Neben den unmittelbaren Krisen aus Corona-Pandemie und Ukraine-Krieg, sieht sich die Welt mit den tiefgreifenden Folgen des fortschreitenden Klimawandels konfrontiert. Um der Verantwortung den Klimawandel einzudämmen gerecht zu werden und einen weiteren Anstieg der Erdtemperatur zu vermeiden hat die Europäische Union im Jahr 2019 den "European Green Deal" ins Leben gerufen. Hierdurch soll das aktuell bestehende Ziel, die CO2-Emissionen der Europäischen Union im Vergleich zu 1990 bis 2030 um 40 Prozent zu reduzieren, auf eine Reduktion um 50 bis 55 Prozent erweitert werden. Für die produzierende Wirtschaft und vor allem die Automobil- und Gießereiindustrie rücken aus diesem Grund, neben den Preisanstiegen für Energie und Rohstoffe, Nachhaltigkeit und Ressourcenschonung ins Zentrum ihrer zukünftigen Unternehmensausrichtung.
Hiervon ausgehend ergibt sich als übergeordnetes Ziel die Steigerung der Ausbringung bei gleichzeitiger Reduzierung des Energieverbrauchs. Damit kann die Minimierung des Ausschusses, die Stabilisierung und Optimierung der Prozesse, die Steigerung der Energieeffizienz sowie der Wirtschaftlichkeit erreicht werden. Das ReGAIN-Projekt konzentriert sich darauf, dies durch die Digitalisierung der jeweiligen Fertigungssysteme für Kokillen-, Sand- und Druckguss.
Projektlaufzeit: 01.10.2023 bis 31.08.2026
Fördergeber: BMWK - Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz
Projektträger: VDI Technologiezentrum GmbH
Projektpartner
Verbundpartner:
PINTER GUSS GmbH, Bridgefield GmbH, BREOS GmbH, Universität Kassel GTK, LGL Gmbh, Fraunhofer IFF, BDG e.V., CMO-SYS GmbH, IDECO Gmbh, Fraunhofer IIS, Oskar Frech Gmbh, G.A. Röders Gmbh, HEITEC PTS Gmbh, Hochschule Kempten, MAGMA Gmbh, TUBS IFS, VDMA e.V., Wollin Gmbh.
Assoziierte Partner:
ae group ag, AWEBA Gmbh, BeSu solutions Gmbh, Bühler AG, FONDIUM Gmbh, Julius Schüle Druckguss GmbH.
Im Forschungsprojekt ReGAIN wird der Ansatz der digitalen auf CATENA-X basierenden Verknüpfung von Gießereiproduktionssystemen zur Steigerung von Effizienz, Flexibilität, Resilienz und Nachhaltigkeit verfolgt. Ziel ist es diese komplexen Produktionssysteme zu einem umfassend vernetzten Wertschöpfungssystem zu integrieren und mit der geschaffenen digitalen Transparenz neue digitale Fertigungskonzepte zu realisieren. Nur so können die wachsenden Anforderungen an die Resilienz und Nachhaltigkeit zukunftsfähiger Produktionssysteme bei gleichzeitig maximalen Grad an Fertigungsflexibilität und Interoperabilität erfüllt werden. Als Konsequenz lassen sich mit dem ganzheitlichen digitalen Lösungsansatz bisher nicht genutzte Energie- und Ressourceneffizienzpotenziale für eine ökologisch nachhaltige Gießereiindustrie im Sinne des 2021 aktualisierten „European Green Deal“ erschließen. ReGAIN wird die Grundlagen schaffen, dass zukünftig für jedes Gießereiprodukt ein digitaler Produktpass einheitlich definiert und unter Anwendung und Orientierung an Catena-X verfügbar ist. Zur Erreichung dieser Ziele werden im Projekt
(i) Standardisierte konzeptionelle und logische Datenmodelle geschaffen
(ii) KI- und Simulationsansätze zur Optimierung multipler Zielgrößen und ein KI-App Ökosystem zur föderierten ML und Datenanalytik entwickelt
(iii) Die Ergebnisse in eine branchenweite und -übergreifende Standardisierung und Technologietransfer überführt.
KI-Prozessmodelle und ReGAIN Services mit der Zielsetzung hoher Prognosegüte entwickelt, um die Ursache-Wirkungszusammenhänge zwischen Bauteilqualität und Prozessführung anforderungsgerecht digital beschreiben zu können. Zudem werden Wechselwirkungen zwischen Produktionssystem und Prozess betrachtet, um beispielsweise den Energiebedarf von Prozessvarianten zu prognostizieren sowie die Wechselwirkungen zwischen dem Zustand des Produktionssystems, dem Prozess und der Bauteilqualität zu beschreiben. Daher werden akquirierten Rohdaten veredelt und in den Prozessmodellen bereits Wissen generiert, welches in den KI-Produktmodellen verwendet werden kann. Die Ergebnisse sollen in Apps und Assistenzsysteme eingebunden und visualisiert werden, um die Anwendbarkeit der Lösungen zu validieren und somit den Nutzen für Gießereien und ihre Mitarbeiter zu demonstrieren.
Für die modellbasierte dynamische Energiesimulation wird die gesamte Prozesskette mittels einer kombinierten ereignisdiskreten und agentenbasierten Simulation abgebildet, um Umweltwirkungen und Energiebedarfe virtuell simulieren zu können. Mit Hilfe der Simulation ist eine Abschätzung und Analyse der Umweltwirkungen in Abhängigkeit von Prozessparametern und Einflussgrößen möglich. Das Modell dient als Grundlage für verschiedene Szenarioanalysen, um die Wirkung von Maßnahmen zur Reduzierung des Energiebedarfs und der Umweltwirkungen (z. B. CO2-Ausstoß) mit Hilfe der Analysen zu überprüfen. Darüber hinaus sollen die entwickelten Modelle auch in der Lage sein, alternative Wärme- und Strompfade (siehe Energieflexibilität) zu berücksichtigen, um auch die mit Strom und Wärme verbundenen CO2-Emissionen bewerten und Handlungsempfehlungen ableiten zu können. Dabei werden sowohl Einflüsse unterschiedlicher Prozesssteuerungen als auch alternative Strom- und Wärmequellen, deren Verfügbarkeit und Preis betrachtet. Die Ergebnisse der Simulationen werden durch das IWF mit Hilfe von Ersatzmodellierungen in Meta-Modellen verwendet, mit welchen energetische Problemverschiebungen durch lokale Prozessoptimierungen vermieden werden können.