Energieeffizienz im Maschinenpark optimieren Multifunktionale Terminals erfassen Energieverbrauch einzelner Maschinen

Nur wer genau weiß, wo welche Energiekosten anfallen, kann sie senken. In größeren Produktionslandschaften sind die einzelnen Anlagenteile allerdings oft so miteinander verbunden, dass lediglich die Gesamtkosten ermittelbar sind. Zur Kostenoptimierung reicht das nicht. Abhilfe schaffen multifunktionale Maschinenterminals, die den Einzelverbrauch jeder Maschine zusammen mit der Auslastung anzeigen.

Anbieter zum Thema

CSA Group Bayern GmbH

Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH

IBR Leiterplatten GmbH & Co. KG

SSV Software Systems GmbH

Der Maschinenpark bei Einem Elektronikproduzenten ist als Wertschöpfungszelle primär für den Verbrauch an Betriebsmitteln verantwortlich und somit die Ursache für zum Teil erhebliche Betriebskosten. Ausgefeilte Instrumente der Personal- und Materialwirtschaft erfassen nahezu lückenhaft die jeweils benötigte Arbeitsleistung und die erforderlichen Bauteile, so dass nach der Fertigung eines Auftrags oder einer Losgröße der Lohn- und Bauteilkostenanteil sehr genau bekannt ist.

Anders sieht es in sehr vielen Betrieben mit dem auftrags- bzw. losgrößenbezogenen Energieverbrauch aus. Diese Betriebskostenkomponente lässt sich mangels geeigneter Messtechnik gegenwärtig nur grob schätzen, obwohl gerade die Lötprozesse in der Elektronikfertigung einen erheblichen Kostenanteil ausmachen. Da Deutschland bei den Energiekosten inzwischen zur Weltspitze gehört und hier weitere Kostensteigerungen zu erwarten sind, ist diese Vorgehensweise nicht empfehlenswert. Schließlich gilt auf für den Energieverbrauch in der Produktion: „Was man nicht messen kann, ist schwer zu kontrollieren“.

Energieeffizienz spielt zunehmend wichtige Rolle

Die Effizienzoptimierung sollte in einem produzierenden Betrieb nicht nur hinsichtlich des Personal- und Materialeinsatzes erfolgen. Auch die so genannte Energieeffizienz [EUR] spielt inzwischen eine immer wichtigere Rolle. Die nachhaltige Verbesserung dieses Ressourceneinsatzes in einer Produktion ist allerdings kein Projekt, das einmalig durchgeführt wird und für dauerhaften Erfolg sorgt.

Die Aufgabe der Energieeffizienzoptimierung ist vielmehr als Prozess zu verstehen. Die Verantwortung dafür ist im unternehmensinternen Controlling zu verankern. Die Umsetzung lässt sich mit Hilfe geeigneter Kennzahlen steuern. Die dafür erforderliche Messtechnik steht beispielsweise in Form von multifunktionalen Maschinenterminals zur Verfügung. Sie ermöglichen eine permanente Energieverbrauchsüberwachung (Energy Consumption Monitoring = ECM) und liefern einer IT-Anwendung die erforderlichen Rohdaten für die Energieeffizienz-Kennzahlen.

Einsparpotentiale erkennen

Eine Baugruppenfertigung in der Elektronik ist in der Regel als Fließfertigung organisiert (Bild 1 – Beispiel für eine Fließfertigung mit drei Linien). Bei diesem Fertigungstyp sind die Betriebsmittel und Arbeitsplätze räumlich entsprechend dem Fertigungsablauf angeordnet und bilden ein (in manchen Fällen virtuelles) Fließband. Die zu bearbeitenden Baugruppen durchlaufen die Fertigung, mehr oder weniger, in dauernder Folge. Ein typisches Beispiel ist eine SMD-Fertigungslinie, bestehend aus einem Schablonendrucker, Bestückungsautomaten und Lötofen.

Die Fließfertigung ist in der Regel hinsichtlich der Durchlaufzeit optimiert. Energiekostenoptimierungen in den einzelnen Fertigungsstufen sind recht schwierig, da die Maschinen sehr eng miteinander gekoppelt sind und daher die gesamte Fertigung relativ inflexibel ist. Die Ermittlung der Energiekosten in den einzelnen Fertigungsstufen steigert zwar die Tiefenschärfe hinsichtlich der Kosten, auf Grund der Struktur sind Änderungen aber praktisch unmöglich. Es bleibt somit für jede Linie nur die Ermittlung des gesamten Energiebedarfs und das zeitlich bezogene Zählen der gefertigten Baugruppen, um Energieeinsparpotentiale zu erkennen.

Geeignete Messtellen und Einfügen in die IT-Infrastruktur

Der entscheidende Schritt auf dem Weg zur ECM-basierten Energieeffizienzoptimierung ist die Auswahl und Installation geeigneter Messstellen sowie deren Integration in die unternehmensweite IT-Infrastruktur. Grundsätzlich sind ECM-Daten ja auch Betriebsdaten. Somit muss nicht grundsätzlich eine völlig neue Datenerfassungslösung hinzugefügt werden. Es sollte im Vorfeld geprüft werden, ob die im Rahmen einer bestehenden MES- bzw. ERP-Lösung bereits vorhandenen Maschinenterminals die benötigten Energieverbrauchsdaten als Zusatznutzen miterfassen und verarbeiten können.

Ist das nicht der Fall, wäre zu untersuchen, inwieweit diese Terminals ausgetauscht werden können. Ein Beispiel für ein geeignetes multifunktionales Maschinenterminal ist das TRM/816 [Trm]. Dieses Terminal wird in der Regel direkt an der Maschine oder in einer Fertigungszelle installiert und über die LAN-Schnittstelle in die unternehmensweite Vernetzung auf Basis von Ethernet und TCP/IP eingebunden [Wal]. Dadurch können alle zu erfassenden Daten an übergeordnete Ebenen weitergegeben werden.

Energieverbrauch der Maschine erfassen

Für die eigentliche Energieverbrauchsmessung werden einfache externe Zähler mit S0-Impulsausgängen eingesetzt. Diese relativ preiswerten Verbrauchsmesser können durch entsprechend geschultes Fachpersonal nachträglich in die Versorgungsleitungen beliebiger Energieverbraucher integriert werden. Sie werden im Umfeld der Maschinenterminals montiert. Weiter entfernte Messstellen benötigen IP-fähige Energiezähler. Die Messdatenübergabe an das Maschinenterminal erfolgt über die S0-Schnittstelle bzw. per Industrial Ethernet von den dezentral montierten IP-basierten Energiezählern (Bild 2).

In der Betriebssoftware des TRM/816-Maschinenterminals ist eine spezielle Datenbank zur Aufzeichnung der Energieverbrauchsdaten enthalten. Diese ermöglicht die zeitbezogene Speicherung der einzelnen Zählerdaten.

Im einfachsten Fall können die Daten von jedem beliebigen PC aus per Webbrowser visualisiert werden (Bild 3). Dafür ist im Maschinenterminal ein Webserver verantwortlich, der die Daten aus den einzelnen Tabellen der internen Datenbank zur Anzeige bringt.

Über eine weitere Schnittstelle können die Daten bestimmter Zeitabschnitte jederzeit aus der Datenbank extrahiert, in CSV-Daten umgewandelt und dann per LAN an entsprechende IT-Anwendungen weitergegeben werden.

Durch die Datenbank in den Maschinenterminals kann der Energieverbrauch darüber hinaus einzelnen Kostenstellen zugeordnet werden. Das steigert die Transparenz und ist in der betriebswirtschaftlichen Praxis erfahrungsgemäß der erste Schritt zur Nutzung von Einsparpotentialen.

Standardisierung schafft Investitionssicherheit

Bei der Auswahl der ECM-Lösung ist unbedingt darauf zu achten, dass die einzelnen Bausteine auf anerkannten Standards basieren. Das schafft Investitionssicherheit und ermöglicht später problemlos die Erweiterung bzw. Modifikation. Die Energieverbrauchszähler sollten beispielsweise entweder einen S0-Ausgang gemäß DIN 43864 besitzen oder eine IP-basierte Zählerdatenabfrage unterstützen.

Als Datenformate im Maschinenterminal sind HTML, XML und bestenfalls noch CSV akzeptabel. Die Verkabelung sollte ausschließlich den Ethernet-LAN-Standards entsprechen. Eine entsprechende Netzwerkinfrastruktur ist als „Industrial Ethernet“ in den meisten Produktionslandschaften in der Regel schon vorhanden und auch an die Unternehmens-IT angebunden, so das die Datenweitergabe an einen Controller kein Problem darstellt.

*Klaus-Dieter Walter ist als Business Development Manager und Mitglied der Geschäftsleitung für die SSV Software Systems GmbH in Hannover im Produktbereich „Embedded Systems“ tätig.

(ID:252852)