Produktionssysteme

Energieeffizienz in der Fertigung

Produktionsnahes Energiemanagement mit Manufacturing Execution Systemen
Laut einer Erhebung des Fraunhofer Instituts für System- und Innovationsforschung (ISI) sieht knapp die Hälfte des verarbeitenden Gewerbes mögliche Energieeinsparpotentiale von über zehn Prozent im Produktionsumfeld. Auch die Bundesregierung hat diese Situation erkannt. Sie hat Maßnahmen ergriffen, die produzierenden Unternehmen zum Energiesparen zu motivieren. Steuervergünstigungen gemäß Stromsteuergesetz oder eine reduzierte EEG-Umlage werden Fertigungsbetrieben nur noch gewährt, wenn sie bis 2013 ein Energiemanagementsystem nach DIN EN ISO 50001 eingeführt haben.


Die Energiekosten sind in den vergangenen Jahren erheblich angestiegen. Nicht nur die Privathaushalte bekommen das zu spüren. Auch für die Industrie haben sich beispielsweise die Strompreise seit 2000 mehr als verdoppelt. 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. Diese werden ab 2013 jedoch an die Existenz eines Energiemanagementsystems nach DIN EN ISO 50001 gebunden, ebenso wie die Steuervergünstigungen gemäß Energiesteuergesetz. Die Unternehmen werden dadurch quasi verpflichtet, aktiv Energie einzusparen.

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Energie sparen lohnt sich

Ein Energiemanagementsystem soll Unternehmen dabei unterstützen, den Energieverbrauch systematisch und nachhaltig zu verringern. Die Norm DIN EN ISO 50001 hat die DIN EN 16001 abgelöst und beschreibt die Anforderungen an ein modernes, nach den gesetzlichen Vorgaben konzipiertes Energiemanagementsystem.

Die DIN EN ISO 50001 beschreibt einen Regelkreisgemäß dem Plan-Do-Check-Act-Prinzip. Nach der Definition einer unternehmenseigenen Energiepolitik und der damit verbundenen Planung (Plan), erfolgt die Umsetzung im laufenden Betrieb (Do). Durch stetige Überprüfungen mit Analysen und Audits (Check) erfolgt zuerst die Zertifizierung, welche darauffolgend jährlich überprüft wird. Die aus der Prüfung resultierenden Korrektur- und Verbesserungsmaßnahmen müssen umgesetzt werden (Act). Darauf folgt wieder die Planphase - der Regelkreis wirkt erneut und ein kontinuierlicher Verbesserungsprozess (KVP) wird im Unternehmen in Gang gesetzt.

Um den Regelkreis mit vertretbarem Aufwand in der Praxis umzusetzen, ist wirksame Unterstützung durch IT-Systeme erforderlich. Eine ideale Plattform sind Manufacturing Execution Systeme (MES), da sie die erforderlichen Informationen und Hintergründe für Energieverschwendungen erfassen und offen legen können. „Aus unserer Erfahrung wissen wir, dass Unternehmen heute viel mehr Möglichkeiten haben, um systematisch Energie zu sparen. Die technische Voraussetzung bietet ein MES: Es schafft auch aus energietechnischer Sicht die nötige Transparenz und zeigt die Potenziale auf“, betont Rainer Deisenroth, Vertriebsleiter und Mitglied der Geschäftsführung des Mosbacher IT-Unternehmens MPDV Mikrolab GmbH.

Um Einsparungen vorzunehmen, müssen zuerst die richtigen Informationen wie die exakten Stromverbräuche der Maschinen zur Verfügung stehen. Meist liegen nur summarische Daten vor. Es fehlen detaillierte Informationen, mit denen sich das Verbrauchsverhalten gezielt analysieren und der Verbrauch auch tatsächlich senken lässt.

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 Stand-by 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.

MES: Datenerfassung und -analyse

MES-Systeme, wie etwa MES Hydra von MPDV zeichnen sich durch die vielfältigen Möglichkeiten zur Datenerfassung und Datenanalyse aus. Werden diese Fähigkeiten auch auf das Thema Energie angewendet, kann Energiedatenerfassung mit dem MES die Grundlage für ein Energiemanagementsystem nach DIN EN ISO 50001 bilden. Das MES muss dabei sowohl eine automatische als auch manuelle Erfassung der energetischen Verbräuche unterstützen.

Die erfassten Daten müssen zeitnah angezeigt und individuell analysiert werden können, um in Problemsituationen wie zum Beispiel Lastspitzen schnell reagieren zu können. Hier bietet sich eine Leistungs- und Verbrauchsübersicht an, die alle relevanten Energiedaten auf einen Blick visualisiert. Außerdem ist ein Lageplan der Zählerhilfreich, um deren jeweilige Position in den Abteilungen, Hallen oder Werken im Überblick zu behalten. Im MES Hydra steht hierfür beispielsweise der so genannte grafische Maschinenpark zur Verfügung. Mit dieser Funktion wird sofort ersichtlich, ob und wenn ja, welche Abteilung oder Halle einen besonders hohen Energieverbrauch hat und Maßnahmen können gezielt eingeleitet werden. So können die Verantwortlichen beispielsweise entscheiden, alternativ zu einer verbrauchsintensiven Maschine auf einer anderen Maschine mit einem niedrigeren Energieverbrauch zu produzieren oder zumindest ein anderes Werkzeug zu nutzen.

Auf diese Art und Weise können mit einem MES Energieverschwender zielsicher lokalisiert werden. Dazu gehört auch, dass nicht nur der reine Energieverbrauch als Beurteilungskriterium verwendet wird, sondern andere Kennzahlen wie der Energieverbrauch pro Stück, die das Verhalten von Maschinen und Anlagen besser charakterisieren. Hier haben MES deutliche Vorteile gegenüber reinen Energiemanagementsystemen: Sie können ohnehin erfasste Daten visualisieren und somit den Einfluss aller Produktionsparameter erkennbar machen.

Ein aus der Prozessüberwachung oder Qualitätssicherung bekanntes Prinzip lässt sich auch auf das Energiemanagement anwenden: Die aufgenommenen Daten werden nicht nur in Form von Summenwerten visualisiert, sondern es wird auch deren zeitlicher Verlauf aufgezeigt. Definiert man dazu noch entsprechende Eingriffs- oder Toleranzgrenzen, können die aktuellen Leistungswertepermanent auf die Einhaltung der Grenzen überwacht werden.

Durch die Visualisierung der Verläufe werden Trends deutlich und die Verantwortlichen können sehr schnell reagieren – im Prinzip schon bevor eine Problemsituation eintritt. Zum Beispiel können Maschinen in Stand-by oder periphere Verbraucher wie Klimaanlagen bei Lastspitzen kurzfristig abgeschaltet werden.

Produzierende Unternehmen werden mittelfristig gezwungen sein, ihre Daten in der Produktion zu erfassen und auszuwerten, um geeignete Entscheidungen zur Senkung ihres Energieverbrauchs treffen zu können. MES-Lösungen legen den Grundstein dafür: sie erfassen die Energiedaten und bieten die notwendigen Auswertungen. Die verantwortlichen Mitarbeiter in der Fertigung können so zeitnah die richtigen Entscheidungen treffen, um Energieverschwendungen abzustellen und damit kostengünstiger zu produzieren.

Stefan Graf

MPDV Mikrolab GmbH, Mosbach, Tel. 06261/9209-0, http://www.mpdv.de

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