Αντικείμενο αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η ανάλυση των κύριων τεχνικών εξοικονόμησης ενέργειας που βρίσκουν εφαρμογή στο κτιριακό κέλυφος και τα ενεργειακά συστήματα τόσο των δημόσιων χώρων, όσο και των χώρων παραγωγής, η παράθεση του τρέχοντος σχετικού νομοθετικού πλαισίου, η μελέτη της ενεργειακής συμπεριφοράς κάποιου υφιστάμενου κτιρίου και η αναβάθμιση αυτής με την εφαρμογή κατάλληλων τεχνικών εξοικονόμησης ενέργειας. / The main purpose of this diploma is to analyse the energy saving measures in public buildings and industries.

Τα σύγχρονα συστήματα παραγωγής πρέπει να λειτουργούν αποδοτικά σε ένα δυναμικά μεταβαλλόμενο περιβάλλον. Ένα βασικό χαρακτηριστικό που πρέπει να λάβουν υπόψη τους οι μηχανικοί στη βιομηχανία είναι η ευελιξία των συστημάτων παραγωγής. Η ευελιξία αναφέρεται στην ικανότητα ενός συστήματος παραγωγής να ανταποκρίνεται και να προσαρμόζεται στις αλλαγές του περιβάλλοντος στο οποίο λειτουργεί. Αλλά η ευελιξία είναι δύσκολο να συμπεριληφθεί στη διαδικασία λήψης αποφάσεων κατά τον σχεδιασμό ή τη λειτουργία ενός συστήματος, αν δεν έχει περιγραφεί ποσοτικά. Ο σκοπός αυτής της διατριβής είναι να αναπτύξει και να επιδείξει μια μέθοδο για την εκτίμηση και ποσοτικοποίηση της ευελιξίας. Η μέθοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πραγματικά προβλήματα στη βιομηχανία και να βοηθήση στη λήψη αποφάσεων σχετικά με τον απαραίτητο βαθμό της ευελιξίας που πρέπει να έχει ένα σύστημα παραγωγής ειδικά στην περίπτωση που υπάρχει αβεβαιότητα και είναι δύσκολο να γίνουν αξιόπιστες προβλέψεις σχετικά με τις απαιτήσεις της αγοράς. Στην διεθνή επιστημονική βιβλιογραφία έχουν καταγραφεί αρκετές εργασίες που προσεγγίζουν το πρόβλημα της εκτίμησης της ευελιξίας ενός συστήματος παραγωγής. Οι περισσότερες όμως από τις εργασίες αντιμετωπίζουν μεμονωμένα προβλήματα, κάτω από ειδικές συνθήκες, που τις περισσότερες φορές αναφέρονται και σε συγκεκριμένους τύπους συστημάτων παραγωγής. Η προτεινόμενη μέθοδος στηρίζεται στη θεώρηση ότι η ευελιξία ενός συστήματος παραγωγής καθορίζεται από την ευαισθησία του στις αλλαγές. Όσο λιγότερο ευαίσθητο ένα σύστημα είναι στις αλλαγές του περιβάλλοντος στο οποίο λειτουργεί τόσο περισσότερο ευέλικτο είναι. Η βασική αυτή θεώρηση εφαρμόζεται μέσω της μέτρησης του εύρους των διαφόρων τιμών του συνολικού κόστους ενός συστήματος παραγωγής. Οι τιμές του συνολικού κόστους υπολογίζεται για καθένα σενάριο από ένα μεγάλο αριθμό πιθανών σεναρίων αγοράς. Στη συνέχεια με στατιστική ανάλυση στις τιμές του συνολικού κόστους οδηγούμαστε σε συμπεράσματα για την ευαισθησία ενός συστήματος παραγωγής σε ένα αβέβαιο περιβάλλον λειτουργίας. Ο υπολογισμός του συνολικού κόστους λαμβάνει υπόψη του διάφορες φάσεις του συστήματος παραγωγής στον κύκλο ζωής του όπως την αρχική επένδυση και το κόστος των αλλαγών. Επιπλέον, για να μπορούν οι διαφορετικές τιμές του κόστους να είναι συγκρίσιμες θα πρέπει να υπολογιστούν με βάση κάποιον κανόνα. Η εργασία αυτή προτείνει έναν τρόπο για την εύρεση του ελάχιστου κόστους στον κύκλο ζωής ενός συστήματος παραγωγής. Η προτεινόμενη μέθοδος εφαρμόζεται σε μια περίπτωση μελέτης στην αυτοκινητοβιομηχανία και τέλος περιγράφεται ένα λογισμικό που υλοποιεί την προτεινόμενη μέθοδο καθώς και η UML (Unified Modelling Language) περιγραφή των βασικών οντοτήτων. / Modern manufacturing firms must learn to operate effectively in very dynamic environments. One key aspect that firms must consider is manufacturing flexibility. Manufacturing flexibility refers to the ability of a manufacturing system to accommodate uncertainty in the production environment. But flexibility cannot be considered in the decision making process if it is not assessed in quantifiable terms. The goal of this dissertation is to develop and demonstrate a practical method to assist manufacturers in managing environmental uncertainty and in determining the appropriate level of flexibility in their production systems. A number of research efforts have been published in the litterature that deal with the scientific issue of flexibility assessment. However, most of the published research work deals with case specific engineering problems, under certain circumstances, and in most of the cases they are applicable to specific types of production system. The approach suggested by the this dissertation considers that manufacturing flexibility is determined by its sensitivity to changes. The less flexible a manufacturing system is the more flexible it should be considered. We consider flexibility during the lifecycle of a system, from initial investment to major reconfiguration. A large number of market scenarios are being considered and the lifecycle cost of the system for all scenarios is calculated. Following, statistical analysis on the lifecycle cost results provides results on the sensitivity of the system to the uncertainty of the market environment. Furthermore, in order to make the lifecycle cost values comparable amongst the different production systems, their minimum value is calculated at a minimum level with the help of a specially developed optimization algorithm. The proposed method is applied in a case study in the automotive industry. Finally, a web-based software package that implements the proposed method along with the UML (Unified Modelling Language) description of the main entities is also being described.

Η Τεχνολογία της Γνώσης, και πιο συγκεκριμένα τα Έμπειρα Συστήματα (expert systems) ή αλλιώς Συστήματα Γνώσης (knowledge based systems) αποτελούν τους κλάδους της Τεχνητής Νοημοσύνης που αποδεδειγμένα έχουν προσφέρει τα πιο αξιοσημείωτα αποτελέσματα στην πρακτική τους εφαρμογή. Ως έμπειρα συστήματα θεωρούνται προγράμματα τα οποία επιδεικνύουν νοήµονα συµπεριφορά σε συγκεκριµένους τοµείς και διαδικασίες, ανάλογη με εκείνη ενός ανθρώπου εµπειρογνώµονα µε ειδικότητα στον ίδιο τοµέα. Η λειτουργία των έμπειρων συστημάτων βασίζεται τόσο στην κωδικοποίηση της γνώσης και της συλλογιστικής του ανθρώπου-ειδικού σε έναν εξειδικευμένο τομέα όσο και στο χειρισμό αυτής της γνώσης, με κυριότερους στόχους τη διόρθωση βλαβών, την πρόβλεψη, παρακολούθηση και ερμηνεία καταστάσεων, τη διαμόρφωση και τον έλεγχο συστημάτων. Κατά τις τελευταίες δεκαετίες, η σημαντική πρακτική επιτυχία της εφαρμογής έμπειρων συστημάτων σε εξειδικευμένους τομείς όπως η φαρμακευτική διάγνωση (MYCIN), η ανάλυση γεωλογικών δεδομένων για εντοπισμό πετρελαίου (DIPMETER) και μετάλλων (PROSPECTOR), και η διαμόρφωση υπολογιστικών συστημάτων (XCON), έχουν οδηγήσει σε μία έκρηξη ενδιαφέροντος ως προς τη χρήση έμπειρων συστημάτων σε πολύ ευρύτερο φάσμα εφαρμογών. Το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ανάπτυξη ενός έμπειρου συστήματος που θα συνάγει στον έλεγχο της κατάστασης λειτουργίας της κύριας μηχανής φορτηγών πλοίων τύπου container, με στόχο την πρόληψη ή έγκαιρη διόρθωση βλαβών και εν τέλει την επίτευξη αποδοτικότερης και ασφαλέστερης λειτουργίας της μηχανής, λιγότερων φθορών και μεγαλύτερου χρόνου ζωής. Η ανάγκη εφαρμογής ενός τέτοιου συστήματος, που θα παρέχει αντικειμενικά και συνεπή συμπεράσματα, από τις εταιρείες διαχείρισης των πλοίων γίνεται όλο και μεγαλύτερη. Όχι μόνο γιατί αποτελεί βασικό μέρος του συστήματος διαχείρισης της ποιότητας (quality management system) των παρεχόμενων υπηρεσιών της εταιρείας προς τους πελάτες – ναυλωτές των πλοίων τύπου container, αλλά κυρίως γιατί μπορεί να αποτελέσει βασικό αρωγό στην προσπάθεια της εταιρείας για συμμόρφωση με διεθνή πρότυπα και κανονισμούς περιβαλλοντικής διαχείρισης (environmental management) για την προστασία εκείνων του στοιχείων του περιβάλλοντος στα οποία έχει επιπτώσεις η δραστηριότητα της εταιρείας. Για τη διαδικασία απόκτησης της γνώσης που θα αποτελέσει την εμπειρογνωμοσύνη του συστήματος ή αλλιώς τη βάση γνώσης του συστήματος (knowledge base) θα χρησιμοποιηθεί η μέθοδος των μη-δομημένων και ημιδομημένων συνεντεύξεων με μηχανολόγους μηχανικούς, εξειδικευμένους σε θέματα μηχανών του συγκεκριμένου τύπου. Τα δεδομένα πάνω στα οποία θα εφαρμοστεί η βάση γνώσης του συστήματος (working memory), ώστε να εξαχθούν τα συμπεράσματα για τη λειτουργία της μηχανής προέρχονται από μετρήσεις πάνω στα όργανα της μηχανής ανά τακτά χρονικά διαστήματα καθώς και δεδομένα-αναφοράς που αντιπροσωπεύουν την ιδανική κατάσταση λειτουργίας της μηχανής. Το κέλυφος του συστήματος (expert system shell) θα αποτελέσει η μηχανή JBoss Rules, η οποία στο επίπεδο του μηχανισμού εξαγωγής συμπερασμάτων (inference engine) υλοποιεί μία αντικειμενοστραφή παραλλαγή του αλγορίθμου Rete, ενώ επιπλέον παρέχει σύστημα διαχείρισης της βάσης γνώσης που καθιστά την ανάπτυξη, τροποποίηση και τον έλεγχό της δυνατό ακόμα και από τους ίδιους τους εμπειρογνώμονες. / Knowledge Technology, and more concretely Expert Systems or Knowledge Based Systems, constitute the sectors of Artificial Intelligence that are proved to have succeeded the most remarkable results in their practical application. Expert Systems are considered to be the programs that demonstrate intelligent behaviour in specific areas and processes, proportional to that of a human expert with speciality in same area. The operation of Expert Systems is based so much on the coding of knowledge and reasoning of a human expert specialized in the specific area, as in the handling of this knowledge, with main objectives the correction of damage, the provision, monitor and interpretation of conditions, the configuration and the inspection of systems. At the last decades, the important practical success of application of Expert Systems in specialised areas such as pharmaceutical diagnosis (MYCIN), the analysis of geological data on location of oil (DIPMETER) and metals (PROSPECTOR), and the configuration of computer systems (XCON), have led to an explosion of interest as for the use of Expert Systems to much wider spectrum of applications. The object of the present thesis is the implementation of an Expert System that will assist in the inspection of the condition of operation of Container Ships Main Engines, aiming at the prevention or on time correction of damage, and finally at achieving more efficient and secure operation of the main engine, less deteriorations and effectively greater life span. The need of such a system, which will provide objective and reliable conclusions, being applied by the shipping management companies becomes even greater. Not only because it constitutes basic part of the quality management system of the provided by the company services to the customers - freighters of the container ships, but mainly because it can constitute basic helper in the company effort to conform with international models and regulations of environmental management on the protection of those aspects of the environment that are affected by the company’s activity. For the process of acquiring the knowledge that will constitute the expertise of the system or differently the knowledge base of the system we will use the method of non-structured and semi-structured interviews with mechanical engineers, specialised on issues regarding the specific engines. The data, on which the working memory of the system will be applied, so that the conclusions on the function of the engine will be exported, emanate from measurements on the different parts of the engine per regular time intervals as well as benchmark data that represent the ideal condition of the engine. The expert system shell will be constituted by the JBoss Rules Engine, which in the level of the inference engine implements an object-oriented variant of the Rete algorithm, while moreover it provides an administration system for the knowledge base that makes its evolution, modification and inspection possible even for the experts themselves.

Με την όλο και αυξανόμενη απαίτηση των πελατών για προϊόντα που να προσαρμόζονται περισσότερο στις ανάγκες τους, η σύγχρονη βιομηχανία πρέπει να επιδεικνύει μεγάλο βαθμό ευελιξίας. Ένα τυπικό παράδειγμα είναι οι αυτοκινητοβιομηχανίες, όπου για τον σκοπό αυτό, προσπαθούν να εξασφαλίσουν την βέλτιστη συνεργασία με τους προμηθευτές και τους αντιπροσώπους. Στην εργασία αυτή, έχει αναπτυχθεί ένα λογισμικό σύστημα που βασίζεται στο διαδίκτυο για την ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ του κατασκευαστή, των προμηθευτών και την αντιπροσώπων μιας αυτοκινητοβιομηχανίας. Το λογισμικό αποτελείται από υπηρεσίες διαδικτύου, ενώ για την υλοποίηση της επιχειρησιακής λογικής, χρησιμοποιείται η γλώσσα BPEL (Business Process Execution Language). Τέλος, έχει υλοποιηθεί μια σχεσιακή βάση δεδομένων για την αποθήκευση του συνόλου των δεδομένων. / Since the customers’ demand for highly customizable products is rising, modern industry has to exhibit a high degree of flexibility. A typical example is the automotive industry, where efforts are being made, to ensure the best possible cooperation of the manufacturer with the suppliers and the dealers. In this thesis, a web based software system has been developed, for the exchange of data between the manufacturer, the suppliers and the dealers of an automotive industry. The software system consists of Web Services, while the business logic is implemented using BPEL (Business Process Execution Language). Last but not least, a relational data base has been developed for the storage of the data needed.

- / -

Στην παρούσα διπλωματική εργασία θα ασχοληθούμε με την αξιολόγηση της προστασίας σε κατανεμημένη παραγωγή. Γενικά η κατανεμημένη παραγωγή, καλύπτει ένα μεγάλο εύρος νέων και παραδοσιακών τεχνολογιών με μικρές μονάδες εγκατεστημένες κοντά στην κατανάλωση και πιστεύεται ότι θα συμβάλει στην κάλυψη ενός μεγάλου μέρους της ενεργειακής ζήτησης στα επόμενα χρόνια με τη δυναμική της είσοδο στην απελευθερωμένη αγορά ενέργειας. Αρχικά γίνεται μια ανασκόπηση της υφιστάμενης παγκόσμιας ενεργειακής κατάστασης. Αναλύονται οι κυριότερες τεχνολογίες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και τα καύσιμα που χρησιμοποιούνται, τα οποία κατά συντριπτική πλειοψηφία βασίζονται στους ορυκτούς πόρους. Αποτυπώνεται αφενός, η συνολική συνεισφορά αυτών στην ενεργειακή ζήτηση, αφετέρου τα παγκόσμια αποθέματα αυτών. Στη συνέχεια παρουσιάζεται η υφιστάμενη κατάσταση στον ηλεκτρικό τομέα, οι αλλαγές που συνεπάγονται με τη απελευθέρωση της αγοράς ενέργειας, καθώς και το γενικό πλαίσιο και οι ρυθμίσεις που διέπουν τον τομέα της ενέργειας με βάση τα νέα δεδομένα. Γίνεται εισαγωγή και ορισμός της κατανεμημένης παραγωγής και αναλύονται τα βασικά χαρακτηριστικά που συνθέτουν την έννοια αυτής καθώς επίσης γίνεται μια παρουσίαση των κυριότερων τεχνολογιών που ολοκληρώνουν τη κατανεμημένη παραγωγή. Στη συνέχεια ασχολούμαστε με το φαινόμενο της νησιδοποίησης. Η αύξηση της παραγωγής ισχύος από διανεμημένους παραγωγούς καθιστά την εμφάνιση του φαινομένου όλο και συχνότερη. Η ανίχνευση και διακοπή του φαινομένου είναι καθοριστικής σημασίας για την ορθή λειτουργία του Δικτύου και την ασφάλεια του προσωπικού που εργάζεται σε αυτό. Εδώ περιγράφουμε μερικές από τις πιο βασικές εφαρμοζόμενες μεθόδους ανίχνευσης και διακοπής του. Ύστερα παρουσιάζουμε τα βασικά χαρακτηριστικά των μέσων προστασίας έναντι υπερεντάσεων. Προχωράμε σε μελέτη των διατάξεων προστασίας ενός παραδείγματος μιας εγκατάστασης φωτοβολταϊκών με σκοπό τη διασφάλιση της σε περίπτωση εμφάνισης σφαλμάτων. Τέλος αναφερόμαστε σε κάποιες νέες προσεγγίσεις και μελλοντικές τάσεις και προοπτικές για τον καθορισμό των τρόπων ενσωμάτωσης ομαλών τεχνολογιών ΚΠ και τη ρύθμιση θεμάτων σχετικά με τη διασύνδεση και τη λειτουργία τους. / In this work we will do a research about the appraisal of the distributed generation .All in all the distributed generation encloses a great range of new and traditional technologies. Some of them are installed close to the consumption and it is believed that the distributed generation will contribute to cover a great part of the energy demand in the next years. In the beginning we refer to the global energy situation. We analyze the most important technologies of distributed generation and the fuels that are used which are based on the mineral resources. These fuels contribute in the energy demand and we also refer to the global store of fuel. We present the situation of the electric section today, the changes and the regulations that happen in this section day by day. What is more, it is given the meaning of the “distributed generation”, we analyze the basic characteristics of it and we present the most important technologies that complete the distributed generation. Furthermore we refer to the problem of islanding. Because of the fact that the power production is increasing lately, the problem is appeared more and more often. We must look for this phenomenon and stop it immediately in order the network work correctly and the persons who work in this part of network be safe. We describe some of the most important methods of “tracking” the islanding and stopping it. Afterwards we present the basic characteristics of the protection arrangement that we must use in case of errors and short circuits. We continue presenting an instance for a photovoltaic system installation and what sort of protection must be used in order this system to work with safe when errors happen. In the end we refer to what must be done in the future so that the technologies of distributed generation be used more and more often and much more efficiently.

This work investigates the flexibility of manufacturing systems and the introduction of flexibility considerations into the change management of manufacturing systems. The change drivers that make flexibility important for manufacturing systems are analyzed and the definition and dimensions of flexibility as they have been approached in the literature are discussed. In order to measure flexibility, a Flexibility Evaluation Toolbox comprised of five individual measures is proposed in the thesis. The Flexibility Evaluation Toolbox enables the responsible engineer to select the most appropriate measure to be used in each case under study. Furthermore, each of the measures requires different data providing the opportunity to the engineer to use the Flexibility Evaluation Toolbox in a wide range of situations. A classification table of the five measures in relation to a set of usability criteria has been included. A methodology supporting the user to select the most appropriate measure according to the case under study and the user’s preferences is also provided. The Flexibility Evaluation Toolbox has been integrated in a software platform able to handle the required data, automate the calculations, provide quantitative results and eventually drive the change management directions. The software architecture and the individual modules of the software platform are described. The three basic modules of the platform are the Flexibility Evaluation Toolbox, the Data Collector and the Change Management Component. The solution proposed in this thesis can be used in small, medium or large enterprises and in different industrial sectors. This is demonstrated in the provided four case studies where flexibility evaluation has been used to support change management decisions in the commercial refrigerators sector in local and world-wide scale, the pharmaceutical/cosmetics sector and the mobile communications sector. / Στην παρούσα εργασία διερευνάται η ευελιξία στα συστήματα παραγωγής και o τρόπος εξέτασης της ευελιξίας κατά τη διαχείριση αλλαγών σε συστήματα παραγωγής. Αναλύονται οι λόγοι για τις απαιτούμενες αλλαγές που κάνουν την ευελιξία σημαντική για τα συστήματα παραγωγής και συζητούνται οι διάφορες παράμετροι της ευελιξίας, όπως παρουσιάζονται στην βιβλιογραφία. Στοχεύοντας στην μέτρηση της ευελιξίας, μια ‘εργαλειοθήκη’, αποτελούμενη από πέντε διαφορετικά ‘εργαλεία’ για την μέτρηση της ευελιξίας, προτείνεται στην εργασία. Η εργαλειοθήκη μέτρησης της ευελιξίας επιτρέπει στον ενδιαφερόμενο μηχανικό να επιλέξει το πιο κατάλληλο μέτρο για την κάθε κατάσταση που μελετάται. Επιπλέον, κάθε ένα από τα μέτρα χρησιμοποιεί διαφορετικές πληροφορίες για την αξιολόγηση δίνοντας την ευκαιρία στον μηχανικό να τα χρησιμοποιήσει σε πολλές διαφορετικές καταστάσεις. Παρέχεται ένας πίνακας ταξινόμησης των πέντε αυτών μέτρων σε σχέση με τις εφαρμογές και ιδιότητες τους, όπως και μία μεθοδολογία που μπορεί να ακολουθηθεί για την επιλογή του καταλληλότερου μέτρου. Στην εργασία προτείνεται επίσης και η ενσωμάτωση της εργαλειοθήκης των μέτρων αξιολόγησης της ευελιξίας σε μια πλατφόρμα λογισμικού η οποία είναι ικανή να διαχειριστεί τα απαιτούμενα δεδομένα, να αυτοματοποιήσει τους υπολογισμούς, να παράσχει αριθμητικά αποτελέσματα και τελικά να οδηγήσει προς την σωστή κατεύθυνση τις απαραίτητες αλλαγές. Αντίστοιχα, περιγράφονται η αρχιτεκτονική του λογισμικού και κάθε υποσύστημά της. Τα τρία κύρια υποσυστήματα της πλατφόρμας είναι η εργαλειοθήκη των μέτρων αξιολόγησης της ευελιξίας, ο συλλέκτης δεδομένων και ο διαχειριστής των αλλαγών. Η προτεινόμενη προσέγγιση μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μικρές, μεσαίες και μεγάλες επιχειρήσεις που μπορεί να ανήκουν σε διαφορετικούς βιομηχανικούς τομείς. Αυτό αποδεικνύεται και από τις τέσσερις περιγραφόμενες περιπτώσεις πιλοτικής χρήσης, όπου η μέτρηση της ευελιξίας πραγματοποιείται ώστε να υποστηρίξει τη διαχείριση και να βοηθήσει την επιλογή των κατάλληλων αλλαγών στη βιομηχανία κατασκευής επαγγελματικών συστημάτων ψύξης σε τοπικό και διεθνές επίπεδο, στην φαρμακευτική βιομηχανία και στην βιομηχανία παραγωγής συσκευών κινητής τηλεφωνίας.

Η διπλωματική αυτή εργασία, συνίσταται στην μελέτη των αυτοματισμών παραγωγής της διαδικασίας επεξεργασίας γάλακτος στη βιομηχανία Ροδόπη Α.Ε. καθώς και στη συλλογή δεδομένων και τον εποπτικό έλεγχο αυτής. Επιπρόσθετα, αναπτύχθηκε εξαρχής η αυτοματοποίηση και η ανάπτυξη συστήματος SCADA του βιολογικού καθαρισμού της πιο πάνω βιομηχανίας. Για την εκπόνηση της διπλωματικής εργασίας, ήταν αναγκαία η τετράμηνη πρακτική εργασία μου στη βιομηχανία Ροδόπη Α.Ε. από τις 1-7-2011 έως τις 31-10-2011, γεγονός που μου επέτρεψε να συλλέξω τα απαιτούμενα στοιχεία για την αναλυτική περιγραφή των διαφόρων σταδίων της παραγωγικής διαδικασίας. Η αυτοματοποίηση πραγματοποιήθηκε με τη χρήση ενός PLC και ενός συστήματος SCADA. Στην πρώτη φάση υλοποίησης της διπλωματικής εργασίας, προγραμματίστηκε ένα PLC το οποίο θα αναλάμβανε τον κυρίως έλεγχο της εγκατάστασης μετρώντας όλα τα χρήσιμα για τον έλεγχο μεγέθη (στάθμη δεξαμενών, ρεύμα κινητήρων, pH κλπ) και αντιδρώντας αντίστοιχα σε κάθε μεταβολή των μεγεθών αυτών. Η δεύτερη φάση, περιελάμβανε την ανάπτυξη ενός συστήματος SCADA για την εποπτεία και την παρακολούθηση της εγκατάστασης. Για να μπορέσει αυτό το σύστημα να αναλάβει το έλεγχο της εγκατάστασης, το PLC και το SCADA επικοινωνούν μέσω ενός δικτύου MPI, μέσω του οποίου πραγματοποιείται η συνεχής ενημέρωση της εκάστοτε συσκευής για τις αλλαγές που πραγματοποιούνται στην άλλη. Έτσι, σχεδιάστηκε ένα σύστημα SCADA, το οποίο δίνει τη δυνατότητα στο χειριστή να επεμβαίνει στο σύστημα και να μπορεί ανά πάσα στιγμή να γνωρίζει οποιαδήποτε πληροφορία χρειάζεται για την εγκατάσταση με τον ευκολότερο δυνατό τρόπο. / -

Objective of the present work is the deep study of the manufacturing systems in terms of energy efficiency. Manufacturing enterprises have to reduce energy consumption for both cost saving and environmental friendliness, finding new ways to produce more with less. As a first step, clear definitions for the energy efficiency are provided, in order to successfully include this significant key performance indicator into the manufacturing decision-making attributes. These definitions are used in order to develop a generalized and holistic approach towards manufacturing energy efficiency. The basic element of the approach is the division of energy efficiency definition and study into four manufacturing levels, namely process, machine, production line, and factory. Process-level definitions are provided for the majority of manufacturing processes. A machine-level study indicates and solves difficulties, generated by the workpiece geometry, and points out the interaction with the process level through factors, such as the process time. Moreover, machine tool peripherals are responsible for a significant portion of the consumed energy. Classification of the machine peripherals, based on the dependence of their consumption on process variables, is required. Studies made on the production line and factory levels show that energy efficiency, at these levels, is heavily dependent on production planning and scheduling and can be improved through the appropriate utilization of machines, with the inclusion of shutdown and eco-modes. All the methods developed for each of the manufacturing levels are verified with appropriate case studies. Moreover, a holistic case study is presented, showing that many of the difficulties towards the optimization of energy efficiency can be dealt with successfully, using the proposed generalized approach. The implementation of the method in a software platform is presented. The tool is industrially evaluated using three case studies from three different industrial sectors (i.e. aeronautics, automotive and household). The evaluation of the presented case studies clearly reveals the usefulness and efficiency of the suggested approach validating its applicability to real industrial environments. This prototype information technology decision support tool can assist the manufacturing sector towards energy and eco-efficiency, within the context of a multi-objective optimization procedure, incorporating traditional metrics (i.e. time, cost, flexibility and quality), interacting with the machine monitoring systems. / Αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η μελέτη της ενεργειακής αποδοτικότητας των συστημάτων παραγωγής. Η αύξηση της ενεργειακής αποδοτικότητας, προσφέρει μείωση του κόστους παραγωγής και των βλαβερών επιπτώσεων στο περιβάλλον. Αρχικά, παρέχονται ορισμοί για την ενεργειακή αποδοτικότητα, προκειμένου να συμπεριληφθεί και αυτός o σημαντικός δείκτης στα συνήθη κριτήρια λήψης αποφάσεων (δηλαδή το χρόνο, το κόστος, την ευελιξία και την ποιότητα). Οι ορισμοί αυτοί χρησιμοποιούνται για την ανάπτυξη μιας γενικευμένης και ολιστικής μεθοδολογίας ως προς την αύξηση της ενεργειακής αποδοτικότητας στα συστήματα παραγωγής. Το βασικό στοιχείο της μεθόδου είναι ο διαχωρισμός του ορισμού της ενεργειακής απόδοσης και της μελέτης του σε τέσσερα ιεραρχικά επίπεδα, ξεκινώντας από την διεργασία, τη εργαλειομηχανή, τη γραμμή παραγωγής και την μονάδα παραγωγής. Ορισμοί στο επίπεδο της διεργασίας, παρέχονται για την πλειονότητα των κατηγοριών των μηχανουργικών διεργασιών. Στο επίπεδο της εργαλειομηχανής μελετώνται οι διαφορές που προκύπτουν από την γεωμετρία του προϊόντος, και επισημαίνονται οι αλληλεπιδράσεις με το επίπεδο της διεργασίας μέσω παραγόντων, όπως ο χρόνος διεργασίας. Επιπλέον, αποδεικνύεται ότι τα περιφερειακά των εργαλειομηχανών είναι υπεύθυνα για ένα σημαντικό μέρος της καταναλισκόμενης ενέργειας. H ενεργειακή κατάταξη των περιφερειακών των εργαλειομηχανών, με βάση την εξάρτηση της κατανάλωσης τους από παραμέτρους της διεργασίας, είναι απαραίτητη. Μελέτες στα επίπεδο της γραμμής παραγωγής και της μονάδας παραγωγής, δείχνουν ότι η ενεργειακή αποδοτικότητα εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τον χρονοπρογραμματισμό της παραγωγής και μπορεί να βελτιωθεί με την κατάλληλη αξιοποίηση των εργαλειομηχανών, συμπεριλαβαίνοντας τον τερματισμό της λειτουργιάς αυτών ή τη χρήση οικολογικών λειτουργιών (eco-modes). Όλες οι μέθοδοι που αναπτύχθηκαν για τα επίπεδα παραγωγής επαληθεύονται με μελέτες εφαρμογής. Για την υλοποίηση της μεθόδου αναπτύχθηκε λογισμικό το οποίο αξιολογήθηκε σε τρεις διαφορετικούς βιομηχανικούς τομείς με σημαντικά αποτελέσματα. Αυτό το πρωτότυπο εργαλείο υποστήριξης αποφάσεων μπορεί να βοηθήσει στην μείωση της ενεργειακής κατανάλωσης χρησιμοποιώντας πολύ-παραγοντική βελτιστοποίηση, λαμβάνοντας υπόψιν την ενεργειακή αποδοτικότητα μαζί με τα συνήθη κριτήρια λήψης αποφάσεων αλληλοεπιδρώντας με τα συστήματα παρακολούθησης των εργαλειομηχανών.

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η παρουσίαση των κυριότερων μεθόδων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και η ανάλυση όλων των οικονομικών παραμέτρων ώστε να επιτύχουμε τη σχεδίαση του βέλτιστου συστήματος. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μία παρουσίαση των κυριότερων μονάδων παραγωγής ενέργειας. Αναφέρονται οι αρχές λειτουργίας και το κύκλωμα πάνω στην οποία βασίζεται ο κάθε σταθμός, ο βαθμός απόδοσης του κάθε συστήματος και τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα αυτών. Αρχικά παρουσιάζονται οι ατμοηλεκτρικές, οι αεριοστροβιλικές και οι συνδυασμένου κύκλου συμβατικές μονάδες. Εξηγείται ο θερμοδυναμικός κύκλος λειτουργίας του Rankine πάνω στον οποίο βασίζεται η λειτουργία τους και οι προϋποθέσεις βέλτιστης λειτουργίας. Περιγράφεται ο κύκλος λειτουργίας και οι μετατροπές ενέργειας που πραγματοποιούνται στους στροβίλους και τα πρόσθετα μηχανήματα. Στην συνέχεια γίνεται αναφορά στους υδροηλεκτρικούς σταθμούς ροής ποταμού και αποθήκευσης ενέργειας. Εξηγείται η μελέτη για την δημιουργία ενός τέτοιου σταθμού, αναλύονται οι υποδομές και οι κτιριακές εγκαταστάσεις που απαιτούνται. Κατόπιν, περιγράφονται οι πυρηνικοί σταθμοί. Αναλύεται η πυρηνική σχάση, παρουσιάζεται ο πυρηνικός αντιδραστήρας και τα είδη του. Εν συνέχεια, επισημαίνονται οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Για τα αιολικά συστήματα μελετάται η εγκατάστασή τους και τα κύρια χαρακτηριστικά τους. Αναφέρεται η δομή της ανεμογεννήτριας, η αρχή λειτουργίας και τα διάφορα είδη ανεμογεννητριών και αιολικών πάρκων που βρίσκουν εφαρμογή σήμερα. Για τα φωτοβολταϊκά συστήματα, περιγράφεται η βασική αρχή λειτουργίας τους, το φωτοβολταϊκό φαινόμενο καθώς και η δομή του συστήματος. Αναλύονται τα συστήματα επίπεδων και συγκεντρωτικών πλαισίων που υπάρχουν και οι διάφορες συσκευές που απαρτίζουν το φωτοβολταϊκό σύστημα. Επίσης, περιγράφονται τα συστήματα που είναι συνδεδεμένα στο δίκτυο, καθώς και τα απομονωμένα. Κλείνοντας το κεφάλαιο, αναφέρονται τα γεωθερμικά συστήματα, οι κυψέλες καυσίμου και τα συστήματα παραγωγής ηλεκτρισμού από ενέργεια βιομάζας και παλιρροϊκής. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι πηγές ενέργειας και συγκεκριμένα τα ορυκτά καύσιμα. Γίνεται μία κατηγοριοποίηση σύμφωνα με τον ενεργειακό πόρο, εξετάζοντας τα αποθέματα, τη ζήτηση και την παραγωγή τους. Δίνονται πληροφορίες για το πετρέλαιο, το φυσικό αέριο, τον άνθρακα και τα πυρηνικά καύσιμα. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στον λιγνίτη, λόγω των αποθεμάτων που υπάρχουν στην χώρα μας, και παρατίθεται μία ανάλυση ενός λιγνιτικού θερμοηλεκτρικού συστήματος. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται ο τρόπος σχεδιασμού ενός βέλτιστου συστήματος. Για την παραγωγή του βέλτιστου συστήματος πρέπει να ληφθούν υπόψη πολλοί παράμετροι που περιλαμβάνουν την πηγή ενέργειας, τον τύπου του ενεργειακού συστήματος, την εκτίμηση του κόστους παραγωγής και των εγκαταστάσεων καθώς και την επιλογή τοποθεσίας. Αυτές οι αποφάσεις βασίζονται σε έναν αριθμό από τεχνικούς, οικονομικούς και περιβαλλοντικούς παράγοντες που είναι σε μεγάλο βαθμό άσχετοι μεταξύ τους. Αναφέρονται οι μέθοδοι υπολογισμού του κόστους συντήρησης και λειτουργίας ενός ενεργειακού συστήματος. Γενικά ως συμπέρασμα δεν μπορούμε να καταλήξουμε σε έναν κανόνα, γιατί η βέλτιστη λύση είναι απόρροια αναγκών, προτεραιοτήτων και παραμέτρων που προκύπτουν σε κάθε περίπτωση Στο τέταρτο κεφάλαιο αναπτύσσεται μία μελέτη οικονομικής φύσεως. Για μια ενεργειακή επένδυση είναι απαραίτητη μία ανάλυση δαπανών του κύκλου ζωής της. Μέσω της ανάλυσης αυτής αξιολογούνται οι συνολικές κύριες και λειτουργικές δαπάνες, λαμβάνεται υπόψη η «χρονική αξία» των χρημάτων και ενσωματώνονται οι διακυμάνσεις στην τιμή των καυσίμων. Η ανάλυση δαπανών κύκλων ζωής εξετάζει το κόστος κατά τη διάρκεια της ζωής του συστήματος και όχι μόνο το αρχικό κόστος. Έτσι είναι ευκολότερη η συγκριτική μελέτη των συστημάτων που θέλουμε να εγκαταστήσουμε. Στο πέμπτο κεφάλαιο ως αποτέλεσμα ενός οικονομικότερου οπότε και βέλτιστου συστήματος αναφέρεται η συμπαραγωγή ηλεκτρισμού και θερμότητας. Τα συστήματα Συμπαραγωγής Ηλεκτρισμού και Θερμότητας παράγουν ταυτόχρονα αξιοποιήσιμη ηλεκτρική και θερμική ενέργεια μέσω ενός ενιαίου συστήματος. Η παραγόμενη θερμότητα μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο για θερμική χρήση όσο και για ψύξη ή κλιματισμό. Βασικό πλεονέκτημα και κίνητρο εφαρμογής της αποτελεί η αυξημένη απόδοση του συστήματος, έναντι της χωριστής λειτουργίας συμβατικών συστημάτων ηλεκτροπαραγωγής και θερμικής ενέργειας. Η εξοικονόμηση αυτή προκύπτει από την ανάκτηση και αξιοποίηση της θερμότητας, που διαφορετικά θα απορριπτόταν στο περιβάλλον Στο έκτο και τελευταίο κεφάλαιο παρουσιάζεται το ελληνικό σύστημα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Το Ελληνικό ενεργειακό σύστημα βρίσκεται την τελευταία δεκαετία σε φάση σημαντικών αλλαγών. Η διείσδυση του φυσικού αερίου, η κατασκευή των διευρωπαϊκών δικτύων, η προώθηση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και εξοικονόμησης ενέργειας και τέλος η απελευθέρωση της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας αποτελούν τα νέα δεδομένα του. Σημαντικές είναι οι επιπτώσεις των νέων αυτών δεδομένων στην ασφάλεια του ενεργειακού εφοδιασμού της χώρας, στην μείωση της εξάρτησης της από το εισαγόμενο πετρέλαιο, με όλα τα συνεπαγόμενα οφέλη στην εθνική οικονομία, στην εξοικονόμηση μη ανανεωνόμενων ενεργειακών πόρων, στην αύξηση της αποδοτικότητας των διαδικασιών παραγωγής και κατανάλωσης ενέργειας, στην προστασία του περιβάλλοντος και τέλος στην βελτίωση των παρεχομένων υπηρεσιών στους καταναλωτές. / The subject of this diploma thesis is the study of the types of electric generation systems and their comparative study. Initially are presented summarizing the basic principles of operation and the particular characteristics of each station. The energy systems being analyzed are steam cycle, gas fired, combined cycle, hydroelectric, nuclear power, solar, wind, geothermal and biomass systems. A brief description of fuels takes place presenting oil, natural gas, coal and its derivatives and nuclear fuels. Accent is given in the lignite and a short description of a lignite thermoelectric station is given. Then, the criteria are mentioned which are suitable for the choice of optimal energy system such as operational and functional costs, prices of fuels, types of generation system and technical and environmental issues. Also an economic study is realized. A life cycle cost analysis that evaluates the total owning and operating cost and takes into account the “time value” of money. Furthermore, the co-production of energy and heat as emanation of the most optimal system is included. Finally, the energy situation that prevails in Greece is presented.