit

WP2: Market. & Com. WP1: Early warning WP3: Innovation Initiat.

• Mr. Gabriel• Mr. Zitzmann• Mr. Lensdorf• Mr. Volk• Mrs. Berner

• Dr. Gomeringer• Mr. Reichelt• Dr. Pastewski• Mr. Bischof

• Dr. Pastewski• Mr. Ohmer• Mr. Finkbeiner• Mr. Kühnle/ Mr. Rapp• Dr. Soblik/Mr. Berner/

Mr. Kühbauch• Mr. Prinzen• Dr. Bredau, Mr. Billep

WP4: Production

• Mr. Stemler• Mr. Seifert• Mr. C. Müller• Mr. Guilliard• Mr. Menzner• Mr. Bruy• Mr. Hülsmann• Mr. Fingerle

Task Force

• Mr. Ditterich• Dr. Krichel• Dr. Pastewski • Mr. Volk

• Mr. Lensdorf• Mr. Volk• Mr. Billep• Mr. Unan

WP5: Services

Installation eines Projekt-Teams und Task Force „Energieeffizienz“

Analyse „Energy efficiency“

Future Radar Analyse „Klimawandel“

ErsteAktivität

en

Energy Saving

Services

ABTEILUNG/Name 1

Overview

Monitor

attr

acti

ven

ess

hig

hlo

w

low highimplementation chance

Barometer - o +

Market size xMarket growth xAdded value (customer) xTime based relevance xKnow How x

Field of observation

x

Beginning & End of theTopic-buildup – urgency

monitoring

2010 2015 2020

built up

benefit

Energy & Environment

Economy, Politics

and Legislation

Energy&

Environment Society

Technology

Energy &

Environment

Mentor: Michael OhmerEnergy Efficiency 2008

Future Radar

Introduction

Strategy in Europe, China, US...• Development of renewable energy and energy efficiency• Energy-efficient production technologies

• Global Goal: cutting energy consumption and CO2 emissions

Opportunities Threats

• New business models / Contracting• Energy-efficient products / product optimization / energy-saving technologies

• Energy Management / Engineering Services / Total Air Management (TAM)

Threats

Image: “Energy waster“ compressed air, pneumatic losing ground

Recommendations

• Promote products for energy efficient production, especially energy efficiency optimization of pneumatics. Build up alternative technologies at the same time.

• Energy efficiency becomes a competitive factor in the near future .• Engineering / Design is a large potential, implementation suitable.• Energy recovery / saving circuits should be speed up, as this represents a

fundamental basis for the implementation of operational strategies.

http://eneffah.com/EnEffAH_Broschuere.pdf

http://eneffah.com/EnEffAH_Broschuere.pdf


Festo Research – Kreisläufe schließen von Produkten und Werkstoffen


Industrie 4.0 in der Geschäftswelt

Internet of things and services (IoT&S)

B2C B2B = Industrial Internet

Technologieebene: All-IP Connectivity / Plattform Services / Big data & AnalysenSource: T-Systems, 14.4.2015


Industrie 4.0 - Vision und Innovation für die Produktion der Zukunft

Enterprise Ressource Planning (ERP)

Produktionsprozess

► Industrie 4.0 fokusiert auf intelligente Produktions-methoden und -prozesse

► Cyber-physische Systeme ermöglichen die

intelligente Fabrik

► Intelligente Produkte unterstützen aktiv den Prozess

► Die Schnittstellen sind Bestandteil einer intelligenten

Infrastruktur

► Produktion kann sich auf den Menschen einstellen


4 Dimensionen von Industrie 4.0

Horizontale Integration Vertikale Integration

Integriertes Engineering Mensch-Orientierung

Value chain • Life cycle costs • Customized products Reconfiguration • Lot size 1 • Apps • Constant change

Systems eng. • along supply chain • Dig. factory Orchestration • Skills • Knowledge • Training


Die Vision „Grüne Fabrik“ erfordert hohe Integration

Verständis über das Umfeld und die Anforderungen derFabrik als Ganzes

Verständnis über die Prozesse in in den verschieden Sektoren

Verständis überpassendeAutomatisierungs-systeme, Funktionen und Lösungen


Handlungsfeld Produktentwicklung

1. Leichtbau

• Gewichtsreduzierung optimierte Bauteilauslegung Werkstoffauswahl.

• Gestaltleichtbau (Formgebung).• Masseeinsparung in bewegten

Anwendungen (Dynamik, Energieeffizienz)

2. Oberflächenfunktion

Optimierung Verschmutzungsanfälligkeit /tribologisches Verhalten.

• Einsatz von Nanotechnologien

3. Materialsubstitution

• ohne Beeinträchtigung der Funktionalität

• Optimierung von Kosten, Verfügbarkeit, Qualität, Umweltverträglichkeit und Verarbeitbarkeit .

4. Miniaturisierung

(Funktionenintegration)

• geringerer Materialeinsatz • Integration von Funktionen • Einsatz neuer Technologien

z.B. „Molded Interconnected Devices“• hochintegrierte Systeme.


Energiemonitoring: Basis für intelligente Instandhaltung

E²M-Einheit- Automatisches Abschaltenbeim Standby- Leckage Detektion

Ganzheitliches Energiemanagement vom Fabriklevel bis zum Komponentenlevel

Selbstmanagement beim KundenAktives EnergiemanagementSmart Grid kompatibel

Detaillerte DatenanalyseBenchmark und Vergleich

Real-time Visualisierung•aller Verbraucher• In verschiedenen Applikat.

3. Managen

2. Steuern

1. Messen


Beispiel: Produktion bei Festo

Reduzierte Leistung und Materialverbrauch: Verarbeitung Ventilunterteile mit Precitrame

Minimalmengenschmierung

Sparen durch Substitution von Kühlschmierstoff

• Leistungsaufnahme (Pumpenleistung) 26 kW

• Kälteleistung 25 kW

Ganzheitliche Optimierung der Hydraulik

• minimieren der Umwandlungsverluste

• keine energieintensive Erzeugung von Hochdruck

Optimierung Steuerung für elektrische Antriebe

Gewichtsreduzierung

• Leichte Roboter und Carbon-Composite-Achse

Energieeinsparung: 30 %


Festo Global Production Center

Energieeffizienz mit Industrie 4.0

Senkung Energieverbrauch

mittels I4.0 Instandhaltungslösungen

Die Eco-Factory: Saubere und ressourceneffizientere Produktion

Scharnhausen, Germany – Eröffnung 2015


Beispiel: Produktion beim Kunden

Branche: Automobilindustrie

Anlage: Karosserierohbau

Maßnahmen Einsparungspotential

Druckniveau reduzieren 15 %

Schlauchvolumen reduzieren 17 %

Druckverluste reduzieren 6 %

Leckagen reduzieren 12 %

Energie abschalten 8 %

Luftsparschaltung (druckreduzierter Rückhub) 14 %

Mögliche Kosteneinsparung: ~ 53%

Mögliche CO2-Einsparung: ~ 13 t CO2 pro Jahr und Anlage


Bewertung von Anwendungen: Leichtbaukonstruktionen

H-Portalsystem mit geringer bewegterMasse und feststehendenelektrischen Antrieben

Bewegte pneumatischeVentilinsel auf einemRoboterarm

Tripod-Systeme fürultraschnelles

Pick&Place


Bewertung von Technologien: CO2-Rucksack

Mögliche Ableitungen:

• Neue Designansätze z.B. Fokus auf AL-Druckguss wenn möglich

• Wiederverwertung von AL-Spänen

Wirkabschätzung nach Lebens-zyklusphasen eines Zylinders

• Energie: Nur 5% der Energie gegenüber Einschmelzen• Material: Re-Use von 95% des Materials (beim Schmelzen können nur 80% durch

Oxidation, Verbrennung und Verlust durch Materialfluss genutzt werden)• Erwartete Einsparung : 5-6 GJ / t bis 16-19 GJ / t

Quelle: Technische Universität Dortmund


Festo – Technologiekompetenz für die Automation

Bewegung

Lineare und rotative , Greifen, Spannen , Fixieren

Messen und steuern

Position, Kraft, Druck

Prozesse

Mischen, Füllen, Trennen

Diagnose

Messen, Analysieren, Visualisieren


Natur – Inspiration für neue Ideen und Transfer von Effizienz-Strategien

► Energieeffizienz

► Leichtbau

► Funktionsintegration► Kommunikation

► Lernen und Adaptivität

Bewegung

Lineare und rotative , Greifen, Spannen , Fixieren

Messen und steuern

Position, Kraft, Druck

Prozesse

Mischen, Füllen, Trennen

Diagnose

Messen, Analysieren, Visualisieren


BionicANTs – Kooperatives Verhalten auf Basis eines natürlichen Modells

Hochintegrierte individuelle Systeme arbeiten zusammen an einer Problemlösung


Danke für Ihre Aufmerksamkeit!

Prof. Dr.-Ing. Peter Post

Corporate Research and Technology, Festo AG&Co. KG, 73734 Esslingen, Germany [email protected]

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