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Kapazitäten unter Energiepreisen steuern

Energiekostenorientierte Rückstandsregelung

Steigende Strompreise gefährden zunehmend die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Industrie. Können die aus den erneuerbaren Energien resultierenden Strompreisschwankungen genutzt werden, ist eine Reduktion der produktionsbedingten Energiekosten möglich. Die Kapazitätssteuerung eröffnet hier einen attraktiven Handlungsspielraum.



Bild: © Oliver Sved/Fotolia.com

Der Kostendruck auf inländische Unternehmen wird in Zukunft insbesondere durch die steigenden Beschaffungspreise für Strom beeinflusst. Infolge der Verknappung der Energierohstoffe, des Ausstiegs aus der Kernenergie und des Ausbaus erneuerbarer Energien hat sich der Strompreis seit dem Jahr 2000 fast verdreifacht. Gleichzeitig werden die Angebotsschwankungen im Tagesverlauf über volatile Preise vermehrt an die Nachfrager weitergegeben. Ein möglicher Ansatz zur Reduktion der Energiekosten stellt dabei die Kapazitätsanpassung dar. Die Fertigungssteuerung bietet kurzfristiges und erhebliches Potenzial zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit. Ein effizienter Produktionsplan kann aufgrund häufig unvermeidlicher Störungen nur durch eine sinnvoll gestaltete Fertigungssteuerung eingehalten werden.

In bestehenden Fertigungssteuerungsverfahren werden jedoch primär die logistischen Zielgrößen (Bestand, Durchlaufzeit, Auslastung, Termintreue) verfolgt, die Problematik steigender Energiepreise und deren Volatilität aber auch deren Potenzial werden dagegen noch nicht berücksichtigt. Dabei kann eine zeitlich angepasste Bearbeitung der Fertigungsaufträge zu verringerten Energiekosten führen, indem Aufträge mit hohem Energieverbrauch zu Zeiten günstiger Energiepreise bearbeitet werden und umgekehrt. Einen möglichen Ansatz zur Energiekostenreduktion stellt dabei die Kapazitätssteuerung als Bestandteil der Fertigungssteuerung dar, da sie die tatsächlich verfügbare Kapazität bestimmt und somit den Ist-Abgang der Produktion determiniert.

Die Kapazitätssteuerung entscheidet dabei kurzfristig über den Einsatz von personellen und technologischen Ressourcen, wie Überstunden, Zusatzschichten und Verlagerungen, aber auch über die Steigerung der Nutzungsintensität. Grundvoraussetzung für eine effiziente Kapazitätssteuerung ist eine Kapazitätsflexibilität, also die Fähigkeit der Fertigung auf Bedarfsschwankungen schnell, kostengünstig und in großem Umfang zu reagieren.

Die Rückstandsregelung

Das wichtigste Verfahren der Kapazitätssteuerung stellt die Rückstandregelung dar. Dabei wird zunächst der Rückstand der Fertigung oder ihrer Arbeitssysteme zu definierten Zeitpunkten gemessen. Der Rückstand ist die Abweichung des Ist-Abganges vom Plan-Abgang. Wird nun der obere Grenzrückstand erreicht, werden Maßnahmen zur Kapazitätserhöhung ausgewählt, welche nach einer gewissen Reaktionszeit frühestmöglich zur Verfügung stehen und über die Installationszeit wirken.

Wird dagegen der untere Grenzrückstand erreicht, werden Maßnahmen zur Kapazitätsreduktion ausgewählt und durchgeführt. Bewegt sich der Rückstand zwischen den beiden Grenzen, werden keine Maßnahmen durchgeführt, um ein nervöses Regelverhalten zu vermeiden (Rückstandstoleranz). Die Auswahl der Maßnahmen erfolgt dabei anhand der Höhe des Grenzrückstandes. Genügen bei einem Grenzrückstand von vier Stunden zwei mal zwei Überstunden, sollte bei einer höheren Grenze eine Zusatzschicht in Erwägung gezogen werden. Zudem werden die Maßnahmen über ihren Detaillierungsgrad, die maximale Durchführbarkeit, die Höhe der Kapazitätsanpassung und der Reaktionszeit charakterisiert.

Erweitertes Regelwerk

Da die Maßnahmen zur Kapazitätsanpassung gerade bei geringen Rückständen häufig nicht sofort durchgeführt werden müssen, können diese nach der Reaktionszeit im Rahmen eines individuell festgelegten Entscheidungshorizontes D durchgeführt werden. Um bei der Auswahl der Startzeitpunkte der Kapazitätsanpassung die schwankenden Energiepreise berücksichtigen zu können, wurde die Energy-Cost-Orientated-Backlog Control (ECO-BC) entwickelt. Sie ermöglicht die Einsparung von Energiekosten, indem Maßnahmen zur Kapazitätserhöhung zu Zeiten niedriger Energiepreise und Maßnahmen zur Kapazitätsreduktion in Zeiten hoher Energiepreise durchgeführt werden. Dafür wird der Grenzrückstand der klassischen Rückstandsregelung durch einen Melderückstand und einen Auslöserückstand ersetzt.

Der Melderückstand stellt die Rückstandsgrenze dar, ab der die ECO-BC ausgelöst wird und somit die Energiepreise berücksichtigt werden. Unterhalb dieses Rückstandes gilt die Rückstandstoleranz. Sinnvollerweise ist der Melderückstand niedriger als der bisherige Grenzrückstand zu wählen, um für das Verfahren zeitlichen Handlungsspielraum zu generieren. Der Auslöserückstand entspricht dagegen einer kritischen Rückstandsgrenze, ab dem die klassische Rückstandsregelung eingreift und die ECO-BC außer Kraft setzt.

Ziel dieser Grenze ist ausschließlich die Optimierung der Liefertreue. Dementsprechend ist die Auslösegrenze so zu wählen, dass der Rückstand in Abhängigkeit von Unternehmen und Marktsituation termingerecht aufgeholt wird. Je länger die Durchlaufzeiten sind und je geringer der Anspruch des Marktes an zeitnahe Lieferungen ist, desto höher kann der Auslöserückstand ohne Gefährdung der Termintreue gewählt werden. Wird im Folgenden ein Rückstand gemessen, der zwischen dem Auslöse- und Melderückstand liegt, ist in Abhängigkeit des Melderückstandes eine Maßnahme (beispielsweise vier Überstunden) auszuwählen. Gleichzeitig muss ein Entscheidungshorizont D festgelegt werden, innerhalb von wie vielen Tagen die Maßnahme durchgeführt werden muss. Zudem wird der durchschnittliche Energiepreis über die Installationszeit der Maßnahme zu allen möglichen Startzeitpunkten innerhalb des Entscheidungshorizontes berechnet.

Kann eine Überstunde beispielsweise von 16 Uhr bis 17 Uhr durchgeführt werden, wechselt jedoch der Energiepreis um 16:45 Uhr von fünf auf zehn Cent pro Kilowattstunde, ergibt sich der durchschnittliche Energiepreis während der Installationszeit der Maßnahme zu (45 Minuten x fünf Cent/Kilowattstunde + 15 Minuten x zehn Cent/Kilowattstunde)/60 Minuten = 6,25 Cent/Kilowattstunde. Der durchschnittliche Energiepreis für eine Maßnahme zu einem Startzeitpunkt wird dabei über einen Verzinsungsfaktor ZF0 abgewertet (bei einer Kapazitätserhöhung) beziehungsweise aufgewertet (bei einer Kapazitätsreduzierung). Über den Faktor legen Unternehmen individuell die Präferenz eines früheren Startzeitpunktes und damit die Geschwindigkeit des Rückstandabbaus fest.

Energiekostenorientierte Rückstandsregelung
Bild: © Oliver Sved/Fotolia.com



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