Zielgruppe
Industrieunternehmen mit energieintensiven Produktionsressourcen.
Herausforderung
Eine 3-Achs-Fräsmaschine benötigt im Einschichtbetrieb je nach Aufträgen ca. 45.000 kwh pro Jahr. Bei einem mittleren Strompreis von geschätzten 0,15 EUR/kwh entspricht dies 6.750 EUR. Multipliziert mit der Anzahl Maschinen im gesamten Maschinenpark plus CO2-Emmisionsrechte, der Verbrauch von Druckluft usw. ergeben sich nicht nur hohe Kosten.
Der Grundsatz "wenn Sie es nicht messen können, können Sie es nicht verbessern" von Lord Kelvin gilt im gleichen Maße auch für den Energie- und Ressourcenverbrauch von Produktionsmaschinen.
Lösung
Green4Machine unterstützt Unternehmen mit alten und/oder neuen Werkzeugmaschinen oder Anlagen zum einen bei der systematischen Erfassung von Verbräuchen. Zum anderen können die Maschinen über I/O-Hardware sogar automatisch abgeschalten oder in Standby versetzt werden. Green4Machine sorgt für die kontinuierliche Erfassung aller relevanten Verbräuche und ermöglicht eine Bewertung der Effizienz von Maschinen. Die Basis hierzu wurde durch S4P seit 2010 in den Forschungsprojekten Green4SCM sowie Synergie I/II erarbeitet. Green4Machine ermöglicht
- die Verbräuche (Energie, Druckluft usw.) systematisch zu erfassen,
- Maschinen abzuschalten und damit Energieverbrauch nachhaltig reduzieren,
- die Feinplanung der Aufträge bei Optimierung des Energieverbrauchs vorzunehmen (z.B. "Langläufer" in der Nachtschicht),
- die Vor-/Nachkalkulation von Aufträgen oder Artikeln mit Energieverbräuchen. Keine Zukunftsmusik, Pflicht in Skandinavien!
Erfassung von Energiedaten
Wie am Beispiel einer Schleifmaschine dargestellt, benötigen Produktionsmaschinen zur Erfüllung wertschöpfender Tätigkeiten neben den Rohmaterialien Energie (Strom, Druckluft) und Hilfsstoffe (Kühlschmierstoffe). Ausgangsgrößen des Produktionsprozesses sind neben dem eigentlichen Produkt (Werkstück) auch Abluft/Abwärme oder Abfälle bzw. Nebenprodukte (Späne, Schleifschlamm). Hierbei ist zu beachten, dass sich das Verbrauchsverhalten einer Produktionsmaschine sich nicht statisch, sondern dynamisch abhängig von den Betriebszuständen der Maschine verhält. Es ergibt sich ein Lastprofil mit charakteristischen Phasen, deren Analyse Rückschlüsse auf die Energieverbräuche einzelner Komponenten und Verbesserungsansätze ermöglicht. Eine detaillierte Aufschlüsselung zeigt, dass im Beispiel nur ca. 16% der eingebrachten Leistung überhaupt in den eigentlichen Prozess (Abtrag von Metall durch Schleifen) gehen.
Erst die (kontinuierliche) Erfassung aller relevanten Verbräuche ermöglicht eine Bewertung der Effizienz von Maschinen sowie die Ableitung von Verbesserungsmaßnahmen. Herausforderungen liegen hier in der Datenerfassung und -verarbeitung aber auch in der Visualisierung von Energie- und Stoffströmen an der Maschine (z.B. für Maschinenbediener). Green4Machine sorgt für die kontinuierliche Erfassung aller relevanten Verbräuche und ermöglicht eine Bewertung der Effizienz von Maschinen. Die modulare Green4Machine-Lösung besteht aus:
- Datenübernahme: Schnittstelle zu beliebigen ERP/PPS-System,
- Planung und Optimierung: Zusatzmodul Energieeffizienzoptimierung für 4APS,
- Erfassung und Aktion: 4MDE-Server und I/O-Hardware zur Erfassung von beliebigen digitalen und analogen 12V-Signalquellen sowie Aktorenfunktionalität. sowie
- Visualisierung und Analyse: Darstellung und Analyse der Energieverbräuche.
Planung und Optimierung
Kunden-/ Fertigungsaufträge, Arbeitsgänge, Ressourcen und deren Kapazitäten sind die zentralen Elemente der rückstandsfreien Feinplanung. Eine detaillierte Beschreibung der Multiressourcenplanung ist dem 4APS-Prospekt zu entnehmen.
Jeder Arbeitsgang enthält heute bereits Informationen über den Verbrauch an Zeit (z.B. Rüst-/Stück-/ Gesamtzeit) sowie Anzahl und Menge/Qualität der benötigten Ressourcen (z.B. welche Maschine, welcher Mitarbeiter, welches Rohmaterial). Mit den Energieverbräuchen kann analog verfahren werden. Dies erlaubt in der Analogie auch eine Vor-/Begleit-/ Nachkalkulation mittels Energiestundensätzen. Die Verbräuche können in den Artikelstammdaten gespeichert und direkt auf Angebot, Auftragsbestätigung und Lieferschein aufgedruckt werden. Dies ist heute bereits Standard im skandinavischen Raum.
Visualisierung und Analyse
Da sämtliche Daten in einer SQL-Datenbank gespeichert werden, können Auswertungen auf verschiedene Arten realisiert werden:
- MS Excel o.ä.: per ODBC auf Views der S4P-Datenbank ("customer-made")
- Reports: druck-/exportierbare Auswertungen mittels Reporingtools
- interaktive Cockpits: mit BI-Tools wie QlikView ("Management level")
Prospekt
Nutzen
- Energieverbrauch ↓
- Produktionskosten ↓
- Verschwendungen ↓
Aufgrund der stetig steigenden Energiekosten ist der Produktionsfaktor Energie nicht mehr zu vernachlässigen. Folgender, einfacher Business mit Return-on-Invest (ROI) Berechnung soll den monetären Nutzen verdeutlichen:
Anzahl Maschinen im Unternehmen: 20
∅Energieverbrauch pro Werkzeugmaschine: 45.000 kwh (2-Schichtbetrieb)
Fiktiver mittlerer Strompreis: 0,15 EUR/kwh
→Stromkosten aller Maschinen pro Jahr: 135.000 EUR
→angenommene Einsparung durch Green4Machine: 20% = 27.000 EUR/Jahr
→Break-Even in rund 1,5 Jahren erreicht!