Standardisierte Kennzahlenberechnung

Verbrauchsanalyse in der diskreten Fertigung

Bei der konsequenten Anwendung integrierter Energiemanagement-Systeme birgt vor allem das Fertigungsumfeld großes Kostensenkungspotenzial. Doch zum Erschließen erkennbarer Wettbewerbsvorteile müssen Verbräuche zuerst detailliert erfasst und aufgeschlüsselt werden. Produktionsnahe IT kann diesen Prozess durch auftragsbezogene Verbrauchs- und Leistungsmessung stützen.

Kennzahlenberechung im Manufacturing Execution-System: Die einzig normierte Energiekennzahl ist derzeit die ‚Comprehensive Energy Consumption‘. Sie kann als Basis für die IT-gestützte Aufschlüsselung der Verbräuche pro Produkt und Menge dienen. Bild: Guardus

Betrachtet man die allgemeine ISO-Normen-Landschaft, beschäftigt sich vor allem die ISO 50001 mit dem Aufbau und Einsatz von Energiemanagement-Systemen (EMS). Ziel ist es, mithilfe geschlossener Regelkreise Energieeffizienz und -verbrauch zu optimieren. Unterscheidet man diese zentralen Parameter, wird ersichtlich, an welchen Stellen ein Manufacturing Execution-System (MES) wirkungsvoll in unternehmerische EMS eingebunden werden kann. Während sich die Energieeffizienz damit auseinandersetzt, den Verbrauch durch menschliche Verhaltensänderungen und Investitionen in moderne Anlagen zu verringern, konzentriert sich der Energieverbrauch auf die Frage, wie viel Energie pro hergestelltem Produkt benötigt wird.

Durch die integrierte Erfassung und Verknüpfung von Produkt-, Prozess-, Planungs- und Energiedaten können Systeme wie Guardus MES die Bewertung direkter auftragsbezogener Energieverbräuche pro Anlage und Produkt unterstützen. Damit wird der Zusammenhang zwischen Produktionsauftrag, Gutmenge und Ausschuss, Maschine und deren Zuständen sowie eingesetztem Werkzeug und Material in Bezug auf den Energieverbrauch hergestellt. So lassen sich energiebezogene Kennzahlen ermitteln und präzise Verbesserungsmaßnahmen zur Energiesenkung ableiten – etwa Verbrauchsreduktionen, das Glätten von Spitzenlasten oder ein prognosebasierter Energiebezug.

Energie-Kennzahlen in der produktonsnahen IT

Die Eignung eines Systems für ein integriertes Energiemanagement spiegelt sich auch in der aktuellen Standardisierung nach ISO/DIS ISO 22400-2 wider. Dort werden 34 MES-Kennzahlen aus den Bereichen Produktion, Qualität und Instandhaltung beschrieben, wobei sich ein ‚Key Performance Indicator‘ (KPI) mit dem Thema Energiemanagement beschäftigt: die ‚Comprehensive Energy Consumption‘ (CEC). Unternehmen können damit den Energieverbrauch nach ISO 50001 errechnen – also die Energie in Joule oder Kilowatt pro hergestellter Produktionseinheit.

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In der Praxis können produktionsnahe IT-Systeme wie folgt in die CEC-Ermittlung eingebunden werden: Zunächst bedarf es einer Eingangsgröße, etwa der monatlichen Energierechnung. Davon ausgehend wird im Rahmen einer Teilkostenrechnung der direkt zuordenbare Energieverbrauch pro Produktmenge abgezogen. Diesen Wert können MES durch die auftragsbezogene Energieverbrauchsmessung pro Produkt und Menge liefern. Der verbleibende Gemeinkostenanteil – etwa für Hallenbeleuchtung – muss in der Folge pro Produkt und Menge umgelegt werden. Addiert man die betriebswirtschaftliche Umlage erneut zur Kenngröße aus der Verbrauchsmessung, ergibt sich die CEC in Joule pro Produktionseinheit.

Wege zur direkten Verbrauchsmessung

Während die komplexen Anlagen der Prozessindustrie in der Regel über umfangreiche Sensorik zur Energiedatenerfassung verfügen, liegt in der diskreten Fertigungsindustrie eine eher heterogene Landschaft vor. Deshalb stehen viele Unternehmen zunächst vor der Aufgabe, Messmethoden für die durchgängige Ermittlung der Verbrauchsdaten zu implementieren. Vorhandene Systeme zur Energiedatenerfassung (EDE) stellen dabei oftmals Insellösungen dar. Somit ist die Dokumentation von Verhaltensmustern an Einzelanlagen und in Produktionsbereichen zwar möglich, doch der detaillierte Bezug zu Produkt-, Auftrags-, Material-, Werkzeug- und Prozessdaten fehlt.

Gerade diese Verknüpfung spielt aber bei der auftragsbezogenen Energieverbrauchsmessung eine tragende Rolle. Nur so lassen sich Wechselwirkungen zwischen Produktion und Energieverbrauch bestimmen und Potenziale zur Reduktion des prozessbedingten Energieeinsatzes erschließen. Als Lösung bietet sich die Integration von MES in das unternehmerische EMS an. Dazu ist es jedoch zwingend notwendig, jede Produktionseinheit mit integrierter Messtechnik auszurüsten, deren Daten mit den zugehörigen Produkt- und Prozessdaten in einer zentralen Datenbasis verschmelzen.

Die passenden Optimierungsmethoden finden

Ein durchgängiger Datenpool über alle produktions- und energierelevanten Parameter bildet das Fundament MES-gestützter Energiemanagement-Systeme. Für die Verbrauchsoptimierung im Sinne der ISO 50001 sind jedoch Analyse- und Optimierungsmethoden im Sinne eines kontinuierlichen Verbesserungsprozesses (KVP) unumgänglich. Um solche Regelkreise zu initialisieren, müssen die auftragsbezogenen Energiewerte zuerst lückenlos im System gespeichert werden. Plan- oder Sollparameter sind in dieser Startphase nicht zwingend notwendig. Die Ergebnisse der Verbrauchsmessung werden im Folgeschritt mit den Maschinen- und Betriebsdaten zusammengeführt, so dass sich eine Verbrauchsstruktur pro Produkt und Menge im MES ergibt.

Zeigen sich die Referenzwerte im Zeitverlauf stabil, gilt es die ersten Soll- beziehungsweise Planwerte im Hinblick auf mögliche Sparpotenziale zu definieren. Grundlage dafür sind beispielsweise iterative Potenzialanalysen für Produktionsanlagen, Werkzeugen und Materialien, aber auch hinsichtlich der Auftragsreihenfolge. Denn der Zusammenhang zwischen Energiedaten und Produktion liefert die Basis, um Aufträge nicht nur auf Termin, Losgröße oder Rüstzeiten hin in ihrer Reihenfolge zu optimieren, sondern auch den geplanten Energieverbrauch einzubeziehen. Sind die Planwerte im System hinterlegt, weisen Real-/Sollwert-Vergleiche bei Verbrauchsmessungen die erzielten Effizienzverbesserung pro hergestellter Produkteinheit aus und machen den Nutzen der Optimierungsmaßnahmen messbar – dann beginnt der ISO 50001-konforme Regelkreis von Neuem.

VDMA- und DIN-Initiativen zum IT-gestützen Energiemanagement

Die systematische Nutzung von Energieverbrauchsdaten spielt bei der Bewertung von Herstellkosten eine immer größere Rolle. Um die MES-Norm ISO 22400-2 in diesem Bereich weiterzudenken, hat sich der Arbeitskreis AK3 im DIN NA 60-30-05 – Initiator der VDMA-Einheitsblätter 66412 Teil 1 und 2 – erneut zusammengefunden, um Energiekennzahlen auf nationaler Ebene zu diskutieren, welche gegebenenfalls als Appendix die MES-Kennzahlen der ISO-Norm ergänzen können.

Datum:6. September 2013

Autoren:

Themen: Industrielle IT, Produktionsmanagement

Schlagwörter: Green Production, Manufacturing-IT, Produktionskennzahlen, Verbrauchsanalyse

Webseite: www.guardus.de

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