Energiemanagement in der Produktion: Wie IoT-Anwendungen Lastspitzen vermeiden

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Wenn Probleme die menschliche Kompetenz übersteigen, greifen wir gern ins Regal der Technologien. Modern sollen sie sein und im Trend liegen. Und bestenfalls schnell zu integrieren. Doch Innovationen entstehen nicht aus der Technologie heraus, sondern aus neu gedachten Geschäftsmodellen. IoT-Plattformen liefern bestenfalls die Basis. Doch wie lässt sich damit der Energieverbrauch senken?

Von Stefan Hennig

Das Internet der Dinge ist ein Sammelbegriff. So steht es schon bei Wikipedia. Denn unter IoT fallen viele Technologien, die es ermöglichen, physische Objekte mit virtuellen zu verbinden. Anlagen, Maschinen, medizinische Geräte, Fahrzeugteile oder Messgeräte werden mit Sensoren, RFID-Chips oder QR-Codes ausgestattet und in einer Infrastruktur miteinander vernetzt. Dabei gibt es eine große Spannweite hinsichtlich des Reifegrads: Wir können unsere Kaffeemaschine über unser Smartphone anschalten, eine gesamte Fabrik intelligent vernetzen oder komplett neu gedachte Geschäftsmodelle mit IoT umsetzen – mit einem Minimum an menschlichem Eingriff.

Welches Potenzial haben IoT-Anwendungen?

Laut der IoT-Studie 2022 von Computerwoche und CIO haben 50 Prozent der 350 befragten Firmen IoT-Projekte umgesetzt. 14 Prozent haben gerade damit begonnen, und bei neun Prozent gibt es bereits sehr viele IoT-Anwendungsfälle im Unternehmen. Große Unternehmen gehen noch immer voran. Interessant ist jedoch, dass die mittleren und vor allem die kleinen Unternehmen mit weniger als 500 Mitarbeitern bei der Umsetzung von IoT-Projekten stark aufgeholt haben.

Das ist nicht überraschend. Der Mittelstand steht enorm unter Druck, um für die aktuellen Herausforderungen Lösungen und vor allem Ergebnisse zu liefern: Eine Reduzierung des Energieverbrauchs, eine Senkung der Produktionskosten oder eine Optimierung der Prozesse stehen ganz oben auf der Agenda. Da in den meisten Unternehmen eine gewisse Basis an Anwendungen und Systemen vorhanden ist, stellt deren Vernetzung keinen großen Sprung dar. Sämtliche Daten laufen an einer zentralen Stelle ein und signalisieren, an welchen Schrauben gedreht werden kann und muss, um zum Beispiel Einsparpotenziale zu realisieren.

Richtige Methodik entscheidend für den Erfolg

Doch so ein Ziel lässt sich mit herkömmlichen Projektmanagement-Ansätzen nicht erfolgreich umsetzen. Projekte und Strukturen haben sich geändert. Wie können Projektleitende also erfolgreich Geschäftsszenarien im IoT-Umfeld realisieren?

Zum einen behalten IT-Projektleitende mit einem auf die Anforderungen von IoT- und Digitalisierungsprojekten optimierten Vorgehensmodell das Gesamtziel stets im Auge – auch bei komplexen und mitunter unklaren Anforderungen. Sie ermitteln den Status quo im Fachbereich, versammeln die notwendigen Verantwortlichkeiten, setzen klare Ziele und prüfen in regelmäßigen Abständen Nutzen und Ergebnis. Hier helfen agile Ansätze den Teams, sicher zu navigieren und in schnell sich verändernden, komplexen und vieldeutigen Situationen durch Erfahrung zu lernen.

Jetzt haben Unternehmen fleißig digitalisiert, Prozesse automatisiert, Mehrwerte für ihre Kunden geschaffen. Sie haben dazu die Schnittstellen ihrer Topfloor-Systeme mit denen der Shopfloor-Systeme verbunden und die gewünschten Maschinen mit Sensoren ausgestattet. Jetzt muss es darum gehen, die IT des Unternehmens auch an der Kante zwischen realer und virtueller Welt, dem IoT, überschau- und beherrschbar zu gestalten. Während also Datensilos aufgebrochen und die Daten durchgängig in den Geschäftsprozessen zu einem klar definierten Nutzen geführt werden müssen, gilt es, die Komplexität der über die Jahre und in zahlreichen IoT-Projekten gewachsenen IT-Struktur zu reduzieren.

Wie lässt sich mit IoT der Energieverbrauch senken?

Nehmen wir zur Veranschaulichung einen Produktionsbetrieb mit Werkzeugmaschinen, einem hohen Druckluftverbrauch und Pressen: Hier kommt es regelmäßig zu Lastspitzen im Energieverbrauch. In einer ungünstigen Konstellation wurden zu viele Pressen gleichzeitig aktiviert. Die dabei entstandene Lastspitze führte zu einer Hochstufung des Tarifs durch den Energieversorger und damit zu unnötigen Mehrkosten von mehr als 200.000 Euro im Folgejahr.

Der Geschäftsnutzen ist klar definiert: Ein aktives Energiemanagement vermeidet Lastspitzen und sorgt damit für eine stabile Kostenstruktur. Weitere Optimierungsmaßnahmen führen zu langfristig prognostizierbaren Energiekosten und damit zu mehr Planbarkeit, evidenten Entscheidungsprozessen und schließlich zu profitablen Aufträgen und mehr Wettbewerbsfähigkeit.

In einer ersten Iteration werden entsprechende Sensorik zur Energiedatenerfassung nicht-invasiv an die Maschinen angebracht und die Daten an der Fertigungslinie in der Edge gesammelt, ausgewertet und visualisiert. Damit haben die Maschinenführer zur Entscheidungsfindung stets den Überblick über die aktuellen Verbräuche und die verfügbare Kapazität.

In einer weiteren Iteration werden Daten aus den Steuerungen hinzugezogen, und damit wird die Messgenauigkeit erhöht. Weitere Iterationen weiten die Lösung auch auf andere Standorte aus, aggregieren die Informationen zentral in einer Cloud und führen schließlich automatisierte Freigabe- und Steuermechanismen für die Pressprozesse ein. Aufgrund der iterativen Entwicklung lassen sich Mitarbeiter frühzeitig in die Entwicklung einbeziehen.

Brücke zwischen Shopfloor und Topfloor

Um aber in solch agilen und iterativen Projektstrukturen die IT-Komplexität und sämtliche Schnittstellen im Griff zu behalten, braucht es vor allem eine Organisation, eine zentrale Stelle, die alle internen und externen Datenströme orchestriert und visualisiert. Eine Integrationsplattform schlägt die Brücke zwischen Shopfloor und Topfloor und erlaubt die Abbildung und Automatisierung OT/IT-übergreifender Geschäftsprozesse – vom Webshop bis zur SPS. Sie verbindet auf einfachste Weise alle Schnittstellen der OT-Systeme wie SPS, Scada, MES oder Intralogistik Systeme mit denen der IT-Systeme für Verwaltungs-, Organisations- und Kundenprozesse (zum Beispiel ERP, CRM oder PLM) sowie mit IoT-Plattformen. Die Integrationsplattform führt deren Daten zusammen und versorgt alle Systeme bedarfsgerecht mit Informationen, Außerdem ermöglicht sie die Nachverfolgung jedes einzelnen Datums entlang des gesamten Geschäftsprozesses.

Zukunftssichere Use Cases mit Methodik und Integration

Wer gestern noch ein Energiemanagement erfolgreich eingeführt hat, beschäftigt sich heute mitunter mit digitalen Zwillingen, digitalen Produktpässen und dem Lieferkettensorgfaltspflichtgesetz. Morgen stehen schon Themen wie das industrielle Metaverse und ChatGPT auf dem Programm.

Mit einer Integrationsplattform lassen sich diese Szenarien an einer zentralen Stelle umsetzen, die dafür notwendigen Daten und Schnittstellen sind bereits erschlossen.

Autor: Stefan Hennig ist CTO der SQL Projekt AG.

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