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Countdown 7: Systemdynamik und Prozessführung stellt sich vor

Was ist „Prozessführung“?
Die Entwicklung von Prozessen, Apparaten und kompletten chemischen und biochemischen Produktionsanlagen hat einen großen Anteil an der Forschung und Lehre der Fakultät BCI. Dabei geht es vor allem um den Betrieb der Anlagen.

Kalenderblatt07_DYN

Wie funktionieren Apparaturen? An welchen Stellen muss in die Prozesse in den Produktionsanlagen eingegriffen werden, damit diese wie geplant ablaufen? Vor langer Zeit sorgten allein händische Eingriffe der Prozessbediener dafür, dass die Anlagen in den gewünschten Betriebszustand versetzt wurden und nichts „aus dem Ruder lief“. Heute erfolgt das weitgehend automatisch durch rechnerbasierte Steuerungen und Regelungen. Dadurch können Anlagen sicherer und besser betrieben werden. Wir entwickeln neue Methoden zur Steuerung und Regelung und wenden diese auf Anlagen vom Labor- bis zum Industriemaßstab an. Dabei werden häufig Verfahren der mathematischen Optimierung eingesetzt, um das Beste hinsichtlich Energie- und Ressourceneffizienz sowie Wirtschaftlichkeit herauszuholen.

Warum „Systemdynamik“?

Fast alle Systeme - angefangen bei Heizungen, über Autos und Chemieanlagen bis hin zu sozialen Gruppen - reagieren verzögert auf „Inputs“ und Eingriffe oder sogar mit Überschwingern. Wenn man das Verhalten bestimmter Größen beobachtet und daraus Eingriffe ableitet, muss man diese Effekte beachten, sonst kann das System in Schwingungen geraten oder ein völlig unerwünschtes Verhalten zeigen, so wie wir es von einem sich drehenden Auto auf Eis nach einem zu starken Lenkeingriff kennen. Die Methoden der Systemdynamik dienen zur Beschreibung und Analyse von dynamischem Verhalten und insbesondere dazu, Eingriffe, also Regelungen in einem geschlossenen Wirkungskreis, zu analysieren und zu berechnen.

Was ist spannend und neu?

Große Chemiekomplexe bestehen aus vielen durch Stoff- und Energieströme gekoppelten Anlagen. Wir beschäftigen uns damit, wie man den Gesamtkomplex unter anderem  zu minimalem Energieverbrauch steuern kann, indem jede Anlage einzeln optimiert wird, ohne die Kopplungen zu beachten. Die Gesamtsicht wird durch die schrittweise Anpassung von internen Verrechnungspreisen erreicht. Das europäische Projekt „CoPro – Coordinated Production for Better Resource Efficiency“, das von uns geleitet wird, beschäftigt sich zum Beispiel mit diesem Thema.

Prof. Dr.-Ing. Sebastian Engell leitet seit 1990 den Lehrstuhl für Systemdynamik und Prozessführung. Er studierte Elektrotechnik an der Ruhr-Universität Bochum und promovierte und habilitierte an der Universität Duisburg. Er ist Fellow der International Federation of Automatic Control (IFAC) und erhielt 2012 einen ERC Advanced Investigator Grant.