WO2023001903A1

WO2023001903A1 - Verfahren zur bereitstellung mindestens einer auslegungskonfiguration einer druckluftanlage

Info

Publication number: WO2023001903A1
Application number: PCT/EP2022/070386
Authority: WO
Inventors: Florian Wagner
Original assignee: Kaeser Kompressoren Se
Priority date: 2021-07-20
Filing date: 2022-07-20
Publication date: 2023-01-26
Also published as: EP4374279A1; MX2024000892A; CA3222932A1; CN117677951A; DE102021118771A1; JP2024527845A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung mindestens einer Auslegungskonfiguration einer Druckluftanlage (1) umfassend mindestens zwei parallel geschaltete Verdichter (11, 12), wobei das Verfahren die nachfolgenden Schritte umfasst. Empfangen von Komponentendaten (Dk) durch einen Computer, wobei die Komponentendaten (Dk) eine Verdichterliste (Lv) umfassen, die mehrere Verdichter (V1, V2, …, Vn) unterschiedlichen Typs enthält. Erzeugen einer verzweigten Datenstruktur (B) durch den Computer. Erzeugen von Druckluftanlagenkonfigurationsdaten (Dkonf1, Dkonf2) durch einen Computer, die Druckluftanlagenkonigurationen (Konf1, Konf2) angeben, in der zwei der Verdichter aus der Verdichterliste (V1, V2, …, Vn) parallelgeschaltet sind. Berechnen mindestens eines Gütewerts durch den Computer für mindestens eine der Druckluftanlagenkonfigurationen (Konf1, Konf2) basierend der Druckluftanlagenkonfiguration (Konf1, Konf2) und mindestens einer technischen Kenngröße (Kt) der Verdichter der Druckluftanlagenkonfiguration (Konf1, Konf2), wobei der mindestens eine Gütewert die Güte der Druckluftanlagenkonfiguration (Konf1, Konf2) bezüglich eines, vorzugsweise von einem Nutzer vorgegebenen, Gütekriteriums angibt. Bereitstellen mindestens einer Druckluftanlagenkonfiguration (Konf1, Konf2) mit jeweils mindestens einem zugeordneten Gütewert durch den Computer.

Description

VERFAHREN ZUR BEREITSTELLUNG MINDESTENS EINER AUSLEGUNGSKONFIGURATION EINER DRUCKLUFTANLAGE

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung mindestens ei ner Auslegungskonfiguration einer Druckluftanlage, die mindestens zwei parallel geschaltete Verdichter umfasst.

Druckluftanlagen bestehen oft aus einer Vielzahl verschiedener Komponenten, nämlich Komponenten zur Erzeugung, Aufbereitung, Speicherung und Verteilung von Druckluft. Außerdem weisen moderne Druckluftanlagen oftmals eine überge ordnete Steuerung der Komponenten auf. Komponenten zur Drucklufterzeugung, nämlich ein oder mehrere Verdichter (Kompressoren), sind häufig untereinander parallelgeschaltet, und definieren innerhalb der Druckluftanlage jeweils einen Druckluftpfad. Komponenten zur Aufbereitung, Speicherung und Verteilung von Druckluft sind häufig untereinander in Reihe geschaltet. Mehrere von jeweils ei nem Verdichter ausgehende parallele Druckluftpfade können, insbesondere für die Druckluftaufbereitung und/oder Druckluftspeicherung, zusammengeführt werden, beispielsweise indem ein gemeinsamer Drucklufttank vorgesehen ist, in den meh rere oder alle Druckluftpfade münden und aus dem Druckluft zu einem oder meh reren Verbrauchern verteilt wird.

Bei der Auslegung einer Druckluftanlage werden Komponenten und deren Ver schaltung untereinander für eine (reale) Druckluftanlage ausgewählt. Hersteller von Druckluftkomponenten bieten häufig ein Produktportfolio mit einer Vielzahl verschiedener Baureihen und Modelle für Druckluftkomponenten an. Verdichter unterscheiden sich teilweise deutlich in ihren Investitions- und Betriebskosten, in den technischen Kenngrößen, wie Baugröße, Lieferdruck, Liefermenge, sowie in der Anzahl der einstellbaren Betriebszustände und -parameter. Auch für andere Komponenten als Verdichter wird Betreibern von Druckluftanlagen häufig eine Vielzahl verschiedener Produkte angeboten. Für die Auslegung einer Druckluftan lage gibt es deshalb eine Vielzahl verschiedener Möglichkeiten, wobei die Zusam menstellung und der Aufbau der Komponenten zu einer Druckluftanlage eine komplexe Aufgabe ist, die eine genaue Kenntnis der Komponenten und viel Erfah rung benötigt. Typischerweise werden Druckluftanlagen größtenteils manuell, d.h. nicht (voll ständig) automatisiert, ausgelegt. Betreiber oder Anbieter (Nutzer) einer Druck luftanlage entwerfen bei der Auslegung einer Druckluftanlage gedanklich eine mögliche Konfiguration der Druckluftanlage, die durch die ausgewählten Kompo nenten und deren Verschaltung untereinander bestimmt ist. Dazu wählt der Nut zer aufgrund der vorgegebenen Anforderungen und seiner Erfahrung Komponen ten aus einem Produktportfolio aus und erstellt daraus ein Computermodell der Konfiguration der Druckluftanlage (Druckluftanlagenkonfiguration). Auf Basis ei nes Simulationsmodells wird für diese Druckluftanlagenkonfiguration anschließend eine Computersimulation durchgeführt. Basierend auf dem Simulationsergebnis wird die Konfiguration durch den Nutzer bewertet. Die Konfiguration wird auf grund der Erfüllung der wirtschaftlichen, d.h. der Kosten, und technischen Anfor derungen an die Druckluftanlage bewertet. In einem iterativen Prozess durch Wiederholung der beschriebenen Vorgehensweise versucht der Nutzer, nach und nach diejenige Konfiguration zu finden, die die Anforderungen bestmöglich erfüllt. Dabei ist nicht gewährleistet, dass der Nutzer die optimale Lösung zur Konfigura tion findet. Die Güte der gefundenen Druckluftkonfiguration hängt maßgeblich von der zur Verfügung stehenden Zeit und Erfahrung des Nutzers ab. Die Erstel lung des Konfigurationsmodells als Basis für die Simulation ist zeitaufwendig. Die Vorgehensweise ist außerdem sequenziell, sodass die Simulationen verschiedener Konfigurationen zeitlich nacheinander durchgeführt werden. Besonders aufwän dige Simulationsmodelle zur Erzeugung von genauen Simulationsergebnissen sind hinsichtlich der Computerressourcen teuer. Ein solches bekanntes manuelles Ver fahren zur Auslegung einer Druckluftanlage ist in Figur 2 dargestellt.

Aus EP 2 902 930 A2 sind ein System und ein Verfahren bekannt, um eine Emp fehlung für das Hinzufügen einer Komponente zu einer bestehenden Druckluftan lage teilweise automatisiert durchzuführen. Diese Lösung erfordert jedoch eine Interaktion mit dem Nutzer, nämlich über eine Schnittstelle (engl. Graphical User Interface : GUI). Der Nutzer kann ein virtuelles Modell für eine Druckluftanlage über die GUI selbst erstellen. Alternativ kann der Nutzer auf den Komponenten einer bestehenden Druckluftanlage angebrachte Barcodes scannen, wobei basie rend auf dieser Aktivität des Nutzers ein virtuelles Modell der bestehenden Druck luftanlage automatisiert erstellt wird. In jedem Fall ist aber die menschliche Mit wirkung bei der Erzeugung eines Modells für ein zu simulierendes Modell notwen dig. Dieses Verfahren schafft durch das Einscannen von Barcodes bestehender Komponenten eine gewisse Erleichterung bei der Erstellung eines Konfigurations modells für den Nutzer. Das Auffinden einer geeigneten Lösung hängt jedoch nach wie vor von der gedanklichen Tätigkeit des Nutzers ab und hat die diesbe züglich zuvor beschriebenen Nachteile.

Die Veröffentlichung Atlas Copco: Compressed air manual, 8. Auflage, Wilrijk, At las Copco Airpower NV, 2015, ISBN 978-9-08153-580-9, beschreibt im Kapitel 3.1 verschiedene Anforderungen des Betreibers, die bei der Auslegung von Kompres sorstationen für die Erzeugung von Druckluft zu berücksichtigen sind. Zur Ausle gung einer Kompressorstation ist in Abbildung 3.2 eine Vorgehensweise veran schaulicht, die die Datensammlung, Auswertung, Betriebsanalyse, Berechnung und Simulation von betrachteten Kompressorstationen als auszuführende Schritte zeigt. Eine Betriebsanalyse zur Ermittlung des Druckluftbedarfs wird als Grund lage für die Bestimmung der optimalen Menge der zu erzeugenden Druckluft be schrieben. Die Betriebsanalyse sollte die Messung von Betriebsdaten umfassen, beispielsweise über mindestens eine Woche, und möglichst durch eine Analyse ei ner ähnlichen, bereits existierenden Druckluftstation ergänzt werden. Diese Mess daten erlauben es, anschließend verschiedene Maßnahmen und Veränderungen des Kompressorbetriebs zu simulieren und den Einfluss auf die Gesamteffizienz einer Kompressorstation zu analysieren. Die beschriebene Vorgehensweise ist nicht automatisiert und erfordert menschliche Mitwirkung. Verschiedene Kompres sorstationen (d.h. jeweils eine bestimmte Kombination von Verdichtern in einer bestimmten Zusammenschaltung) werden aufgrund einer Betriebsanalyse manuell erstellt und dann nacheinander simuliert. Auch das Herausfinden der kostengüns tigsten Kompressorstation basiert auf menschlicher Auswahl.

Hinsichtlich der Steuerung von Druckluftanlagen beschreibt die Veröffentlichung Atlas Copco: Compressed air manual, 8. Auflage, Wilrijk: Atlas Copco Airpower NV, 2015, ISBN 978-9-08153-580-9, in den Kapiteln 2.5.6 und 2.5.7 übergeord nete Steuerungen bzw. zentrale Steuerungen für Kompressorstationen. Als über geordnete Steuerung ist neben einem konventionellen Reihenfolgenschalter für Kompressorstationen mit 2-3 Verdichtern auch ein weiterentwickelter Reihenfol genschalter mit eigenem Drucksensor für die gesamte Kompressorstation mit 2-7 Verdichtern beschrieben. Zentrale Steuerungen haben die Aufgabe, den Druck in einem engen Druckband zu halten und die angeschlossenen Kompressoren dabei so wirtschaftlich wie möglich zu steuern. Für die Betriebseffizienz ist es wichtig, dass das zentrale Steuerungssystem immer den effizientesten Kompressor oder die effizienteste Kompressorkombination auswählt, falls die Kompressorstation aus unterschiedlich großen Kompressoren besteht. Diese übergeordneten und zentralen Steuerungen betreffen das Zu- und Abschalten einzelner Kompressoren (Verdichtern) in bestehenden Kompressorstationen im Betrieb. Einzelne Kompres soren werden durch die Steuerung also insofern für den Betrieb ausgewählt, als sie anderen vorhandenen Kompressoren zugeschaltet oder wieder abgeschaltet werden. Die Auslegung der Druckluftanlage, d.h. die in der Druckluftanlege real vorhandenen Kompressoren und deren Verschaltung untereinander, ändert sich nicht.

Aus WO 2010/072803 Al ist ein Verfahren zur Steuerung bzw. Regelung einer Druckluftstation mit mehreren untereinander vernetzten Kompressoren unter schiedlicher technischer Spezifikationen und weiteren Geräten der Drucklufttech nik bekannt. Das Verfahren veranlasst in Steuerzyklen Schaltstrategien zur Beein flussung der verfügbaren Druckluftmenge und stellt zum anderen die verfügbare Menge an Druckluft auf zukünftige Betriebsbedingungen der Druckluftstation adaptiv auf die Entnahmemenge an Druckluft ein. Unter einer Schaltstrategie wird eine Abfolge von Schalthandlungen, d.h. eine diskrete oder kontinuierliche Ände rung von Stellgrößen verstanden, welche eine Änderung des Betriebs einer oder mehrerer Komponenten der Druckluftstation bewirken. Zur Veranlassung einer Schaltstrategie werden verschiedene Schaltstrategien in einem Voraussimulations verfahren unter Zugrundelegung eines Modells der Druckluftstation überprüft. An hand eines festgelegten Gütekriteriums wird die relativ vorteilhafteste Schaltstra tegie ausgewählt und an die Anlagensteuerung der Druckluftstation weitergelei tet. Dieses Steuerungsverfahren bestimmt den Betrieb einer bestehenden Druck luftanlage und betrachtet verschiedene virtuelle Betriebszustände. Die in der Druckluftanlege real vorhandenen Komponenten und deren Verschaltung unterei nander bleibt dabei unverändert.

Ausgehend von diesem Stand der Technik hat die vorliegende Erfindung die Auf gabe, ein Verfahren zur Bereitstellung einer Auslegungskonfiguration einer Druck luftanlage zu schaffen, das die erforderliche Zeit zur Auslegung einer Druckluftan lage verkürzt und vorzugsweise, gegebenenfalls unter Berücksichtigung der Vor gaben eines Nutzers, eine optimale Druckluftanlagenkonfiguration bereitstellt.

Das Verfahren soll insbesondere die erforderliche Mitwirkung des Nutzers bei der Auslegung einer Druckluftanlage minimieren. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1, ein computerles bares Speichermedium nach Anspruch 25, einen Server nach Anspruch 26 und ein Endgerät nach Anspruch 27.

Die Aufgabe wird insbesondere gelöst durch ein Verfahren, insbesondere ein com putergestütztes Verfahren, zur Bereitstellung mindestens einer Auslegungskonfi guration einer Druckluftanlage umfassend mindestens zwei parallel geschaltete Verdichter, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

- Empfangen von Komponentendaten durch einen Computer, wobei die Kom ponentendaten Komponenten einer Druckluftanlage und mindestens eine technische Kenngröße jeder Komponente angeben, wobei die Komponen tendaten mindestens eine Komponentenliste mit mehreren funktionsglei chen Komponenten unterschiedlichen Typs und mindestens einer der je weiligen Komponente zugeordneten technischen Kenngröße umfassen, wo bei eine Komponentenliste eine Verdichterliste ist, die mehrere Verdichter unterschiedlichen Typs enthält;

- Erzeugen einer verzweigten Datenstruktur durch den Computer, die Knoten datenstrukturen umfasst, die jeweils einer von mindestens zwei Knotenebe nen zugeordnet sind, wobei jede Kindknotendatenstruktur auf einer tieferen Knotenebene einer Elternknotendatenstruktur auf einer höheren Knotenebene zugeordnet ist, wobei das Erzeugen der verzweigten Datenstruktur mindes tens folgende Schritte umfasst: o Erzeugen, in einem Speicher, einer ersten Verdichter-Elternknotendaten struktur basierend auf Komponentendaten eines Verdichters der Verdich terliste; o Erzeugen, in dem Speicher, einer ersten Verdichter-Kindknotendatenstruk- tur basierend auf Komponentendaten eines Verdichters der Verdichterliste, wobei die erste Verdichter-Kindknotendatenstruktur der ersten Verdichter- Elternknotendatenstruktur zugeordnet ist; o Erzeugen, in dem Speicher, einer zweiten Verdichter-Kindknotendaten struktur basierend auf Komponentendaten eines Verdichters der Verdich terliste, wobei sich der Typ des Verdichters der zweiten Verdichter-Kind knotendatenstruktur vom Typ des Verdichters der ersten Verdichter-Kind- knotendatenstruktur unterscheidet, wobei die zweite Verdichter-Kindkno tendatenstruktur der ersten Verdichter-Elternknotendatenstruktur zugeord net ist, oder o Erzeugen, in dem Speicher, einer zweiten Verdichter-Elternknotendaten struktur basierend auf Komponentendaten eines Verdichters der Verdich terliste, wobei sich der Typ des Verdichters der zweiten Verdichter-Eltern- knotendatenstruktur vom Typ des Verdichters der ersten Verdichter-Eltern- knotendatenstruktur unterscheidet, und Erzeugen, in dem Speicher, einer zweiten Verdichter-Kindknotendatenstruktur basierend auf Komponenten daten eines Verdichters der Verdichterliste, wobei die zweite Verdichter- Kindknotendatenstruktur der zweiten Verdichter-Elternknotendatenstruktur zugeordnet ist;

- Erzeugen von ersten Druckluftanlagenkonfigurationsdaten durch einen Com puter, die eine erste Druckluftanlagenkonfiguration angeben, in der der Ver dichter der ersten Verdichter-Elternknotendatenstruktur und der Verdichter der ersten Verdichter-Kindknotendatenstruktur parallelgeschaltet sind;

- Erzeugen von zweiten Druckluftanlagenkonfigurationsdaten durch einen Com puter, die eine zweite Druckluftanlagenkonfiguration angeben, in der der Ver dichter der ersten Verdichter-Elternknotendatenstruktur oder der Verdichter der zweiten Verdichter-Elternknotendatenstruktur und der Verdichter der zweiten Verdichter-Kindknotendatenstruktur parallelgeschaltet sind;

- Berechnen mindestens eines Gütewerts durch den Computer für mindestens eine der Druckluftanlagenkonfigurationen basierend auf den Druckluftanla genkonfigurationsdaten der Druckluftanlagenkonfiguration und mindestens ei ner technischen Kenngröße der Verdichter der jeweiligen Druckluftanlagen konfiguration, wobei der mindestens eine Gütewert die Güte einer Druckluft anlagenkonfiguration bezüglich eines, vorzugsweise von einem Nutzer vorge gebenen, Gütekriteriums angibt,

- Bereitstellen mindestens einer Druckluftanlagenkonfiguration mit jeweils min destens einem zugeordneten Gütewert durch den Computer.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, dass die Vielzahl denkbarer kombinatori sche Möglichkeiten, vorzugsweise alle kombinatorischen Möglichkeiten, einer Menge verfügbarer Komponenten einer Druckluftanlage mithilfe einer verzweigten Datenstruktur durch einen Computer (voll) automatisiert als verschiedene Druck luftanlagenkonfigurationen abbildbar sind und unter Verwendung eines Compu ters, insbesondere systematisch, hinsichtlich eines Gütekriteriums bewerten wer den können. Für die Vielzahl der durch die verzweigte Datenstruktur abgebildeten Druckluftanlagenkonfigurationen kann durch einen Computer jeweils ein Gütewert berechnet werden, um die verschiedenen Druckluftkonfigurationen zu bewerten. Basierend auf den bewerteten Druckluftanlagenkonfigurationen kann eine oder mehrere geeignete, vorzugsweise die (einzige) optimale, Konfiguration(en) für die Auslegung einer Druckluftanlage bereitgestellt werden.

Die verzweigte Datenstruktur des erfindungsgemäßen Verfahrens wird insbeson dere mithilfe eines sog. Branch-and-Bound-Verfahrens durch einen Algorithmus erzeugt. Die verzweigte Datenstruktur kann als eine Implementierung eines Baums verstanden werden, der eine hierarchische Struktur abbildet, die insbeson dere durch eine rekursive Schleife erzeugt werden kann. Bäume als verzweigte Datenstrukturen sind aus der Informatik grundsätzlich bekannt. Ausgehend von einem Wurzelknoten verzweigt sich die Datenstruktur eines Baumes über mehrere Ebenen (Knotenebenen) von miteinander verbundenen Knoten immer weiter bis zu den Endknoten. Mit einem Knoten (Elternknoten) auf einer relativ höheren Knotenebene ist mindestens ein Knoten (Kindknoten) auf einer relativ tieferen Knotenebene verbunden. Die Menge der mit einem Knoten auf einer höheren Knotenebene verbundenen Knoten auf tieferen Knotenebenen bis hin zu den End knoten werden als Ast (engl.: branch ) bezeichnet. Mithilfe einer Baumstruktur kann eine diskrete Anzahl von kombinatorischen Möglichkeiten (Kombinationen) abgebildet werden. Die Knoten des Baumes definieren den Lösungsraum, in dem eine (optimale) Lösung gefunden werden kann. Zur Suche einer optimalen Lösung können die durch die Knoten abgebildeten Kombinationen durchlaufen werden (Breitensuche oder Tiefensuche). Durch geeignete Schranken (engl.: bouncf) kön nen suboptimale Kombinationen frühzeitig ausgeschlossen werden. Die Größe des Baumes (Anzahl der Knoten), und damit die zu durchlaufenden Kombinationen, wird dadurch effizient begrenzt.

In der erfindungsgemäß erzeugten verzweigten Datenstruktur repräsentiert insbe sondere jede Knotendatenstruktur jeweils eine Druckluftanlagenkonfiguration, die bestimmte Verdichter, und optional weitere Komponenten einer Druckluftanlage, enthält. Insbesondere repräsentieren eine Verdichter-Elternknotendatenstruktur und eine zugeordnete Verdichter-Kindknotendatenstruktur jeweils parallelgeschal tete Verdichter einer Druckluftanlagenkonfiguration. Die (alle) zueinander paral lelgeschalteten Verdichter einer Druckluftanlagenkonfiguration sind in der ver zweigten Datenstruktur insbesondere entlang eines Knotenpfades (in die Tiefen richtung des Baumes) der einander zugeordneten (miteinander verbundenen) Ver- dichter-Knotendatenstrukturen ausgehend von der höchsten Knotenebene bis zu einem Knoten auf einer tieferen Knotenebene repräsentiert. Insofern umfasst die einer bestimmten Verdichter-Knotendatenstruktur (Verdichter-Elternknotendaten struktur oder Verdichter-Kindknotendatenstruktur) (eindeutig) zugeordnete Druckluftanlagenkonfiguration insbesondere die (alle) Verdichter derjenigen Ver- dichter-Knotendatenstrukturen, die ausgehend (in der Knotenhierarchie nach oben) von dieser bestimmten Verdichter-Knotendatenstruktur entsprechend der (paarweisen) Zuordnungen der verzweigten Datenstruktur (Kindknoten-Elternkno- ten-Paare) jeweils auf der nächsthöheren Knotenebene bis zur höchsten Knoten ebene (d.h. entlang eines Knotenpfads) vorhanden sind, also im Speicher erzeugt wurden. Insbesondere enthält die durch einen Endknoten auf der tiefsten Knoten ebene repräsentierte Druckluftanlagenkonfiguration alle Verdichter entlang des (eindeutigen) Knotenpfads bis zum Knoten auf der höchsten Knotenebene. Die selbe Verdichter-Knotendatenstruktur kann bezüglich einer höheren Knotenebene als Verdichter-Kindknotendatenstruktur bezeichnet und bezüglich einer tieferen Knotenebene als Verdichter-Elternknotendatenstruktur bezeichnet werden. Zwei verschiedene Verdichter-Knotendatenstrukturen (mit zwei verschiedene Knoten pfaden) repräsentieren zwei verschiedene Druckluftanlagenkonfigurationen.

Die erfindungsgemäß erzeugte verzweigte Datenstruktur wird insbesondere durch das wiederholte, vorzugsweise rekursiv wiederholte, Erzeugen von Verdichter- Knotendatenstrukturen erzeugt (aufgebaut), insbesondere bis ein Abbruchkrite rium erfüllt ist. Das Abbruchkriterium berücksichtigt insbesondere den Gütewert der Druckluftanlagenkonfiguration, die durch eine Verdichter-Knotendatenstruktur repräsentiert wird. Neue Verdichter-Knotendatenstrukturen werden insbesondere in einer rekursiven Schleife so lange erzeugt, bis aufgrund eines Abbruchkriteri ums keine weiteren Verdichter-Knotendatenstrukturen mehr erzeugt werden kön nen. Neue Verdichter-Knotendatenstrukturen können als Verdichter-Kindknoten datenstrukturen einer relativ zur Knotenebene einer Verdichter-Elternknotenda tenstruktur tieferen Knotenebene oder als weitre Verdichter-Elternknotendaten struktur auf derselben Knotenebene einer bereits erzeigten Verdichter-Elternkno tendatenstruktur erzeugt werden, insbesondere bis das Abbruchkriterium erfüllt ist. Das Erzeugen weiterer Verdichter-Knotendatenstrukturen kann von Nebenbe dingungen abhängen kann. Insbesondere kann die maximale Anzahl der in der verzweigten Datenstruktur erzeugten Knotenebenen durch eine, vorzugsweise als Nebenbedingung, vorgegebene maximale Anzahl von (parallelgeschalteten) Ver dichtern begrenzt sein. Die verzweigte Datenstruktur umfasst mindestens zwei und vorzugsweise bis zu drei, weiter vorzugsweise bis zu fünf, weiter vorzugs weise bis zu zehn, vorzugsweise bis zu 20 Knotenebenen. Dementsprechend kann eine auszulegende Druckluftanlagenkonfiguration zwei, vorzugsweise bis zu drei, weiter vorzugsweise bis zu fünf, weiter vorzugsweise bis zu zehn, weiter vorzugs weise bis zu 20 Verdichter umfassen, die insbesondere zueinander parallelge schaltet sind.

Eine Druckluftanlagenkonfiguration gibt insbesondere die Menge der Komponen ten einer Druckluftanlage und deren Verschaltung an. Eine Druckluftanlagenkonfi guration kann als eine mögliche (virtuelle) Anordnung der Komponenten einer Druckluftanlage verstanden werden, die für die (optimale) Auslegung einer Druck luftanlage in Betracht gezogen wird. Die Auslegung einer Druckluftanlage umfasst insbesondere die Neuplanung, Abänderung und/oder Erweiterung der Druckluft anlage. Bei einer Neuplanung ist insbesondere keine (reale) Ausgangskonfigura tion der Druckluftanlage vorhanden. Das Entfernen oder Ersetzen einer Kompo nente einer bestehenden Druckluftanlage kann als Abänderung und das Hinzufü gen einer Komponente als Erweiterung einer Druckluftanlage verstanden werden.

Der Begriff Komponenten beschreibt insbesondere Komponenten zur Drucklufter zeugung (Verdichter), Druckluftaufbereitung (Trockner, Filter, Ölabscheider), Druckluftspeicherung (Drucklufttanks) und Druckluftverteilung. Komponenten, die innerhalb einer Druckluftanlage dieselbe Funktion ausüben, werden als funktions gleiche Komponenten bezeichnet. Beispielsweise haben alle Verdichter, auch wenn sie sich dem Typ nach voneinander unterscheiden, dieselbe Funktion, näm lich die Verdichtung (Erzeugung) von Druckluft. Der Typ einer Komponente wird vorzugsweise durch eine (eindeutige) Typkennung (Modellnummer) dieser Kom ponente in einem Produktportfolio angegeben. Ein Verdichtertyp kann dement sprechend ein bestimmtes Modell oder eine bestimmte Modellvariante eines Ver dichters sein. Im Sinn der Erfindung können auch Gebläse als Verdichter verstan den werden. Komponentendaten enthalten insbesondere Informationen über Komponenten, wie mindestens eine technische Kenngröße, vorzugsweise einen Energiever brauch, sowie vorzugsweise mindestens eine (eindeutige) Funktionskennung und eine (eindeutige) Typenkennung, insbesondere zur (eindeutigen) Identifikation der Komponente in einem Produktportfolio. Komponentendaten können zusätzlich wirtschaftliche Kenngrößen einer Komponente enthalten, wie die Investitionskos ten (Preis). Komponentendaten stammen insbesondere aus einer Produktdaten bank. Die Komponentendaten umfassen insbesondere eine oder mehrere Kompo nentenlistein). Eine Komponentenliste enthält mehrere, vorzugsweise alle, funkti onsgleichen Komponenten aus einem Produktportfolio, die für die Verwendung in einer Druckluftanlage in Betracht kommen. Eine Komponentenliste kann als eine Datenstruktur verstanden werden, die funktionsgleiche Komponenten aus einem Produktkatalog angibt, wobei jeder Komponente Informationen über technische Eigenschaften dieser Komponente und vorzugsweise über deren Kosten zugeord net sind. Eine Komponentenliste kann als eine verkettete Liste von Datenstruktu ren verstanden werden, die jeweils Komponentendaten betreffend eine bestimmte Komponente enthalten. Komponentendaten können durch einen Computer nachei nander empfangen werden. Insbesondere können Teile (Unterlisten) von Kompo nentenlisten, insbesondere Teile von Verdichterlisten, nacheinander empfangen werden. Empfangene Komponentendaten können von verschiedenen Sendeein richtungen versendet worden sein.

Eine der einen oder mehreren Komponentenliste(n) ist eine Verdichterliste. Die Komponentendaten können zusätzlich zu (mindestens) einer Verdichterliste bei spielsweise eine Trocknerliste, eine Filterliste und/oder eine Drucklufttankliste enthalten. Die Komponentendaten können mehrere Verdichterlisten umfassen, wobei jede Verdichterliste insbesondere verschiedene Modelle einer Baureihe von (ähnlichen) Verdichtern enthält. Die Komponentendaten für Verdichter können die Information angeben, ob der jeweilige Verdichtertyp ein drehzahlvariabler Ver dichter ist. Eine Verdichterliste kann eine Vielzahl von Einträgen (Listenstellen) aufweisen, für beispielsweise mehr als fünf, vorzugsweise mehr als zehn, weiter vorzugsweise mehr als 20, weiter vorzugsweise mehr als 30, weiter vorzugsweise mehr als 50, weiter vorzugsweise mehr als 100, weiter vorzugsweise bis zu 200, verschiedene Verdichter. Die Länge der Verdichterliste (Anzahl der zur Verfügung stehenden Verdichter) und insbesondere die maximale Anzahl der in einer Druck luftanlagenkonfiguration zulässigen Verdichter (Nebenbedingung), bestimmt maß geblich die maximale Größe, die die verzweigte Datenstruktur erreichen kann. Ein Gütewert kann insbesondere abgeschätzte oder berechnete Kosten, vorzugs weise Energiekosten und/oder Investitionskosten und/oder Wartungskosten, einer Druckluftanlagenkonfiguration angeben. Ein Gütewert kann einen Energiever brauch der Druckluftanlage angeben. Ein Gütewert kann auf einem, insbesondere vorgegebenen, insbesondre empfangenen, Energiepreis und/oder C0₂-Emissions- preis basieren. Die Berechnung des Gütewerts kann auf mindestens einer techni schen Kenngröße einer, einiger oder aller Komponenten, insbesondere Verdichter, einer Druckluftanlagenkonfiguration basieren. Die Berechnung des Gütewerts kann (zusätzlich) auf mindestens einer wirtschaftlichen Kenngröße einer, einiger oder aller Komponenten, insbesondere Verdichter, einer Druckluftanlagenkonfigu ration basieren. Für die Berechnung eines Gütewerts kann die verzweigte Daten struktur der Tiefe nach und/oder der Breite nach durchlaufen werden, um für die den Verdichter-Knotendatenstrukturen entsprechenden Druckluftanlagenkonfigu rationen einen zugeordneten Gütewert zu berechnen. Vorzugsweise werden Güte werte für bereits in Form von Verdichter-Knotendatenstrukturen erzeugte Druck luftanlagenkonfigurationen berechnet während (zeitgleich) die verzweigte Daten struktur (weiter) aufgebaut wird, d.h. weitere Verdichter-Knotendatenstrukturen erzeugt werden.

Insbesondere wird mindestens ein erster Gütewert basierend auf den ersten Druckluftanlagenkonfigurationsdaten und mindestens einer technischen Kenn größe der Verdichter der ersten Druckluftanlagenkonfiguration berechnet, wobei ein erster Gütewert die Güte der ersten Druckluftanlagenkonfiguration bezüglich eines, vorzugsweise von einem Nutzer vorgegebenen, Gütekriteriums angibt. Ins besondere wird mindestens ein zweiter Gütewert basierend auf den zweiten Druckluftanlagenkonfigurationsdaten und mindestens einer technischen Kenn größe der Verdichter der zweiten Druckluftanlagenkonfiguration berechnet, wobei der zweite Gütewert die Güte der zweiten Druckluftanlagenkonfiguration bezüg lich des Gütekriteriums angibt.

Das Bereitstellen einer Druckluftkonfiguration kann das Speichern, insbesondere in einem computerlesbaren Speicher, Übertragen, insbesondere über eine (draht lose) Datenverbindung, oder Anzeigen, insbesondere durch eine Visualisierung durch eine Anzeigevorrichtung (Bildschirm), der Druckluftanlagenkonfiguration sein. Ein erfindungsgemäßes (computergestütztes) Verfahren hat den Vorteil, dass mögliche Konfigurationen der Druckluftanlage, die für die Auslegung in Betracht kommen, (vollständig) automatisch und schnell, insbesondere systematisch, er zeugt und bewertet werden können. Insbesondere ist keine Mitwirkung des Nut zers, vor allem keine gedankliche Mitwirkung, des Nutzers bei der Erstellung mög licher Konfigurationen notwendig. Der zeitliche Aufwand für die Auslegung einer Druckluftanlage wird dadurch stark reduziert. Außerdem kann gewährleistet wer den, dass die optimale Auslegungskonfiguration gefunden wird.

In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren weiter die folgenden Schritte: Empfangen von Nebenbedingungsdaten durch den Computer, wobei die Nebenbe dingungsdaten mindestens eine, vorzugsweise von einem Nutzer, vorgegebene Nebenbedingung für eine Druckluftanlagenkonfiguration angeben, und Bestim men, durch den Computer, basierend auf den Nebenbedingungsdaten und den ersten Druckluftanlagenkonfigurationsdaten, ob die erste Druckluftanlagenkonfi guration die vorgegebene Nebenbedingung erfüllt und/oder, basierend auf den Nebenbedingungsdaten und den zweiten Druckluftanlagenkonfigurationsdaten, ob die zweite Druckluftanlagenkonfiguration die vorgegebene Nebenbedingung er füllt. Insbesondere wird der mindestens eine Gütewert berechnet, falls die jewei lige Druckluftanlagenkonfiguration die vorgegebene Nebenbedingung erfüllt. Ins besondere wird mindestens ein erster Gütewert berechnet, falls die erste Druck luftanlagenkonfiguration die vorgegebene Nebenbedingung erfüllt. Insbesondere wird mindestens ein zweiter Gütewert berechnet, falls die zweite Druckluftanla genkonfiguration die vorgegebene Nebenbedingung erfüllt. Durch das Überprüfen von Nebenbedingungen kann sichergestellt werden, dass nur solche Druckluftan lagenkonfigurationen für die Auslegung in Betracht gezogen werden, die die vor gegebenen Nebenbedingungen erfüllen. Insbesondere können dadurch Konfigura tionen, die technische Vorgaben für eine neu zu planende, abzuändernde oder zu erweiternde Druckluftanlage nicht erfüllen, frühzeitig als Auslegungskonfiguration ausgeschlossen werden. Insbesondere wird die Berechnung des Gütewerts (nur) dann durchgeführt, wenn die Nebenbedingung erfüllt ist. Dadurch können Zeit und Rechenressourcen gespart werden, insbesondere dann, wenn die Berechnung des Gütewerts aufwendig ist, insbesondere aufgrund der Durchführung einer Si mulation.

In einer Ausführungsform umfasst die mindestens eine vorgegebene Nebenbedin gung für eine Druckluftanlage eine maximale Anzahl von Verdichtern und/oder eine maximale Anzahl von unterschiedlichen Verdichtertypen und/oder eine Vor gabe, ob drehzahlvariable Verdichter enthalten sein dürfen oder müssen. Unter „dürfen" und „müssen" kann jeweils eine Vorgabe eines Nutzers, insbesondere ei nes Betreibers einer Druckluftanlage, verstanden werden. Drehzahlvariable Ver dichter stellen erhöhte Anforderungen an die Steuerung, weshalb manche Nutzer solche Verdichtertypen für die Auslegung ihrer Druckluftanlage möglicherweise ausschließen möchten. Andererseits könnten drehzahlvariable Verdichter von an deren Nutzern ausdrücklich gewünscht sein, beispielsweise um eine besonders bedarfsgerechte Drucklufterzeugung zu gewährleisten.

In einer Ausführungsform umfasst die mindestens eine vorgegebene Nebenbedin gung für eine Druckluftanlage die maximale Aufstellfläche der Druckluftanlage und/oder einen erforderlichen Minimaldruck der Druckluftanlage und/oder einen erforderlichen Maximaldruck der Druckluftanlage. Insbesondere ein erforderlicher Minimaldruck ist ein Hauptkriterium für die Auslegung einer Druckluftanlage.

In einer Ausführungsform umfasst die mindestens eine vorgegebene Nebenbedin gung für eine Druckluftanlage ein maximales Investitionsbudget, insbesondere für die Neuplanung, Abänderung oder Erweiterung einer Druckluftanlage. Ein maxi males Investitionsbudget bezieht sich insbesondere auf die gesamte Druckluftan lage mit sämtlichen verbauten Komponenten, insbesondere Verdichtern. Dadurch können Druckluftanlagenkonfigurationen ausgeschlossen werden, die zu teuer sind, obwohl sie die technischen Vorgaben möglicherweise erfüllen würden.

In einer Ausführungsform umfasst die mindestens eine technische Kenngröße ei ner Komponente, insbesondere eines Verdichters, den Energieverbrauch und/oder eine druckabhängige Kennlinie der Leistungsaufnahme und/oder einen Liefervolu menstrom, insbesondere bei Maximaldruck, und/oder eine C0₂-Emissionsmenge, insbesondere pro Druckluftvolumen. Insbesondere kann ein Gütewert basierend auf einer C0₂-Emissionsmenge (eines Verdichters) pro (erzeugtem) Druckluftvolu men (Liefervolumen) berechnet werden. Eine CC -Emissionsmenge kann durch ei nen Energieverbrauch einer Komponente (eines Verdichters) und einen, vorzugs weise (von einem Nutzer) vorgegebenen oder (von einem Kraftwerksbetreiber) empfangenen (aktuellen) Wert, der eine emittierte CC -Emissionsmenge pro be reitgestellter (elektrischer) Energieeinheit (z.B. kWh) angibt, bestimmt sein. Inso fern kann für die Angabe einer CC -Emissionsmenge als technische Kenngröße eine zusätzliche Angabe, insbesondere betreffend das CO2, das bei der Erzeugung der benötigten Antriebsleistung eines Verdichters emittiert wird, erforderlich sein. Insbesondere kann der C0²-Fußabdruck pro Druckluftvolumen (z.B. m³) eine wei tere technische Kenngröße darstellen, die angibt an wie viel CO² bei der Erzeu gung eines Druckluftvolumens durch einen bestimmten Verdichter entsteht.

In einer Ausführungsform ist jeder Komponente zusätzlich zu der mindestens ei ner technischen Kenngröße mindestens eine wirtschaftliche Kenngröße der jewei ligen Komponente zugeordnet, wobei die wirtschaftliche Kenngröße insbesondere Investitionskosten und/oder Wartungskosten der Komponente angibt, wobei der mindestens eine Gütewert insbesondere basierend auf der mindestens einen tech nischen Kenngröße und mindestens einer wirtschaftlichen Kenngröße mindestens eines Verdichters der jeweiligen Druckluftanlagenkonfiguration berechnet wird. Vorzugsweise wird der Gütewert basierend auf mindestens einer technischen Kenngröße mehrerer (aller) Verdichter und/oder basierend auf mindestens einer wirtschaftlichen Kenngröße mehrerer (aller) Verdichter der jeweiligen Druckluft anlagenkonfiguration berechnet. Insbesondere wird ein erster Gütewert basierend auf mindestens einer technischen Kenngröße und mindestens einer wirtschaftli chen Kenngröße der Verdichter der ersten Druckluftanlagenkonfiguration berech net und/oder insbesondere ein zweiter Gütewert basierend auf mindestens einer technischen Kenngröße und mindestens einer wirtschaftlichen Kenngröße der Ver dichter der zweiten Druckluftanlagenkonfiguration berechnet.

In einer Ausführungsform umfasst die Verdichterliste mindestens einen Verdichter einer bestehenden Druckluftanlage und mindestens einen Verdichter, der in der bestehenden Druckluftanlage nicht eingebaut ist. Indem ein oder mehrere Ver dichter einer (real) bestehenden Druckluftanlage der Verdichterliste hinzugefügt werden bzw. in der basierend auf einem Produktportfolio erstellten Verdichterliste enthalten sind, können auch bereits (real) verbaute Verdichter in der verzweigten Datenstruktur abgebildet werden. Dadurch werden die bestehenden Verdichter der Druckluftanlage Teil des Lösungsraums für die gesuchte Auslegungskonfigura tion. Es ist insbesondere möglich, dass eine Druckluftanlagenkonfiguration, die eine oder mehrere bestehende Verdichter nicht enthält, aufgrund des Gütewerts besser bewertet wird, als die bestehende Druckluftanlagenkonfiguration. Auf diese Weise kann das Verfahren die Abänderung einer bestehenden Druckluftan lage, nämlich das Entfernen oder Ersetzen eines verbauten Verdichters, Umset zern Beispielsweise könnte die erforderliche Druckluftliefermenge gesunken sein und das Entfernen eines Verdichters wirtschaftlich sein. Seit der Installation der bestehenden Druckluftanlage könnten inzwischen auch leistungsstarkere und/oder effizientere Verdichter im Produktportfolio verfügbar sein, die die Güte der beste henden Druckluftanlagenkonfiguration hinsichtlich des Gütekriteriums verbessern und dementsprechend anstelle eines bestehenden Verdichters eingebaut werden sollten.

In einer Ausführungsform umfasst das Erzeugen der verzweigten Datenstruktur weiter: Erzeugen, in einem Speicher, einer Verdichter-Elternknotendatenstruktur auf der höchsten Knotenebene basierend auf Komponentendaten mindestens ei nes Verdichters einer bestehenden Druckluftanlage. Der höchsten Knotenebene ist insbesondere genau eine Elternknotendatenstruktur zugeordnet, die insbeson dere dem Ursprungsknoten (Wurzel) der verzweigten Datenstruktur (Baum) ent spricht. Auf diese Weise kann eine bestehende Druckluftanlagenkonfiguration als Ausgangskonfiguration in der verzweigten Datenstruktur abgebildet werden, näm lich durch eine Verdichter-Elternknotendatenstruktur auf der höchsten Knoten ebene (Wurzelknoten), die (einige oder alle) Verdichter der Ausgangskonfigura tion enthält. Der mindestens eine Verdichter der Ausgangskonfiguration wäre in diesem Fall in jeder betrachteten Druckluftkonfiguration enthalten. Die Auslegung einer Druckluftanlage in Form einer Erweiterung durch Flinzufügen eines Verdich ters kann dadurch einfach umgesetzt werden.

In einer Variante dieser Ausführungsform, in der eine bestehende Druckluftanlage als Ausgangskonfiguration in der verzweigten Datenstruktur (durch den Wurzel knoten) abgebildet ist, kann die Verdichterliste den Verdichter der bestehenden Druckluftanlage enthalten, wobei die zugeordnete technische und/oder wirtschaft liche Kenngröße ein negatives Vorzeichen hat. Alternativ (oder zusätzlich) kann einem Verdichter eine entsprechende Kennung (Markierung) zur Identifikation als (realer) Verichter einer bestehenden Druckluftanlage zugeordnet sein. Durch ein negatives Vorzeichen oder eine solche Kennung kann durch das Hinzufügen einer Verdichter-Knotendatenstruktur für diesen (real) bereits vorhandenen Verdichter das Entfernen dieses Verdichters dargestellt werden. Beispielsweise würde durch einen negativen Energieverbrauch der Gesamtenergieverbrauch der Konfiguration reduziert oder durch negative Investitionskosten ein Verkaufserlös für einen zu entfernenden Verdichter abgebildet werden. Auf diese Weise doppelt, nämlich einmal mit positiven und einmal mit negativem Vorzeichen einer Kenngröße, in ei ner Druckluftkonfiguration vorhandene Verdichter können bei der Berechnung des Gütewerts unberücksichtigt bleiben. In einer Ausführungsform basiert das Erzeugen einer Verdichter- Elternknotendatenstruktur und/oder einer Verdichter-Kindknotendatenstruktur zusätzlich auf Komponentendaten von Komponenten zur Druckluftaufbereitung, insbesondere einer Gruppe von Komponenten zur Druckluftaufbereitung. Insbesondere ist eine Komponentenliste eine Liste von Komponenten, vorzugsweise eine Liste von Komponentengruppen, zur Druckluftaufbereitung. Komponenten zur Druckluftaufbereitung sind vorzugsweise in Reihe zu einem Verdichter geschaltet. Eine Gruppe von Komponenten zur Druckluftaufbereitung ist insbesondere zur Anordnung entlang eines Druckluftpfads zwischen dem Druckluftausgang eines Verdichters und einem Druckluftspeicher vorgesehen und umfasst beispielsweise Trockner, Filter, Ölabscheider oder andere Komponenten. Eine Gruppe mehrerer Komponenten zur Druckluftaufbereitung kann als eine (einzige) Ersatzkomponente zusammengefasst (modelliert) sein. Durch die Zuordnung zusätzlicher Komponentendaten, die Komponenten zur Druckluftaufbereitung angeben, zu Verdichter-Knotendatenstrukturen, kann eine Reihenschaltung dieser Komponenten zur Druckluftaufbereitung innerhalb des Druckluftpfads, der durch den Verdichter der Verdichter-Knotendatenstrukturen definiert ist, in der verzweigten Datenstruktur abgebildet werden.

In einer Ausführungsform, vorzugsweise als Alternative zur vorhergehenden Ausführungsform, gibt eine Nebenbedingung für eine

Druckluftanlagenkonfiguration einen erforderlichen Mindestdifferenzdruck zur Kompensation eines Druckverlusts mindestens einer Komponente zur Druckluftaufbereitung, insbesondere einer Gruppe von Komponenten zur Druckluftaufbereitung, an. Der erforderliche Mindestdifferenzdruck kann insbesondere zusätzlich zu einem erforderlichen Minimaldruck der Druckluftangabe angegeben werden. Der Druckverlust, der durch die Druckluftaufbereitung entsteht, kann über eine geeignete Nebenbedingung beim Auffinden einer geeigneten Druckluftanlagenkonfiguration berücksichtigt werden. Als Lösung kommen dann nur solche Druckluftanlagenkonfigurationen in Betracht, deren erzeugter Minimaldruck ausreichend hoch ist, um den Druckverlust der Aufbereitungskomponenten auszugleichen, z.B. 0,3 bar, und dennoch den vom Verbraucher geforderten Minimaldruck bereitzustellen.

In einer Ausführungsform umfasst das Erzeugen einer verzweigten Datenstruktur das Erzeugen, in einem Speicher, mindestens einer weiteren Verdichter- Knotendatenstruktur auf einer Knotenebene basierend auf Komponentendaten eines Verdichters der Verdichterliste, wobei sich vorzugsweise der Typ des Verdichters der zu erzeugenden Verdichter-Knotendatenstruktur vom Typ der Verdichter der bereits erzeugten Verdichter-Knotendatenstrukturen dieser Knotenebene, die derselben Verdichter-Elternknotendatenstruktur zugeordnet sind, unterscheidet. Auf diese Weise kann die verzweigte Datenstruktur (Baum) in der Breite vergrößert werden. Aus einer oder mehreren (tieferen) Knotenebene(n) werden, vorzugsweise in einer rekursiven Schleife, insbesondere so lange Verdichter-Kindknotendatenstrukturen bezüglich einer Verdichter- Elternknotendatenstruktur hinzugefügt, bis ein Abbruchkriterium erfüllt ist. Auf einer (höheren) Knotenebene einer bereits erzeigten Verdichter- Elternknotendatenstruktur werden, vorzugsweise in einer rekursiven Schleife, insbesondere so lange weitere Verdichter-Elternknotendatenstrukturen hinzugefügt, bis ein Abbruchkriterium erfüllt ist. Dies gilt insbesondere falls keine einzige Verdichter-Elternknotendatenstruktur auf der höchsten Knotenebene (Wurzelknoten) vorhanden ist. Insbesondere können für eine Auswahl von Verdichtern oder alle Verdichter der Verdichterliste solange weitere Verdichter- Knotendatenstrukturen erzeugt werden, bis keine neuen Verdichter- Knotendatenstrukturen mehr erzeugt werden können. Aufgrund bestimmter Kriterien, die inbesondere anhand eines Gütewerts, vorzugsweise anhand eines minimalen Astkostenwerts, überprüft werden, kann das Erzeugen bestimmter Verdichter-Kindknotendatenstrukturen oder Verdichter- Elternknotendatenstrukturen verhindert werden. Grundsätzlich könnten der verzweigen Datenstruktur auch Komponenten-Kindknotendatenstrukturen basierend auf anderen Komponenten als Verdichtern hinzugefügt werden, um deren Verschaltung innerhalb einer Druckluftanlage abzubilden.

In einer Ausführungsform werden in einer Knotenebene Verdichter- Elternknotendatenstrukturen basierend auf Komponentendaten desselben Verdichters der Verdichterliste (also desselben Typs) mehrfach erzeugt, wobei für jede der mehrfachen Verdichter-Elternknotendatenstrukturen eine Komponenten- Kindknotendatenstruktur erzeugt und einer der mehrfachen Verdichter- Elternknotendatenstrukturen zugeordnet wird, wobei sich die Typen der Komponenten der Komponenten-Kindknotendatenstrukturen, voneinander unterscheiden. Auf diese Weise kann eine verzweigte Datenstruktur (ein Baum) erzeugt werden, in der verschiedene Druckluftanlagenkonfigurationen für denselben Verdichter in Reihenschaltung mit verschiedenen Komponenten, beispielsweise verschiedenen Varianten einer Komponente zur Druckluftaufbereitung, abgebildet sind. Beispielsweise kann auf diese Weise ein bestimmter Verdichter in zwei verschiedenen Reihenschaltungen mit jeweils verschiedenen Drucklufttrocknern in der verzweigte Datenstruktur (in dem Baum) abgebildet werden.

In einer Ausführungsform sind die Verdichter einer Verdichterliste nach einem Sortierkriterium geordnet, wobei zum Erzeugen einer Verdichter- Kindknotendatenstruktur, die einer Verdichter-Elternknotendatenstruktur zugeordnet ist, die Komponentendaten von Verdichtern verwendet werden, die in der Verdichterliste an gleicher oder nachgeordneter Listenstelle wie der Verdichter der Verdichter-Elternknotendatenstruktur einsortiert sind. Dadurch können Permutationen unter den betrachteten Druckluftkonfigurationen vermieden werden, also äquivalente Druckluftkonfigurationen, in denen die jeweils gleichen Verdichtertypen miteinander parallel verschaltet sind, jedoch in unterschiedlicher Anordnung der parallelen Druckluftpfade zueinander. Die Vertauschung der Druckluftpfade zweier parallelgeschaltete Verdichter innerhalb der verzweigten Datenstruktur repräsentiert eine identische Druckluftkonfiguration und muss deshalb nicht mehrfach betrachtet werden. Eine unnötige Vergrößerung der verzweigten Datenstruktur kann vermieden und Rechenzeit gespart werden.

In einer Ausführungsform ist das Gütekriterium ein Kostenkriterium, wobei der mindestens eine Gütewert die Energiekosten und/oder Investitionskosten und/oder Wartungskosten einer Druckluftanlagenkonfiguration angibt. Die Energiekosten und Wartungskosten können auf eine bestimmte, vorzugsweise von einem Nutzer vorgegebene, Betriebsdauer bezogen sein. Die Investitionskosten können neben dem Preis der Komponenten auch die Installationskosten für eine Druckluftanlagenkonfiguration umfassen. Insbesondere können aufgrund eines Kostenkriteriums die günstigsten Druckluftanlagenkonfigurationen, vorzugsweise die günstigste (optimale) Druckluftanlagenkonfiguration, entwickelt werden.

In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren weiter das Vergleichen zweier Druckluftanlagenkonfigurationen basierend auf zugeordneten Gütewerten durch einen Computer und das Speichern der Druckluftanlagenkonfigurationsdaten derjenigen Druckluftanlagenkonfiguration als aktuell beste Druckluftanlagenkonfiguration, deren zugeordneter Gütewert das Gütekriterium besser erfüllt, und vorzugsweise Speichern des der aktuell besten Druckluftanlagenkonfiguration zugeordneten Gütewerts als aktuell besten Gütewert. Der aktuell beste Gütewert gibt insbesondere die aktuell besten, vorzugsweise die niedrigsten, Kosten an. Die aktuell beste Druckluftanlagenkonfiguration kann sich fortlaufend ändern, insbesondere während die verzweigte Datenstruktur nach einer geeigneten Druckluftanlagenkonfiguration durchsucht wird. Eine Variable für die aktuell beste Druckluftanlagenkonfiguration wird insbesondere mit der zuerst aufgefundenen Druckluftanlagenkonfiguration oder einer Ausgangskonfiguration initialisiert. Insbesondere wird die die aktuell beste aufgefundene

Druckluftanlagenkonfiguration zwischengespeichert, um mit weiteren, mit Hinblick auf das Gütekriterium potenziell noch besseren, betrachteten Druckluftanlagenkonfigurationen verglichen zu werden. Vorzugsweise ist die zuletzt, also am Ende der Durchführung des Verfahrens, gespeicherte Druckluftanlagenkonfiguration die optimale Lösung für die Auslegung der Druckluftanlage.

In einer Ausführungsform umfasst das Berechnen des mindestens einen Gütewerts das Berechnen eines minimalen Konfigurationskostenwerts, der, vorzugsweise auf einer Abschätzung basierend, einen unteren Schrankenwert für die Kosten der Druckluftanlagenkonfiguration angibt. Ein unterer Schrankenwert als minimaler Konfigurationskostenwert kann als eine (konservative) Abschätzung der Kosten verstanden werden, die mit Sicherheit unter den (relativ genau) berechneten Kosten einer Druckluftanlagekonfiguration liegt, vorzugsweise basierend auf heuristischen Methoden. Der minimale Konfigurationskostenwert basiert vorzugsweise auf Energiekosten und/oder Investitionskosten mindestens einer der, vorzugsweise aller, Komponenten der Druckluftanlagenkonfiguration.

Die Energiekosten können als technische Kenngröße einer Komponente (eines Verdichters), insbesondere als Teil der empfangenen Komponentendaten, vorgegeben sein. Die Energiekosten werden vorzugsweise basierend auf dem Energieverbrauch des Verdichters mit der höchsten Energieeffizienz eines in der Druckluftanlagenkonfiguration enthaltenen Verdichters berechnet. Die Investitionskosten können als eine wirtschaftliche Kenngröße einer Komponente (eines Verdichters), insbesondere als Teil der empfangenen Komponentendaten, vorgegeben sein. Die Investitionskosten werden vorzugsweise als die Summe der Investitionskosten der in der Druckluftanlagenkonfiguration enthaltenen Verdichter berechnet. Der minimale Konfigurationskostenwert gibt insbesondere eine konservative Abschätzung der Kosten einer Druckluftanlagenkonfiguration an. Insbesondere wird zur Berechnung des minimalen Konfigurationskostenwerts keine (aufwändige) Simulation der Druckluftanlagenkonfiguration durchgeführt.

Die Berechnung eines minimalen Konfigurationskostenwerts beruht auf der Idee, dass auf die Durchführung einer genaueren, aber hinsichtlich der Rechnerleistung teuren, Berechnung verzichtet werden kann, wenn bereits eine konservative Kostenschätzung - also ein geschätzter Kostenwert, der in jedem Fall niedriger ist als die tatsächlichen Kosten - schlechter (höher) ist als der Gütewert der aktuell besten bekannten Druckluftkonfiguration (d.h. der aktuell günstigste bekannte Kostenwert). Insbesondere kann auf die Durchführung einer kostenintensiven Computersimulation verzichtet werden, wenn der minimale Konfigurationskostenwert hinsichtlich des Gütekriteriums schlechter ist als der aktuell beste Gütewert.

In einer Ausführungsform umfasst das Berechnen des mindestens einen Gütewerts einer Druckluftanlagenkonfiguration das Berechnen eines minimalen Astkostenwerts, der, vorzugsweise auf einer Abschätzung basierend, einen unteren Schrankenwert für die Kosten derjenigen weiteren, insbesondere in der verzweigten Datenstruktur (noch) nicht durch Knotendatenstrukturen repräsentierten, Druckluftanlagenkonfigurationen angibt, die die Verdichter der Druckluftanlagenkonfiguration enthalten. Diejenigen weiteren Druckluftanlagenkonfigurationen, die die Verdichter der (aktuell betrachteten) Druckluftanlagenkonfiguration enthalten sind insbesondere (alle) diejenigen weiteren, insbesondere in der verzweigten Datenstruktur (noch) nicht durch Knotendatenstrukturen repräsentierten Druckluftanlagenkonfigurationen (d.h. bislang nicht betrachtete, aber prinzipiell mögliche

Druckluftanlagenkonfigurationen), deren Verdichter-Knotendatenstrukturen auf tieferen Knotenebenen relativ zur Knotenebene derjenigen Verdichter- Knotendatenstruktur liegen, die der (aktuell betrachteten) Druckluftanlagenkonfiguration entspricht. Ein unterer Schrankenwert als minimaler Astkostenwert kann als eine (konservative) Abschätzung der Kosten verstanden werden, die mit Sicherheit unter den (relativ genau) berechneten Kosten aller Druckluftanlagekonfiguration eines Asts der verzweigten Datenstruktur liegt, vorzugsweise basierend auf heuristischen Methoden. Der minimale Astkostenwert basiert vorzugsweise auf Energiekosten eines Verdichters der Verdichterliste und/oder Investitionskosten mindestens einer der, vorzugsweise aller, Komponenten der Druckluftanlagenkonfiguration. Die die Energiekosten werden vorzugsweise basierend auf dem Energieverbrauch desjenigen Verdichters mit der höchsten Energieeffizienz aller in der Verdichterliste (nicht nur in der betrachteten Druckluftanlagenkonfiguration) enthaltenen Verdichter berechnet. Die Investitionskosten werden vorzugsweise als die Summe der Investitionskosten der in der Druckluftanlagenkonfiguration enthaltenen Verdichter berechnet. Der minimale Astkostenwert gibt insbesondere eine konservative Abschätzung der Kosten derjenigen

Druckluftanlagenkonfiguration an, die dem Ast der verzweigten Datenstruktur (Baum) angehören, der an dem Knoten der aktuell betrachteten Druckluftanlagenkonfiguration beginnt. Der minimale Astkostenwert gibt insbesondere einen unteren Schrankenwert für die Kosten aller einem Elternknoten direkt oder indirekt zugeordneten Druckluftanlagenkonfigurationen an, die potenziell noch erzeugt werden könnten. Insbesondere wird zur Berechnung des minimalen Konfigurationskostenwerts keine (aufwändige) Simulation der Druckluftanlagenkonfiguration durchgeführt. Die Berechnung eines minimalen Astkostenwerts beruht auf der Idee, dass auf eine weitere Verzweigung der Datenstruktur verzichtet werden kann, wenn bereits eine konservative Kostenschätzung - also ein geschätzter Kostenwert, der in jedem Fall niedriger ist als die tatsächlichen Kosten - schlechter (höher) ist als der Gütewert der aktuell besten bekannten Druckluftkonfiguration (d.h. der aktuell günstigste bekannte Kostenwert). Denn durch das Hinzufügen zusätzlicher Knotendatenstrukturen, die tatsächlich zur Druckluftanlage hinzugefügten Komponenten repräsentieren, würden die Kosten der entsprechenden Druckluftanlagenkonfiguration steigen. Die Erzeugung weiterer Kindknotendatenstrukturen kann frühzeitig verhindert werden, wenn der einer Elternknotendatenstruktur zugeordnete minimale Astkostenwert hinsichtlich des Gütekriteriums schlechter ist als der aktuell beste Gütewert.

In einer Ausführungsform wird basierend auf einem einer Druckluftanlagenkonfiguration zugeordneten Gütewert, vorzugsweise basierend auf dem minimalen Astkostenwert, das Erzeugen weiterer Verdichter- Kindknotendatenstrukturen einer Verdichter-Elternknotendatenstruktur ausgeschlossen oder bereits erzeugte Verdichter-Kindknotendatenstrukturen einer Verdichter-Elternknotendatenstruktur werden gelöscht, insbesondere falls der Gütewert, vorzugsweise der minimale Astkostenwert, das Gütekriterium schlechter erfüllt als ein gespeicherter aktuell bester Gütewert, der einer aktuell besten Druckluftanlagenkonfiguration zugeordnet ist. Dieses Vorgehen entspricht insbesondere dem sog. Beschränken (engl bounding ) eines Branch-and-bound- Verfahrens. Weitere Verdichter-Kindknotendatenstrukturen werden insbesondere dann nicht erzeugt oder gelöscht, falls der minimale Astkostenwert höher ist als der aktuell beste Gütewert. Der aktuell beste Gütewert kann ein durch eine Simulation berechneter simulierter Kostenwert sein. Durch das Beschränken kann eine unnötige Vergrößerung bzw. Verzweigung der verzweigten Datenstruktur (Baum) vermieden werden. Die Anzahl der zu prüfenden Druckluftkonfigurationen wird dadurch beschränkt. Dadurch werden Rechenkapazitäten für unnötigerweise betrachtete Druckluftkonfigurationen eingespart. Das Verfahren wird dadurch beschleunigt, ohne das Auffinden einer besseren (optimalen) Lösung auszuschließen.

In einer Ausführungsform umfasst das Berechnen eines Gütewerts das Durchfüh ren einer Computersimulation und das Berechnen eines simulierten Kostenwerts basierend auf Ergebnissen der Computersimulation, wobei der simulierte Kosten wert Kosten der Druckluftanlagenkonfiguration über eine bestimmte (vorgege bene) Betriebsdauer angibt. Die bestimmte Betriebsdauer wird insbesondere von einem Nutzer vorgegeben (Simulationshorizont). Beispielsweise kann die Betriebs dauer einen simulierten Zeitraum von sieben Tagen umfassen und vorzugsweise auf einen Zeitraum von einem Jahr extrapoliert werden. Die Computersimulation basiert insbesondere auf einem Simulationsmodell der Druckluftanlagenkonfigura tion, das ein dynamisches Verhalten der Druckluftanlagenkonfiguration abbildet, wobei das Simulationsmodell vorzugsweise ein, vorzugsweise von einem Nutzer, vorgegebenes zeitlich veränderliches Druckluftverbrauchsprofil (für eine Konfigu ration aus Verdichters) oder Gegendruckprofil (für eine Konfiguration aus Geblä sen) als Randbedingung berücksichtigt und/oder ein dynamisches Betriebsverhal ten mindestens eines Verdichters der Druckluftanlagenkonfiguration abbildet und/oder das Steuerungsverhalten einer zentralen Steuerung der Druckluftanlage, insbesondere einer Verbundsteuerung, abbildet. Das Simulationsmodell basiert insbesondere auf einem Satz mehrerer (zeitabhängiger), vorzugsweise partieller, Differentialgleichungen, die insbesondere durch numerische Integrationsverfahren (iterativ) gelöst, insbesondere schrittweise (mittels vorgegebener Zeitschrittwei ten) über Zeit integriert werden. Ein Druckluftverbrauchsprofil gibt insbesondere die einem Verbraucher zur Verfügung gestellte Druckluftmenge über die Zeit (Mengenprofil über die Zeit) an. Ein Druckluftverbrauchsprofil wird typischerweise für Verdichter angegeben. Ein Gegendruckprofil wird typischerweise für Gebläse angegeben, die im Sinn der Erfindung ebenfalls als Verdichter verstanden werden können. Unter einer Verbundsteuerung werden die in WO 2010/072808 A2 und WO 2010/072803 Al beschriebenen Steuerungsverfahren verstanden, deren Be schreibung durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wer den. Eine Computersimulation ermöglicht eine sehr genaue Berechnung der Kos ten einer Druckluftanlagenkonfiguration, wie sie während des Betriebs der Druck luftanlage anfallen würden. Der simulierte Kostenwert gibt insbesondere die Ener giekosten und/oder Wartungskosten der Druckluftanlagenkonfiguration an. Die Computersimulation ist im Hinblick auf die Rechenkapazitäten und Rechenzeit re lativ teuer, insbesondere im Vergleich zur Erzeugung der verzweigten Datenstruk tur und der Berechnung eines minimalen Konfigurationskostenwerts oder eines minimalen Astkostenwerts, die durch eine (deutlich) einfachere Berechnung er mittelt werden.

In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Speichern mindestens einer Druckluftanlagenkonfiguration in einer Simulationswarteliste, die Druckluftanlagenkonfigurationen angibt, die für die Durchführung einer Computersimulation bestimmt sind. In einer Simulationswarteliste werden insbesondere solche Druckluftanlagenkonfigurationen zwischengespeichert, deren minimaler Konfigurationskostenwert geringer ist als der aktuell beste Gütewert. Durch die Durchführung einer rechenintensiven Computersimulation nur für die begrenzte Anzahl von Druckluftanlagenkonfigurationen in der Simulationswarteliste, werden die Rechenressourcen nur für die aussichtsreichsten Druckluftanlagenkonfigurationen in Anspruch genommen. Dadurch kann auch für komplexe und genaue Simulationsmodelle in relativ kurzer Zeit eine geeignete, vorzugsweise die optimale, Auslegungskonfiguration gefunden werden.

In einer Ausführungsform werden Computersimulationen für verschiedene Druckluftanlagenkonfigurationen para llelisiert, insbesondere durch verschiedene Prozessoren oder durch verschiedene Gruppen von Prozessoren, vorzugsweise zumindest teilweise zeitgleich, durchgeführt. Vorzugsweise werden die in einer Simulationswarteliste für die Simulation bereitgehaltenen Druckluftanlagenkonfigurationen unabhängig voneinander von verschiedenen Prozessoren simuliert. Während sich die Erzeugung der verzweigten Datenstruktur (Baum) nicht, oder nur schwierig, parallelisieren lässt, können die durch die verzweigte Datenstruktur aufgefundenen Druckluftanlagenkonfigurationen unabhängig voneinander simuliert werden. Die Computersimulationen stellen im allgemeinen deutlich höhere Anforderungen an die Rechenkapazitäten als das Aufbauen der verzweigten Datenstruktur. Durch die Parallelisierung der Computersimulationen kann das Verfahren im Vergleich zu einer sequenziellen Durchführung der Computersimulationen für geeignete aufgefundene Druckluftanlagenkonfigurationen deutlich beschleunigt werden.

In einer Ausführungsform werden mindestens ein Schritt zum Erzeugen der verzweigten Datenstruktur und die Computersimulation für eine Druckluftanlagenkonfiguration zumindest teilweise zeitgleich durchgeführt. Insbesondere laufen ein Algorithmus zum Erzeugen der verzweigten Datenstruktur und die Computersimulationen für die durch den Algorithmus aufgefundenen Druckluftanlagenkonfigurationen zeitlich parallel ab.

In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Pausieren von Schritten zum Erzeugen der verzweigten Datenstruktur, falls die Anzahl der Druckluftanlagenkonfigurationen in der Simulationswarteliste eine vorgegebene Maximalanzahl erreicht, insbesondere bis die Anzahl der Druckluftanlagenkonfigurationen in der Simulationswarteliste einen Wert unterhalb der Maximalanzahl erreicht. Dadurch kann verhindert werden, dass für unnötig viele (verhältnismäßig schlechte) Druckluftanlagenkonfigurationen eine Computersimulation durchgeführt wird. Durch Begrenzung der Länge der Simulationswarteliste können durch die Computersimulation simulierten Kostenwerte, die potenziell eine neue aktuell beste Druckluftanlagenkonfiguration anzeigen, beim Erzeugen der verzweigten Datenstruktur berücksichtigt werden. Insbesondere durch einen Vergleich der simulierten Kostenwerte mit den minimalen Astkostenwerten für in Betracht gezogene Druckluftanlagenkonfigurationen kann ein Ast der zweiten Datenstruktur gegebenenfalls frühzeitig abgeschnitten werden, wodurch die Aufnahme einer oder mehrerer schlechterer Druckluftanlagenkonfigurationen in der Simulationswarteliste rechtzeitig verhindert werden kann. Das Verfahren spart dadurch Rechenressourcen und wird beschleunigt.

In einer Ausführungsform ist das Bereitstellen mindestens einer Druckluftanlagenkonfiguration das Ausgeben der, vorzugsweise optimalen, Druckluftanlagenkonfiguration, wobei insbesondere deren zugeordneter Gütewert, vorzugsweise deren zugeordneter simulierter Kostenwert, das Gütekriterium besser erfüllt als die Gütewerte aller anderen Druckluftanlagenkonfigurationen, die basierend auf der Verdichterliste erzeugbar sind. Insofern löst das erfindungsgemäße Verfahren ein Optimierungsproblem.

Die genannte Aufgabe wird außerdem insbesondere gelöst durch ein computerlesbares Speichermedium mit Instruktionen, die, wenn sie auf mindestens einer Recheneinheit ausgeführt werden, zumindest einige, vorzugsweise alle, Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens implementieren. Das erfindungsgemäße computerlesbare Speichermedium hat ähnliche Vorteile, wie sie bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wurden. Das Speichermedium kann insbesondere Bestandteil des Notebooks eines Nutzers, beispielsweise eines Außendienstmitarbeiters eines Anbieters von Druckluftanlagen oder eines Servers eines Anbieters von Druckluftanlagen sein.

Die genannte Aufgabe wird außerdem insbesondere gelöst durch einen Server mit einem erfindungsgemäßen computerlesbaren Speichermedium und mindestens einer Recheneinheit zur Ausführung der Instruktionen.

Die genannte Aufgabe wird außerdem insbesondere gelöst durch ein Endgerät, das dazu ausgebildet ist, Komponentendaten an einen Server, vorzugsweise einen Server nach Anspruch 26, zu senden, wobei die Komponentendaten Komponenten einer Druckluftanlage und mindestens eine technische Kenngröße jeder Komponente angeben, wobei die Komponentendaten mindestens eine Komponentenliste mit mehreren funktionsgleichen Komponenten unterschiedlichen Typs und mindestens einer der jeweiligen Komponente zugeordneten technischen Kenngröße umfassen, wobei eine Komponentenliste eine Verdichterliste ist, die mehrere Verdichter unterschiedlichen Typs enthält, wobei das Endgerät insbesondere weiter dazu ausgebildet ist, Nebenbedingungsdaten, die mindestens eine Nebenbedingung für eine Druckluftanlage angeben, vorzugsweise eine Nebenbedingung gemäß einer zuvor beschriebenen Ausführungsform des Verfahrens, an einen Server, vorzugsweise einen erfindungsgemäßen Server, zu senden, und/oder insbesondere ein gewünschtes Druckluftverbrauchsprofil für eine Druckluftanlage an einen Server, vorzugsweise einen erfindungsgemäßen Server, zu senden und/oder insbesondere mindestens eine Druckluftanlagenkonfiguration, vorzugsweise mit einem zugeordneten Gütewert, anzuzeigen. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer Druckluftanlage; Figur 2 ein Verfahren zur Auslegung einer Druckluftanlage aus dem Stand der Technik;

Figur 3 eine allgemeine schematische Darstellung des Ablaufs des Verfahrens gemäß der Erfindung;

Figur 4 eine schematische Darstellung des Lösungsraums für Druckluftanlagenkonfigurationen gemäß dem Verfahren der Erfindung;

Figur 5 eine schematische Darstellung einer verzweigten Datenstruktur, der Komponentendaten und der Druckluftanlagenkonfigurationsdaten gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung;

Figur 6 eine schematische Darstellung eines Ablaufs des Verfahrens gemäß der Erfindung zum Auffinden einer optimalen Druckluftanlagenkonfiguration;

Figur 7 eine schematische Darstellung einer beispielhaften verzweigten Datenstruktur (Baum) als Bestandteil der Erfindung;

Figur 8 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Ablaufs zur Erzeugung einer verzweigten Datenstruktur als Bestandteil der Erfindung;

Figur 9a ein erster Teil einer detaillierten schematischen Darstellung einer beispielhaften verzweigten Datenstruktur (Baum) als Bestandteil der Erfindung; Figur 9b ein zweiter Teil der Darstellung einer beispielhaften verzweigten Datenstruktur nach Figur 9a; Figur 10 ein schematisches Ablaufdiagramm der Erzeugung einer verzweigten Datenstruktur als Bestandteil der Erfindung;

Figur 11 eine schematische Darstellung eines Simulationsmodells einer Druckluftanlage;

Figur 12 eine schematische Darstellung einer Simulation als Bestandteil des Verfahrens gemäß der Erfindung.

In der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung werden für gleiche und gleich wirkende Elemente und Verfahrensschritte dieselben Bezugszeichen verwendet.

Druckluftanlagen (Druckluftstationen) werden durch eine Vielzahl verschiedener Komponenten aufgebaut, die in definierter Weise angeordnet und miteinander verschaltet bzw. verbunden sind. Bei den Komponenten handelt es sich um Kom ponenten der Drucklufterzeugung, Druckluftaufbereitung, Druckluftspeicherung und Druckluftverteilung. Bestimmte Komponenten weisen eigene Steuerungen auf. Häufig haben Druckluftanlage übergeordnete Steuerungen für die gesamte Anlage.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Druckluftanlage 1, die zwei pa rallele Druckluftpfade 2 und 3 aufweist. Die beiden parallelen Druckluftpfade 2, 3 weisen den Verdichter 11, den Trockner 21 und den Filter 31 bzw. den Verdichter 12, den Trockner 22 und den Filter 32 auf. Die Trockner 21, 22 und Filter 31, 32 sind jeweils stromabwärts der Verdichter 11, 12 angeordnet. Beide Druckluftpfade 2, 3 münden in einen gemeinsamen Drucklufttank 40, der der Speicherung von Druckluft dient. Aus dem Drucklufttank 40, wird Druckluft über ein Druckluftnetz an einen oder mehrere Verbraucher 50 verteilt. Die Verdichter 11, 12 der Druck luftanlage 1 werden durch eine zentrale Steuerung 60 geregelt.

Eine Druckluftanlagenkonfiguration gibt die Menge der Komponenten einer Druck luftanlage und deren Verschaltung (Anordnung und Verbindung der Komponenten relativ zueinander) an. Wenn nachfolgend von einer „Konfiguration" gesprochen wird oder eine Figur sich auf eine „Konfiguration" bezieht, ist stets eine Druckluft anlagenkonfiguration, also eine Konfiguration einer Druckluftanlage, gemeint. In sofern zeigt Figur 1 eine bestimmte reale Druckluftanlagenkonfiguration, die bei der Auslegung der realen bestehenden Druckluftanlage 1 gewählt wurde. Druckluftanlagen müssen gemäß dem Bedarf des Nutzers ausgelegt werden. Für die Auslegung einer Druckluftstation, also die Neuplanung, Abänderung (Entfer nen oder Ersetzen von Komponenten) oder Erweiterung der Druckluftanlage, kommen typischerweise eine Vielzahl verschiedener Komponenten in Betracht, die ein oder verschiedene Hersteller in ihrem Produktportfolio anbieten. Die Ausle gung muss ein bestimmtes Gütekriterium erfüllen, in wirtschaftlicher Hinsicht zum Beispiel die Lebenszykluskosten oder den sog. „Return on invest" und in techni scher Hinsicht ein vom Nutzer vorgegebenes oder angenommenes Druckluftver brauchsprofil. Aufgabe der Auslegung ist es, eine Druckluftkonfiguration (Ausle gungskonfiguration) zu finden, die das Gütekriterium erfüllt.

Wesentliche Einflussfaktoren, die im Gütekriterium typischerweise berücksichtigt werden, sind Energiekosten, Wartungskosten und Investitionskosten, wobei sich Energiekosten und Wartungskosten von den Investitionskosten dadurch unter scheiden, dass die Investitionskosten allein durch Analyse der Konfiguration an sich ermittelt werden können, während für die Ermittlung von Energiekosten und Wartungskosten grundsätzlich das dynamische Verhalten der Komponenten in der konkreten Konfiguration ermittelt werden muss. Aufgrund des dynamischen Ver haltens der Komponenten in der konkreten Konfiguration kann dann auf die Ener giekosten und Wartungskosten geschlossen werden.

Figur 2 zeigt ein Verfahren zur manuellen Ermittlung einer Druckluftstations- Konfiguration aus dem Stand der Technik. Das Verfahren gemäß Fig. 2 ist zwar hinsichtlich der Simulation teilweise computergestützt, läuft aber grundsätzlich manuell ab. Ein Nutzer oder Bediener denkt sich eine Konfiguration aus. Hierfür greift er auf ein Produktportfolio von Komponenten, wie in einem Katalog, zurück und berücksichtigt gegebenenfalls vorhandene Nebenbedingungen. Auf Basis der ausgedachten Konfiguration erstellt der Nutzer manuell ein Simulationsmodell mit Hilfe einer Simulationssoftware. Auf Basis des Simulationsmodells wird anschließend eine Simulation durchgeführt. Die Durchführung der Simulation selbst erfolgt automatisch. Ist die Simulation durchgeführt, so wird die Konfiguration auf Basis des Simulationsergebnisses bewertet. Insbesondere werden die für die Bewertung notwendigen Werte aus dem Simulationsergebnis ermittelt. Ist die Konfiguration als mögliche Lösung für die Auslegung interessant, so merkt der Nutzer sich diese Konfiguration. Anschließend prüft der Nutzer, ob unter den bereits gemerkten Konfigurationen eine ausreichend gute Lösung vorhanden ist. Ist dies nicht der Fall, prüft der Bediener ob er noch eine Idee für eine weitere Konfiguration, die eine ausreichend gute Lösung sein könnte. Hat der Nutzer noch eine solche Idee, geht das Verfahren in die nächste Iteration, in der eine konkrete Konfiguration ausgedacht wird. Hat der Nutzer keine Idee, so ist das Verfahren beendet. Falls unter den gemerkten Konfigurationen bereits eine ausreichend gute Lösung vorhanden ist, kann der Benutzer das Verfahren beenden und diese Konfiguration zur Auslegung der Druckluftanlage benutzen.

Das gemäß Figur 2 durchgeführte Verfahren sieht die Erstellung, Simulation und Bewertung mehrerer Konfigurationen vor. Dabei stellt das menschliche Ausdenken von Konfigurationen und die manuelle Erstellung des Simulationsmodells eine Einschränkung für das Auffinden geeigneter Konfigurationen dar. Das Ausdenken von Konfigurationen gemäß dem Verfahren von Figur 2 ist ein kreativer Prozess. Dauer und Ergebnis dieses Prozesses hängen wesentlich von der Erfahrung des Nutzers ab, denn beim kreativen Prozess greift der Nutzer auf Heuristiken, also Erfahrungswissen, zurück, dass er sich erarbeitet hat. Ein erfahrener Nutzer wird tendenziell bessere Konfigurationen in kürzerer Zeit ermitteln. Es gibt jedoch keine Garantie, dass selbst ein erfahrener Nutzer die bestmögliche Konfiguration findet.

Außerdem müssen die ausgedachten Konfigurationen vor der Durchführung der Simulation der Simulationssoftware bereitgestellt werden. Denn die Güte einer Konfiguration kann erst nach Durchführung einer Simulation zuverlässig bewertet werden. Die Erstellung eines Konfigurationsmodells für die Simulation benötigt Zeit. Rechnet man nur 3 Minuten für die Eingabe einer Konfiguration, so kann man pro Stunde nicht mehr als 20 Konfigurationen prüfen. In begrenzter Zeit kann nur eine eingeschränkte Anzahl an Konfigurationen geprüft werden. Es ist möglich, sie Zeit nicht ausreicht, um die bestmögliche Konfiguration zu finden.

Anhand eines Rechenbeispiels wird erläutert, dass die Anzahl der möglichen Konfigurationen mit der Anzahl der Komponenten einer Druckluftanlage und mit der Anzahl der in einem Produktportfolio zur Verfügung stehenden Komponenten schnell, nämlich exponentiell, steigt. Betrachtet werden nachfolgend vereinfachend nur die Verdichter einer Druckluftanlage. Das Produktportfolio enthält beispielsweise verschiedene Verdichtertypen. Unter der Annahme, dass bis zu 8 Verdichter in einer Druckluftanlage aufgestellt werden können ergeben sich unter Vernachlässigung von Permutation 8

^ 20‘ = 20¹ + 20² + 20³ + ··· + 20⁸ = 26.947.368.420 = 2.695 * 10¹⁰ i mögliche Kombinationen, also mögliche potenzielle Konfigurationen mit acht parallelgeschalteten Verdichtern in einer Druckluftanlage. Bei dem in Figur 2 dargestellten Verfahren aus dem Stand der Technik besteht das Problem, dass aufgrund der Vielzahl von Möglichkeiten nicht der gesamte Lösungsraum systematisch nach der besten Konfiguration durchsucht werden kann. Zudem ist bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren nicht sichergestellt, dass die optimale Konfiguration tatsächlich gefunden wird.

Ausgehend von diesem Problem liegt der vorliegenden Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass die Auslegung einer Druckluftanlage ein Optimierungsproblem darstellt, dessen Lösung die unter den zur Verfügung stehenden Komponenten und gegebenen Bedingungen die optimale Konfiguration der Druckluftanlage ist. Figur 3 zeigt eine allgemeine schematische Darstellung des Ablaufs eines computergestützten Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Auffinden der optimalen Lösung für die Konfiguration einer Druckluftanlage. Das in Figur 3 dargestellte Optimierungsproblem besteht darin, auf Basis einer gegebenen Ausgangskonfiguration einer bestehenden Druckluftanlage und mit in einem Produktportfolio verfügbaren Komponenten einer Druckluftanlage, insbesondere Verdichtern VI, V2, ...Vn (siehe Figur, 2, 7, 8, 9a, 9b), für einen gegebenen Druckluftverbrauchsverlauf unter Berücksichtigung vorgegebener

Nebenbedingungen anhand eines vorgegebenen Gütekriteriums geeignete Druckluftanlagenkonfigurationen zu identifizieren und bereitzustellen, insbesondere die optimale Druckluftanlagenkonfiguration. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bereitstellen mindestens einer Auslegungskonfiguration einer Druckluftanlage löst das in Figur 3 skizzierte Problem.

In dem Verfahren nach Figur 3 wird eine Ausgangskonfiguration berücksichtigt.

Es ist möglich, dass eine bestehende Druckluftstation geändert und/oder erwei tert werden soll, beispielsweise weil eine oder mehrere Komponenten der Druck luftstation ihr Lebenszeitende erreicht haben und daher ausgetauscht werden müssen. Es kann auch sein, dass die Wirtschaftlichkeit der Druckluftstation durch Austausch von alten Komponenten durch neuere effizientere Komponenten erhöht werden soll. Außerdem ist denkbar, dass der Druckluftverbrauch absehbar soweit ansteigt, dass die bestehende Druckluftstation diesen nicht mehr zuverlässig de cken werden kann. In solchen Fällen ist bei der Auslegung der Druckluftstation eine Ausgangskonfiguration zu berücksichtigen. Durch die Abänderung oder Er weiterung der Ausgangskonfiguration entstehen neue Konfigurationen, die als (optimale) Konfigurationen in Betracht kommen. Wenn eine Ausgangskonfigura tion berücksichtigt werden soll, ist zu beachten, dass für Komponenten, die in der neuen Konfiguration in Bezug auf die Ausgangskonfiguration erhalten bleiben, keine Investitionskosten anfallen. Für Komponenten, die in der neuen Konfigura tion in Bezug auf die Ausgangskonfiguration entfernt bzw. ersetzt werden, fallen grundsätzlich negative Investitionskosten an, denn diese Komponenten können als gebrauchte Komponenten veräußert werden, womit ein Ertrag erzielt wird. Bei einer Neuplanung würde die Ausgangskonfiguration einer leeren Konfiguration entsprechen, also eine Konfiguration ohne Komponenten.

Figur 4 illustriert, wie der Lösungsraum möglicher Druckluftkonfigurationen durch das Verfahren eingeschränkt werden kann. Der gesamte Lösungsraum ist durch alle kombinatorischen Möglichkeiten der zur Verfügung stehenden Komponenten, insbesondere durch die in der Verdichterliste Lv (siehe Figur 5) enthaltenen Verdichter definiert. Der Lösungsraum kann durch den Ausschluss ungeeigneter Konfigurationen eingeschränkt werden, wodurch weniger Konfigurationen als Lösung in Betracht gezogen werden müssen.

Bestimmte Konfigurationen können ausgeschlossen werden, weil sie bestimmte von einem Nutzer vorgegebene Nebenbedingungen (siehe Figuren 3 und 6) nicht erfüllen, beispielsweise

• eine maximale Anzahl von Verdichtern,

• eine maximale Anzahl von unterschiedlichen Verdichtertypen,

• die Vorgabe, ob drehzahlvariable Verdichter enthalten sein dürfen oder müs sen,

• eine maximale Aufstellfläche der Druckluftanlage,

• einen erforderlichen Minimaldruck der Druckluftanlage und/oder

• einen erforderlichen Maximaldruck der Druckluftanlage,

• ein maximales Investitionsbudget.

Der Lösungsraum kann außerdem durch die Schranken eines sog. branch-and- bound-Ve rfahrens eingeschränkt werden, dass für das erfindungsgemäße Verfah ren verwendet wird, um die verzweigte Datenstruktur B (siehe Figur 5, 7, 9a, 9b) aufzubauen. Durch untere Schranken, beispielsweise durch einen minimalen Ast- kostenwert GBranchmin (siehe Figur 8, 9a, 9b, 10) können frühzeitig solche Konfi gurationen ausgeschlossen werden, die im Hinblick auf das Gütekriterium sicher schlechter sind als die aktuell beste Konfiguration Konfbest (siehe Figur 6, 10).

Solche Konfigurationen, die die Nebenbedingungen erfüllen und durch das branch- and-bound-Ve rfahren in einer verzweigten Datenstruktur B abgebildet werden, kommen grundsätzlich für eine Simulation in Betracht, um den Gütewert hinsicht lich des Gütekriteriums möglichst genau zu berechnen. Die Simulation kann die Energiekosten, Wartungskosten, Investitionskosten sowie ein vorgegebenes Druck luftverbrauchsprofil berücksichtigen. Weitere Einflussfaktoren, wie eine Wärme rückgewinnung aus der Druckluftanlage, können ebenfalls berücksichtigt werden.

Aus den simulierten Konfigurationen ergeben sich anhand der ermittelten Güte werte GsimCosts (siehe Figur 8, 9a, 9b, 10, 12) eine oder mehrere Konfigurationen als beste Lösungen. Die Konfiguration mit dem insgesamt besten Gütewert Gsim Costs aller betrachteten Konfigurationen ist die optimale Lösung des Optimierungs problems, nach der die Druckluftanlage ausgelegt werden sollte.

Die Erzeugung einer verzweigten Datenstruktur B als Bestandteil der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf Figur 5 erläutert. Beispielhafte Datenstrukturen B sind auch in den Figuren 7,8, 9a und 9b dargestellt. Figur 10 enthält ein Ablaufdi agramm zum Erzeugen einer verzweigten Datenstruktur B. Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Idee, die zur Verfügung stehenden Komponenten aus ei nem Produktportfolio als Komponentenlisten Lk von funktionsgleichen Komponen ten aufzufassen, deren Listenelemente in allen kombinatorischen Möglichkeiten miteinander kombiniert werden können, um eine Druckluftanlagenkonfiguration zu bilden. Die Komponentenlisten Lk enthalten technische und wirtschaftliche Ei genschaften, insbesondere technische Kenngrößen Kt und wirtschaftliche Kenn größen Kw der jeweiligen Komponenten. Grundsätzlich können Komponenten ei ner Komponentenliste Lk als beliebig oft verfügbar für die Erzeugung von Konfi gurationen angesehen werden. Eine Komponente aus einer Komponentenliste Lk kann also mehrfach in eine Konfiguration eingebaut werden. Das systematische Durchprobieren aller Möglichkeiten würde zwar auch die optimale Lösung be trachten, ist praktisch aufgrund der Vielzahl der Möglichkeiten aber nicht durch führbar. Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt deshalb eine verzweigte Daten struktur B, um die prinzipiell in Betracht kommenden Konfigurationen (Anzahl N) Konfl, Konf2, ..., KonfN systematisch durchlaufen zu können. Solche verzweigten Datenstrukturen B sind prinzipiell als Bäume bekannt, die durch einen Algorith mus erstellt werden. Erfindungsgemäß wird ein Branch-and-Bound-Verfahren ver wendet, um die verzweigte Datenstruktur B zu erzeugen.

Die in einem Produktportfolio eines Anbieters für die Auslegung einer Druckluft anlage verfügbaren Komponenten liegen in Form von Komponentendaten Dk vor, wobei funktionsgleiche Komponenten in Komponentenlisten Lk zusammengefasst sind. Die n verschiedenen Verdichter VI, V2 bis Vn sind in einer Verdichterliste Lv gemäß einem Sortierkriterium enthalten. Die m verschiedenen Komponenten zur Druckluftaufbereitung KAI, KA2 bis KAm und die p verschiedenen Komponenten zur Druckluftspeicherung KS1, KS2, bis KSp sind jeweils in einer Komponenten liste Lk enthalten. Basierend auf den Komponentendaten Dk wird erfindungsge mäß eine verzweigte Datenstruktur B erzeugt, die mögliche Kombinationen der Komponenten angibt.

Figur 5 stellt eine Ausführungsform einer verzweigten Datenstruktur B als Be standteil des erfindungsgemäßen Verfahrens dar. Beispielhaft sind drei Knoten ebenen B0, Bl, B2 eine Vielzahl von Knotendatenstrukturen zugeordnet, wobei der höchsten Knotenebene B0 nur eine einzige Verdichter-Knotendatenstruktur BEvO, der ersten Knotenebene Bl die Verdichter-Elternknotendatenstrukturen BEvl, BEv2, bis BEvn und der zweiten Knotenebene B2 die Verdichter-Kindkno tendatenstrukturen BKvl, BKv2, ..., Bkvn zugeordnet sind. Jede Verdichter-Kind knotendatenstruktur auf einer relativ tieferen Knotenebene Bt ist einer Elternkno tendatenstruktur auf einer relativ höheren Knotenebene Bh zugeordnet. Bezüglich der Knotenebene Bl stellt B0 die höhere Knotenebene Bh dar. Bezüglich der Kno tenebene B2 stellt Bl die höhere Knotenebene Bh dar. Von einer höheren Knoten ebene Bh zu einer tieferen Knotenebene Bt kann eine Verzweigung stattfinden, sodass sich die Anzahl der Verdichter-Knotendatenstrukturen auf der tieferen Knotenebene Bt größer sein kann. Die Verdichter-Elternknotendatenstruktur BEvO entspricht im vorliegenden Beispiel einer leeren Ausgangskonfiguration einer Druckluftanlage und ist insofern eine Knotendatenstruktur, die keine Verdichter beinhaltet. Falls eine Ausgangskonfiguration vorhanden ist, könnte diese durch die Verdichter-Elternknotendatenstruktur BEvO abgebildet sein. Die verzweigte Datenstruktur B wird durch eine rekursive Schleife aufgebaut, wobei so lange Verdichter-Knotendatenstrukturen erzeugt werden, bis ein Abbruchkriterium er füllt ist. Jede der Verdichter-Elternknotendatenstrukturen BEvl, BEv2 bis BEvn repräsen tiert einen der Verdichter VI, V2 bis Vn, die in der Verdichterliste Lv, die eine der Komponentenlisten Lk ist, enthalten sind. Die Verdichter VI, V2 bis Vn haben je weils einen eindeutigen Verdichtertyp, die sich voneinander unterscheiden. Jedem Verdichter VI, V2 bis Vn ist mindestens eine technische Kenngröße Kt und eine wirtschaftliche Kenngröße Kw zugeordnet, wobei die Verdichterliste Lv weitere In formationen zu jedem Verdichter VI, V2 bis Vn enthalten kann. In der verzweig ten Datenstruktur B stellt jede Verdichter-Knotendatenstruktur eine bestimmte Druckluftanlagenkonfiguration dar. Die jeweilige Druckluftanlagenkonfiguration umfasst die Verdichter der Knotendatenstrukturen, die sich entlang des Knoten pfads (siehe Figur 7) von der jeweiligen Knotendatenstruktur bis zur nächsthöhe ren über alle höheren Knotenebenen aufwärts bis zur höchsten Knotenebene B0 befinden.

In Figur 5 besteht eine beispielhafte erste Druckluftanlagenkonfiguration Konfl aus der Verdichter-Elternknotendatenstruktur BEvl und der zugeordneten Ver- dichter-Kindknotendatenstruktur BKvl, die jeweils einen Verdichter des Typs VI repräsentieren. Eine beispielhafte zweite Druckluftanlagenkonfiguration Konf2 be steht aus der Verdichter-Elternknotendatenstruktur BEvl und der zugeordneten Verdichter-Kindknotendatenstruktur BKv2, die einen Verdichter des Typs VI bzw. einen Verdichter des Typs V2 repräsentieren. Eine alternative beispielhafte zweite Druckluftanlagenkonfiguration Konf2 in Figur 5 besteht aus der Verdichter-Eltern- knotendatenstruktur BEv2 und der zugeordneten Verdichter-Kindknotendaten struktur BKv2, die jeweils einen Verdichter des Typs V2 repräsentieren. Figur 5 illustriert somit die erfindungsgemäße Erzeugung einer ersten Druckluftanlagen konfiguration Konfl sowie beide Alternativen zur Erzeugung einer zweiten Druck luftanlagenkonfiguration Konf2. Die Bezeichnung einer bestimmten Druckluftanla genkonfiguration der in der verzweigten Datenstruktur B abgebildeten Druckluft anlagenkonfigurationen 1 bis N als Konfl, Konf2, ..., KonfN ist beliebig.

In den in Figur 5 dargestellten Druckluftanlagenkonfigurationen Konfl, Konf2 sind die Verdichter VI, VI bzw. VI, V2 jeweils parallelgeschaltet. Die mit jedem Ver dichter in Reihe geschalteten Komponente zur Druckluftaufbereitung KAI ist je weils dieselbe, ebenso wie die Komponente zur Druckluftspeicherung KS1 zu der die beiden parallelen Druckluftpfade zusammengeführt werden. Druckluftanlagen konfigurationsdaten Dkonfl, Dkonf2 geben die Komponenten und deren Verschal tung eindeutig an. Die dargestellten Druckluftanlagenkonfigurationsdaten Dkonf2 beziehen sich auf die Druckluftanlagenkonfiguration Konf2 „VI, V2" mit den Ver dichtern VI und V2 (in Figur 5 links). Druckluftanlagenkonfigurationsdaten der al ternativen Druckluftanlagenkonfiguration Konf2 „V2, V2" (in Figur 5 rechts) wür den analog zwei parallelgeschaltete Verdichter vom Typ V2 umfassen.

Mithilfe der verzweigten Baumstruktur B kann prinzipiell der gesamte Lösungs raum systematisch und computergestützt automatisch durchsucht werden. Alle grundsätzlich geeigneten Konfigurationen, die beispielsweise die Nebenbedingun gen erfüllen, die besten Konfigurationen, die ein vorgegebenes Gütekriterium gut erfüllen, und die (einzige) optimale Konfiguration, die das Gütekriterium am bes ten erfüllt, ist in der verzweigten Baumstruktur B enthalten und kann aufgefun den werden.

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren bereit, das vollständig automatisiert die besten Druckluftanlagenkonfigurationen auffindet und zugehörige Gütewerte berechnet. Im Vergleich zu dem in Figur 2 dargestellten Stand der Technik leistet das Verfahren insbesondere die Automatisierung der Ermittlung neuer Konfigurationen, die Erstellung der Konfigurationen für die Bewertung der Güte, die Prüfung, ob eine Konfiguration eine geeignete Lösung ist und die Erkennung, dass die optimale Konfiguration gefunden wurde, sofern diese existiert. Insbesondere hängt das Ergebnis des Verfahrens nicht von der Erfahrung des Nutzers ab. Zudem ist das computerimplementierte Verfahren relativ schnell durchführbar. Durch die Erstellung einer verzweigten Datenstruktur B nach der Idee eines branch-and-bound-Verfahrens wird der zu durchsuchende Lösungsraum so eingeschränkt, d. h. die verzweigte Baumstruktur in geeigneter Weise „beschnitten", dass das Verfahren auch mit begrenzten Rechenkapazitäten schnell gewünschte Auslegungskonfigurationen liefert.

In Figur 6 ist der grundsätzliche Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Auffinden einer optimalen Druckluftanlagenkonfiguration dargestellt. Wie bereits bezüglich Figur 3 erläutert, werden ausgehend von einer Ausgangskonfiguration basierend auf Komponentendaten Dk der verfügbaren Komponenten, insbesondere einer Verdichterliste Lv, der vorgegebenen Nebenbedingungen und des vorgegebenen Gütekriteriums mithilfe eines Algorithmus zum Erzeugen einer verzweigten Datenstruktur B (siehe z.B. Figur 5) geeignete Konfigurationen (z.B. Konfl, Konf2) ermittelt, die für eine Simulation in Betracht kommen und in einer Simulationswarteliste gespeichert werden. Aufgrund der verzweigten Datenstruktur B betrachtete Simulationen werden aufgrund eines Vergleichs des minimalen Konfigurationskostenwerts GKonfmin mit dem Gütewert Gbest der aktuell besten Konfiguration Konfbest in die Simulationswarteliste aufgenommen, wenn GKonfmin das Gütekriterium besser erfüllt als Gbest. Eine Computersimulation, die auf einem Simulationsmodell einer Druckluftanlage basiert (siehe Figur 12), ermittelt unter Berücksichtigung eines vorgegebenen Druckluftverlaufprofils den simulierten Kostenwert GsimCosts als einen Gütewert der simulierten Konfiguration. Auf Basis von GsimCosts kann die simulierte Konfiguration mit dem Gütewert Gbest der aktuell besten Konfiguration Konfbest verglichen werden. Die am Ende des Verfahrens gespeicherte aktuell beste Konfiguration Konfbest, deren Gütewert GsimCosts das Gütekriterium am besten erfüllt, ist die optimale Konfiguration zur Auslegung der Druckluftanlage.

Eine Idee der Erfindung ist es, dass der Algorithmus zum Aufbau der verzweigten Datenstruktur B und Computersimulationen für aufgrund der Baumstruktur B identifizierte Konfigurationen zeitlich parallel ablaufen. Jedes Mal, wenn eine grundsätzlich geeignete Konfiguration ermittelt wird, wird diese in einer Simulationswarteliste von zu simulierenden Konfigurationen gespeichert. Die Konfigurationen in der Simulationswarteliste werden nacheinander, vorzugsweise parallelisiert auf verschiedenen Rechnern, simuliert und der simulierte Kostenwert GsimCosts als ein Gütewert dieser Konfiguration berechnet. Eine Simulationswarteliste der Länge 1 führt dazu, dass jede für eine Simulation geeignete Konfiguration sequenziell simuliert wird. Über die maximale Länge der Simulationswarteliste kann gesteuert werden, wie viele Konfigurationen durch die Datenstruktur B erzeugt werden dürfen, ohne dass die durch die Simulation für bereits erzeugte Konfigurationen ermittelten simulierten Kostenwerte GsimCosts zu einer effizientesten möglichen Beschränkung der Datenstruktur verwendet werden können. Falls die simulierte Konfiguration als aktuell beste Konfiguration Konfbest mit zugehörigem Gütewert Gbest gespeichert wird, fließt das Simulationsergebnis in die Erzeugung der verzweigten Datenstruktur B ein. Denn der Algorithmus zur Erzeugung der Datenstruktur B berücksichtigt durch einen Vergleich eines minimalen Astkostenwerts GBranchmin mit Gbest, ob durch Hinzufügen weiterer Verdichter-Kindknotendatenstrukturen zur Datenstruktur B überhaupt noch bessere Konfigurationen erzeugt werden können als die aktuell beste Konfiguration Konfbest. Ist das nicht der Fall, werden entsprechende Verdichter- Knotendatenstrukturen gar nicht erst erzeugt. Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer verzweigten Datenstruktur B auf drei Knotenebenen Bl, B2, B3, also für drei parallelgeschaltete Verdichter. Dieses Beispiel betrifft die Neuplanung einer Druckluftanlage, wobei hier die möglichen Konfigurationen für drei parallel geschaltete Verdichter VI, V2, V3 betrachtet werden und andere Komponenten der Druckluftanlage unberücksichtigt bleiben. Der Wurzelknoten der verzweigten Datenstruktur B auf der Knotenebene BO ist leer, wenn keine Ausgangskonfiguration berücksichtigt wird. Der Lösungsraum, also die Menge aller möglichen Konfigurationen (siehe Figur 4), entsteht durch das Erzeugen von Verdichter-Knotendatenstrukturen in einer rekursiven Schleife. Jede Verdichter- Knotendatenstruktur basiert auf den Komponentendaten Dk eines der Verdichter VI, V2, V3 und repräsentiert eine Druckluftanlagenkonfiguration Konfl bis Konfl6, die aus den Verdichtern entlang des Knotenpfads von der Verdichter- Knotendatenstruktur bis zum Wurzelknoten besteht. Die Tiefe des Baums, also die Anzahl der Knotenebenen Bl, B2 und B3 kann durch die Anzahl der zulässigen Verdichter einer Druckluftanlage als Nebenbedingung begrenzt sein. Im vorliegenden Fall ist die maximale Anzahl der zu verwendenden Verdichtern mit drei vorgegeben.

Typischerweise spielt die Anordnungsreihenfolge von Verdichtern in Druckluftanlagen keine Rolle, sofern alle Verdichter parallel zueinander angeordnet sind. Dieser Tatsache wird in der verzweigten Datenstruktur B dadurch Rechnung getragen, dass keine Knoten in den Baum eingefügt werden, die zu Konfigurationen führen, die sich nur in der Reihenfolge von bereits im Baum vorhandenen Konfigurationen unterscheiden (im oben dargestellten Baum gibt es die Konfiguration „VI, V2, V2", aber nicht die Konfiguration „V2, VI, V2", denn diese beiden Konfigurationen sind bei Vernachlässigung der Reihenfolge äquivalent. Durch das Vermeiden äquivalenter Konfigurationen wird die verzweigte Datenstruktur B (der Baum) und damit der Lösungsraum klein gehalten.

Das Aufbauen des Baumes zur Repräsentation des Lösungsraums lässt sich am einfachsten mit einem rekursiven Algorithmus erklären, wobei auch iterativ ablaufende Algorithmen für den Aufbau des Baumes denkbar sind. Für die Beschreibung des rekursiven Algorithmus wird davon ausgegangen, dass das Produktportfolio an Komponenten nach irgendeinem Kriterium sortiert ist, z.B. nach Investitionskosten aufsteigend, Liefervolumenstrom aufsteigend, nach Typbezeichnung alphabetisch aufsteigend, usw. Die Komponenten kann man sich demnach als geordnete Komponentenlisten Lk vorstellen, in denen jede Komponente eine Listenposition besitzt. Der Algorithmus beginnt an der Wurzel auf der Knotenebene B0 und fügt unterhalb der Wurzel auf der nächsttieferen Knotenebene Bl für jedes Element aus der Verdichterliste einen Kindknoten hinzu. Danach geht der Algorithmus in jeden Kindknoten und fügt in jedem Kindknoten ein neues Element als Kindknoten hinzu, wobei hier für das Hinzufügen von neuen Elementen als Kindknoten gilt, dass nur Elemente aus der sortierten Liste als Kindknoten hinzugefügt werden dürfen, die in der sortierten Liste auf der gleichen Position oder einer nachfolgenden Position angeordnet sind. Für das Hinzufügen von Kindknoten werden auch die Nebenbedingungen berücksichtigt. Beispiele für das bedingte Hinzufügen von Kindknoten sind folgende:

- Ein Kindknoten wird nur dann hinzugefügt, wenn durch das Hinzufügen des Kind knotens die maximal zulässigen Investitionskosten nicht überschritten werden;

- Ein Kindknoten wird nur dann hinzugefügt, wenn durch das Hinzufügen des Kind knotens die maximal zulässige Anzahl an Verdichtern nicht überschritten wird;

- Ein Kindknoten wird nur dann hinzugefügt, wenn durch das Hinzufügen des Kind knotens die maximal zulässige Anzahl an Verdichtertypen nicht überschritten wird.

Der Vorgang für das rekursive Hinzufügen von Kindknoten wird solange fortgesetzt, bis an keiner Stelle in der verzweigten Datenstruktur B mehr ein Kindknoten hinzugefügt werden kann. Die Knoten der verzweigten Datenstruktur B bilden nun, kodiert durch den jeweiligen Knotenpfad von bzw. bis zur Wurzel, die Konfigurationen, die den Lösungsraum aufspannen.

Die in Figur 7 beispielhaft dargestellte verzweigte Datenstruktur B repräsentiert die folgende Liste von 16 Konfigurationen Konfl bis Konfl6, in denen jeweils zwei oder drei Verdichter zueinander parallel geschaltet sind: „VI, VI" (Konfl), „VI, V2" (Konf2), „VI, V3" (Konf3), „VI, VI, VI" (Konf4), „VI, VI, V2" (Konf5), „VI, VI, V3" (Konf6), „VI, V2, V2" (Konf7), „VI, V2, V3" (Konf8), „VI, V3, V3" (Konf9), „V2, V2" (KonflO), „V2, V3" (Konfl 1), „V3, V3" (Konfl2), „V2, V2, V2" (Konfl3), „V2, V2, V3" (Konfl4), „V2, V3, V3" (Konfl5), „V3, V3, V3" (Konfl6). Die Verdichter- Knotendatenstrukturen auf der Ebene Bl stellen keine gültigen Druckluftkonfigurationen dar, da sie jeweils nur einen einzigen Verdichter aufweisen. Im Einzelnen läuft das Aufbauen der in Figur 7 gezeigten Datenstruktur B (Baum) beispielsweise wie folgt ab: in einem ersten Schritt werden die Komponentendaten Dk mit der Verdichterliste Lv, die die Verdichter VI, V2, V3 in der gegebenen Reihenfolge enthält, durch einen Computer empfangen. Anschließend wird der Datenstruktur B ausgehend vom Wurzelknoten auf der Knotenebene Bl eine erste Verdichter-Datenknotenstruktur, die einen Verdichter vom Typ VI angibt, hinzugefügt. Auf der Knotenebene B2 unter dieser Verdichter- Elterndatenknotenstruktur wird eine weitere Verdichter-Kindknotendatenstruktur eines Verdichters VI erzeugt, die der Konfiguration Konfl entspricht. Auf der Knotenebene B3 darunter werden weitere drei Verdichter- Kindknotendatenstrukturen mit dem Inhalt VI, V2 bzw. V3 erzeugt, die den Konfigurationen Konf4, Konf5 und Konf6 entsprechen. Weitere Verdichter- Kindknotendatenknotenstrukturen auf tieferen Knotenebenen werden nicht hinzugefügt, da dies die Nebenbedingung von maximal drei zulässigen Verdichtern in einer Konfiguration verletzen würde. Auf der Knotenebene B2 wird als nächstes die Verdichter-Knotendatenstrukturen eines Verdichters vom Typ V2 erzeugt, die der Konfiguration Konf2 entspricht. Ausgehend davon werden auf der Knotenebene B3 weitere Verdichter-Kindknotendatenstrukturen für die Verdichter V2 und V3 erzeugt, die den Konfigurationen Konf7 bzw. Konf8 entsprechen, jedoch keine Verdichter-Kindknotendatenstruktur für einen Verdichter VI, da eine solche Konfiguration äquivalent zur Konfiguration Konf5 wäre und lediglich eine Permutation der Verdichterkombination „VI, VI, V2" wäre. Aus dem gleichen Grund wird als nächstes auf der Knotenebene B2 und B3 eine Verdichter- Kindknotendatenstruktur für einen Verdichter V3 erzeugt, die den Konfigurationen Konf3 bzw. Konf9 entsprechen, jedoch keine weiteren Verdichter- Knotendatenstrukturen. Die übrigen Verdichter-Knotendatenstrukturen, die den Konfigurationen KonflO, Konfl 1, Konfl2, Konfl3, Konfl4, Konfl5, und Konflß entsprechen, werden auf analoge Weise erzeugt.

Grundsätzlich ist es hilfreich, den Baum, und damit den zu durchsuchenden Lösungsraum, so klein wie möglich zu halten. Vom Nutzer können Nebenbedingungen vorgegeben werden (siehe Figuren 3 und 6), um bestimmte Lösungen auszuschließen. Beispielsweise kann aufgrund von Heuristiken bereits bekannt sein, dass für die Anforderungen geeignete Konfigurationen bestimmte Verdichtertypen aufweisen sollten. Beispielsweise kann durch eine

Nebenbedingung vorgegeben sein, dass mindestens ein Verdichter mit drehzahlvariablem Antrieb in einer Konfiguration enthalten sein muss, oder umgekehrt, dass eine Konfiguration keinen Verdichter mit drehzahlvariablem Antrieb aufweisen darf. Eine weitere Einschränkung des Lösungsraums ist dadurch möglich, dass ein Teil der Lösung bereits vorgegeben wird, insbesondere, indem der Wurzelknoten der Datenstruktur nicht leer gelassen wird, sondern eine Menge von Verdichtern, die jede Konfigurationen enthalten soll, die Wurzelknoten zugeordnet wird. Alle Knoten unterhalb der dem Wurzelknoten entsprechenden Verdichter-Elternknotendatenstruktur auf der Knotenebene B0 erweitern dann diese bereits vorgegebene Verdichterkombination.

Grundsätzlich ist es für die Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens denkbar, dass in einem ersten Schritt des Verfahrens zunächst die komplette verzweigte Datenstruktur B (Baum) für die Repräsentation des Lösungsraums erstellt wird und dann im Lösungsraum nach den besten Konfigurationen gesucht wird. Eine bevorzugte Ausführung des Verfahrens sieht vor, den Lösungsraum parallel zur Durchführung von Simulationen und Bewertung von Konfigurationen aufzubauen und zu durchsuchen. Dies ermöglicht das Einschränken des Lösungsraums durch rechtzeitiges Verhindern des Erzeugens von Knotendatenstrukturen (engl. bounding ), anschaulich das Verhindern der Verzweigung des Baumes, die noch gar nicht erzeugt wurden. Ebenso ist nachträgliche Löschen von Knotendatenstrukturen möglich, anschaulich das Abschneiden von Ästen des Baumes, die zwar schon erzeugt, deren Konfiguration aber vorzugsweise noch nicht simuliert wurden. Dieses Vorgehen ist in Figur 8 dargestellt. Das Verfahren berücksichtigt, dass die bisher, d.h. aktuell, beste gefundene Konfiguration Konfbest einen Gütewert Gbest vorgibt, welchen die Gütewerte potenzieller Konfigurationen in einem Ast der Datenstruktur B mindestens erreichen müssen um eine geeignetere, d.h. noch bessere, Lösung sein zu können. Falls ausgeschlossen werden kann, dass in einem Ast eine Konfiguration existiert, die besser ist, als die aktuell beste Konfiguration Konfbest, kann der Ast abgeschnitten werden, ohne zu riskieren, dass eine noch bessere Lösung nicht gefunden wird. Das Abschneiden eines Astes ist in Figur 8 symbolhaft durch Scheren dargestellt. Durch das Abschneiden von Ästen kann der Lösungsraum stark eingeschränkt werden. Die Durchführung des Verfahrens wird dadurch deutlich beschleunigt und bei sehr großen Lösungsräumen überhaupt erst praktisch sinnvoll umsetzbar.

Als Kriterium für eine Beschränkung der Datenstruktur B wird eine konservative Abschätzung verwendet, die angibt, wie gut die Konfigurationen ab diesem Verzweigungspunkt (Ast, engl branch ) der Datenstruktur (Baum) werden können. Hierfür wird als Gütewert ein minimaler Astkostenwert GBranchmin berechnet. Eine weitere Verzweigung wird dann verhindert, wenn alle in diesem Ast potenziell gefundenen Konfigurationen die aktuell beste Konfiguration nicht unterbieten kann (GBranchmin > Gbest).

Gemäß einem ersten Ansatz zur Abschätzung der Güte der Konfigurationen werden die Energiekosten als minimaler Astkostenwert GBranchmin verwendet. Für die Abschätzung der niedrigst möglichen Energiekosten in einem Ast wird angenommen, dass die gesamte Druckluft für die Deckung eines vorgegebenen Druckluftverbrauchsprofils mit der energetischen Effizienz des effizientesten Verdichters erzeugt wird, der in diesem Ast potenziell Vorkommen kann, also von dem Verdichter, der von allen Verdichtern in der Verdichterliste die höchste Energieeffizienz hat.

Gemäß einem zweiten Ansatz kann als minimaler Astkostenwert GBranchmin die Summe der Energiekosten und der Investitionskosten gebildet werden, wobei ein „Break-Even-Knoten" identifizierbar ist, der hinsichtlich der Kosten optimal ist. Ab diesem „Break-Even-Knoten" werden durch Hinzufügen eines effizienteren Verdichters oder mehrerer effizienterer Verdichter die Energiekosten nicht mehr in dem Maße gesenkt, wie sich im Gegenzug die Investitionskosten erhöhen. An diesem Knoten wird der Ast abgeschnitten.

Gemäß einer weiterentwickelten Ausführungsform des ersten Ansatzes wird zunächst versucht, die über den gesamten Betrachtungszeitraum zu produzierende Druckluftmenge mit dem effizientesten Verdichter des Astes zu decken. Für den verbleibenden Rest wird der zweiteffizienteste Verdichter im Ast genommen. Falls noch ein Rest verbleibt, wird dafür der dritteffizienteste Verdichter im Ast genommen, usw.

Der bereits zuvor beschriebene minimale Konfigurationskostenwert GKonfmin, aufgrund dessen insbesondere entschieden wird, ob für eine Konfiguration eine Computersimulation durchgeführt wird oder nicht, wird aufgrund einer ähnlichen konservativen Abschätzung der Kosten wie der minimale Astkostenwert GBranchmin berechnet.

Die Beschränkung (engl bounding ) der Datenstruktur wird im Folgenden unter Bezugnahme auf Figur 8 näher erläutert. Für die Beschränkung wird für jede Verdichter-Knotendatenstruktur, d.h. für jeden Knoten, eine Kostenabschätzung GBranchmin für den gesamten Ast berechnet, der durch eine Verzweigung entstehen würde. Die Kostenabschätzung GBranchmin gibt an, wie hoch die minimal zu erwartenden Kosten der besten Druckluftanlagenkonfiguration sind, die ab diesem Verzweigungspunkt, d.h. in diesem Ast, enthalten sein kann.

Damit garantiert ist, dass durch die Beschränkung die optimale Lösung nicht verworfen wird, muss die Kostenabschätzung GBranchmin konservativ sein, d.h., dass GBranchmin in jedem Fall unterhalb der Kosten liegen muss, die man durch eine Simulation als GsimCosts ermitteln könnte. Wenn als Gütewert GBranchmin die Summe aus Investitionskosten und Energiekosten verwendet wird, ist es sinnvoll, für GBranchmin jeweils eine Abschätzung der niedrigstmöglichen Investitionskosten und eine Abschätzung der niedrigstmöglichen Energiekosten vorzunehmen. Die Summe aus diesen beiden Abschätzungen ist dann sicher eine konservative Abschätzung des niedrigstmöglichen Werts der Kosten.

Für die Abschätzung der niedrigstmöglichen Investitionskosten in einem Ast wird angenommen, dass die Investitionskosten aller Knoten des Astes gleich der Investitionskosten des Knoten sind, bei der der Ast beginnt. Es wird also angenommen, dass sich für die weiteren Kindknoten die Investitionskosten nicht erhöhen. Obwohl dies eine falsche Annahme ist, ist diese Abschätzung in jedem Fall konservativ. Die optimale Lösung wird dadurch sicher nicht verworfen.

Für die Abschätzung der niedrigstmöglichen Energiekosten in einem Ast wird angenommen, dass der Druckluftverbrauch ausschließlich durch den effizientesten Verdichter gedeckt wird, der in der Verdichterliste Lv enthalten ist und somit potenziell in den Knoten eines Astes enthalten sein könnte.

Falls GBranchmin über dem aktuell besten Gütewert Gbest liegt, der den simulierten Kosten GsimCosts der aktuell besten Konfiguration Konfbest entspricht, kann die Datenstruktur beschränkt werden, ohne dass die optimale Lösung verworfen werden könnte.

Die Vorgehensweise beim Aufbau der verzweigten Datenstruktur (engl.: branching ) und beim Beschränken der Datenstruktur (engl bounding ) wird nachfolgend an einem Beispiel mit folgenden Angaben beschrieben, das in Figur 8 veranschaulicht ist: • Es stehen nur zwei Verdichtertypen VI und V2 zur Verfügung, nämlich o Typ VI, Investitionskosten: 22.000 EUR, Liefervolumenstrom: 5,5 m³/min, Spezifische Leistung: 6,7 kWmin/m³, o und Typ V 2, Investitionskosten: 40.000 EUR, Liefervolumenstrom: 10 m³/min, Spezifische Leistung: 6,5 kWmin/m³.

• Die Druckluftanlage besitzt mindestens einen Verdichter des Typs VI.

• Das benötigte Luftvolumen über die Lebenszeit der Druckluftanlage beträgt 21.000.000 m³.

• Der Strompreis beträgt 0,15 €/kWh.

• Eine Limitierung der Anzahl der Verdichter der Druckluftanlage ist nicht vor gesehen.

• Die verzweigte Datenstruktur B wird zuerst in die Tiefe aufgebaut, erst dann in die Breite.

Ausgehend von einer Ausgangskonfiguration einer Druckluftanlage mit mindestens einem Verdichter (*) wird in Schritt 1 eine Druckluftanlage erzeugt, die nur einen zusätzlichen Verdichter des Typs VI umfasst. Im vorliegenden Fall ist bereits min destens ein Verdichter im Wurzelknoten (*) enthalten. Für diese Konfiguration wird ein minimaler Konfigurationskostenwert GKonfmin für die Druckluftanlage selbst (373.350 EUR) und eine minimale Kostenabschätzung GBranchmin für den gesam ten Ast (363.250 EUR) erzeugt. Dass die Kostenabschätzung für den Ast GBranch min niedriger ist als für die Konfiguration GKonfmin selbst liegt daran, dass bei Druckluftanlagen auf Knotenebenen unterhalb der Konfiguration der effizientere Verdichter des Typs V2 zum Einsatz kommen könnte, während die Konfiguration selbst nur über den ineffizienten Verdichter des Typs VI verfügt.

Da noch keine Simulation durchgeführt wurde, wird in Schritt 2 die Konfiguration simuliert und es werden simulierte Kosten GsimCosts von 387.300 EUR für diese Konfiguration ermittelt. Diese werden als der aktuell beste Gütewert Gbest gespei chert, der die aktuell besten (niedrigsten) Kosten einer Konfiguration angibt.

In Schritt 3 wird durch Hinzufügen eines Verdichters des Typs VI ein neuer Ast erstellt und die Kosten für die Konfiguration GKonfmin und den Ast GBranchmin ermittelt. Da die minimalen Kosten der Konfiguration GKonfmin über den aktuell besten Kosten Gbest liegen, wird für diese Konfiguration keine Simulation durch geführt. Der Rechenaufwand für die Simulation wird somit eingespart.

Da die minimalen Kosten GBranchmin des gerade erzeugten Asts unterhalb von Gbest liegen, wird in Schritt 4 durch Hinzufügen eines weiteren Verdichters des Typs VI ein neuer Ast erstellt und die Kosten für den die Konfiguration GKonfmin und den Ast GBranchmin ermittelt. Da die minimalen Kosten der Konfiguration GKonfmin über Gbest liegen, wird für diese Konfiguration keine Simulation durch geführt. Der Rechenaufwand für eine Simulation wird somit erneut eingespart.

Da auch die minimalen Kosten des Asts GBranchmin über Gbest liegen, wird in Schritt 5 der gerade erzeugte Ast abgeschnitten und damit nicht weiterverfolgt.

In Schritt 6 wird ein neuer Ast durch Hinzufügen eines Verdichters des Typs V2 die Konfiguration, die bereits zwei Verdichter des Typs VI enthält, erstellt und die minimalen Kosten GKonfmin der Konfiguration und des neu erstellten Asts GBranch min ermittelt. Wegen zu hoher minimaler Kosten GKonfmin der Konfiguration wird auch hier keine Simulation durchgeführt.

Da auch die minimalen Kosten GBranchmin des neu erstellten Asts höher sind als Gbest wird in Schritt 7 der neu erstellte Ast abgeschnitten.

In Schritt 8 wird ein neuer Ast durch Hinzufügen eines Verdichters des Typs V2 zur einer Konfiguration, die bereits einen Verdichter VI enthält, erstellt und die mini- malen Kosten GKonfmin für die Konfiguration selbst und die Kosten GBranchmin für den neu erstellten Ast ermittelt. Wegen eines zu hohen minimalen Konfigurati onskostenwerts GKonfmin wird hier keine Simulation durchgeführt.

Da auch die minimalen Kosten GBranchmin des neu erstellten Asts höher sind als Gbest wird in Schritt 9 der neu erstellte Ast abgeschnitten. Weitere Konfigurationen und Äste werden nicht erstellt, da diese hinsichtlich des Gütekriteriums sicher nicht die aktuell beste Konfiguration Konfbest darstellen kön nen. Das Verfahren ist damit beendet und die beste Lösung, nämlich eine Druck luftanlage, die zusätzlich zu den Verdichtern der Ausgangskonfiguration nur aus einem zusätzlichen Verdichter des Typs VI besteht, ist gefunden.

An diesem Beispiel wird deutlich, wie der potenziell unendlich große Lösungsraum durch das Verfahren auf ein handhabbares Maß reduziert wird. Insgesamt wurden nur fünf Konfigurationen erzeugt und sogar nur eine einzige Simulation durchge führt. Das erfindungsgemäße Verfahren wird im Folgenden anhand eines weiteren Beispiels für das Aufbauen einer verzweigten Datenstruktur B erläutert, die auf die Figuren 9a und 9b aufgeteilt ist.

Als Nebenbedingung wird eine Auswahl der folgenden vier Verdichter VI, V2, V3, V4 aus einem Produktportfolio getroffen, denen als technische Kenngrößen Kt jeweils eine Druckluftleistung und ein Stromverbrauch und als wirtschaftliche Kenngröße Kw ein Investitionsvolumen zugeordnet sind:

Es wird eine Sortierreihenfolge für die Verdichter ausgewählt. Im vorliegenden Fall werden die Verdichter absteigend nach der Druckluftleistung sortiert, so dass immer zuerst der Verdichter mit der größten Druckluftleistung ausgewählt wird, dann der Verdichter mit der nächstkleineren, usw.

In einem weiteren Schritt werden Nebenbedingungen festgelegt, und zwar:

- das Luftvolumen über der Druckluftstation über die Lebenszeit soll 1 Million m³ betragen;

- der Strompreis wird mit 0,15 Euro/kWh angenommen; - die maximale Anzahl der Verdichter soll drei betragen;

- die maximale Anzahl der verwendeten Verdichtertypen soll zwei sein;

- die benötigte Luftmenge in der Spitze soll 19 m³/min betragen;

- das maximale Investitionsbudget ist 36.000 Euro.

Für die Erzeugung der verzweigten Datenstruktur B gemäß den Figuren 9a, 9b wird für das branch-and-bound-Verfahren eine Tiefensuche bis zur vierten Knotenebene B4 verwendet. Dabei werden die Schritte zur Erstellung der Knoten beispielhaft angegeben. Die weiteren Schritte zum Aufbau der Datenstruktur B aus den Angaben in den Figuren 9a, 9b abgeleitet werden.

In dem Figuren 9a, 9b sind in den Verdichter-Knotendatenstrukturen (vereinfachend auch als „Knoten" bezeichnet) neben dem Verdichtertyp VI, V2, V3 oder V4 im ersten Abschnitt weitere Informationen angegeben. In einem zweiten Abschnitt sind die Anzahl der Verdichter, die Anzahl der verschiedenen Verdichtertypen, das Investitionsvolumen und die Druckluftleistung angegeben. In einem dritten Abschnitt sind, falls vorhanden, der minimale Konfigurationskostenwert GKonfmin für die dem Knoten entsprechende Konfiguration und der minimale Astkostenwert GBranchmin für den Ast, der zu diesem Knoten gehört, angegeben. In einem dritten Abschnitt ist, falls vorhanden, ein Parameter validOption angegeben, ob es sich jeweils um eine gültige Lösung, d.h. eine geeignete Konfiguration, handelt, die die Randbedingungen erfüllt. Außerdem sind die simulierten Kosten GsimCosts angegeben, die sich aus einer Simulation der Konfiguration ergeben.

In einem ersten Schritt wird der erste Verdichter VI ausgewählt. Da sich hierfür eine Druckluftleistung von nur 13,7 m³/min ergibt, die kleiner ist als die benötigte Leistung von 19 m³ ist, stellt diese Auswahl noch keine gültige Konfiguration dar. In einem weiteren Schritt werden die minimalen Kosten GKonfmin der Konfiguration mit 35.975 Euro abgeschätzt und die minimalen Kosten GBranchmin des gesamten Astes ebenfalls mit 35.957 Euro. In diesem Fall wird keine Simulation durchgeführt.

In einem weiteren Schritt wird auf der zweiten Knotenebene B2 der erste Verdichter VI zu der Konfiguration „VI" hinzugefügt. Da für die Konfiguration dieses Knotens mit 40.000 EUR bereits das vorher festgelegte maximal zulässige Investitionsvolumen von 36.000 überschritten ist, wird diese Konfiguration und alle darunterliegenden Konfigurationen verworfen (in den Figuren 9a und 9b durch ein Kreuzsymbol „X" unterhalb der jeweils verworfenen Konfiguration angezeigt). Es wird also der zu diesem Knoten gehörige Ast abgeschnitten. In einem weiteren Schritt wird auf der zweiten Knotenebene B2 der zweite Verdichter V2 zu der Konfiguration „VI" hinzugefügt. Es wird festgestellt, dass es sich um eine gültige Lösung handelt (validOption = ja), die die Nebenbedingungen erfüllt. Dann wird die Konfiguration simuliert und dafür simulierte Kosten GsimCosts von 55.000 EUR ermittelt, die als bisher beste Kosten Gbest abgespeichert werden.

Die Tiefensuche wird gemäß diesem Beispiel nun vorerst zurückgestellt und es werden zunächst die weiteren Knoten auf der zweiten Ebene B2 ermittelt. Hierzu werden der Reihe nach die weiteren Knoten unterhalb des ersten Knotens „VI" der ersten Knotenebene Bl durchlaufen. Dasselbe Vorgehen wird für die weiteren Knoten der ersten Knotenebene Bl wiederholt (siehe Fortsetzung in Figur 9b). Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass die Simulationsergebnisse GsimCosts der in der zweiten Knotenebene B2 hinzugefügten gültigen Knoten bereits verwendet werden können, um zu entscheiden, ob Knoten in der dritten und vierten Knotenebene B3, B4 noch hinzugefügt werden sollen.

Im vorliegenden Fall werden auf der dritten Knotenebene B3 die Konfigurationen „VI, V3, V3", „VI, V3, V4", „V2, V2, V2", „V2, V2, V3", „V2, V2, V4", „V2, V3, V3" und „V2, V3, V4" verworfen, weil hierfür das vorher festgelegte maximale Investitionsvolumen oder aber die maximale Anzahl verschiedener Verdichtertypen überschritten ist. In diesem Fall wird auch der jeweils zugehörige Ast abgeschnitten, da das Investitionsvolumen oder die Anzahl verwendeter Verdichtertypen überschritten ist, und diese Werte durch Hinzufügen von Verdichter mindestens gleichbleiben oder sich sogar erhöhen.

Dagegen wird auf der dritten Knotenebene B3 für die Konfigurationen „VI, V4, V4", „V2, V4, V4", „V3, V3, V3", „V3, V4, V4", „V4, V4, V4" ermittelt, dass das gelieferte Druckluftvolumen noch nicht ausreicht. Im Fall der Konfiguration „VI, V4, V4" wird durch Simulation ermittelt, dass die simulierten Kosten GsimCosts von 51.975 bereits über den besten Kosten Gbest von 50.000 Euro liegen, die in der zweiten Knotenebene B2 ermittelt wurden. Somit wird hier der Ast abgeschnitten, da sich die Gesamtkosten durch Hinzufügen eines weiteren Verdichters lediglich erhöhen können. In den anderen Fällen sind die aktuell besten Kosten Gbest von 50.000 noch nicht überschritten und es werden weitere Knoten hinzufügt. Jedoch ergibt sich im vorliegenden Fall aus den Nebenbedingungen, dass die maximale Anzahl von Verdichtern durch eine Verwendung von vier Verdichtern bereits überschritten ist. Alternativ kann hier auch auf Erzeugen von Knoten in der vierten Knotenebene B4 verzichtet werden, weil dann die maximal zulässige Anzahl von Verdichtern in jedem Fall überschritten wird. Zusätzlich ergibt sich im vorliegenden Beispiel, dass bei den Konfigurationen „V3, V3, V3", „V3, V4, V4" das Investitionsvolumen überschritten wird, während für die Konfigurationen „V3, V4, V4", „V4, V4, V4" die gelieferte Druckluftmenge immer noch nicht ausreicht.

Insgesamt ergibt sich im vorliegenden Beispiel nach dem vollständigen Aufbau der verzweigten Datenstruktur B, dass die aus zwei Verdichtern bestehende Konfiguration „V2, V2" die beste Lösung, d.h. die beste Konfiguration Konfbest, darstellt, die gleichzeitig die Nebenbedingungen erfüllt und die Kosten minimiert.

Fig. 10 zeigt ein Ablaufschema zum Aufbau einer Baumstruktur einer verzweigten Datenstruktur B. In einem ersten Schritt wird eine Ausgangskonfiguration zu Grunde gelegt oder mit einer Neuplanung begonnen. In einem nachfolgenden sog. „Verzweigungsschritt" (engl branching ) wird eine Komponente, hier ein Verdichter, eingefügt. In einem weiteren Schritt werden der minimale Konfigurationskostenwert GKonfmin für die aktuell betrachtete Konfiguration Konf und der minimale Astkostenwert GBranchmin für den Ast bestimmt, der zu dem Knoten der aktuell betrachteten Konfiguration Konf gehört. Die aktuell betrachtete Konfiguration Konf entspricht einem aktuell betrachteten Knoten der verzweigten Datenstruktur B.

In einem Entscheidungsschritt wird geprüft, ob der minimale

Konfigurationskostenwert GKonfmin für die aktuell ausgewählte Konfiguration Konf unterhalb der aktuell besten Kosten Gbest für die aktuell beste Konfiguration Konfbest liegt. Dabei ist die aktuell beste Konfiguration Konfbest diejenige, die die Nebenbedingungen erfüllt und den besten Gütewert im Hinblick auf das

Gütekriterium hat. Falls dies der Fall ist, wird in einem weiteren

Entscheidungsschritt geprüft, ob die aktuell ausgewählte Konfiguration Konf Nebenbedingungen verletzt. Wenn dies nicht der Fall ist, dann wird in einem weiteren Schritt eine Simulation für die aktuell ausgewählte Konfiguration Konf durchgeführt. Durch die Simulation werden die simulierten Kosten GsimCosts der Konfiguration ermittelt und gegebenenfalls auch weitere Kennzahlen ermittelt, wie zum Beispiel Eigenschaften des Druckverlaufs oder des Volumenstroms. Nach der Simulation wird in einem weiteren Entscheidungsschritt getestet, ob die simulierten Kosten GsimCosts besser sind als die Kosten Gbest der aktuell besten Konfiguration Konfbest. Wenn dies der Fall ist, wird gespeichert, dass die aktuelle Konfiguration Konf die aktuell beste Konfiguration Konfbest ist und die besten Kosten Gbest werden auf die simulierten Kosten GsimCosts gesetzt. Falls nicht, bleiben die vorher ermittelten Werte für die beste Konfiguration Konfbest und den besten Gütewert bzw. die besten Kosten Gbest bestehen.

Anschließend wird geprüft, ob weitere Konfigurationen erzeugt werden können, wobei dafür solche Konfigurationen betrachtet werden, die die Nebenbedingungen erfüllen und die nicht bereits zuvor durch die Beschränkung der Datenstruktur B ausgeschlossen worden sind. Falls keine weiteren Konfigurationen erzeugt werden können, endet das Verfahren und die beste (optimale) Konfiguration ist gleich der gespeicherten aktuell besten Konfiguration Konfbest. Ansonsten springt das Verfahren zu dem obigen Verzweigungsschritt zurück, in dem ein Knoten basierend auf einer weiteren Komponente für eine Druckluftanlagenkonfiguration eingefügt wird. Die weitere Konfiguration kann insbesondere nach einer Tiefensuche oder einer Breitensuche in der verzweigten Datenstruktur B aufgefunden werden, wobei das Verfahren auch zwischen einer Breiten- und einer Tiefensuche wechseln kann.

Falls in obigem Entscheidungsschritt bestimmt wird, dass der minimale Konfigurationskostenwert GKonfmin für die aktuell betrachtete Konfiguration Konf nicht unterhalb der der aktuell besten Kosten Gbest der aktuell besten Konfiguration Konfbest liegt, wird in einem weiteren Entscheidungsschritt geprüft, ob der minimale Astkostenwert GBranchmin für den Ast über den Kosten Gbest für die aktuell beste Konfiguration Konfbest liegt. Wenn ja, wird die Datenstruktur B beschränkt, d.h. der Ast beschnitten. Ansonsten wird geprüft, ob weitere Konfigurationen erzeugt werden können. Wenn dies der Fall ist springt das Verfahren zu dem obigen Verzweigungsschritt zurück. Ansonsten ist das Verfahren beendet.

Wenn in obigem Schritt festgestellt wird, dass die betrachtete Konfiguration Konf mindestens eine der Nebenbedingungen verletzt und somit keine gültige Konfiguration darstellt, wird in einem weiteren Entscheidungsschritt getestet, ob eine davon abgezweigte Konfiguration, die auf einer tieferen Knotenebene liegt, die Nebenbedingungen noch erfüllen kann. Dies ist zum Beispiel nicht der Fall, wenn eine technische oder wirtschaftliche Eigenschaft der aktuell betrachteten Konfiguration Konf die Nebenbedingungen nicht erfüllt und diese Eigenschaft mit zunehmender Anzahl von Verdichtern nur noch schlechter werden kann. Falls keine Konfiguration auf einer tieferen Knotenebene die Nebenbedingungen erfüllen kann, dann wird der Ast beschnitten. Ansonsten wird geprüft, ob noch weitere Konfigurationen erzeugt werden können. Wenn dies der Fall ist, springt das Verfahren zu dem obigen Verzweigungsschritt. Ansonsten ist das Verfahren beendet.

Auch nach dem Schritt des Beschneidens des Astes wird geprüft, ob noch weitere Konfigurationen erzeugt werden können. Wenn dies der Fall ist schleift das Verfahren zu dem obigen Verzweigungsschritt zurück. Ansonsten ist das Verfahren beendet.

Figur 11 zeigt schematisch ein automatisch erstelltes Simulationsmodell einer Druckluftanlage 1, die einer Konfiguration entspricht, in der die Verdichter VI, V2 und V3 parallelgeschaltet sind (d.h. eine Konfiguration „VI, V2, V3") und durch ein Modell einer Verbundsteuerung 60' zentral gesteuert werden. Die Komponenten der Druckluftaufbereitung sind durch eine Ersatzkomponente KA2 modelliert, wobei der Differenzdruck aufgrund des Druckabfalls über die Druckluftaufbereitung 0,3 bar beträgt. Dieser Differenzdruck kann als Mindestdifferenzdruck in Form einer Nebenbedingung vorgegeben sein. Der Druckluftspeicher hat hier ein Volumen von 10 m³. Ein Verbraucher 50' wird über ein Druckluftverbrauchsprofil modelliert.

Für hinsichtlich eines Gütekriteriums gut geeignete Konfigurationen wird eine Computersimulation durchgeführt, um diese Konfigurationen auf Basis des Simulationsergebnisses besser bewerten zu können. Unter Simulation soll grundsätzlich verstanden werden, dass das Verhalten der Komponenten der Druckluftstation über der Zeit, d.h. das dynamische Betriebsverhalten, über ein Rechenmodell abgebildet wird. In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird hierfür ein Satz von Differentialgleichungen verwendet. In einer weiterentwickelten Variante davon ist der Satz von Differentialgleichungen so umgesetzt, dass das Strukturvariante Verhalten der Komponenten, d.h. unterschiedliches Verhalten in diskret unterscheidbaren Betriebszuständen, berücksichtigt wird.

Fig. 12 veranschaulicht eine Computersimulation, die durchgeführt wird, um für Druckluftanlagenkonfigurationen den Gütewert der simulierten Kosten GsimCosts möglichst genau zu berechnen. Ein solches Simulationsmodell berücksichtigt das dynamische Betriebsverhalten der Verdichter der simulierten Druckluftanlagenkonfiguration. Das Simulationsmodell basiert insbesondere auf einem Satz mehrerer zeitabhängiger, vorzugsweise partieller, Differentialgleichungen, die insbesondere durch numerische Integrationsverfahren gelöst werden. Simulationsmodelle können automatisiert auf Basis von Modellen für die einzelnen Komponenten für jede Konfiguration neu erzeugt werden (komponentenbasierter Ansatz). Alternativ kann ein universelles Simulationsmodell für Druckluftanlagen verwendet werden, das durch Parametrierung an eine bestimmte Konfiguration angepasst wird (monolithischer Ansatz), wobei in einer Konfiguration nicht vorhandene Komponenten durch geeignete Parameterwahl „weggestrichen" werden können.

Für hinreichend genaue Simulationsergebnisse werden auch die in den Komponenten, insbesondere den Verdichtern, ablaufenden Steuerungsalgorithmen und die Steuerungsalgorithmen der zentralen Verbundsteuerung berücksichtigt, die zu diesem Zweck modelliert werden und durch das Simulationsmodell abgebildet werden. Vorzugsweise werden die Steuerungsalgorithmen hinsichtlich ihrer Parametrisierung an die jeweilige Konfiguration und an einzuhaltende Nebenbedingungen angepasst. Beispielsweise müssen bei einer Verbundsteuerung eines bestimmten Typs die Parameter „Bedarfsdruck" und „Druckspielraumgrenze" so gesetzt werden, dass es möglich ist, die Nebenbedingungen für einen notwendigen Minimaldruck und einen zulässigen Maximaldruck der Druckluftanlage einzuhalten. Für eine Druckluftanlage ohne Verbundsteuerung werden die Parameter der Druckregler in den Verdichtern vorzugsweise so eingestellt, dass es möglich ist, die Nebenbedingungen für einen notwendigen Minimaldruck und einen zulässigen Maximaldruck der Druckluftanlage einzuhalten und dass sich ein realistisches Schaltverhalten der der Verdichter ergibt. Falsch eingestellte Druckregler im Simulationsmodell würden für zu häufiges Schalten der Verdichter und damit zu unrealistisch schlechten Ergebnissen der Energieeffizienz der betrachteten Druckluftanlagenkonfigurationen gegenüber Verdichtern in realen Druckluftanlagen mit richtig eingestellten Druckreglern führen.

Da die Erzeugung der verzweigten Datenstruktur B in der Regel deutlich schneller abläuft als die aufwändigen Computersimulationen, kann es sinnvoll sein, die Länge der Simulationswarteliste (siehe Figur 6) zu begrenzen, z.B. auf maximal 10 oder 100 Konfigurationen. Falls die Simulationswarteliste voll ist, kann der Algorithmus zur Erzeugung der Datenstruktur B pausieren, bis die Simulationswarteliste wieder Konfigurationen aufnehmen kann. Damit wird erreicht, dass sich nicht unnötige viele Konfigurationen in der Simulationswarteliste stauen, obwohl sie eigentlich nicht (mehr) simuliert werden müssten, da inzwischen eine bessere aktuell beste Konfiguration Konfbest gefunden wurde und durch das Beschränken der Datenstruktur der Ast, dem die Konfiguration angehört, durch Beschränkung der Datenstruktur B eigentlich verhindert hätte werden können. Da die einzelnen durchzuführenden Simulationen der Konfigurationen unabhängig voneinander durchgeführt werden können, ist die Durchführung der Computersimulationen gut parallelisierbar. Dadurch kann das Verfahren insgesamt beschleunigt werden.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass alle oben beschriebenen Aspekte der Erfindung für sich alleine gesehen und in jeder Kombination, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellten Details, als zur Erfindung gehörend beansprucht werden. Abänderungen hiervon sind dem Fachmann geläufig.

Bezuaszeichenliste:

1 Druckluftanlage

2, 3 Druckluftpfad

11, 12, 13 Verdichter der Druckluftanlage 21, 22 Trockner 32, 32 Filter 40 Drucklufttank 50 Verbraucher 50' modellierter Verbraucher

60 Anlagensteuerung

60' Modell einer Verbundsteuerung

VI, Ml,..., Vn Verdichter 1 bis n der Verdichterliste KAI, KA2,..., KAm Komponenten 1 bis m zur Druckluftaufbereitung KS1, KS2,..., KSp Komponenten 1 bis p zur Druckluftspeicherung Konf Druckluftanlagenkonfiguration

Konfl, Konf2, ..., KonfN Druckluftanlagenkonfigurationen 1 bis N

Konfbest aktuell beste Druckluftanlagenkonfiguration

Dk Komponentendaten

Dn Nebenbedingungsdaten

Dkonfl, Dkonf2 Druckluftanlagenkonfigurationsdaten Lk Komponentenliste

Lv Verdichterliste

Kt technische Kenngröße

Kw wirtschaftliche Kenngröße B verzweigte Datenstruktur BO höchste Knotenebene Bl höhere Knotenebene B2 tiefere Knotenebene

BEvO Verdichter-Eltern knotendatenstruktur BEvl, BEv2, BEvn Verdichter-Elternknotendatenstruktur

BKvl, BKv2, BKvn Verdichter-Kind knotendatenstruktur

GKonfmin Gütewert, nämlich minimaler Konfigurationskostenwert GBranchmin Gütewert, nämlich minimaler Astkostenwert GsimCosts Gütewert, nämlich simulierter Kostenwert Gbest aktuell bester Gütewert

GKonfbest aktuell bester Konfigurationskostenwert

Claims

Ansprüche

1. Verfahren zur Bereitstellung mindestens einer Auslegungskonfiguration einer Druckluftanlage (1) umfassend mindestens zwei parallel geschaltete Verdichter (11, 12), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

- Empfangen von Komponentendaten (Dk) durch einen Computer, wobei die Komponentendaten (Dk) Komponenten einer Druckluftanlage und mindes tens eine technische Kenngröße (Kt) jeder Komponente angeben, wobei die Komponentendaten (Dk) mindestens eine Komponentenliste (Lk) mit mehreren funktionsgleichen Komponenten unterschiedlichen Typs und mindestens einer der jeweiligen Komponente zugeordneten technischen Kenngröße (Kt) umfassen, wobei eine Komponentenliste (Lk) eine Verdich terliste (Lv) ist, die mehrere Verdichter (VI, V2, ..., Vn) unterschiedlichen Typs enthält;

- Erzeugen einer verzweigten Datenstruktur (B) durch den Computer, die Knotendatenstrukturen umfasst, die jeweils einer von mindestens zwei Knotenebenen (Bt, Bh, B0, Bl, B2, B3) zugeordnet sind, wobei jede Kind knotendatenstruktur auf einer tieferen Knotenebene (Bt) einer Elternkno tendatenstruktur auf einer höheren Knotenebene (Bh) zugeordnet ist, wo bei das Erzeugen der verzweigten Datenstruktur (B) mindestens folgende Schritte umfasst: o Erzeugen, in einem Speicher, einer ersten Verdichter-Elternknotenda tenstruktur (BEvl) basierend auf Komponentendaten (Dk) eines Ver dichters der Verdichterliste (Lv); o Erzeugen, in dem Speicher, einer ersten Verdichter-Kindknotendaten struktur (BKvl) basierend auf Komponentendaten (Dk) eines Verdich ters der Verdichterliste (Lv), wobei die erste Verdichter-Kindknotenda tenstruktur (BKvl) der ersten Verdichter-Elternknotendatenstruktur (BEvl) zugeordnet ist; o Erzeugen, in dem Speicher, einer zweiten Verdichter-Kindknotendaten struktur (BKv2) basierend auf Komponentendaten (Dk) eines Verdich ters der Verdichterliste (Lv), wobei sich der Typ des Verdichters der zweiten Verdichter-Kindknotendatenstruktur (BKv2) vom Typ des Ver- dichters der ersten Verdichter-Kindknotendatenstruktur (BKvl) unter scheidet, wobei die zweite Verdichter-Kindknotendatenstruktur (BKv2) der ersten Verdichter-Elternknotendatenstruktur (BEvl) zugeordnet ist, oder o Erzeugen, in dem Speicher, einer zweiten Verdichter-Elternknotenda tenstruktur (BEv2) basierend auf Komponentendaten (Dk) eines Ver dichters der Verdichterliste (Lv), wobei sich der Typ des Verdichters der zweiten Verdichter-Elternknotendatenstruktur (BEv2) vom Typ des Verdichters der ersten Verdichter-Elternknotendatenstruktur (BEvl) un terscheidet, und Erzeugen, in dem Speicher, einer zweiten Verdichter- Kindknotendatenstruktur (BKv2) basierend auf Komponentendaten ei nes Verdichters der Verdichterliste (Lv), wobei die zweite Verdichter- Kindknotendatenstruktur (BKv2) der zweiten Verdichter-Elternknoten datenstruktur (BEv2) zugeordnet ist;

- Erzeugen von ersten Druckluftanlagenkonfigurationsdaten (Dkonfl) durch einen Computer, die eine erste Druckluftanlagenkonfiguration (Konfl) an geben, in der der Verdichter der ersten Verdichter-Elternknotendatenstruk- tur (BEvl) und der Verdichter der ersten Verdichter-Kindknotendatenstruk- tur (BKvl) parallelgeschaltet sind;

- Erzeugen von zweiten Druckluftanlagenkonfigurationsdaten (Dkonf2) durch einen Computer, die eine zweite Druckluftanlagenkonfiguration (Konf2) an geben, in der der Verdichter der ersten Verdichter-Elternknotendatenstruk- tur (BEvl) oder der Verdichter der zweiten Verdichter-Elternknotendaten struktur (BEv2) und der Verdichter der zweiten Verdichter-Kindknotenda tenstruktur (BKv2) parallelgeschaltet sind;

- Berechnen mindestens eines Gütewerts (GKonfmin, GBranchmin, Gsim- Costs) durch den Computer für mindestens eine der Druckluftanlagenkonfi gurationen (Konfl, Konf2) basierend auf den Druckluftanlagenkonfigurati onsdaten (Dkonfl, Dkonf2) der Druckluftanlagenkonfiguration (Konfl, Konf2) und mindestens einer technischen Kenngröße (Kt) der Verdichter der Druckluftanlagenkonfiguration (Konfl, Konf2), wobei der mindestens eine Gütewert (GKonfmin, GBranchmin, GsimCosts) die Güte der Druckluft anlagenkonfiguration (Konfl, Konf2) bezüglich eines, vorzugsweise von ei nem Nutzer vorgegebenen, Gütekriteriums angibt, - Bereitstellen mindestens einer Druckluftanlagenkonfiguration (Konfl,

Konf2) mit jeweils mindestens einem zugeordneten Gütewert (GKonfmin, GBranchmin, GsimCosts) durch den Computer.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dad u rch geken nzeich net, dass das Verfahren weiter die folgen den Schritte umfasst:

- Empfangen von Nebenbedingungsdaten (Dn) durch den Computer, wobei die Nebenbedingungsdaten (Dn) mindestens eine, vorzugsweise von einem Nutzer, vorgegebene Nebenbedingung für eine Druckluftanlagenkonfigura tion angeben, und

- Bestimmen, durch den Computer, basierend auf den Nebenbedingungsda ten (Dn) und den ersten Druckluftanlagenkonfigurationsdaten (Dkonfl), ob die erste Druckluftanlagenkonfiguration (Konfl) die vorgegebene Nebenbe dingung erfüllt und/oder, basierend auf den Nebenbedingungsdaten (Dn) und den zweiten Druckluftanlagenkonfigurationsdaten (Dkonf2), ob die zweite Druckluftanlagenkonfiguration (Konf2) die vorgegebene Nebenbe dingung erfüllt, wobei insbesondere der mindestens eine Gütewert (GKonfmin, GBranchmin, GsimCosts) berechnet wird, falls die jeweilige Druckluftanlagenkonfiguration (Konfl, Konf2) die vorgegebene Nebenbedingung erfüllt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dad u rch geken nzeich net, dass die mindestens eine vorgegebene Nebenbedingung für eine Druckluftanlage umfasst: eine maximale Anzahl von Verdichtern und/oder

-eine maximale Anzahl von unterschiedlichen Verdichtertypen und/oder

-eine Vorgabe, ob drehzahlvariable Verdichter enthalten sein dürfen oder müssen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dad u rch geken nzeich net, dass die mindestens eine vorgegebene Nebenbedingung für eine Druckluftanlage umfasst: die maximale Aufstellfläche der Druckluftanlage und/oder einen erforderlichen Minimaldruck der Druckluftanlage und/oder einen erforderlichen Maximaldruck der Druckluftanlage.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dad u rch geken nzeich net, dass die mindestens eine vorgegebene Nebenbedingung für eine Druckluftanlage ein maximales Investitionsbudget, insbesondere für die Neuplanung, Abänderung oder Erweiterung einer Druck luftanlage, umfasst.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dad u rch geken nzeich net, dass die mindestens eine technische Kenngröße (Kt) einer Komponente, insbesondere eines Verdichters (VI, V2,

..., Vn), umfasst:

- den Energieverbrauch und/oder

- eine druckabhängige Kennlinie der Leistungsaufnahme und/oder

- einen Liefervolumenstrom, insbesondere bei Maximaldruck, und/oder

- eine C0₂-Emissionsmenge, insbesondere pro Druckluftvolumen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dad u rch geken nzeich net, dass jeder Komponente zusätzlich zu der mindestens einen technischen Kenngröße (Kt) mindestens eine wirtschaftliche Kenngröße (Kw) der jeweiligen Komponente zugeordnet ist, wobei die wirtschaftliche Kenngröße (Kw) insbesondere Investitionskosten und/oder Wartungskosten der Komponente angibt, wobei der mindestens eine Gütewert (GKonfmin, GBranchmin, GsimCosts) insbesondere basierend auf der mindestens einen technischen Kenngröße (Kt) und mindestens einer wirtschaftlichen Kenngröße (Kw) mindestens eines Verdichters der jeweiligen Druckluftanlagenkonfiguration (Konfl, Konf2) berechnet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dad u rch geken nzeich net, dass die Verdichterliste (Lv) mindestens einen Verdichter einer bestehenden Druckluftanlage (1) und mindestens einen Verdichter, der in der bestehenden Druckluftanlage (1) nicht eingebaut ist, umfasst.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dad u rch geken nzeich net, dass das Erzeugen der verzweigten Datenstruktur (B) weiter umfasst: Erzeugen, in einem Speicher, einer Verdichter-Elternknotendatenstruktur (BEvO) auf der höchsten Knotenebene (BO) basierend auf Komponentendaten (Dk) mindestens eines Verdichters einer bestehenden Druckluftanlage, wobei die Verdichter- Elternknotendatenstruktur (BEvO) der höchsten Knotenebene (BO) insbesondere auf Komponentendaten (Dk) von Verdichtern einer bestehenden Druckluftanlage (1) basieren und vorzugsweise eine Ausgangskonfiguration einer Druckluftanlage angeben.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dad u rch geken nzeich net, dass das Erzeugen einer Verdichter- Elternknotendatenstruktur (BEvl, BEv2) und/oder einer Verdichter- Kindknotendatenstruktur (BKvl, BKv2) zusätzlich auf Komponentendaten (Dk) von Komponenten zur Druckluftaufbereitung (KAI, KA2, ..., KAm), insbesondere einer Gruppe von Komponenten zur Druckluftaufbereitung, basiert, wobei insbesondere eine Komponentenliste (Lk) eine Liste von Komponenten, vorzugsweise eine Liste von Komponentengruppen, zur Druckluftaufbereitung ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dad u rch geken nzeich net, dass eine Nebenbedingung für eine Druckluftanlagenkonfiguration (Konfl, Konf2) einen erforderlichen Mindestdifferenzdruck zur Kompensation eines Druckverlusts mindestens einer Komponente zur Druckluftaufbereitung (KAI, KA2, ..., Kam), insbesondere einer Gruppe von Komponenten zur Druckluftaufbereitung, angibt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dad u rch geken nzeich net, dass das Erzeugen einer verzweigten Datenstruktur (B) das Erzeugen, in einem Speicher, mindestens einer weiteren Verdichter-Kindknotendatenstruktur (BKv3, ..., BKvn) auf einer Knotenebene (Bt, Bl, B2, B3) basierend auf Komponentendaten (Dk) eines Verdichters der Verdichterliste (Lv), umfasst, wobei sich vorzugsweise der Typ des Verdichters der zu erzeugenden Verdichter-Kindknotendatenstruktur (BKv3, ..., BKvn) vom Typ der Verdichter der bereits erzeugten Verdichter- Knotendatenstrukturen dieser Knotenebene (Bt, Bl, B2, B3), die derselben Verdichter-Elternknotendatenstruktur (BEvO, BEvl, ..., BEvn) zugeordnet sind, unterscheidet.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dad u rch geken nzeich net, dass die Verdichter (VI, V2,..., Vn) der Verdichterliste (Lv) nach einem Sortierkriterium geordnet sind, wobei zum Er zeugen einer Verdichter-Kindknotendatenstruktur (BKvl, ..., BKvn), die einer Verdichter-Elternknotendatenstruktur (BEvl ..., BEvn) zugeordnet ist, die Komponentendaten (Dk) von Verdichtern verwendet werden, die in der Ver dichterliste (Lv) an gleicher oder nachgeordneter Listenstelle wie der Verdich ter der Verdichter-Elternknotendatenstruktur (BEvl ..., BEvn) einsortiert sind.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dad u rch geken nzeich net, dass das Gütekriterium ein Kostenkriterium ist, wobei der mindestens eine Gütewert (GKonfmin, GBranchmin, GsimCosts) die Energiekosten und/oder Investitionskosten und/oder Wartungskosten einer Druckluftanlagenkonfiguration (Konfl, Konf2) angibt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, geken nzei ch net d u rch

- Vergleichen zweier Druckluftanlagenkonfigurationen (Konfl, Konf2) basierend auf zugeordneten Gütewerten (GKonfmin, GBranchmin, GsimCosts) durch einen Computer und

- Speichern der Druckluftanlagenkonfigurationsdaten (Dkonfl, Dkonf2) derjenigen Druckluftanlagenkonfiguration (Konfl, Konf2) als aktuell beste Druckluftanlagenkonfiguration (Konfbest), deren zugeordneter Gütewert (GKonfmin, GBranchmin, GsimCosts) das Gütekriterium besser erfüllt, und vorzugsweise Speichern des der aktuell besten Druckluftanlagenkonfiguration (Konfbest) zugeordneten Gütewerts (GKonfmin, GBranchmin, GsimCosts) als aktuell besten Gütewert (Gbest).

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Berechnen des mindestens einen Gütewerts (GKonfmin, GBranchmin, GsimCosts) das Berechnen eines minimalen Konfigurationskostenwerts (GKonfmin) umfasst, der, vorzugsweise auf einer Abschätzung basierend, einen unteren Schrankenwert für die Kosten der Druckluftanlagenkonfiguration (Konfl, Konf2) angibt, wobei der minimale Konfigurationskostenwert (GKonfmin) vorzugsweise auf Energiekosten und/oder Investitionskosten mindestens einer der Komponenten der Druckluftanlagenkonfiguration (Konfl, Konf2) basiert, wobei die Energiekosten vorzugsweise basierend auf dem Energieverbrauch des Verdichters mit der höchsten Energieeffizienz eines in der Druckluftanlagenkonfiguration (Konfl, Konf2) enthaltenen Verdichters berechnet werden und wobei die Investitionskosten vorzugsweise als die Summe der Investitionskosten der in der Druckluftanlagenkonfiguration (Konfl, Konf2) enthaltenen Verdichter berechnet werden.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Berechnen des mindestens einen Gütewerts (GKonfmin, GBranchmin, GsimCosts) einer Druckluftanlagenkonfiguration (Konfl, Konf2) das Berechnen eines minimalen Astkostenwerts (GBranchmin) umfasst, der, vorzugsweise auf einer Abschätzung basierend, einen unteren Schrankenwert für die Kosten derjenigen weiteren, insbesondere in der verzweigten Datenstruktur nicht durch Knotendatenstrukturen repräsentierten,

Druckluftanlagenkonfigurationen angibt, die die Verdichter der Druckluftanlagenkonfiguration (Konfl, Konf2) enthalten, wobei der minimale Astkostenwert (GBranchmin) vorzugsweise auf Energiekosten eines Verdichters der Verdichterliste (Lv) und/oder Investitionskosten mindestens einer der Komponenten der Druckluftanlagenkonfiguration (Konfl, Konf2) basiert, wobei die Energiekosten vorzugsweise basierend auf dem Energieverbrauch desjenigen Verdichters mit der höchsten Energieeffizienz aller in der Verdichterliste (Lv) enthaltenen Verdichter berechnet werden und wobei die Investitionskosten vorzugsweise als die Summe der Investitionskosten der in der Druckluftanlagenkonfiguration (Konfl, Konf2) enthaltenen Verdichter berechnet werden.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass basierend auf einem einer Druck luftanlagenkonfiguration (Konfl, Konf2) zugeordneten Gütewert (GKonfmin, GBranchmin, GsimCosts), vorzugsweise basierend auf dem minimalen Astkos tenwert (GBranchmin), das Erzeugen weiterer Verdichter-Kindknotendaten strukturen (BKv2, ..., BKvn) einer Verdichter-Elternknotendatenstruktur (BEvO, ..., BEvn) ausgeschlossen wird oder bereits erzeugte Verdichter-Kindknoten datenstrukturen (BKv2, ..., BKvn) einer Verdichter-Elternknotendatenstruktur (BEvO, ..., BEvn) gelöscht werden, insbesondere falls der Gütewert (GKonf min, GBranchmin, GsimCosts), vorzugswseise der minimale Astkostenwert (GBranchmin), das Gütekriterium schlechter erfüllt als ein gespeicherter aktu ell bester Gütewert (Gbest), der einer aktuell besten Druckluftanlagenkonfigu ration (Konfbest) zugeordnet ist.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Berechnen eines Gütewerts (GKonfmin, GBranchmin, GsimCosts) das Durchführen einer Computersimulation und das Berechnen eines simulierten Kostenwerts (GsimCosts) basierend auf Ergebnissen der Computersimulation umfasst, wobei der simulierte Kostenwert (GsimCosts) Kosten der Druckluftanlagenkonfiguration (Konfl, Konf2) über eine bestimmte Betriebsdauer angibt, wobei die Computersimulation insbesondere auf einem Simulationsmodell der Druckluftanlagenkonfiguration (Konfl, Konf2) basiert, das ein dynamisches Verhalten der Druckluftanlagenkonfiguration (Konfl, Konf2) abbildet, wobei das Simulationsmodell vorzugsweise

- ein, vorzugsweise von einem Nutzer, vorgegebenes zeitlich veränderliches Druckluftverbrauchsprofil oder Gegendruckprofil als Randbedingung berücksichtigt und/oder

- ein dynamisches Betriebsverhalten mindestens eines Verdichters der Druckluftanlagenkonfiguration (Konfl, Konf2) abbildet und/oder -das Steuerungsverhalten einer zentralen Steuerung der Druckluftanlage, insbesondere einer Verbundsteuerung, abbildet.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, geken nzeich net d u rch

Speichern mindestens einer Druckluftanlagenkonfiguration (Konfl, Konf2) in einer Simulationswarteliste, die Druckluftanlagenkonfigurationen angibt, die für die Durchführung einer Computersimulation bestimmt sind.

21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dad u rch geken nzeich net, dass Computersimulationen für verschiedene Druckluftanlagenkonfigurationen (Konfl, Konf2) parallelisiert, insbesondere durch verschiedene Prozessoren oder durch verschiedene Gruppen von Prozessoren, vorzugsweise zumindest teilweise zeitgleich, durchgeführt werden.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dad u rch geken nzeich net, dass mindestens ein Schritt zum Erzeugen der verzweigten Datenstruktur (B) und eine Computersimulation für eine Druckluftanlagenkonfiguration (Konfl, Konf2) zumindest teilweise zeitgleich durchgeführt werden.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, insbesondere nach Anspruch 20, geken nzeich net d u rch

Pausieren von Schritten zum Erzeugen der verzweigten Datenstruktur, falls die Anzahl der Druckluftanlagenkonfiguration (Konfl, Konf2) in der Simulationswarteliste eine vorgegebene Maximalanzahl erreicht, insbesondere bis die Anzahl der Druckluftanlagenkonfigurationen (Konfl, Konf2) in der Simulationswarteliste einen Wert unterhalb der Maximalanzahl erreicht.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dad u rch g eken nzeich net, dass das Bereitstellen mindestens einer Druckluftanlagenkonfiguration (Konfl, Konf2, Konfbest) das Ausgeben der, vorzugsweise optimalen, Druckluftanlagenkonfiguration (Konfbest) ist, wobei insbesondere deren zugeordneter Gütewert (GKonfmin, GsimCosts), vorzugsweise deren zugeordneter simulierter Kostenwert (GsimCosts), das Gütekriterium besser erfüllt als die Gütewerte (GKonfmin, GsimCosts) aller anderen Druckluftanlagenkonfigurationen, die basierend auf der Verdichterliste (Lv) erzeugbar sind.

25. Computerlesbares Speichermedium mit Instruktionen, die, wenn sie auf mindestens einer Recheneinheit ausgeführt werden, zumindest einige, vorzugsweise alle, Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 24 implementieren.

26. Server mit einem computerlesbaren Speichermedium nach Anspruch 25 und mindestens einer Recheneinheit zur Ausführung der Instruktionen.

27. Endgerät, das dazu ausgebildet ist,

- Komponentendaten (Dk) an einen Server, vorzugsweise einen Server nach Anspruch 26, zu senden, wobei die Komponentendaten (Dk) Komponenten einer Druckluftanlage und mindestens eine technische Kenngröße (Kt) jeder Komponente angeben, wobei die Komponentendaten (Dk) mindestens eine Komponentenliste (Lk) mit mehreren funktionsgleichen Komponenten unterschiedlichen Typs und mindestens einer der jeweiligen Komponente zugeordneten technischen Kenngröße (Kt) umfassen, wobei eine Komponentenliste (Lk) eine Verdichterliste (Lv) ist, die mehrere Verdichter (VI, V2, ..., Vn) unterschiedlichen Typs enthält, wobei das Endgerät insbesondere weiter dazu ausgebildet ist,

- Nebenbedingungsdaten, die mindestens eine Nebenbedingung für eine Druckluftanlage angeben, vorzugsweise eine Nebenbedingung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, an einen Server, vorzugsweise einen Server nach Anspruch 26, zu senden, und/oder

- insbesondere ein gewünschtes Druckluftverbrauchsprofil für eine Druckluftanlage an einen Server, vorzugsweise einen Server nach Anspruch 26, zu senden und/oder

- insbesondere mindestens eine Druckluftanlagenkonfiguration, vorzugsweise mit einem zugeordneten Gütewert, anzuzeigen.