Projektteam

Auf Seiten der Universität Paderborn nehmen sich den interdisziplinären Herausforderungen des Projekts Experten des SI-Lab im Bereich Energieeffizienz und Ökobilanzierung (FG Energiesystemtechnik), Wissensmodellierung und Analyse (AG Data Science) sowie Produktionstechnik (Lehrstuhl für Leichtbau im Automobil) an. Der an das SI-Lab angeschlossene Software Innovation Campus Paderborn (SICP) beschäftigt sich mit Fragestellungen rund um daten- und softwaregetriebene Innovationen und schafft damit eine wesentliche Grundlage für die anforderungsgerechte Gestaltung zukunftsweisender und intelligenter sozio-technischer Systeme u.a. in der Domäne Energie. Der SICP bietet dabei Strukturen für einen erfolgreichen Technologie- und Wissenstransfer in die Praxis.

Das Fachgebiet Energiesystemtechnik forscht im Bereich der energieeffizienten Produktion und der Betrachtung industrieller Energiebedarfe im Kontext der Energiewende und auf der Entwicklung digi-taler Unterstützungssysteme für die energetische Transformation. Aufgrund früherer Tätigkeiten der Mitarbeiter kann auf langjährige Erfahrungen in diesen Bereichen zurückgegriffen werden. Dazu zählen ganzheitliche Energieeffizienzanalysen und die Entwicklung von nachhaltigen Prozesswärmekonzepten, die ökobilanzielle Bewertung von Produkten und Unternehmen (PCF und Corporate Carbon Footprint), die Entwicklung automatisierter RLM-Lastganganalysen von Unternehmen, die Entwicklung von Unterstützungssoftware für die Auslegung von Energieversorgungsanlagen in der Industrie und Vorarbeiten zur automatisierten Energienachfrageüberwachung in industriellen Fertigungslinien. Die Erfahrungen fließen im Projekt vor allem in die Tätigkeiten in AP 3 und AP 4 ein.

Der Lehrstuhl für Leichtbau im Automobil forscht seit vielen Jahren im Bereich der Prozessentwicklung und -optimierung zur effizienten Verarbeitung von metallischen Werkstoffen (Marten 2017) (Pfei-fer et al. 2019), Kunststoffen (Stallmeister et al. 2019), Hybridwerkstoffen (Wang et al. 2018) und auch biobasierten Materialien (Schweizer et al. 2020). Neben der Expertise im Bereich der energetischen, ökologischen und technologischen Betrachtung der Herstellungsprozesse, weist das LiA Erfahrungen in der Ökobilanzierung der hergestellten Komponenten unter Berücksichtigung des gesamten Lebenszyklus auf (Hielscher et al. 2020). Darüber hinaus ist das LiA am NRW - Forschungs-kolleg „Leicht - Effizient – Mobil“ beteiligt und leistet damit einen wesentlichen Beitrag zur Überwindung gesellschaftlicher Herausforderungen wie der Ressourceneffizienz und einer umweltfreundlichen Mobilität durch einen interdisziplinären Forschungsansatz (Weiß-Borkowski et al. 2018). Die Erfahrungen bringt der Lehrstuhl in AP 3 ein.

Die AG Data Science von Prof. Dr. Axel-Cyrille Ngonga setzt sich in der Forschung mit Fragestellungen rund um den Lebenszyklus von Wissensgraphen und Verfahren des Maschinellen Lernens auseinander. Forschungsergebnisse zu Wissensextraktion umfassen die Erarbeitung, Implementierung und Erprobung von Verfahren zur (schwach) überwachten Erkennung von Entitäten und Relationen in unstrukturierten und semi-strukturierten Daten. Prof. Ngonga erhielt u.a. den Best Paper Award für der ISWC 2014 für seine Forschung zur agnostischen Disambiguierung von Entitäten. Er untersuchte unüberwachte sowie (schwach) überwachte Verfahren zur Integration von Wissensgraphen. Daraus entstand das Werkzeug LIMES, welches bereits mehrfach ausgezeichnet wurde, z.B. mit dem Best Paper Award der ISWC 2011 und eine gute Grundlage für die Arbeiten bei der Entwicklung des Assistenzsystems bietet.

Die am Projekt beteiligte Arbeitsgruppe Kognitronik & Sensorik der Universität Bielefeld ist Teil des Forschungsinstituts für Kognition und Robotik (CoR-Lab), welches die Forschungsaktivitäten der Universität Bielefeld in den Bereichen Kognitionswissenschaften und Künstliche Intelligenz bündelt. Die Arbeitsgruppe hat als zentrales Forschungsziel den systematischen Entwurf ressourceneffizienter Architekturen für verteilte kognitive Systeme, die durch eine dezentrale Organisation geprägt sind und ihre Systemressourcen eigenständig an wechselnde Umgebungsbedingungen anpassen. Anwendungsgebiete sind die kognitive Robotik, Cognitive-Edge-Computing für die Automatisierungstechnik (Industrie 4.0, Smart Home) und selbstorganisierende Sensornetze. Aktuelle Projekte sind das it’s OWL Innovationsprojekt I4.0AutoServ, das EU-Projekt VEDLIoT und zwei BMBF Projekte im Bereich vertrauenswürdiger Elektronik (VE-ASCOT, VE-DIVA-IC). Relevante Vorarbeiten sind der zielgerichtete Entwurf von ressourceneffizienten maschinellen Lernverfahren und deren Leistungsbewertung, die in die ML-Toolbox des Projektes ML4Pro² eingeflossen sind und diesem Projekt zur Verfügung stehen. Im Projekt arbeitet die Uni Bielefeld schwerpunktmäßig an der Datenerhebung, Datenanalyse und Methodenentwicklung.

GEA Westfalia Separator ist ein weltweit führender Hersteller von Separatoren und Dekantern mit einer Historie von 130 Jahren. Das Unternehmen erstellt Systeme und Prozesse zur mechanischen Klärung und Trennung von Flüssigkeiten für die Nahrungsmittelindustrie, Chemie, Pharmazie, Biotechnologie, Energie, Schifffahrt und Umwelttechnik.

GEA Westfalia Separator gehört zum Konzern GEA Group, welcher mit mehr als 18.000 Beschäftigten im Geschäftsjahr 2021 einen Umsatz von mehr als 4,7 Mrd. EUR generierte. Angesichts steigender Herausforderungen zur Erreichung von Klimazielen werden sowohl Produkte und Prozesse als auch die eigenen Produktionen bezüglich der entstehenden THGE immer weiter optimiert.

Die von GEA gefertigten Separatoren und Dekanter werden heute für mehr als 3.000 unterschiedliche Anwendungen genutzt. Mit welchen Betriebsparametern die Anlagen betrieben werden, ist abhängig von den zu verarbeiteten Rohstoffen und deren saisonalen Schwankungen. Um diesen Schwankungen zu begegnen, sind die Zentrifugen mit einer Vielzahl von Aktoren ausgestattet. Einige Einstellungen, wie zum Beispiel die Einstellung der Drehzahl, haben einen erheblichen Einfluss auf den Energieverbrauch. Die Erfassung der Betriebsparameter ist eine Voraussetzung, um die Handlungsfelder für THG-reduzierte Betriebsstrategien zu definieren. GEA hat bereits mehr als 700 Anlagen mit einer Datenerfassung ausgerüstet. Die Daten werden in der GEA Cloud verarbeitet.

Im Rahmen des Projektes wird dahingehend untersucht, wie die relevanten Daten verarbeitet und den Kunden zur Verfügung gestellt werden können. Auf Basis dieser Erkenntnisse werden neue Generationen von Zentrifugen, Assistenzsysteme und Betriebsstrategien entwickelt. Der Erfolg des Projektes wird einen entscheidenden Beitrag zur Wettbewerbsfähigkeit künftiger Produkte liefern.

Miele ist der weltweit führende Hersteller von Premiumhausgeräten sowie für Geräte zur gewerblichen Wäschepflege und Medizintechnik. Mit eigenen Vertriebsgesellschaften und Importeuren ist Miele in rund 100 Ländern vertreten. Als unabhängiges Familienunternehmen verfolgt Miele den Anspruch, in Qualität und Technik führend zu sein. Das Thema Nachhaltigkeit hat seit Unternehmensgründung einen sehr hohen Stellenwert bei Miele, was sich u. a. in der Langlebigkeit und Energieeffizienz der Geräte ausdrückt. Seit 1990 verfolgt das Unternehmen konsequent standortbezogene Nachhaltigkeitsziele und veröffentlicht alle zwei Jahre einen eigenen Nachhaltigkeitsbericht. Im Jahr 2011 hatte Miele eine globale Nachhaltigkeitsstrategie verabschiedet und 2014 den deutschen Nachhaltigkeitspreis gewonnen.

Vor dem Hintergrund von Klimawandel, Ressourcenknappheit, sich ändernden Kundenbedürfnissen und verschärften regulativen Rahmenbedingungen hat Miele im vergangenen Jahr eine umfassende Überarbeitung seiner Nachhaltigkeitsstrategie vorgenommen.

Auf dem Weg zur Erreichung der Ziele steht Miele gegenwärtig u.a. vor zwei zentralen Herausforderungen, die mit dem avisierten Forschungsprojekt adressiert werden sollen:

• Transparenz: Voraussetzung für die Dekarbonisierung des Unternehmens ist eine vollständige Transparenz über die THGE. Miele hat hier bereits erste Analysen durchgeführt. Es mangelt jedoch an einem durchgängigen und systemgestütztem Carbon Accounting, insbesondere in der Lieferkette und der Produktnutzung (Scope 3).
• Maßnahmenportfolio: Die Reduktionsziele müssen mit konkreten Maßnahmen hinterlegt werden. Der Fokus soll hierbei zunächst auf die Dekarbonisierung der eigenen Produktionswerke gelegt werden. Es gilt, geeignete Maßnahmen hinsichtlich ihrer Hebelwirkung zu identifizieren, Kosten zu bewerten und die Maßnahmen schließlich umzusetzen.

Im Rahmen des Projekts soll die Produktgruppe Waschmaschinen exemplarisch untersucht werden. Einerseits soll Transparenz über den Carbon Footprint von der Lieferkette, über die Produktion bis zur Nutzung und Entsorgung hergestellt werden. Andererseits soll der eigene Produktionsverbund aus dem Waschmaschinenwerk in Gütersloh und dem Zulieferwerk in Warendorf in Hinblick auf Effizienzmaßnahmen untersucht werden. Warendorf ist das unternehmenseigene Kompetenzzentrum für Kunststofftechnologie (Technology Center Plastics) mit sehr energieintensiven Prozessen. Für Waschmaschinen werden dort u.a. Einspülkästen, Schalterblenden und Türen hergestellt.

NTT DATA Business Solutions AG mit Hauptsitz in Bielefeld ist das international führende SAP-Beratungshaus und IT Services für den Mittelstand.

Seit 2008 ist NTT DATA Business Solutions Teil der NTT DATA Group aus Japan.  NTT DATA Business Solutions beschäftigt mehr als 12.000 Mitarbeitende weltweit und erwirtschaftete im Jahr 202 einen Umsatz von rund 1,24 Milliarden Euro.

Als global erfolgreiches Unternehmen berät NTT DATA Business Solutions eine Vielzahl von mittelständischen und hidden Champions bis hin zu Konzernen der Fertigungsindustrie und ist mit den komplexen Anforderungen dieser Unternehmen sehr vertraut. Die nachhaltige Wertschöpfung und Erreichung der Klimaneutralität ist ein immer wichtigeres Ziel und eine zentrale Herausforderung dieser Branche. Hierbei geht es nicht nur um die eigne Produktion, sondern um die Zusammenarbeit über Unternehmensgrenzen hinaus, da die Nachhaltigkeit nicht nur als Leistungsindikator, sondern immer mehr als neue Dimension des Erfolgs in Geschäftsprozessen und Entscheidungsfindungen integriert wird. NTT DATA als weltweit tätiges Beratungshaus bietet daher passende Lösungen und Ansätze, um Kunden über Kontinente hinweg auf dem Weg zur Klimaneutralität zu unterstützen.

Der erste wichtige Schritt dabei ist es, die Treibhausgasemissionen (THGE) für einzelne Produkte, in einzelnen Prozessen und dann entlang der gesamten Wertschöpfungskette genau zu ermitteln und messbar zu machen. So lassen sich geeigneten Maßnahmen Prozess- und Produktoptimierungen zur Reduzierung von THGE und Energieverbrauchentwickeln und gezielt durchführen. Dabei verwendet die NTT DATA Business Solutions AG ihre umfangreiche und prämierte SAP-Expertise, um die Lösungen und Werkzeuge wie „Carbon Footprint Analytics“, die die SAP AG im Rahmen ihrer „climate 21“ Initiative entwickelt, ergänzt durch eigene Lösungen, entsprechend im Rahmen des Forschungsprojekts einzusetzen.

Die Industriepartner GEA, Miele und Phoenix Contact, sowie die Forschungspartner Universität Paderborn und Universität Bielefeld sind hervorragend geeignet, im Konsortium einerseits konkrete Lösungen zur Messung der THGE entlang der Wertschöpfungskette und andrerseits weitreichende Lösungsansätze zur Erstellung von Maßnahmen zur Reduzierung der Verbräuche zu erstellen, die NTT DATA Business Solution später via Transferleistungen und Services für weitere Kunden und Unternehmen zur Verfügung stellen wird. Diese Vermarktung und Weitergabe der Ergebnisse und des gewonnenen Know-hows stellt, neben der gemeinsamen Forschung, einen wichtigen Aspekt für NTT DATA Business Solutions dar.

Phoenix Contact Smart Business GmbH steht für Cloud Services und Data Analytics in der Industrieautomation. Eine eigene IIoT-Plattform “Proficloud.io” und anwendungsfallorientierte Smart Services werden entwickelt, damit Unternehmen die Vorteile der Digitalisierung und des Industrial IoT voll ausschöpfen können. Das Ziel: Maximale Einfachheit, maximale Transparenz. Das Tagesgeschäft: Smartification leicht gemacht!

Neben weiteren innovativen Smart Services hat die Phoenix Contact Smart Business GmbH in den letzten zwei Jahren eine Cloudapplikation für Energiemanagement mit dem Namen EMMA Service entwickelt, die seit April 2021 im Service Store buchbar ist. Der EMMA Service (Energy, Monitoring, Management, Analytics) stellt den Energiemanager als Anwender in den Mittelpunkt und ist auf ideal auf seine Bedürfnisse im Bereich Messung, Analyse und Reporting zugeschnitten. Mit einem einfachen, intuitiven Design bietet der EMMA Service einen flexiblen Funktionsumfang im Bereich der elektrischen Energie- und Leistungsdatenvisualisierung zur Überwachung, Analyse und Auswertung dieser Daten. 

Im Rahmen des Konsortialprojekts sollen die Grundfunktionalitäten vom EMMA Service genutzt werden, damit ermittelte Energiedaten zur Bestimmung von THGE eingesetzt werden können. Darüber hinaus soll das System so erweitert werden, dass es den Ansprüchen an ein ganzheitliches System zum Carbon Footprint Tracking entspricht. Neben dem Smart Service EMMA Service entwickelt Phoenix Contact auch Hardwarekomponenten, die in dem genannten Szenario als Messgeräte zum Einsatz kommen sollen. Im Projekt werden Ingenieure die technischen Entwicklungen unterstützen und auch Spezialisten für das Energiemanagement beratend zur Seite stehen. Darüber hinaus werden Erfahrungen aus der Produktion eingebunden, indem die aktuell durchgeführten Maßnahmen im eigenen Betrieb die durchgeführten Aktivitäten unterstützen. Der Phoenix Contact Konzern will mit allen Töchtern im Jahr 2030 CO2 neutral produzieren.