Tracken und optimieren So gelingt Energieeffizienz in der Fertigung

Von Robert Frodl*

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Nachhaltigkeit und Energieeffizienz haben nicht mehr nur im Rahmen der Energiewende höchste Priorität. Auch explodierende Preise sowie Engpässe und Lieferstopps verlangen nach Einsparungen. Welchen Beitrag kann Submetering und modernes Gebäudemanagement dazu leisten?

Der Einsatz von KI und Machine Learning verspricht hier in Zukunft einen echten Umbruch im Energiemanagement.
Der Einsatz von KI und Machine Learning verspricht hier in Zukunft einen echten Umbruch im Energiemanagement.
(Bild: gemeinfrei / Unsplash)

Das Thema Energie wird zur strategischen Aufgabe der Industrie 4.0. Dazu tragen neben dem Klimawandel und den regulatorischen Umweltplänen der EU auch die politischen und wirtschaftlichen Verwerfungen der letzten Monate bei. Seitdem bereiten sich Hersteller in Deutschland auf Worst-Case-Szenarien vor, diversifizieren ihr Energieportfolio und drosseln angesichts des hohen Energiepreisniveaus die Produktion.

Vor allem aber wird nach Möglichkeiten gesucht, Fertigungsanlagen und Prozesse zu optimieren und damit nicht nur kurzfristig, sondern auch langfristig den Energieverbrauch zu reduzieren. In diese Richtung gehen auch verstärkt die Massnahmen in den Energieeinsparverordnungen der Bundesregierung sowie die Einsparvorgaben der Europäischen Union. Energieintensive Betriebe trifft es hier besonders schwer. Dazu gehören nach Erneuerbare-Energien-Gesetz (kurz: EEG) Unternehmen, die jährlich mindestens eine Gigawattstunde Strom verbrauchen und Stromkosten in Höhe von mindestens 14 Prozent der Bruttowertschöpfung aufweisen.

Energiemanagement 4.0: KI und Submetering

Wer wissen will, wo Einsparungspotenziale liegen, muss zunächst einmal seinen Energieverbrauch verfolgen. Der Einsatz von KI und Machine Learning (kurz: ML) verspricht hier in Zukunft einen echten Umbruch im Energiemanagement. Dabei werden Energie-, Verbrauchs- und Prozessdaten der Maschinen, Anlagen und Produktionsgebäuden – einschliesslich Heizung, Lüftung, Klimatechnik (kurz: HLK) – ganz im Sinne des IIoTs miteinander vernetzt und analysiert. So lassen sich die hochkomplexen Abläufe entlang der Fertigungsprozesse besser überwachen, auf ihr Kosten-Nutzen-Verhältnis evaluieren und nutzbringend optimieren.

Darüber hinaus liefern die Daten die Basis für neue Technologien wie den Digital Twin. Die virtuelle Abbildung von Produktionsanlagen kann zum Beispiel in Echtzeit über den aktuellen Stromverbrauch einer Maschine Aufschluss geben, diesen mit historischen Daten vergleichen und entsprechende Prognosen abgeben. Hersteller sind so in der Lage, Spitzenlasten abzufedern, die Energieressourcen strategisch einzuteilen und theoretisch den Zeitpunkt energieintensiver Arbeitsschritte abhängig von aktuellen Strompreisen einzuplanen.

KI mag in vielen Unternehmen noch Zukunftsmusik sein. Grundsätzlich trägt die Digitalisierung jedoch schon jetzt dazu bei, Nachhaltigkeitsziele zu erreichen und Energie einzusparen. Nach einer Umfrage des Bitkoms konnten 77 Prozent der befragten Unternehmen ihren CO2-Ausstoss allein durch den Einsatz moderner Technologien und Anwendungen wie Cloud Computing oder Big Data Analytics reduzieren. Smartes Submetering beispielsweise hilft Herstellern, Effizienzpotenziale systematisch zu erfassen und Massnahmen zu definieren. Das automatisierte und verbrauchsabhängige Erfassen via moderner Übergabezähler und Gateways schafft Transparenz und damit erste Anhaltspunkte darüber, welche Prozesse besonders ressourcenintensiv sind und wo die Stromversorgung angepasst werden muss.

Grosse Energieverbraucher erfolgreich identifizieren

Wie schnell sich Einsparungspotenziale auf diesem Weg realisieren lassen, zeigt das Beispiel von Plexus. Der EMS-Dienstleister schloss bereits 2021 den Smart Meter Roll-out und die Inbetriebnahme intelligenter Messsysteme in allen weltweiten Produktionsstandorten erfolgreich ab. Ziel war es, den Verbrauch grossen Energieverbraucher zu messen, also der Geräte oder Systeme, die zwei Prozent oder mehr der jährlichen Stromrechnung eines Standorts ausmachen. Dazu gehören Kompressoren, Kühler, Vakuumpumpen, HLK-Systeme oder Produktionsanlagen wie SMT-Linien, Öfen und Prüfkammern.

Um die Verbrauchsquote besser zu verstehen, wurden an jedem Standort bis zu sechs intelligente Messboxen implementiert, die jeweils 48 Stromkreise überwachen. Der gesamte Energieverbrauch wird mit einer detaillierten Echtzeit-Überwachung von über 6.000 Stromkreisen in den Fertigungsstätten verfolgt.

Nachhaltigkeit als Team-Arbeit

Plexus stellte zudem an jedem Fertigungsstandort ein multifunktionales Umweltteam aus Mitarbeitern der Instandhaltung, der Produktion, dem Engineering auf, das Bereiche gezielt auf in Sachen Umweltbilanz durchleuchtet und hinterfragt. Unterstützt von regionalen Energiemanagern besteht ihre erste Aufgabe darin, den CO2-Fussabdruck vor Ort zu messen, die Nutzung der Anlagen zu optimieren und den Verbrauch zu senken.

Um das Ziel von mindestens fünf Prozent Energieeinsparung im Geschäftsjahr 2022 zu erreichen, werden Projekten des Lean Energy Management oberste Priorität eingeräumt. Dabei orientieren sich die von regionalen Energiemanagern am Kaizen-Ansatz und stellen so eine kollaborative Vorgehensweise sicher, um die branchenweite und globale Expertise von Plexus optimal auszuschöpfen und vorhandene Ideen unternehmensweit umzusetzen. Eine wichtige Rolle spielt hier die Motivation der Mitarbeitenden sowie der kontinuierliche Dialog zwischen Stakeholdern. So trägt jedes Team aktiv zu mehr Energieeffizienz an den Standorten bei – sei es durch lokale Initiativen, innovative Ideen oder den nachhaltigen Umgang mit Ressourcen, Materialien und Maschinen im täglichen Betrieb.

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Energieeffizienz als Kreislauf
Energieeffizienz als Kreislauf
(Bild: Plexus)

Energieeffizienz um 40 Prozent gesteigert

Als Vorzeigeprojekt gilt hier die Produktionsstätte von Plexus in Kelso, Schottland. Dort konnte das lokale Team aus Anlagentechnikern und Facility Managern durch die Optimierung von Workflows und Fertigungsprozessen den Stromverbrauch um insgesamt 20 Prozent senken. Das Projekt ist Teil des BEST-Wettbewerbs von Plexus, der nachhaltige interne Verbesserungen vorantreibt und den Austausch von Best Practices zwischen den globalen Teams des EMS-Dienstleistern fördert.

In der schottischen Produktionsstätte, die zu 100 Prozent mit erneuerbarer Energie läuft, werden mehr als zwei Drittel (68 Prozent) des Stromverbrauchs über eine Submetering-Lösung automatisiert erfasst. Anhand der gewonnen Daten konnte das Team die grössten Energieverbraucher aufdecken. Als echter Stromfresser stellte sich das Heizungs-, Lüftungs- und Klimasystem des Standorts heraus. Diese Systeme sind von entscheidender Bedeutung, um eine konsistente Produktionsumgebung sicherzustellen und sowohl die sensiblen Fertigungsanlagen und Systeme als auch die gefertigten Produkte, darunter medizinische Hightech Geräte, zu schützen.

Das Team machte sich daran, die Prozesse im Gebäudemanagementsystem, der Lüftungsanlage und der Dachabsaugung zeitlich besser aufeinander abzustimmen und zu optimieren. Das Ergebnis konnte sich sehen lassen: Der Stromverbrauch sank um 460.000 kWh, während die Energieeffizienz um insgesamt 40 Prozent stieg. Die Arbeitsbedingungen in der Fabrikhalle – einschliesslich Raumtemperatur und Luftfeuchtigkeit – wurden von den Optimierungsmassnahmen nicht beeinträchtigt.

Wie Kelso zeigt, geht die Reduzierung des Energieverbrauchs in der Fertigung Hand in Hand mit der Optimierung der Anlagen und Systeme. Ein smartes, strategisch gedachtes Energiemanagement ist damit jedoch noch lange nicht am Ende angelangt. Selbst ohne KI, Machine Learning oder Digital Twin stehen Herstellern unterschiedliche Wege offen, um ihren Energieverbrauch und ihre CO2-Bilanz zu optimieren. Die Erneuerung oder der Austausch von alten Maschinen und Anlagen ist an dieser Stelle ebenso zielführend wie die die Zusammenarbeit mit Energieversorgern, um beispielsweise den Anteil erneuerbarer Energien im Portfolio zu erhöhen. Wer hier unterschiedliche Ansätze kombiniert und kontinuierlich neue Möglichkeiten auslotet, ist nicht nur besser in der Lage, die drohende Energiekrise zu überstehen und aktiv Klimaschutz zu betreiben. Im Sinne des Green Manufacturing gelingt es Unternehmen damit, sich wirtschaftlich nachhaltig aufzustellen und langfristig an Wettbewerbsfähigkeit zu gewinnen.

* zum Autor:
Robert Frodl ist Director DACH Region Customer Development for Engineering Solutions bei Plexus Deutschland GmbH und verantwortet die EMEA Go-to-Market-Strategie von Plexus in der DACH-Region. Er stellt sicher, dass der EMS-Spezialist auf die besonderen und individuellen Anforderungen seiner Kunden eingeht. In den vier Fokus-Branchen Healthcare/Life Sciences, Industrie, Kommunikation sowie Verteidigung/Sicherheit/Luftfahrt schafft er die Voraussetzung für optimierte Lösungen zur Realisierung von elektronischen Produkten.

Dieser Beitrag stammt von unserem Partnerportal industry-of-things.de

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