Der Klimawandel stellt eine globale Herausforderung dar, die dringende Maßnahmen zur Verringerung der Treibhausgasemissionen und zur Begrenzung der globalen Erwärmung erforderlich macht. Der Industriesektor spielt als bedeutender Energieverbraucher eine entscheidende Rolle bei der Umsetzung einer nachhaltigen Wirtschaft und der Minimierung der Auswirkungen des Klimawandels. In diesem Zusammenhang konzentriert sich diese Arbeit auf die Entwicklung eines Implementierungsverfahrens und einer Systemarchitektur für die energiebewusste Produktionsplanung unter Berücksichtigung von produktions- und energiebezogenen Zielfunktionen.

Das Forschungsziel dieser Arbeit ist, die Implementierung von energiebewussten Produktionsplanungssystemen in realen Produktionssystemen zu vereinfachen. Die Arbeit befasst sich mit drei Forschungsschwerpunkten, um (1) herauszufinden, ob das Fehlen standardisierter Verfahren und Architekturen die Implementierung energiebewusster Produktionsplanungssysteme in der Werkstattfertigung behindert, (2) ein standardisiertes und teilweise automatisiertes Implementierungsverfahren für die energiebewusste Produktionsplanung vorzuschlagen und (3) eine Systemarchitektur zu entwerfen, die das Implementierungsverfahren unterstützt.

Das vorgeschlagene Implementierungsverfahren stellt einen strukturierten Ansatz für die Konfiguration und -einführung eines Produktionsplanungssystems bereit, der eine Anpassung an die Anforderungen der Beteiligten gewährleistet. Das Verfahren besteht aus drei Phasen: Untersuchung und Planung, Entwicklung und Konfiguration sowie Test und Umsetzung. Die Architektur des energiebewussten Produktionsplanungssystems ermöglicht es, reale Produktionssysteme als cyber-physisches Produktionssystem abzubilden. Für die Optimierung nutzt das Produktionsplanungssystem den Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm-II-Optimierungsalgorithmus mit einer graphenbasierten Codierung für die Lösungen. Die Produktionssystemumgebung, als zweiter Bestandteil der Architektur kann an die spezifischen Anforderungen des Produktionssystems angepasst werden. Weiterhin umfasst die Systemarchitektur ein Modul, das eine automatisierte Parameteridentifikation für Energiemodelle von Produktionsmaschinen ermöglicht.

Die Bewertung der vorgeschlagenen Konzepte in der ETA-Forschungsfabrik zeigt, dass das System die Energiekosten der Produktion unter Beibehaltung produktionsbezogener Ziele senken kann. Das Produktionsplanungssystem erzielt in den durchgeführten Experimenten durchschnittliche Kosteneinsparungen von 13 % beziehungsweise 18 % im Vergleich zur Shortest Processing Time Zuordnungsregel, während die produktionsbezogene Zielfunktion leicht verbessert oder geringfügig verschlechtert wird.

Diese Arbeit leistet einen Beitrag zur Forschung im Bereich der energiebewussten Produktionsplanung, indem sie ein Implementierungsverfahren und eine anpassungsfähige Systemarchitektur bereitstellt, die die festgelegten Anforderungen und Erfolgskriterien erfüllt. Die vorgeschlagenen Konzepte bieten Lösungen für die Einführung energiebewusster Produktionsplanungssysteme in der Industrie und fördern umweltbewusste und wirtschaftlich tragfähige Produktionsverfahren. Außerdem zeigt diese Arbeit Bereiche für zukünftige Forschung auf, um die Weiterentwicklung der energiebewussten Produktionsplanung voranzutreiben.