Simulation automatisierter Demontagesysteme für rotierende elektrische Maschinen : ein Beitrag zur Circular Economy in der Elektromobilität

Die verstärkte Nutzung von Sekundärrohstoffpotenzialen ist ein Leitziel für eine ressourcenschonende Wirtschaftsweise in Deutschland und der EU. Bestehende Recyclingprozesse komplexer Altprodukte weisen Defizite auf, die durch Demontage an deren Materialgrenzen adressiert werden können. Einerseits können so hochwertige Sekundärmaterialfraktionen verfügbar gemacht und andererseits Bauteile bzw. Baugruppen für eine Wiederverwendung (Reuse, Refurbishment, Remanufacturing) geborgen werden. Die technischen Voraussetzungen wurden im Rahmen verschiedener Forschungsprojekte bereits weit entwickelt – verstärkt für Baugruppen aus Elektrofahrzeugen. Die vorliegende Arbeit hat die Unterstützung der Implementierung von Demontagesystemen zum Ziel. Zentrales Ergebnis ist ein Simulationsmodell für die Planung und Optimierung von Demontagesystemen mit breitem Anwendungsspektrum für verschiedene Produktstrukturen. Durch Einbezug sämtlicher relevanter Systemparameter ermöglicht das Modell unter anderem die Ermittlung von Verarbeitungsmengen und Demontagezeiten sowie die Lokalisierung von Flaschenhälsen, die die Produktionsraten begrenzen.
Als Simulationsansatz wurde die Ereignisorientierte Simulation gewählt. Auf dieser Basis wurde das Simulationsmodell durch iterative Detaillierung eines zuvor entwickelten Demontagesystem-Grobkonzeptes realisiert. Das Modell umfasst die Bereiche Eingangslager, Zustandsanalyse Gesamtaggregate, Demontage, Zustandsanalyse Bauteile und Ausgangslager. Der Demontageprozess wird darin durch Definition diverser Attribute der einzelnen Demontageschritte angelegt, wie zum Beispiel Rüst- und Prozesszeiten sowie Erfolgswahrscheinlichkeiten bei automatisierter bzw. manueller Durchführung der Demontageschritte. Ein spezifisches elektrisches Antriebsaggregat diente als Modellprodukt und steht exemplarisch für rotierende elektrische Maschinen, die den Fokus des technischen, wirtschaftlichen und wissenschaftlichen Hintergrundes darstellen.
Zwecks Validierung des Simulationsmodells wurden Simulationen mit einem Basis-Datensatz durchgeführt. Eine hohe Realitätsnähe wurde erreicht, indem aus dem Betrieb eines Demontagemoduls abgeleitete Daten integriert wurden, welche zudem durch Expertengespräche gesichert wurden. Für eine Sensitivitätsanalyse wurden ausgehend vom Basis-Datensatz die Auswirkungen gradueller Veränderungen verschiedener Attribute auf die Systemperformance hinsichtlich Produktionsraten, Durchlaufzeiten, Mitarbeitereinsätze sowie Stillstandsereignisse einzelner Prozessmodule untersucht. Sämtliche variierten Einflussfaktoren zeigten relevante Auswirkungen. Durch Regressionsanalysen konnte das Systemverhalten stellenweise durch Formeln beschrieben werden. Andere Ergebnisse ließen auf komplexes Systemverhalten schließen, welches beispielsweise aus einer Verlagerung der Flaschenhälse im Demontagesystem resultieren kann. Für die zukünftige Implementierung von Demontagesystemen wurde die Notwendigkeit weiterer, an konkrete Produktstrukturen angepasster Untersuchungen gezeigt. Für diese bietet das Simulationsmodell aufgrund des implementierten Funktionsumfangs sowie der Flexibilität eine ideale Grundlage.