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
Ressourceneffizienz in der AutomationCR\Prof. Dr. Peter Post Ressourceneffizienz in der AutomationCR\Prof. Dr. Peter Post
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
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Corporate Responsibility – Wir übernehmen Verantwortung
Verantwortlich handeln.
Gesund wachsen.
Über Generationen hinweg.
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Technical education
Energy efficiency
Impact on our customers:
Festo Footprint:
Environment, energyand construction
Material usage
Health and safety
Lifelong learningShow details
Corporate Responsibility - Aktivitäten
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Technologietreiber in der Automatisierung
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Miniaturisierung & Integration von Funktionen
(Mechatronik / MST)
Information & Kommunikation (Industrie 4.0)
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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
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Treiber für Ressourcenefficienz
Marktpotenziale
…Einsparungen…
…Standards/Regulierungen…
Governance
..Kommunikation…
Image
…Innovation…
Technologie
…Geschäfts-modelle…
..Kooperation…
…Effizienz…
…Verantwortung…
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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
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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.
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Festo Research – Kreisläufe schließen von Produkten und Werkstoffen
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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
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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
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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
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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
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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.
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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
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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 %
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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
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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
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Bewertung von Anwendungen: Leichtbaukonstruktionen
H-Portalsystem mit geringer bewegterMasse und feststehendenelektrischen Antrieben
Bewegte pneumatischeVentilinsel auf einemRoboterarm
Tripod-Systeme fürultraschnelles
Pick&Place
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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
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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
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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
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BionicANTs – Kooperatives Verhalten auf Basis eines natürlichen Modells
Hochintegrierte individuelle Systeme arbeiten zusammen an einer Problemlösung
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Danke für Ihre Aufmerksamkeit!
Prof. Dr.-Ing. Peter Post
Corporate Research and Technology, Festo AG&Co. KG, 73734 Esslingen, Germany [email protected]