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Günstigen Strom mit Arbeitszeitmodellen kombinieren

Projekt AREXU: ARbeitszeitmodelle, Börsenpreise (Energy EXchange) und Prozesssteuerung in Unternehmen

Folgendes Modell liegt dem Projekt zugrunde: Die Energiepreise sind wesentlicher Kostentreiber des Produktionsprozesses. Die Energie wird an der Strombörse eingekauft und die Prozesse werden zu energiepreisgünstigen Zeiten ausgeführt. Dieses Modell ist nicht neu und ist für simple Prozesse ohne Personalbedarf (z. B. Tiefkühllager) gut lösbar. Das Projekt EGG zeigt, dass Ersparnispotenziale auch in komplexen Prozessnetzwerken realisierbar sind. Die Arbeitszeitmodelle wurden dabei nicht berücksichtigt. Damit sind die Ergebnisse für einen Industriebetrieb nur mit Einschränkungen umsetzbar.

So rief die FHDW ein Folgeprojekt ins Leben. Sein Name „AREXU” steht für die Themen ARbeitszeitmodelle, Börsenpreise (Energy EXchange) und Prozesssteuerung in Unternehmen. Die drei Bereiche werden unter dem Blickwinkel des Energie-Managements verbunden. Im Rahmen des Wettbewerbs des Landes NRW, bei dem innovative Projektideen für den Leitmarkt Energie- und Umweltwirtschaft NRW gesucht wurden, gewann der Projektvorschlag der FHDW. Das Projekt wird seit 2016 vom Land unter Einbeziehung von Mitteln aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) mit 700 T€ gefördert. 

Für Prozesse, die mit Personaleinsatz verbunden sind, sollen nun zusätzlich unterschiedliche Arbeitszeitmodelle berücksichtigt werden. Die Idee ist, Arbeitszeitmodelle zu entwickeln, so dass 

(1) die Belange der Arbeitnehmer bzgl. der Arbeitszeiten und
(2) die Chance zur Kostensenkung
angemessen ausbalanciert werden.

Dazu sind komplexe multikriterielle Optimierungsverfahren zu entwickeln, zu validieren und in der Praxis experimentell einzusetzen. Als Kooperationspartner aus der Industrie konnte der Industriebetrieb ARI-Armaturen Albert Richter GmbH & Co. KG aus Schloß Holte-Stukenbrock (NRW) gewonnen werden. Dieses Unternehmen ist aus Sicht des Projektes sehr interessant, da sowohl zweischichtig wie dreischichtig gearbeitet wird. Für die Beachtung der Arbeitnehmersicht und eventueller arbeitsrechtlicher Fragestellungen nehmen die „Gesellschaft für innovative Beschäftigungsförderung mbH“ und die „AIKA Consulting GmbH“ am Projekt teil.

AREXU-Projektteam

Das AREXU-Projektteam: (v. l.) Ralf Siebert, Projektleiter Prof. Dr. Christian Ewering, Marius Lüther und Florian Wortmann

Komplexe Optimierungsverfahren für Mehrschichtbetrieb

Der Projektverlauf umfasst drei Arbeitsbereiche. Der erste Arbeitsbereich bestand in der Analyse der Arbeitszeitregelungen in Deutschland. Analysiert wurden das Bundesgesetz zum Arbeitszeitrecht, Arbeitszeitmodelle, Tarifverträge und Betriebsvereinbarungen. Die verschiedenen, in der deutschen Wirtschaft angewendeten Arbeitszeitmodelle wurden untersucht, analysiert und klassifiziert. Als Resultat wurden Abhängigkeiten, Gruppierungen und Zusammenhänge identifiziert und in einem Datenmodell abgebildet. Weiter wurde ein Fragebogen für Arbeitnehmer und Arbeitgeber entwickelt, um die Akzeptanz der Kriterien zu bewerten. Die Klassifizierung der Arbeitszeitmodelle ergab zwei grundlegende Kategorien: (1) Zeit: Es wird zwischen reduzierter und voller Arbeitszeit unterschieden und (2) Flexibilität: Arbeitszeiten können zwischen variabel und fest gestaltet werden.

Im zweiten Arbeitsbereich wurden das Konzept und die formale Beschreibung der mehrkriteriellen Optimierungsverfahren ausgearbeitet. Zur Analyse der Optimierungs-Algorithmen wurden mathematische Optimierungsprobleme auf deren Eignung untersucht. Daraus konnte eine Menge verwandter Probleme und zugehörige Lösungsmethoden identifiziert und abgegrenzt werden. Zum Zweck der Rationalisierung der Entwicklungs- und Modellierungstätigkeit wurde eine grafische Plattform zum Testen von diversen Berechnungsmethoden implementiert. Nach der Konzepterstellung wurde ein Prototyp zur Schichtverteilung für die Mitarbeiterplanung mit MathLab entwickelt.

Der dritte Teilbereich bestand in der formellen Beschreibung, der Entwicklung und der Erstellung des Optimierers. Die Software besteht aus drei Hauptmodulen: einer Datenbank mit bekannten Arbeitszeitmodellen, einem Modul „Schicht-Planung“ (einem Simulator, der ausgehend von eingegebenen Betriebsparametern die günstigste Anzahl und die Zeitverteilung der Schichten vorschlägt) und dem Modul „ProduktionsPlanung“ (einem Tool, das anhand von Fertigungsabläufen, Maschinenzahl und gegebenen Aufträgen einen Produktionsplan für die Ausführung berechnet).  

Die verschiedenen Module werden im weiteren Verlauf des Projektes angewendet und durch Absprache mit Industriepartnern in Simulationen überprüft und validiert. Die Partner liefern praktische und realistische Daten für Energie- und Arbeitszeitorganisation, um im weiteren Projektverlauf realitätsnahe Simulationen durchführen zu können.


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