Entwicklung eines Softwarepakets zur Simulation industrieller Produktionsprozesse unter energetischen Gesichtspunkten

Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Werkzeug entwickelt, das in der Lage ist, die Analyse industrieller Energiesysteme softwareseitig zu unterstützen. Der Fokus der Analyse liegt dabei auf dem Energieeinsatz bestehender - nicht also auf der Planung neuer - Produktionsprozesse. Da der Energiebedarf der Produktion in einem engen Zusammenhang mit der Energiebereitstellung steht, muss das Energieversorgungssystem in vielen Fällen ebenfalls betrachtet werden.

Das Tool soll leicht zu bedienen und anpassbar sein. Insbesondere neue Prozessschritte oder Stoffströme sollen sich auf einfache Art und Weise hinzufügen oder aus bestehenden ableiten lassen. Es soll keine Speziallösung für eine bestimmte Branche darstellen, aber der Schwerpunkt liegt auf kleinen und mittelständischen Industriebetrieben mit einem hohen Bedarf thermischer Energie. Da die Dokumentation und messtechnische Erfassung des Energiesystems in den untersuchten Unternehmen für eine energiesystemtechnische Untersuchung oft nicht ausreichend ist, soll das Tool auch bei der Datenaufnahme unterstützen. So ist der Simulator in der Lage, leicht zugängliche Größen vorzuschlagen, die eine geschlossene Bilanzierung des Prozesses ermöglichen.

Typische Grundoperationen, die in industriellen Prozessketten häufig auftreten, sollen bereits vormodelliert sein und somit in verschiedenen energiesystemtechnischen Modellen verwendet werden können. Diese Grundoperationen oder ” Unit Operations“ können vom Anwender für bestimmte Anwendungsfälle konkretisiert und verfeinert werden. Zusammen mit den typischerweise verwendeten Stoffmodellen bilden sie die Basis der Modellierung. Insbesondere die Stoffmodelle muss das Werkzeug mitbringen, da die Modellierung der Stoffdaten oft sehr zeitaufwendig ist. Die in dem Werkzeug integrierten Modelle müssen vom Anwender auf eine einfache Art und Weise erweitert werden können. Daher ist eine komfortable Benutzerschnittstelle essentiell.

Je nach Grund oder Ziel der energiesystemtechnischen Untersuchung stehen andere Fragestellungen im Vordergrund. Daher soll die Analyse unter verschiedenen Gesichtspunkten möglich sein. Als Kriterien zur Bewertung einer Prozesskette kommen sowohl ökologische als auch ökonomische Kriterien in Frage. Des Weiteren liefern energetische oder exergetische Wirkungsgrade Aufschluss über die Güte der Energiewandlungsprozesse und können daher ebenfalls relevante Aspekte für eine Untersuchung sein. Die verschiedenen Aspekte, unter denen eine Prozesskette untersucht werden kann, werden im Folgenden als Sichten bezeichnet.

Da das Werkzeug in einem ingenieurtechnischen Kontext eingesetzt werden soll, sind die typischen ingenieurtechnischen Datentypen (physikalische Größen, Kennfelder, Zeitreihen, etc.) zu unterstützen. Insbesondere müssen alle Zahlen konsequent zusammen mit ihrer Einheit verwendet werden. Es ist zu beachten, dass der Anwender ohne detaillierte Kenntnis der zugrunde liegenden Algorithmen in der Lage sein soll, Fehlerquellen zu finden und zu beheben.