Energiedaten Energiedaten ins MES integrieren: Rote Karte für Stromfresser

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MES- und Energiedaten lassen sich hervorragend korrelieren, um Verbräuche bis auf die Fertigungsprozessebene transparent zu machen. Das MES von T.CON integriert unter anderem Daten aus IRES, um ein detailliertes Verbrauchsprofil der geplanten Aufträge zu generieren – was viel Spielraum für Verbesserungen eröffnet.

Eine Umfrage der Internationalen Energieagentur (IEA) unter 2.000 Unternehmen ergab kürzlich, dass 97 Prozent der produzierenden Unternehmen Energieeffizienzmaßnahmen planen oder bereits investiert haben. 89 Prozent beabsichtigen, in den nächsten fünf Jahren ihre Investitionen in die Energieeffizienz zu erhöhen. Dafür lohnt es meist, den Blick auf die Produktion zu richten. Zwar wird Energiemanagement in der VDI-Richtline 5600 seit 2016 als Kernaufgabe einer MES-Software dargestellt – auf dem Papier unterstützen fast alle Produkte Energiemanagement nach DIN EN ISO 50001. Oft ist damit jedoch gemeint, dass Anwender per Hand in einer Eingabemaske Zählerdaten eingeben können. Zugleich haben sich Softwareanbieter mit dezidierten Energiemanagementsystemen am Markt positioniert, die unabhängig vom Einsatz eines MES funktionieren.

EMS mit MES- und Energiedaten anreichern

Ein Energiemanagementsystem misst kontinuierlich die Verbräuche und bietet Analysemöglichkeiten. Unternehmen haben in der Regel bereits zahlreiche Messgeräte und Sensoren sowie Unternehmenssysteme – etwa eine BDE, MDE oder ein MES sowie ein ERP-System – installiert, die relevante Daten für das Energiemanagement liefern können. MES-Software kann ebenfalls einen Beitrag zur Erfassung, Aufbereitung und Visualisierung von Daten liefern, um die Stärken eines EMS zu ergänzen. Bereits wenn das MES lediglich die manuelle Erfassung von Zählerständen unterstützt, kann es sinnvoll sein, Daten aus dem Energiemanagement in Beziehung zu den Fertigungsdaten zu setzen.

Je nach Anwender können sich zwar die Anzahl und die Art der Verbraucher unterscheiden: In einem Unternehmen wird der Verbrauch direkt an jeder einzelnen Produktionsmaschine erfasst, in einem anderen gibt es eine Messstelle für eine Gruppe von Maschinen. Doch im Zusammenspiel von MES und Energiemanagement kann theoretisch in jeder Konstellation der historische Energieverbrauch über einen bestimmten Zeitraum für den jeweiligen Produktionsauftrag oder für das produzierte Material ermittelt werden.

Auftragsgenaue Energiedaten

Im System MES CAT von T.CON, das auch in der Papier- und Folienproduktion eingesetzt wird, handelt es sich dabei um Daten, die auf den Wafer oder die Rolle heruntergebrochen werden. Sie werden mit Energiekostenrückmeldungen aus dem ERP-System kombiniert. So wissen Unternehmen um einzelne Verbräuche und können die Zusammenhänge zwischen verschiedenen Einflüssen wie Geräte- oder Maschinenauslastung und Prozessen, Produktionsmenge oder Temperatur nachvollziehen. Die Auswertungen können nun um Kennzahlen erweitert werden, mit denen sich der Energieverbrauch nicht nur als Kostenfaktor, sondern auch auftragsgenau aufschlüsseln lässt. Diese Informationen liefern die Grundlage für einen kontinuierlichen Verbesserungsprozess (KVP).

Datenerfassung automatisiert

Für zeitgemäßes Energiedatenmanagement muss ein MES die automatisierte Datenerfassung von Verbrauchern unterstützen, etwa über OPC-Router oder den bidirektionalen Datenaustausch mit anderen IT-Systemen. Die Komplettsysteme zur Energiedatenerfassung spielen ihre Stärke aus, wenn es Daten von Verbrauchern unterschiedlichen Alters und technischer Ausstattung zu erfassen gilt. Diese Daten lassen sich auch ins MES übertragen, um sie für Auswertungen und Verbesserungen zu nutzen. Eine weitere Ausbaustufe kann die Anbindung von weiteren Systemen und Datenbanken darstellen. Die meisten Energiedaten-Managementsysteme sind gut geeignet, um historische Verbrauchssituationen in Unternehmen darzustellen. Wie aber können Energiedaten in der laufenden Produktion helfen?

Integration von IRES-Daten

Dazu lassen sich sogenannte Intelligent Ressource Efficiency Solution-Daten (IRES) der Intense AG mit dem MES verknüpfen. In IHRES werden energetische Daten erfasst und verwaltet und nahe Echtzeit mit ihren Einflussfaktoren verarbeitet. Dazu werden Daten aus unterschiedlichen Systemen kombiniert – den Auftrags- und Maschinendaten aus dem MES sowie den in einer IHRES-Auswertungsplattform hinterlegten virtuellen Profilen von Maschinen und energieintensiven Prozessen. Diese sind individuell für die jeweiligen Unternehmen entwickelt. So werden beispielsweise im Zusammenspiel von der T.CON-Software energieeffiziente Aufträge zur Produktion einer Papier- oder Foliensorte aus der Vergangenheit genutzt, um Referenzaufträge festzulegen. Bei der Produktion neuer Aufträge wird der aktuelle Energieverbrauch den der in IRES hinterlegten Referenzaufträgen gegenübergestellt. So lässt sich errechnen, wie der Verbrauch auf Basis von historischen Verbrauchswerten und des geplanten Produktionsvolumens vermutlich ausfallen wird.

Energiedaten und Verbräuche live kontrollieren

Das Datenmodell kann auch mit weiteren Informationen wie beispielsweise dem Gewicht der eingesetzten Rohstoffe oder dem Gewicht der produzierten Fertigteile angereichert werden. Dadurch können Firmen normierte Energieleistungsdaten generieren, etwa für „kW/h Stromverbrauch je kg produzierte Fertigware“ oder „Kubikmeter Dampf je Meter produzierte Fertigware“. Diese Energieleistungsdaten sind essenziell für ein ISO 50001 konformes Reporting. Doch ohne Systemunterstützung sind sie oft nur unter hohem Aufwand zu generieren.

Monitoring-System zur Messung der Energieverbräuche

Zugleich erhalten die Unternehmer ein Monitoring- und Alarm-System, das die Messung von aktuellen Energieverbräuchen und Visualisierung auf dem Shopfloor zum Soll/Ist-Abgleich und zur Fortschrittskontrolle ihrer Energieeinsparungs-Projekte ermöglicht. Möglich ist nun nicht nur die Abbildung von zeit- und verbraucherspezifischem, sondern auch auftrags- und materialspezifischem Energieverbrauch. In dieser Ausbaustufe werden diese virtuellen Profile und Referenzaufträge dazu genutzt, den aktuellen Energieverbrauch mit normierten historischen Verbräuchen abzugleichen. Zur Visualisierung kann beispielsweise eine Ampelanzeige genutzt werden. Auch der Verbrauch anderer Ressourcen wie Wasser oder Gas kann nach dem gleichen Prinzip auf den Dashboards in der Produktion visualisiert werden. Zum Beispiel auf Mobilgeräten, Workstations und Großbildschirmen, aber auch in der Nähe der jeweiligen Maschine oder Anlage.

Die IEA hat kalkuliert, dass sich die Investitionen in solche Systeme schnell rechnen: Durch seit dem Jahr 2000 ergriffene Energieeffizienzmaßnahmen wurden allein 2022 rund 680 Milliarden US-Dollar eingespart – etwa 15 Prozent der gesamten Energieausgaben in diesem Jahr. Die Weltwirtschaft hat im Jahr 2022 Energie um zwei Prozent effizienter genutzt als noch im Vorjahr. Für eine nachhaltig grüne Produktion reicht das aber noch nicht aus. Um das Ziel der Netto-Null-Emissionen bis 2050 zu erreichen, müssten die Effizienzsteigerungen laut IEA im Durchschnitt etwa vier Prozent pro Jahr betragen. Mit Anwendungen wie der Energieampel könnte das wirtschaftlich erreichbar werden.

Der Autor Daniel Madl ist Consultant Manufacturing Execution bei der T.CON GmbH & Co. KG.