Unternehmensweite Modellierung und Simulation von Produktionssystemen der Prozessindustrie am Beispiel von Brauereien

Die Nachfrage nach einer nachhaltigen Produktion von Chemikalien, Lebensmitteln und Pharmazeutika steigt stetig. Diese Arbeit zeigt, wie die Digitalisierung und Virtualisierung, basierend auf Modellierung und Simulation, zur ganzheitlichen Analyse von Produktionssystemen der Prozessindustrie und zur Steigerung der Nachhaltigkeit der Produktion am Beispiel von Brauereien eingesetzt werden kann. Ein neuartiges Tool, basierend auf Referenznetzen, Java, Datenbanksystemen und einem Modellkopplungsmechanismus namens Balance-Flows wurde hierfür entwickelt. Mit diesem Tool wurden Brauereien aus einer unternehmensweiten Perspektive, inklusive der Abteilungen Würzeherstellung, Bierherstellung, Abfüllung und Reinigung, virtualisiert. Dieses Tool bietet eine große Unterstützung bei der Quantifizierung ökologischer und ökonomischer Einsparpotenziale, die anhand verschiedener Fallbeispiele aufgezeigt wurden: Die Installation einer zweiten Würzepfanne in einer Brauerei erhöht die Produktionskapazität um 30 %. Der Austausch einer bestimmten Würzepumpe führte zu einer Einsparung von 30 kWh pro Woche und ein zusätzlicher Stapelwassertank in der Clean-In-Place-Anlage einer Brauerei reduziert den Frischwasserbedarf um 5000 kg pro Woche. Die Änderung des Produktionsplans ermöglicht Einsparungen im zweistelligen Prozentbereich aufgrund von schwankenden Strompreisen. Die aufgezeigten Einsparpotenziale stehen dabei im Kontext des gesamten Unternehmens und basieren jeweils auf einen einzelnen "digitalen Zwilling" der betrachteten Brauerei. Die ganzheitliche Analyse der verschiedenen Abteilungen von Brauereien führte zu zahlreichen ökologischen und ökonomischen Erkenntnissen. Die neuartige Virtualisierungsmethode bietet eine hervorragende Grundlage für die Modellierung und Simulation typischer Entitäten chargenorientierter Produktionssysteme der Prozessindustrie (Rezepte, Prozesse und Geräte) und ist eine große Hilfe für Betriebsleiter und Ingenieure.