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7.3 Konzeption einer spezialisierten Softwarelösung

7.3.2 Front-End

7.3.2.1 Darstellung des entwickelten Konzeptes

Um die Verwaltung von Prozessen/Prozessketten möglichst intuitiv zu gestalten, ist ein Konzept unterschiedlicher Ebenen der Betrachtung durch den Benutzer vorgesehen. Dazu wird die Ebene der Maschine, der Anlage und des Wirtschaftsraums unterstützt mit den jeweils benötigten Steuerelementen. Das Ebenenkonzept ist dabei derart gestaltet, dass die Verarbeitungseinheiten und deren Vernetzungen auf der hierarchisch jeweils übergeordneten Ebene als eine einzelne Verarbeitungseinheit dargestellt werden. So kann beispielsweise zunächst eine Demontagefabrik auf Maschinenebene in vollem Umfang inklusive Ausstattung und Prozessabläufe abgebildet werden. Durch Anwahl der nächsthöheren Hierarchieebene (beispielsweise des umgebenden Industrieparks) lässt sich diese Demontagefabrik anschließend als separate, einzelne Verarbeitungseinheit mit den umliegenden Verarbeitungseinheiten vernetzen. Unabhängig von der abgebildeten Ebene verfügt jede Verarbeitungseinheit (Maschine, Wirtschaftsregion etc.) über entsprechend abgebildete Ein- und Ausgänge. So können beispielsweise die externe Logistik und die Vernetzungen mit den Zulieferern und Abnehmern der erzeugten Fraktionen dargestellt und die bestehenden Ströme (etwa von Materialien oder Energie) berechnet werden.

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Diese Logik lässt sich beliebig erweitern. Ein Industriepark kann beispielsweise zu einer Verarbeitungseinheit zusammengefasst werden, um die Einbindung in die Wirtschaftsregion zu modellieren usw.. Dieses Prinzip ist bis hinauf zur Abbildung globaler Zusammenhänge fortführbar.

Für die korrekte Modellierung auf einer Ebene ist dabei nicht das Wissen über die untergeordneten Ebenen sämtlicher Verarbeitungseinheiten nötig – das heißt beispielsweise, dass für die Modellierung der Demontagefabrik inklusive der potenziellen Input- und Outputströme selbstverständlich nicht die internen Abläufe der umgebenden Unternehmen bekannt sein müssen. Diese können vielmehr als Black Boxes gesehen werden, über die lediglich die Input- und Outputströme bekannt sind.

Für die modellierten Systeme soll eine Speicherfunktion in einer zentralen Datenbank gegeben sein. Diese ermöglicht nach festgelegten Zugriffsrechten die Nutzung des Wissens in Form der hinterlegten Modelle durch weitere Stakeholder. Unternehmen, welche das Werkzeug zur Optimierung der internen Prozesse nutzen, profitieren einerseits durch die Möglichkeit zur energetischen oder stofflichen Vernetzung mit weiteren Unternehmen auf Basis der verfügbaren Daten. Andererseits können diese aus der internen Planung nach dem Prinzip des Black-Box-Ansatzes eine stark vereinfachte Abbildung ihres Unternehmens dem Netzwerk zur Verfügung stellen, in dem das Unternehmen als einzelne Verarbeitungseinheit mit Informationen über Input- und Outputströme sichtbar gemacht wird.

Langfristig wird bei breiter Teilnahme eine Abbildung der wirtschaftlichen Zusammenhänge entstehen, bei der das entstandene Wissen über die Material- und Energieflüsse das Bergen großer Effizienzpotenziale ermöglicht.

Für eine möglichst intuitive und einfache Bedienung, die für die Verbreitung des Werkzeuges essentiell ist, wird weder auf der Datenbank- noch auf der Frontendseite wesentlich zwischen den einzelnen Ebenen unterschieden. Es kommen lediglich ggf. spezielle Elemente hinzu, die dann nur in diesem speziellen Kontext sinnvoll sind. So ist etwa eine postalische Adresse zwar für eine Fabrik, nicht aber für eine Maschine oder einen ganzen Wirtschaftsraum sinnvoll. Die einzelnen Elemente der verschiedenen Ebenen sind dann bis auf das „Atom“ aufklappbar, welches selbst natürlich keine weitere Aufschlüsselung mehr enthält. Dabei ist die Verknüpfung von Einheiten verschiedener „Aufklapptiefen“ selbstverständlich möglich.

Eine Planungsebene kann wiederum verschiedene Sichten (etwa Material oder Energie) haben, je nachdem, was gerade modelliert oder dargestellt werden soll. Dabei verlaufen die Stoffströme horizontal wie beschrieben bzw. in den Abbildungen zu sehen, Energieflüsse vertikal, wie etwa im Falle von Planungen mit eigener Energieerzeugung (z. B. BHKW). Die Energie-Ressourcen-Andockstellen haben also nicht nur informativen Charakter, sondern man kann dadurch auch echte Energieflüsse modellieren. Die unterschiedlichen Sichten können jederzeit ein- bzw. ausgeblendet oder überlagert werden.

Eine wesentliche Funktionalität der Software ist die automatische Konsistenzprüfung in der Planungsphase bezüglich Materialtypen und sequentieller Durchsatzkapazitäten. Das heißt, es werden zum frühestmöglichen Zeitpunkt unmögliche Kombinationen erkannt und unter Fehlermeldung abgewiesen. So ist es z. B. nicht möglich, eine metallverarbeitende Einheit mit einem Eingabestrom zu verknüpfen, der nur Holz enthält. Dasselbe gilt für unzulässige Korngrößen, Temperaturen oder Massenströme.

Es besteht die Möglichkeit einer zeitlichen Modellierung des Prozesses. Dabei werden

Demontagefabrik im urbanen Raum – Konzeption und Planung

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Leerläufe/Überläufe in Betriebseinheiten oder Lagern automatisch erkannt und Aussagen über die zu erwartenden Ausgangsströme (Masse pro Zeit) und die benötigte Zeit für den Durchlauf durch die geplante Verarbeitungskette generiert. Auch die Umkehrung ist möglich, also den benötigten Eingabestrom zu einem gewünschten Ausgabestrom zu berechnen.

Es wird eine umfangreiche Methodik zur Verwaltung und klientelgerechten Darstellung von Detailinformationen gemäß auswählbaren Schwerpunkten wie Stoffstromanalysen, Energie- und Kostenbetrachtungen sowie zeitabhängigen Darstellungen der modellierten Prozesse zur Verfügung gestellt. Dazu kommen ebenfalls geeignete Sichten zur Anwendung.

Beim Hovern mit dem Mauszeiger über ein Element (Betriebseinheiten, Logistikknoten, Pfeile) wird der Benutzer über eine ToolTip-ähnliche Einblendung beim Element sofort und ohne weitere Interaktion mit den wichtigsten Kurzinformationen versorgt, die beim einfachen Mausklick zu einer detaillierteren Anzeige in einem Textfenster erweitert wird (wie in Abbildung 7-6 ersichtlich). Bei Doppelklick öffnet sich ein Fenster zur Bearbeitung sämtlicher Eigenschaften, in der das Element vollständig definiert werden kann bzw. der Datenbank-Import/Export geregelt wird.

Für das gesamte Modell gibt es eine zentrale Übersicht über Energie- und Personalbedarf.

Dabei können die Platzhalter für die Kosten mit tatsächlichen Kosten/Löhnen hinterlegt werden, um Zahlen zur Wirtschaftlichkeit zu erhalten.

Rein konzeptuell sind Arbeiten zur (semi-)automatischen Optimierung durchgeführt worden, durch die bestehende Modellteile aus stofflicher oder energetischer Sicht mittels Systemänderungen verbessert werden sollen. Dies beinhaltet etwa die Definition von Anforderungsfiltern zur komfortablen Suche nach geeigneten Anlagen-Komponenten in der Datenbank, oder aber die Integration intelligenter Algorithmen zur Bewertung von Planungskonzepten.

7.3.2.2 Benutzeroberfläche

Im Rahmen der bisherigen Entwicklungsarbeiten sind die benötigten Datenstrukturen und Klassen zur Verwaltung und Darstellung aller grundlegenden Komponenten definiert und implementiert worden. Das System ist dabei modular aufgebaut, was die Wartbarkeit bei der zu erwartenden Komplexität sowie eine weitestgehend universelle Anpassbarkeit unterstützt.

Die Methoden zur Definition von Verarbeitungseinheiten und Stoffströmen sind in Teilen bereits realisiert worden und befinden sich darüber hinaus in der Konzeptionsphase. Die Anbindung an die Datenbank erfolgt benutzergesteuert über verschlüsselte Passwörter, so dass unterschiedlichen Benutzergruppen verschiedene Rechte bei der Verwendung des Programms eingeräumt werden können, was z. B. die Definition und Erstellung neuer Anlagen betrifft.

Das Hauptfenster des Programms, wie es sich dem Benutzer zum Stand der Entwicklung bei Projektende direkt nach dem Start der Software präsentiert, ist in Abbildung 7-3 dargestellt.

Es besteht aus folgenden Elementen:

 Menüleiste zum Zugriff auf die meistgenutzten Funktionen wie das Erstellen, Laden und Speichern von Projekten, das Setzen von Stoffstromquellen und –senken, Betriebseinheiten, Logistikknoten und Materialflüssen sowie das Löschen

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 Einem frei verschiebbaren und andockfähigen Fenster zur Darstellung detaillierter Informationen über ausgewählte Komponenten

 Einem Fenster für weiterführende Informationen, welches dem Benutzer Daten über den Status des Programms sowie zu Analyse- und Simulationsaufgaben liefert

 Einem Teilbereich, welcher Eigenschaften der vom Benutzer ausgewählten Komponenten (wie Personal-/Energie-/Betriebsmittelbedarf, Materialdurchsatz, Emissionen und Reststoffe etc.) übersichtlich darstellt

 Dem zentralen Bearbeitungsbereich für die Planung und Darstellung aller Komponenten eines Projektes (Anlagen, Wirtschaftsräume, …)

Abbildung 7-3: Hauptfenster nach Programmstart

Das Platzieren und Verknüpfen aller Komponenten (Quellen, Senken, Betriebseinheiten, Logistikknoten und Materialflusspfeile) ist bereits vollumfänglich implementiert worden, bei Verschiebungen einzelner Komponenten passen sich die verbindenden Pfeile automatisch an, wobei auch Pfeilüberschneidungen gemäß den aktuellen Standards durch Unterbrechung eines Pfeiles realisiert werden. Abbildung 7-4 zeigt beispielhaft die derzeit verfügbaren Möglichkeiten zur Planungsvisualisierung. Betriebseinheiten erhalten entsprechend ihrer Funktion gängige Symbole oder können manuell mit Text oder Bildern versehen werden.

Stoffströme werden auf der horizontalen Achse realisiert, die Symbole am oberen Rand liefern Informationen zu Personal-/Energiebedarf bzw. Betriebsmitteln, während jene am unteren Rand zur Definition von Emissionen bzw. Reststoffen etc. verwendet werden. Entsprechende Details sollen durch Bewegungen des Mauszeigers über die Symbole bzw. detailliert durch Mausklicks dem Benutzer dargestellt werden.

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Abbildung 7-4: Darstellungsbeispiel für Planung einer Demontagefabrik

Die Definition von Betriebseinheiten geschieht wahlweise durch Auswahl bereits existierender Anlagen aus der Datenbank (vgl. Abbildung 7-5) oder durch Erstellung eigener Typen. Die kreisförmigen Symbole (Logistikknoten) dienen zur Darstellung von Zusammenführungen bzw. Trennungen von Stoffströmen und können beispielsweise Lager oder verschiedene Behälter repräsentieren. Die Pfeile symbolisieren die im System dargestellten Stoffströme und können ebenfalls je nach modellierter Ebene verschiedenen realen Umsetzungen entsprechen, so etwa Förderbändern, Gabelstaplern/Paletten, Transporten per Straße oder Bahn, etc.. Entsprechende Details werden dem Nutzer wiederum bei Bedarf per Mausklick angezeigt, wie in Abbildung 7-6 verdeutlicht.

Abbildung 7-5: Auswahl von Betriebseinheiten aus der Datenbank

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Abbildung 7-6: Beispiel für Detailinformationen zu Einzelkomponenten