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Produktdatenmanagement

Wie stellt der rein kundenspezifisch arbeitende Werkzeug-, Modell- und Formenbau sicher, dass Produktentwicklung und Auftragssteuerung mit einheitlichen Daten arbeiten? Die Ausgangsbasis dafür könnte kaum anspruchsvoller sein.

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EnergiemanagementsystemMES = Massiv Energie sparen

Der Energieverbrauch entwickelt sich immer stärker zu einem Wettbewerbsfaktor für produzierende Unternehmen: Seit dem Jahr 2000 haben sich die Strompreise mehr als verdoppelt. Um Steuervergünstigungen zu erhalten, müssen Betriebe ab 2013 zudem für Energiekosten geeignete MES- oder Energiemanagementsysteme einsetzen, wie Chefredakteur Hajo Stotz beschreibt.

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Digitale Fabrik: MES = Massiv Energie sparen

„Mehrere Hundertausend Euro pro Jahr“, antwortet Herbert Mühl auf die Frage nach den Einsparungspotenzialen durch das eingesetzte Energiemanagementsystem (EMS). Der Ingenieur ist bei Bayer Material Science in der Makrolon-Produktion tätig und für das MES-System von Werusys zuständig. Und ab nächstem Jahr dürfte die Softwarelösung helfen, noch etliche Euro mehr einzusparen. Denn dann ergeben sich durch den Einsatz eines Energiemanagementsystems steuerliche Vorteile und Erstattungsmöglichkeiten.

Nicht nur für Bayer, sondern die gesamte verarbeitende Industrie werden die Energiekosten immer stärker zu einem entscheidenden Kosten- und Wettbewerbsfaktor. So stellt die Energie bei Stahlherstellern oder der Schwerindustrie inzwischen mit über 50 Prozent bereits den größten Kostenblock dar. Und auch bei den meisten Fertigungsbetrieben, so das Ergebnis einer Umfrage der IHK, bilden die Energiekosten - nach den Personalkosten - bereits oft die größte finanzielle Belastung. So haben sich etwa die Strompreise für die Industrie seit 2000 mehr als verdoppelt. Und zukünftig müssen Produktionsbetriebe mit zusätzlichen Kostensteigerungen rechnen. Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (eeG) verlangt nämlich von den Netzbetreibern, bevorzugt teureren Strom aus erneuerbaren Energien ins Netz einzuspeisen. Um den Stromlieferanten eine Kompensationsmöglichkeit zu schaffen, wurde die eeG-Umlage eingeführt, auf deren Basis sie die Kosten bis zum Verbraucher weitergeben können. Bislang gibt es hierbei Vergünstigungen für die produzierende Industrie.

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Wie sich bei der Recherche für diesen Artikel ergeben hat, ist bisher manchem Unternehmen und auch MES-Anbieter aber nicht bekannt, dass diese Förderungen ab 2013 an die Existenz eines Energiemanagementsystems nach ISO 50001 gebunden sind, ebenso wie die Steuervergünstigungen gemäß Energiesteuergesetz. Die Unternehmen sollen dadurch verpflichtet werden, aktiv Energie einzusparen.

Bisher beantragen Unternehmen, rückwirkend für das zurückliegende Verbrauchsjahr, einen ermäßig- ten Satz der Strom- bzw. Energiesteuer, die oberhalb eines Mindestverbrauchs von Strom (derzeit rund 49 MWh) und Energieerzeugnissen (derzeit zum Beispiel rund 16.300 l Heizöl) gezahlt wurde. Weiterhin ergeben sich im Rahmen des Spitzenausgleichs weitere Entlastungsmöglichkeiten.

Diese Regelungen bestehen bereits. Ab 2013 wird gemäß dem Energiekonzept der Bundesregierung dafür künftig jedoch von den Unternehmen eine Gegenleistung in Form eines zertifizierten Energiemanagementsystems oder eines Manufacturing Execution System (MES) mit integriertem EMS verlangt. Das heißt: Produzierende Betriebe, die auch zukünftig Steuererleichterungen bei Energiekosten in Anspruch nehmen wollen, müssen zukünftig zwingend ein EMS oder MES einsetzen.

Gegenüber reinen EMS-Lösungen bieten MES-Systeme dabei etliche handfeste Vorteile, wie Prof. Dr. Jürgen Kletti, Inhaber und Geschäftsführer des MES-Spezialisten MPDV, erläutert: „Unter Energiemanagement werden heute sehr vielfältige Dinge verstanden. Es reicht auf der einen Seite von der Reduktion tatsächlich verbrauchter Energie bis hin zu Kosten senken durch Einkauf zu den richtigen Tarifen oder zu Zeiten mit niedrigen Tarifen. Die reinen Energiemanagementsysteme zielen eher auf die zweite Variante ab und versuchen die Stromverbräuche dann zu begrenzen oder zu unterbinden, wenn der Strompreis relativ hoch ist. Zum effektiven Einsparen von Energie muss man natürlich auch die Verursacher des Energieverbrauchs kennen, das heißt die Zustände an Maschinen und Anlagen, die Aufträge die zu bestimmten Zeitpunkten auf den Anlagen gelaufen sind. Aus diesen typischen, von einem MES gesammelten Daten lassen sich Rückschlüsse ziehen, wenn innerhalb der Aufträge zu viele Ausschüsse produziert wurden oder wenn die Maschinen und Anlagen überflüssigerweise im Stand-by-Betrieb sind. So lassen sich eine ganze Reihe von Potentialen lokalisieren, die helfen können Energie zu sparen. Auch im Bereich der Fertigungsfeinplanung sind hier neue Möglichkeiten gegeben. Heute plant man nach besten Lieferterminen, nach freien Lieferkapazitäten, ebenso nach Rüstoptimierung. Ein Leitstand kann genauso gut nach optimalem Energieverbrauch planen oder kann den Energieverbrauch innerhalb eines Zeitraums limitieren. Wie man hier an diesen kurzen Betrachtungen sieht, sind für diese Vorgehensweise nicht nur Energieverbrauchsdaten sondern auch typische MES-Daten notwendig. Hier bieten moderne und geeignete MES-System eine enorme Hilfe.“

Auch Stefan Schumacher, Bereichsleiter MES bei dem MES-Anbieter Gfos, ist überzeugt, dass reine Energiemanagementlösungen nur zweite Wahl sind: „Je nach Ausrichtung eines MES-Systems bestehen schon im Rahmen der Maschinendatenerfassung (MDE) technische Anbindungen zur Maschine / Steuerungsebene, was eine wichtige Voraussetzung für das Abgreifen der Energieverbräuche ist.

Erst durch den Bezug zum Produkt – abgeleitet vom Auftrag, der via BDE / MDE gemeldet wird, und somit quasi als Abfallprodukt – können Fragen zum direkten Energieverbrauch beantwortet werden. In einem reinen Energiemanagementsystem fehlt dieser Bezug, insbesondere in der Genauigkeit eines MES-Systems.“

Viele Funktionen des MES-Systems tragen schon indirekt dazu bei, die Energiekosten zu senken. Beispielsweise wird mit einer optimierten Feinplanung Energie in der Produktion gespart. Die Maschinen laufen nicht unnötig auf Standby und Stromverbrauch ohne Produktivität wird verhindert. Ebenso kann die Produktion auf die Nutzung günstiger Energiekontingente abgestimmt werden, Mehrkosten durch Schwellenüberschreitungen werden vermieden. Eine Reduzierung des Ausschusses verringert den energieverbrauch durch weniger Nachbearbeitung. Auch die Verkürzung der Liege- und Durchlaufzeiten trägt zur Energieeinsparung bei: die allgemeinen Kosten sinken, wie beispielsweise für Heizung und Beleuchtung.

Durch das integrierte Energiemanagementsystem kann das MES die Energiedaten mit anderen Produktionsdaten verknüpfen. Dadurch können Zusammenhänge zwischen der Produktion und dem Energiebedarf hergestellt werden, wie Eckard Eberle, CEO Industrial Automation Systems bei Siemens, erläutert: „Die direkte Integration des Energiemanagements in ein Produktionssystem erlaubt es, in bestimmten Fällen sofort einzugreifen, zum Beispiel bei Ausfällen oder Maschinendefekten; im Prinzip also immer dann, wenn zuvor festgelegte Grenzwerte überschritten wurden (so genannte Energiegrenzwert-Überwachung). Simatic IT kann anhand der Produktionskalender Alarmierungen über SMS oder E-Mail auslösen. Linienpersonal kann den 24-Stunden-Durchschnittsverbrauch für elektrische Energie beobachten, für Dampf oder Prozesswärme, CO2 und Wasser einen bestimmten Bereich oder Zeitraum betrachten – und das alles wird im Sekundentakt aktualisiert. Linienmanager haben Zugriff auf “Online”-Analysen“. Die Energiedaten werden im Kontext mit MES-Produktionsdaten dargestellt und sie können für einen bestimmten Zeitraum in Bezug gesetzt werden, etwa zu einem Anlagenteil oder einem produzierten Gut.“
Die Voraussetzungen, die für den erfolgreichen Einsatz eines EMS an den Maschinen, Anlagen und Gebäuden geschaffen werden müssen, hängen dabei stark von den Prozessen und Energieflüssen des Anwenders ab. Je mehr Informationsquellen vernetzt und ausgewertet werden, desto genauere Aussagen und Bewertungen kann das MES/EMS treffen.

Eckard Eberle: „Diese Energiedaten können über separate Sensorik erfasst werden oder aber aus bereits vorhandenen Komponenten der Feldebene entnommen werden. So bieten Geräte wie Frequenzumrichter, Motorstarter oder Leistungsschalter bereits Energiedaten an, die sich über vorhandene Bussysteme, die für die eigentliche Automatisierungsaufgabe bereits als Vernetzung vorhanden sind, nutzen lassen. Das senkt die Investitionskosten deutlich, da die vorhandene Automatisierungsstruktur weiter für das Energiemanagement genutzt werden kann.“

Wahre Daten

Kai Weber, Geschäftsführer des Produktions- und Managementsystemherstellers Werusys, gibt aber dabei zu bedenken: „Worauf die Unternehmen in jedem Falle achten müssen, ist die Verifizierung bzw. Validierung der gemessenen Daten. Da es sich um Managementdaten mit großer Außenwirkung handelt, muss deren Korrektheit sichergestellt werden. Dazu sollten die Daten entweder anhand qualifizierter Messtechnik und validierter Prozesse oder durch redundante Erfassung der Versorgerdaten verifiziert werden.“

Ein weiterer Punkt kommt von Dr. Jürgen Kletti, MPDV: „Bei energieintensiven Unternehmen sind die Potentiale erheblich größer als bei der typischen diskreten Industrie, die sich mehr mit der Verarbeitung beschäftigt.“
Doch gleichgültig ob Prozess- oder diskrete Industrie, richtig eingesetzt hilft ein MES-System jedem produzierenden Unternehmen durch konsequente Überwachung die Energieverbräuche zu steuern und zu reduzieren. Bei der Werusys-Lösung etwa werden dem Bediener die Energieverbräuche als spezifische Verbräuche pro Tonne Produkt oder als absolute Verbräuche in Form von Ampeln angezeigt. Weber: „Je nach Vertragsinhalten mit dem Energieversorger kann so allein schon die Vermeidung der Überschreitung von Lastgrenzen ein erhebliches Einsparpotential mit sich bringen – das ist im Falle eines unserer Pilotkunden so und hat zu einer schnellen Amortisation der Einführungskonten geführt. In Falle eines anderen Kunden konnte durch Nutzung des Systems ein Leck in einer Druckleitung entdeckt und behoben werden. Neben der Einsparung war dies also auch sicherheitsrelevant.“

Stefan Schumacher von Gfos berichtet ebenfalls von erheblichen Einsparungen im Energiebereich: „Bei einem Kunden in der Nahrungsmittelindustrie mit einem extrem hohen Energieanteil an den Gesamtproduktionskosten wurde durch den Einsatz des Energiemanagements von Gfos-Production eine Datenbasis geschaffen, um die Rentabilität geplanter Maßnahmen objektiv kalkulieren und nach der Umsetzung auch überprüfen zu können. Die kontinuierliche Überwachung und Hinterfragung von Energiekennzahlen hat dazu beigetragen, die Energieeffizienz in einen kontinuierlichen Verbesserungsprozess auf Basis aussagefähiger und verlässlicher Daten zu etablieren.“

Auch Eckard Eberle, CEO Industrial Automation Systems, kennt Beispiele, wie Unternehmen Energiekosteneinsparungen mit Hilfe von MES erzielen konnten: „Die Vertragsoptimierung bei einem großen Automobilhersteller brachte eine Einsparung von rund 15 Prozent, weil das vereinbarte Leistungslimit für elektrische Energie und Gas auf die tatsächliche Situation angepasst werden konnte. Bei einem produzierenden Unternehmen der Nahrungsmittelbranche, einem Hersteller von Teigtaschen, konnte ohne Auswirkungen auf die Produktqualität der Leistungsbedarf der Kühlaggregate von 4,2 auf 3,7 MW gesenkt werden. Auch dies brachte eine Ersparnis in mittlerer fünfstelliger Euro-Höhe – und das Jahr für Jahr.“ Hajo Stotz

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