KI-gestützte Betriebsoptimierung eines Lüftungssystems

Lüftungsanlagen gehören zu den größten Einzelverbrauchern in der industriellen Produktion und sind in Montagehallen weit verbreitet. Das Unternehmen etalytics GmbH zeigt anhand das Beispiels der Lackiererei bei Stellantis, wie sich durch den Einsatz von KI signifikante Einsparungen erzielen lassen.

Die Lackiererei bei Opel am Standort Rüsselsheim am Main benötigt eine Hallentemperatur zwischen 17 und 21 °C. Wegen der erforderlichen Belüftung handelt es sich um einen besonders energieintensiven Produktionsbereich.

In der ursprünglichen Fahrweise der Lüftungsanlage wurden die Ventilatoren der Anlage bei Schichtbeginn eingeschaltet, mit konstanter Drehzahl von 35 Hz betrieben und nach Schichtende wieder ausgeschaltet. Zu den beiden Pausenzeiten pro Tag wurde die Anlage jeweils deaktiviert.

Auslöser der Maßnahme war das DiNaPro Forschungsprojekt[1] zur Entwicklung digitaler Zwillinge für nachhaltige Produktionsprozesse. Im Rahmen der Zusammenarbeit mit Stellantis und dem Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen der TU Darmstadt bot die Lackiererei ideale Voraussetzungen, um KI-gestützte Effizienzgewinne sichtbar und messbar zu machen.

 

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[1] „Modellbasierte Digitalisierung nachhaltiger Produktionsnetzwerke entlang des Produktlebenszyklus (DiNaPro)“; durchgeführt unter Leitung des Fachgebiets Product Life Cycle Managements der TU Darmstadt. Siehe auch diese Webseite: www.zukunft-der-wertschoepfung.de/projektnews/dinapro-analyse-und-integration-von-nachhaltigkeitskenngroessen/

Die Umsetzung erfolgte durch den Einsatz der KI-basierten Plattform etaONE®, welche die Lüftung bedarfsorientiert und vorausschauend steuert. Dazu wird ein eigener Server im Leitstand in Form eines Tower-PCs betrieben. 

Statt eines konstanten Betriebs passt sich das System dynamisch an Produktionszeiten, Außentemperaturen und weitere Bedingungen an, um die Hallentemperatur in dem geforderten Band zwischen 17 und 21 °C zu halten. Dabei berechnet die KI mithilfe des modellprädikativen Ansatzes[1] über einen digitalen Zwilling des Lüftungssystems die optimale Betriebsstrategie und schreibt die Sollwerte über die Gebäudeautomation alle fünf Minuten auf die zu steuernden Anlagen. Entscheidungen sind in diesem Zusammenhang die Drehzahl der Ventilatoren (Zuluftventilator: 85 kW; Abluftventilator: 55 kW), die Klappenstellungen der Umluft- und Frischluftklappen und die Temperaturvorgaben für die Heiz- und Kühlregister (Heizleistung: 1.042 kW; Kühlleistung: 168 kW).

Im Rahmen der Überführung in den produktiven Betrieb übernahm Opel die Finanzierung und trägt die wirtschaftlichen Risiken des Projekts. Das Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen unterstützte bei der Planung und Umsetzung des Messstellenkonzepts sowie bei der energetischen Bilanzierung.

Derzeit befinden sich sieben weitere Lüftungsanlagen am Standort Rüsselsheim in der Inbetriebnahme. In Zukunft sollen unter Anwendung der Betriebsoptimierung vier weitere Lüftungsanlagen an einem zweiten deutschen Stellantis-Standort folgen.

 

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[1] Beim modellprädiktiven Ansatz wird ein zeitdiskretes dynamisches Modell des zu regelnden Prozesses verwendet, um das zukünftige Verhalten des Prozesses in Abhängigkeit von den Eingangssignalen zu berechnen.

Methode

KI-gestütztes Energiemanagement; Digitaler Zwilling

Branche

Fahrzeugbau

Bundesland, Standort (Projekt)

Hessen

Unternehmen

Etalytics GmbH / Stellantis / Opel Automobile GmbH

Angaben zum Projekt
Energieeffizienz	Senkung des Energieverbrauchs	45 MWh/a Strom 48 MWh/a Wärme
	Prozentuale Energieeinsparung	88 % bezogen auf den Prozess (Lüftung)
Klimaschutz	CO2-Einsparung	28 Tonnen CO2e / Jahr
Wirtschaftlichkeit	Investitionen	6.500 Euro
	Amortisationszeit (mit Förderung)	0 bis 0,5 Jahre
Förderung	Förderung im Rahmen des DiNaPro-Projekts, das Teil des BMFTR-Programms „Zukunft der Wertschöpfung – Forschung zu Produktion, Dienstleistung und Arbeit“ ist.