Die Energiekosten fest im Blick

Nur wer genau weiß, wo welche Energiekosten anfallen, kann sie senken. In größeren Produktionslandschaften sind die einzelnen Anlagenteile allerdings oft so miteinander verbunden, dass lediglich die Gesamtkosten ermittelbar sind. Zur Kostenoptimierung reicht das nicht. Hier wäre der Einzelverbrauch jeder Maschine zusammen mit der Auslastung erforderlich. Multifunktionale Maschinenterminals, wie sie beispielsweise von SSV Software Systems angeboten werden, ermöglichen nun diesen Einblick.

Die Produktionslandschaft eines Unternehmens mit eigener Fertigung beherbergt nicht nur einen hochwertigen Maschinenpark. Sie ist als Wertschöpfungszelle primär auch für den Verbrauch an Betriebsmitteln verantwortlich und somit die Ursache für zum Teil erhebliche Betriebskosten. Die jeweils benötigte Arbeitsleistung und die erforderlichen Bauteile werden durch die recht ausgefeilten Instrumente der Personal- und Materialwirtschaft nahezu lückenlos erfasst, sodass nach der Fertigung eines Auftrags oder einer Losgröße der Lohn- und Bauteilkostenanteil sehr genau bekannt ist.

Anders sieht es in sehr vielen Betrieben mit dem auftrags- oder losgrößenbezogenen Energieverbrauch aus. Diese Betriebskostenkomponente kann mangels geeigneter Messtechnik gegenwärtig nur grob geschätzt werden, obwohl gerade die Energiekosten einen erheblichen Kostenanteil ausmachen. Da Deutschland bei den Energiepreisen inzwischen zur Weltspitze gehört und hier weitere Kostensteigerungen zu erwarten sind, ist diese Vorgehensweise nicht empfehlenswert. Schließlich gilt auch für den Energieverbrauch in der Produktion: „Was man nicht messen kann, ist schwer zu kontrollieren".

Die Effizienzoptimierung sollte in einem produzierenden Betrieb nicht nur hinsichtlich des Personal- und Materialeinsatzes erfolgen. Auch die so genannte Energieeffizienz spielt inzwischen eine immer wichtigere Rolle. Eine nachhaltige Verbesserung dieses Ressourceneinsatzes in einer Produktion ist allerdings kein Projekt, das einmalig durchgeführt wird und für dauerhaften Erfolg sorgt. Die Aufgabe der Energieeffizienzoptimierung ist vielmehr als Prozess zu verstehen, desen Verantwortung dafür im unternehmensinternen Controlling zu verankern ist. Die Umsetzung lässt sich mit Hilfe geeigneter Kennzahlen steuern. Geeignete Messtechnik zur Umsetzung steht beispielsweise in Form von multifunktionalen Maschinenterminals zur Verfügung. Diese ermöglichen eine permanente Energieverbrauchsüberwachung (ECM = Energy Consumption Monitoring) und liefern die erforderlichen Rohdaten für die Energieeffizienz-Kennzahlen.

Einsparpotenziale in der Fertigung erkennen

Der erste Schritt auf dem Weg zu einer wirkungsvollen ECM-Lösung ist die grobe Ermittlung möglicher Einsparpotenziale. Erfahrungsgemäß gibt es auch hier eine 80/20-Regel. Somit spielt der Fertigungstyp einer Produktionslandschaft eine wichtige Rolle.

· Fließfertigung: Bei diesem Fertigungstyp sind die Betriebsmittel und Arbeitsplätze räumlich entsprechend dem Fertigungsablauf angeordnet und bilden ein (in manchen Fällen virtuelles) Fließband. Die zu bearbeitenden Objekte durchlaufen die Fertigung in dauernder Folge. Die Fließfertigung ist in der Regel hinsichtlich der Durchlaufzeit optimiert. Energiekostenoptimierungen in den einzelnen Fertigungsstufen sind recht schwierig, da die Maschinen sehr eng miteinander gekoppelt sind und daher die gesamte Fertigung relativ inflexibel ist. Die Ermittlung der Energiekosten in den einzelnen Fertigungsstufen steigert zwar die Tiefenschärfe hinsichtlich der Kosten. Auf Grund der Struktur sind aber kurzfristige Änderungen praktisch unmöglich. Anders sieht es allerdings mit den selbst erzeugten Betriebsstoffen aus. Besonders die Druckluft – in sehr vielen Fertigungslandschaften ein sehr wichtiger Energieträger – besitzt ein beachtliches Einsparpotenzial. Rund 70 – 80% der Kosten für die Drucklufterzeugung sind reine Energiekosten. Somit lohnt es hier schon, eine entsprechende Messtechnik zwecks Kostenoptimierung und permanenter Überwachung zu installieren. Ein direkter Eingriff in die Fertigungsstufen ist dafür nicht erforderlich.

· Werkstattfertigung: Die Betriebsmittel und Arbeitsplätze mit gleichen oder ähnlichen Verrichtungen sind räumlich zu einer Werkstatt zusammengefasst. Die einzelnen Werkstücke durchlaufen die separaten Werkstätten. Dieser Fertigungstyp bietet eine hohe Flexibilität und ein beachtliches Einsparpotenzial für Energiekosten. Hinsichtlich selbst erzeugter Betriebsstoffe gelten die gleichen Voraussetzungen wie bei der Fließfertigung. Darüber hinaus ist bei diesem Fertigungstyp in der Praxis die Reihenfolgeplanung mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden. Mit anderen Worten: Es wird viele nicht wirklich notwendige Wartezeiten geben, die aus Sicht der Maschineneinsatzplanung ein erhebliches Energieeinsparpotenzial beinhalten. Somit sollte der Energieverbrauch jeder einzelnen Maschine permanent aufgezeichnet werden, um zusammen mit weiteren Maschinendaten eine Kennzahl zur Energieeffizienz zu erzeugen. Die mit diesen Kennzahlen gewonnenen Erkenntnisse lassen sich bei einer Werkstattfertigung sehr schnell in Kosteneinsparungen umsetzen.

· Inselfertigung: Das zu fertigende Objekt wird von einer Gruppe möglichst vollständig bearbeitet. Die dafür erforderlichen Betriebsmittel und Arbeitsplätze sind zu Inseln zusammengefasst. Die Inseln zeichnen sich durch eine gewisse Eigenständigkeit aus. Die Inselfertigung wird häufig im Anlagenbau eingesetzt. Auch dieser Fertigungstyp ist nicht besonders flexibel. Das Einsparpotenzial bezüglich selbst erzeugter Betriebsstoffe entspricht dem der Fließfertigung. Gibt es mehrere Inseln, ist allerdings eine sehr gute Vergleichsmöglichkeit gegeben. Somit lohnt sich die genaue Erfassung der Verbrauchsdaten in den meisten Fällen, da sich die Einspareffekte durch ein permanentes Benchmarking der einzelnen Inseln einstellen.

Zusätzlich kann in allen drei Fertigungstypen mit Hilfe einer ECM-Lösung der Standby-Energiebedarf ermittelt werden. Auch hier existiert ein Einsparpotenzial, da sehr viele elektrische Verbraucher nicht vollständig vom Netz getrennt werden. Außerhalb der Arbeitszeiten sollte der Energiebedarf – von speziellen klimatischen Maßnahmen einmal abgesehen – gegen Null gehen. Ansonsten ist aus Sicht der Energieeffizienz akuter Handlungsbedarf gegeben.

Der entscheidende Schritt zu höherer Energieeffizienz

Der entscheidende Schritt auf dem Weg zur ECM-basierten Energieeffizienzoptimierung ist die Auswahl und Installation geeigneter Messstellen sowie deren Integration in die unternehmensweite IT-Infrastruktur. Grundsätzlich sind ECM-Daten ja auch Betriebsdaten. Somit muss nicht grundsätzlich eine völlig neue Datenerfassungslösung hinzugefügt werden. Es sollte im Vorfeld geprüft werden, ob die im Rahmen einer bestehenden MES- bzw. ERP-Lösung bereits vorhandenen Maschinenterminals die benötigten Energieverbrauchsdaten als Zusatznutzen miterfassen und verarbeiten können.

Ist das nicht der Fall, wäre zu untersuchen, inwieweit diese Terminals ausgetauscht werden können. Ein Beispiel für ein geeignetes multifunktionales Maschinenterminal ist das TRM/816. Dieses Terminal wird in der Regel direkt an der Maschine oder in einer Fertigungszelle installiert und über die LAN-Schnittstelle in die unternehmensweite Vernetzung auf Basis von Ethernet und TCP/IP eingebunden. Dadurch können alle zu erfassenden Daten an übergeordnete Ebenen weitergegeben werden.

Für die eigentliche Energieverbrauchsmessung werden einfache externe Zähler mit S0-Impulsausgängen eingesetzt. Diese relativ preiswerten Verbrauchsmesser können durch entsprechend geschultes Fachpersonal nachträglich in die Versorgungsleitungen beliebiger Energieverbraucher integriert werden. Sie werden im Umfeld der Maschinenterminals montiert. Weiter entfernte Messstellen benötigen IP-fähige Energiezähler. Die Messdatenübergabe an das Maschinenterminal erfolgt über die S0-Schnittstelle oder per Industrial Ethernet von den dezentral montierten IP-basierten Energiezählern.

In der Betriebssoftware des TRM/816-Maschinenterminals ist eine spezielle Datenbank zur Aufzeichnung der Energieverbrauchsdaten enthalten. Diese ermöglicht die zeitbezogene Speicherung der einzelnen Zählerdaten. Im einfachsten Fall können die Daten von jedem beliebigen PC aus per Webbrowser visualisiert werden. Dafür ist im Maschinenterminal ein Webserver verantwortlich, der die Daten aus den einzelnen Tabellen der internen Datenbank zur Anzeige bringt. Über eine weitere Schnittstelle können die Daten bestimmter Zeitabschnitte jederzeit aus der Datenbank extrahiert, in CSV-Daten umgewandelt und dann per LAN an entsprechende IT-Anwendungen weitergegeben werden. Durch die Datenbank in den Maschinenterminals kann der Energieverbrauch darüber hinaus einzelnen Kostenstellen zugeordnet werden. Das steigert die Transparenz und ist in der betriebswirtschaftlichen Praxis erfahrungsgemäß der erste Schritt zur Nutzung von Einsparpotenzialen.

Investitionssicherheit durch anerkannte Standards

Bei der Auswahl der ECM-Lösung ist unbedingt darauf zu achten, dass die einzelnen Bausteine auf anerkannten Standards basieren. Das schafft Investitionssicherheit und ermöglicht später problemlos die Erweiterung oder Modifikation. Die Energieverbrauchszähler sollten beispielsweise entweder einen S0-Ausgang gemäß DIN 43864 besitzen oder eine IP-basierte Zählerdatenabfrage unterstützen. Als Datenformate im Maschinenterminal sind HTML, XML und bestenfalls noch CSV akzeptabel. Die Verkabelung sollte ausschließlich den Ethernet-LAN-Standards entsprechen. Eine entsprechende Netzwerkinfrastruktur ist als „Industrial Ethernet" in den meisten Produktionslandschaften in der Regel schon vorhanden und auch an die Unternehmens-IT angebunden, sodass die Datenweitergabe an einen Controller kein Problem darstellt.

Die Verbesserung der Energieeffizienz im Maschinenpark einer Produktionslandschaft amortisiert sich in einigen Fällen bereits nach ungefähr einem Jahr. Bei weiterhin überdurchschnittlichen Preissteigerungsraten für Energie dürfte sich diese Zeitspanne sogar nach verkürzen. Darüber hinaus hilft eine solche Einsparmaßnahme als wirklich aktiver Beitrag bei der Reduzierung der Treibhausgasemissionen. Da die Elektrizitätsnachfrage die am schnellsten wachsende Kategorie des Energieverbrauchs ist und verschiedenen Prognosen zufolge in den nächsten 20 bis 30 Jahren weiter steigen wird, verbessert eine solche Maßnahme nachhaltig die Wettbewerbsfähigkeit eines Unternehmens.

eA 473

Klaus-Dieter Walter ist Business Development Manager und Mitglied der Geschäftsleitung bei der SSV Software Systems GmbH in Hannover (www.ssv-embedded.de)