Während die Ressourceneffizienz von Anlagen, Maschinen oder Automatisierungskomponenten eher ein Thema für die technischen Einkäufer ist, richtet sich die Anforderung, in den Fertigungsprozessen Energie einzusparen, unmittelbar an die Verantwortlichen in der Fertigung. Dabei sind durch geschickten und bewussten Umgang mit der vorhandenen Technik spürbare Einsparungseffekte zu erzielen. Als Basis für ein systematisches Energiemanagement mit Manufacturing IT bietet sich der Rückgriff auf standardisierte Kennzahlen an.
Bild: Fotolia / Mikhail Mishchenko
Alleine das Abschalten von vorübergehend nicht benötigten Maschinen, die im Standby-Betrieb rund 30 Prozent der Energie verbrauchen, die sie unter Volllast benötigen, wirkt sich positiv auf die Verbrauchsbilanz der Werkhalle aus. Ein weiteres Beispiel für Sparpotenzial in Produktionsprozessen sind kaskadierende Anlaufstrategien für den Maschinenpark bei Arbeits- oder Schichtbeginn: Während beim fast zeitgleichen Einschalten des gesamten Maschinenparks sehr teure Stromverbrauchsspitzen entstehen, können diese bei einem gezielt zeitversetzten Zuschalten der Fertigungsmitten nacheinander vermieden werden.
Energiemanagement: Vom Erfassen bis zum Planen
Vor dem Hintergrund solcher Überlegungen – und weil für die Zukunft zu erwarten steht, dass industrielle Fertiger eine ressourcenschonende Produktion nachweisen müssen – hat sich der VDMA-Arbeitskreis, der mit dem Einheitsblatt 66412-1 bereits MES-Kennzahlen standardisiert beschrieben hat, entschlossen, diese um Kennzahlen für das Energiemanagement zu ergänzen. In diesem Zusammenhang ist zunächst zu hinterfragen, welchen Beitrag Manufacturing-Execution-Systeme (MES) zum Thema Energieeffizienz leisten können, welche Rolle die IT-Systeme dabei haben und wo ihre Grenzen in diesem Zusammenhang liegen.
Vor allem zwei Aspekte kommen in Betracht: Das Erfassen und das Planen des Energieverbrauchs. Da produktionsnahe IT unmittelbar mit der Automatisierungsebene in der Fertigung kommuniziert, eignet sie sich hervorragend als Datensammler auch für Energieverbrauchsdaten. Dabei kommt als Quelle einerseits das intelligente Maschinenterminal in Frage. Zum anderen wächst aber das Angebot an preiswerten, IP-fähigen Energiezählern, die nachträglich an Energieverbraucher angeschlossen werden können und so als Informationslieferant einsetzbar sind. MES übernimmt so gewisser Maßen die Rolle einer Betriebsdatenerfassung für Energiemanagement oder einer Energiedaten-Erfassung (EDE). Entscheidend ist, dass die Daten dabei auch zentral erfasst und interpretiert werden und dann zum Beispiel als verdichtete Kennzahlen Entscheidungen bezüglich des Energiemanagements unterstützen können.
Durch die gleichzeitige Integration von MES zu Enterprise-Resource-Planning-Systemen (ERP) ist es weiterhin denkbar, dass der Energieverbrauch einzelner Maschinen als Kostenträger an ERP übergeben wird und so bis in die Kostenstellenrechnung lückenlos einfließt. Dies schafft Voraussetzungen für eine Transparenz von der Fertigungsebene über die Steuerungsebene bis in die Planungsebene, die in der Vergangenheit nicht mit vertretbarem Aufwand geleistet werden konnte.
Simulative Planung zukünftigen Energieverbrauchs
Neben der Interpretation der Energieverbrauchsdaten hat die zentrale Datenverwaltung einen weiteren nützlichen Effekt: MES ist das Feinplanungswerkzeug, welches in Echtzeit auf Veränderungen reagieren kann und – je nach Leistungsspektrum des Systems – zudem Möglichkeiten zur Simulation unterschiedlicher Fertigungsszenarien bietet. So lässt sich eine IT-gestützte Planung und Steuerung gegen alle klassischen Ressourcen, Personalverfügbarkeit sowie Betriebsmittel- und Materialverfügbarkeit ohne hohen Aufwand durchführen. Dementsprechend liegt es nahe, auch die Energieverbräuche über dieses Werkzeug zu steuern.
Über die Möglichkeiten der produktionsnahen IT können die oben genannten, beispielhaften Problemstellungen sehr wirkungsvoll gesteuert werden: Manufacturing-Execution-Systeme kennen die Auftragslast der einzelnen Fertigungsstellen sowie die damit verbundene Terminsituation der Fertigungsaufträge auf den Arbeitsplätzen. Auf dieser Grundlage ist eine Planung und Steuerung von An- und Abschalten einzelner Maschinen mit recht geringem Aufwand möglich. Ähnliches gilt auch für Anfahrszenarien für ganze Produktionsbereiche. Diese Szenarien können auf Grundlage der Bedarfe simulativ eingelastet, geplant, optimiert und dann in Kraft gesetzt werden. Hier ist sogar eine automatisierte Ansteuerung der einzelnen Maschinen denkbar, so dass nicht der Werker von Maschinen zu Maschine läuft, um sie einzuschalten, sondern dass diese planmäßig nacheinander gestartet werden.
Kennzahlen für produktbezogene Informationen
Prinzipiell werden sich MES-Kennzahlen für Energiemanagement nur auf den direkten Verbrauch beziehen, der an den Fertigungsressourcen gemessen und von den Systemen in der skizzierten Weise erfasst werden kann. Dabei wird in der Regel ein Bezug zum hergestellten Produkt oder der produzierten Einheit möglich, so dass sich Kennzahlen zu Energieeffektivität, Energieverbrauch, Energiekapazitätsauslastung und CO2-Anteil pro produzierter Einheit unter unterschiedlichen Gesichtspunkten herleiten lassen. Unter diesen Voraussetzungen steht zu erwarten, dass sich durch den Rückgriff auf einheitliche Kennzahlen, auch wenn sich deren Anzahl in einem überschaubaren Rahmen halten wird, eine Fülle wichtiger, produktbezogener Informationen gewonnen werden können, die sowohl für Dokumentation als auch Optimierung des Energieverbrauchs in der Fertigung wertvolle Hinweise liefern können. Auf diese Weise erweitert sich das Nutzenpotenzial von MES für Anwender, um ein wirksames Energiemanagement aufzusetzen.
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