Verbesserung der Prognosesicherheit dynamischer Modelle zur Optimierung von Papiererzeugungsprozessen
Ausgangssituation / ProblemstellungWasserkreislaufprozesse in der Papierherstellung zeichnen sich durch eine hohe Dynamik aus. Angesichts beträchtlicher zu bewegender Wassermengen sowie der Aufwendungen zur Be- und Entsorgung von Wasser sind Simulationsmodelle ein geeignetes und zunehmend gefragtes Mittel, um Optimierungsentscheidungen zum Wasserhaushalt abzuleiten. Die Entwicklung eines Simulationsmodells erfolgt auf der Basis von Vor-Ort-Messungen sowie der Kenntnis grundlegender Verknüpfungen. Im Falle von gewachsenen Papierfabriken sind einige wesentliche Modellparameter direkt nicht messbar und müssen anhand anderer Kennwerte geschätzt werden. Die Zuverlässigkeit eines Optimierungsvorschlages hängt aber unmittelbar von der Güte des dynamischen Simulationsmodells ab. Eine automatisierte Gütebewertung hinsichtlich der geschätzten Parameter wird zur Zeit von keiner bekannten Software unterstützt. Manuelle Verfahren sind unzureichend, da die Wirkung der Parameter auf die zeitabhängigen Prozesse komplex und mehrschichtig sind. Einzellösungen sind nur für Spezialanwendungen bekannt. Im Rahmen eines von der AiF geförderten Projektes (AiF 12933) wird durch das IPH Hannover ein sogenannter Simulationsassistent entwickelt, welcher dynamische Prozesse der Lagerhaltung optimiert. Im Unterschied zu dem im Rahmen des vorgeschlagenen Projektes zu entwickelnden Validierungs assistenten unterstützt der Simulationsassistent keine Gütebewertung des Modells hinsichtlich Übereinstimmung mit einem Ist-Zustand, da solche Fragestellungen für Lagerhaltungsprozesse nicht typisch sind.Forschungsziel / ForschungsergebnisZiel dieses Projektes ist die Gewinnung hochgenauer Simulationsmodelle zur Beschreibung dynamischer Vorgänge im Prozess der Papierherstellung. Diese Simulationsmodelle bilden die Grundlage zur Ableitung von Optimierungsvorschlägen. Mit Hilfe von Simulationsprogrammen sind mehrfach verknüpfte Wasserkreisläufe in Papierfabriken detailliert und in ihrer Dynamik vollständig abbildbar. Wesentliche Einstellgrössen des Modells sind aber einer direkten Vermessung im Realprozess nicht zugänglich und müssen indirekt anhand der messbaren und mit den Einflussgrössen direkt gekoppelten Volumenströme abgeschätzt werden. Mit Hilfe eines sogenannten Validierungsassistent en soll der Prozess der Abschätzungdurch eine geeignete Software unterstützt werden, welche garantiert, dass die so gewonnenen Simulationsmodelle ein Höchstmass an Realitätsnähe besitzen und zur Gewinnung von verlässlichen Optimierungsaussagen geeignet sind. Im Ergebnis des Forschungsprojektes wird ein auf der mathematischen Entwicklungsumgebung MATLAB basierter Assistent bereitgestellt, der geeignet ist, die Güte eines dynamischen Simulationsmodells anhand der Übereinstimmung mit realen Prozessdaten abzuschätzen und Vorschläge zur Korrektur on Einstellgrössen im Modell zu unterbreiten. Der zu entwickelnde Validierungsassistent stellt sowohl grafische als auch numerische Verfahren zur Verfügung, mit deren Hilfe die Realitätsnähe direkt nicht kontrollierbarer Einstellgrösseneines dynamischen Modells sowohl vom Nutzer gesteuert als auch automatisiert verbessert werden kann. Eine beispielhafte Umsetzung der Methodik wird für das Simulationspaket IDEAS angestrebt.In einem ersten Schritt wurden zwei Papierfabriken ausgewählt, deren Dynamik jeweils in einem Simulationsmodell abgebildet wird. Diese Modelle sollen Daten zur Entwicklung von Beurteilungskriterien für die Modellgüte liefern. Anwendung / Wirtschaftliche BedeutungMit einer hohen Prognosegüte von Simulationsmodellen werden die Unternehmen in die Lage versetzt, optimale Fahrweisen bei sich kurzfristig veränderten Prozessbedingung en zu erarbeiten und langfristig Investitionsentscheidungen richtig fällen zu können. Es ist insbesondere für kleine und mittlere Unternehmen mit relativ geringen Produktionsmengen überlebenswichtig, auf der Grundlage präziser Modelle der eigenen Stoffkreislaäufe punktgenau optimale Verfahrensbedingungen zu schaffen. Bei einer Einengung der Wasserkreisläufe einer typischen mittleren Papierfabrik mit einer bereits niedrigen Abwassermenge von 3 l/kg produziertem Papier, mit Hilfe eines dynamischen Simulationsprogramms, kann mit einer Reduzierung auf 2 l/ kg gerechnet werden. Zusätzlich kann durch eine richtige Dimensionierung von Puffervolumina oder die optimale Auswahl der Fahrweise eines Systems eine Vergleichmässigung der Produktionsbedingungen im Prozess erreicht werden. |
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| Das Forschungsvorhaben 127 ZBG wird aus Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Arbeit gefördert. | ||
ProjektpartnerGFaIPapiertechnische Stiftung München |
© GFaI 1994-2005 Kontakt: Dr. H.-M. Voigt
