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Energieeffizienz industrieller Prozesse steigern

IT-Einsatz spart Energie

Energieeffizienz industrieller Prozesse steigern

Steigende Energiepreise, neue Umweltregularien und umweltbewusste Kunden machen energieeffiziente Produktion zu einem relevanten Wettbewerbsfaktor für die Industrie. Software-Lösungen für das Energiemanagement in der Produktion bergen signifikantes Potenzial zur Unterstützung von Investitionsentscheidungen und für optimierte Produktionsprozesse.

Bild: Fotolia – Alex Yeung

Die Folgen der Klimaerwärmung spiegeln sich nicht nur im steigenden Umweltbewusstsein in der Gesellschaft wieder. Auch Unternehmen, Lieferanten und Arbeitnehmer beziehen zunehmend ökologische Gesichtspunkte in Ihre Entscheidungen ein. Damit wird ein schonender Umgang mit Ressourcen auch für produzierende Unternehmen zunehmend zum Imperativ. Die produzierende Industrie ist für über ein Drittel der weltweiten CO2-Emissionen verantwortlich und rückt immer mehr in den Fokus von Gesetzgebungen und neuen Umweltregularien. Darüber hinaus zeigt sich in den letzten Jahren ein kontinuierlicher Anstieg von Gas-, Öl-, und Elektrizitätspreisen, der Schätzungen zufolge auch in den nächsten 20 Jahren anhält. Durch die steigenden Energiepreise rücken auch die finanziellen Vorteile einer energieeffizienten Produktion immer mehr in den Vordergrund.

Energiemanagement in der Produktion

Um Energieeffizienz zu erhöhen, sollte bei gleichbleibender oder gesteigerter Produktionsmenge und Produktqualität weniger Energie eingesetzt werden. Der Energieverbrauch kann dabei durch Effizienzverbesserungen einzelner Anlagen, durch Optimierung ganzer Produktionssysteme, Änderungen in Produktionsplanung und -steuerung oder durch Verbesserungen in unterstützenden Prozessen und Gebäudetechnik gesenkt werden. IT-Systeme können dies auf verschiedene Weise unterstützen.

Zum Einen können die Vorteile und finanziellen Einsparungen von Energieeffizienzmaßnahmen transparent gemacht werden, zum Anderen kann Software zur Optimierung und Steuerung von Produktionsprozessen eingesetzt werden. Individuelle IT-Lösungen, die Erweiterung von bestehenden IT-Systemen in der Produktion, Simulationssoftware und neue Sensortechnologien sind als Schlüsselbereiche zu nennen. Das Marktpotential für IT-Lösungen im Bereich des Energiemanagements wird von der Unternehmensberatung McKinsey für das Jahr 2020 weltweit auf 15 Milliarden Euro geschätzt.

Software als strategischer Baustein im Betrieb

Spezifische branchen- oder technologieabhängige Softwarelösungen stellen einen wichtigen Baustein für ein erfolgreiches Energiemanagement dar. Allein durch die Visualisierung des aktuellen Energieverbrauchs an einzelnen Produktionslinien und Maschinen können Mitarbeiter motiviert werden, Energieverschwendung zu vermeiden. Kontrollelemente an Maschinen und Anlagen können beispielsweise den Standby-Ausschalt-Modus steuern und so den Energieverbrauch bei geplanten und unvorhergesehenen Produktionsschwankungen senken. Durch softwaregestützte Berechnung und Analyse von Energieverbrauchsdaten etwa in Abhängigkeit von Losgrößen, Produktionsmengen oder Durchlaufzeiten können Entscheidungen zur Steigerung der Energieeffizienz ermöglicht werden.

Der Blick auf die im Produktionsumfeld eingesetzte Hard- und Software kann Fertigern Sparpotenziale erschließen. Die Maßnahmen reichen vom Einsatz der passenden Sensorik und Strom sparender Prozessoren über die Simulation von Herstellungsprozessen bis hin zur gezielten Auswertung der Informationen aus Leitsystemen wie Enterprise Resource Planning- und Manufacturing Execution-Systemen.

Bild: Fotolia – Natalia Bratslavsky

Hohes Potenzial im Leitsystem

Großes Potenzial bietet darüber hinaus die Erweiterung bestehender Software, die in produzierenden Unternehmen eingesetzt wird. Enterprise Ressource Planning- (ERP) und Manufacturing-Execution-Systeme (MES) stehen hier im Fokus. Moderne ERP- Systeme integrieren die Ressourcenplanung und Geschäftsprozesse der gesamten Unternehmung. Dadurch kann etwa eine verbesserte zeitliche Ablaufplanung der Produktionsaufträge zu erhöhter Energieeffizienz beitragen.

ME-Systeme dienen dem Ressourcenmanagement, dem Überwachen von Anlagen, der Aufbereitung und Analyse von Maschinen- und Betriebsdaten und somit der Steuerung der Produktion auf Shop Floor-Ebene. Sie liefern Produktionsplanern die nötigen Daten zum Optimieren der Fertigung und damit die Grundlage für Ressourcen- und Energieeffizienzverbesserungen. Neben den produktionsnahen Software-Systemen können auch Supply-Chain-Management-Systeme (SCM), Customer Relationship-Management-Systeme (CRM) und Product-Lifecycle-Management-Lösungen (PLM) um den Faktor Energieeffizienz erweitert werden und via Schnittstellen mit MES und ERP-Systemen integriert werden.

Aktuelle Sensoren liefern Verbrauchsdaten in Echtzeit

Ein weiterer Baustein für ein IT-gestütztes Energiemanagement in der Produktion sind Sensoren und Kontrollelemente. Neue Sensortechnologien erlauben dem Anwender, Echtzeit-Daten über Energieverbrauch von Prozessen und Maschinen zu verarbeiten. Der Einsatz dieser Informationen in weiterverarbeitende IT-Systeme wiederum kann fundierte Entscheidungen zum Energiemanagement unterstützen.

Indem relevante Produktions- und Prozessdaten Entscheidungsträgern in Echtzeit zur Verfügung stehen, können Potenziale zur Verbesserung der Energieeffizienz aufgedeckt und im Anschluss die nötigen Verbesserungen durchgeführt werden. Diese Entwicklung beschränkt sich nicht nur auf die Sensorik. Neue Übertragungstechnologien und Software, um die Produktionsdaten zu bewerten und weiter zu bearbeiten, gestatten einen neuen Umgang mit Leistungskennzahlen von Fertigungsanlagen und liefern Ansätze für neue Management-Strategien, die es erlauben, Szenarien und Maßnahmen zur Verbesserung der Energieeffizienz abzuleiten.

Simulationssysteme für virtuelle Testläufe

Doch schon vor dem Anlaufen der eigentlichen Produktion bieten heutige IT-Systeme Hilfestellungen, um den Ressourceneinsatz in der Werkhalle effizient zu gestalten. Dazu steht Simulationssoftware bereit, die Energieeffizienz als Leistungsindikator aufgreift und berücksichtigt. Entsprechende Programme für produzierende Betriebe bieten die Möglichkeit, neue Produktionsdesign-Varianten noch vor der Implementierung einer Fertigungslinie oder Maschine zu testen. Dazu können in der Regel verschiedene Szenarien simuliert und bewertet werden.

Hier können inzwischen zusätzlich zu den Zielgrößen wie Anlageneffizienz, Ausschussquote und Durchlaufzeiten auch Energieverbrauch und andere ökologische Kennzahlen berücksichtigt werden. Darüber hinaus lassen sich durch Simulationssoftware auch ganze Produktionsnetzwerke abbilden und optimieren. Transportmodi und -distanzen können modelliert und damit auch neue Produktionsstandorte nach Ihrem CO2-Ausstoß und den bei An- und Auslieferung anfallenden Schadstoffen bewertet werden.

Herausforderung Implementierung


Die Einführung eines IT-gestützen Energiemanagements kann Wettbewerbsvorteile bringen – Produktionsverantwortliche müssen sich aber auch der Herausforderung stellen, bestehende Prozesse zu hinterfragen. Bild: iStockphoto – Dmitry Kalinovsky

Um das Potenzial der unterschiedlichen IT-Systeme im Betrieb für ein effektives Energiemanagement auszuschöpfen, gilt es zuerst, die nötigen Voraussetzungen zu schaffen. Zunächst müssen geeignete Sensoren und Kontrollelemente angeschafft und eingesetzt werden. Zur Auswertung der Prozesskennzahlen gilt es, geeignete Messgrößen und Erfolgskriterien zu ermitteln. Auch die Gestaltung der Mensch-Technik-Schnittstellen in der Werkhalle (HMI) erfordert Aufmerksamkeit.

Insbesondere die Datenverfügbarkeit und -qualität stellen dabei eine große Herausforderung dar. Während sich diese Problematik auf Software-Ebene über die Einrichtung passender Schnittstellen etwa zwischen Systemen wie ERP und MES lösen lässt, können Fortbildungen und anwenderfreundliche Bedienelemente etwa für Maschinenführer die korrekte und zeitnahe Eingabe von Daten unterstützen. Auf ein ausgewogenes Nutzen-Aufwand-Verhältnis sollte wie bei jeder Implementierung von Software geachtet werden. Denn der Einsatz neuer IT-Systeme rechnet sich nur dann, wenn sich die Lösungen in einem absehbaren zeitlichen Rahmen finanziell bezahlt machen.

Vor- und Nachteile des IT-Einsatzes abwägen

Neben der Analyse des finanziellen Aufwands lohnt sich auch bezüglich der Energieffizienz der Blick auf die Vor- und Nachteile des Einsatzes von IT-Lösungen zum Energieeinsparen. Denn IT-Systeme können nicht nur dabei helfen Energie zu sparen, die Hardware im Unternehmen verursacht auch einen wesentlichen Anteil des Energieverbrauchs eines Betriebes. Weltweit ist der Einsatz von Informationstechnik für eine wesentliche Menge der CO2-Emissionen verantwortlich. Aktuelle, leistungsfähige Prozessor-Generationen verbrauchen mehr Energie – meistens in Form von Elektrizität – als ihre Vorgänger, insbesondere durch den erhöhten Bedarf an Kühlung und Lüftung.

Hersteller von Industriecomputern und Prozessoren entwickeln zurzeit neue technologische Lösungen. Dabei gilt es nicht nur, den Verbrauch der Recheneinheiten durch den Einsatz neuer Fertigungsverfahren zu senken. Auch die Leistung der Prozessoren muss weiterhin industriellen Anforderungen entsprechen. Daher werden etwa neue Prozessoren nach der Berechnungsgrundlage ‚Rechenleistung pro Watt‘ bewertet und IT-System-Komponenten kontinuierlich hinsichtlich ihrer Temperatur und Spannung überwacht. Darüber hinaus bedeutet nicht jede Effizienzsteigerung im Betrieb, die durch IT-Systeme ermöglicht wird, auch in eine tatsächliche Energieverbrauchssenkung im Unternehmen. Erst wenn der Standby- und Ausschaltmodus von Maschinen und die Leistungen von unterstützenden Prozessen, wie beispielsweise der Kühlung oder der Bereitstellung von Druckluft, entsprechend angepasst werden, können tatsächliche Energieeinsparungen realisiert werden.

IT als Werkzeug zur Senkung des Energieverbrauchs

Durch den Einsatz geeigneter IT-Lösungen in produzierenden Unternehmen kann der Energieverbrauch gesenkt und Entscheidungen über Maßnahmen zur Verbesserung der Energieeffizienz unterstützt werden. Die Bandbreite der angebotenen Lösungen reicht von Strom sparender Hardware über die Verbesserung der Kennzahlenanlyse im Unternehmen bis zur Simulation von Fertigungsprozessen und sogar kompletter Lieferketten. Jedes Unternehmen sollte dabei die verschiedenen IT-Lösungen für sich abwägen, um die passenden Mittel zur Umsetzung geeigneter und rentabler Maßnahmen zur Erreichung gesetzte Ziele zur Senkung des Energieverbrauchs und der CO2-Emissionen in der eigenen Produktion zu realisieren.