FIT FÜR DIE ZUKUNFT Ressourceneffizienz in Produktionsprozessen - Redaktions Netzwerk Hessen Agentur
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technologieland-hessen.de
FIT FÜR DIE
ZUKUNFT
Ressourceneffizienz
in Produktionsprozessen
Foto: Gregor Schuster
WISSEN FÜR DIE
WIRTSCHAFT VON MORGEN
Produktionsabläufe immer wieder zu überdenken, neu zu
bewerten und zu optimieren, das zeichnet clevere Unternehmen
aus. Aber mehr und mehr geht es dabei nicht nur um die
Suche nach ökonomischer Effizienz, sondern ebenso sehr auch
um die Wahrnehmung ökologischer Verantwortung.
Schließlich wissen wir alle: Die meisten Rohstoffe sind endlich,
die Erderwärmung beschleunigt sich und die Zeit zum
Erreichen unserer Klimaziele verrinnt.
Das von uns geförderte Transferprojekt „ArePron“ hat auf-
gezeigt, wie Unternehmen mit einer standortübergreifenden
Vernetzung von Produktionssystemen Ressourcen und
damit Kosten einsparen können. Das Projektteam hat dazu
konkrete Hilfestellungen erarbeitet, Unternehmen beraten
und wichtige Anstöße vermittelt.
Gute Ideen in die Praxis umzusetzen mag mitunter erst einmal
Zeit und Geld kosten, aber die Investitionen zahlen sich aus.
Ich wünsche mir, dass wir Ihnen mit dieser Broschüre Impulse
für Ihre tägliche Arbeit an die Hand geben können.
Ihr
Tarek Al-Wazir
Hessischer Minister für Wirtschaft, Energie,
Verkehr und Wohnen
Foto: HMWEVW - Oliver Rüther
2 RESSOURCENEFFIZIENZ IN PRODUKTIONSPROZESSEN – VORWORT UND INHALTSVERZEICHNIS
S. 04 RESSOURCEN-
EFFIZIENZ
Machen Sie sich mit dem Thema,
interessanten Daten und gesetzlichen
Rahmenbedingungen vertraut.
S. 16 AREPRON – EIN
TRANSFERPROJEKT
DER TU DARMSTADT
Lernen Sie das „Agile ressourcen-
effiziente Produktionsnetzwerk“ kennen.
S. 22 TRANSPARENZ IN
PRODUKTIONSPROZESSEN
Erfahren Sie die Grundlagen
zur Erhöhung von Transparenz
in Ihrer Produktion.
S. 38 RESSOURCENORIENTIERTE
ANALYSE & BEWERTUNG
Alles, was Sie zur genauen
Analyse von Produktionsnetzwerken
wissen sollten.
S. 56 UMSETZUNG VON
RESSOURCENEFFIZIENZ-
MASSNAHMEN
Lassen Sie sich inspirieren von
konkreten Maßnahmen zur
Verbesserung der Ressourceneffizienz.
S. 62 FÖRDER- UND
BERATUNGS-
MÖGLICHKEITEN
Erfahren Sie, wie Ihr ressourcen-
effizientes Investitionsprojekt
gefördert werden kann.
S. 68 LITERATURVERZEICHNIS
UND IMPRESSUM
3
4 RESSOURCENEFFIZIENZ IN PRODUKTIONSPROZESSEN – 01 RESSOURCENEFFIZIENZ
RESSOURCEN-
EFFIZIENZ
Wertvolle Ressourcen schon heute
effizient einsetzen, um unser Klima
von morgen nachhaltig zu schützen.
Es ist nie zu spät, fangen wir an ...
WAS IST RESSOURCEN- S. 06
EFFIZIENZ?
ZAHLEN. DATEN. FAKTEN. S. 08
KLIMASCHUTZ UND S. 10
RESSOURCENEFFIZIENZ
CARBON ACCOUNTING – S. 13
BASIS FÜR UNTER-
NEHMERISCHEN KLIMASCHUTZ
HEMMNISSE, NUTZEN UND S. 14
CHANCEN VON ENERGIE- UND
Foto: SiNeeKan/Shutterstock
RESSOURCENEFFIZIENZ-
MASSNAHMEN
5
WAS IST
RESSOURCEN-
EFFIZIENZ?
Unter dem Begriff „Ressourceneffizienz“ wird
nach Definition der VDI-Richtlinie 4800 das
„Verhältnis eines bestimmten Nutzens oder
Ergebnisses zum dafür nötigen Ressourcen
einsatz“ verstanden (VDI 4800-1:2016).
Der Begriff „Ressourcen“ kann dabei prinzipiell
sowohl für die betrieblich materiellen als auch
für die natürlichen Ressourcen stehen. Die Er-
fassung der betrieblich materiellen Ressourcen
stellt immer die notwendige Datengrundlage für
die Ermittlung des Verbrauchs der natürlichen
Ressourcen dar.
Welche Maschine verbraucht den meisten Strom in meiner Betriebsstätte?
Welche Transportwege legt ein Bauteil innerhalb meiner Betriebsstätte zurück?
Sind Betriebsmittel und Produktionsprozess zukunftsfähig? Und was passiert
eigentlich mit dem Produktionsabfall?
DER BEGRIFF RESSOURCE ... Know-how und Zeit angesehen. Eine betriebliche Res-
source kann damit materieller oder immaterieller Art
… wird sowohl für natürliche als auch betriebliche Res- sein. Die Schnittmenge zwischen natürlichen und be-
sourcen verwendet. Der Begriff der natürlichen Ressour- trieblichen Ressourcen sind die materiellen Ressourcen,
cen wurde in der europäischen Umweltpolitik geprägt also Materialien und Energie: So führt beispielsweise
und umfasst sowohl Rohstoffe und Energie, die der Na- der Verbrauch von Strom im Betrieb zur Emission von
tur entnommen werden, als auch die Beanspruchung Kohlendioxid im Kraftwerk. Dieses trägt dazu bei, die
der natürlichen Umwelt durch Flächennutzung oder als Senkenfunktion der Atmosphäre zu übernutzen, wo-
Schadstoffsenke zur Aufnahme von Emissionen (Wasser, durch ein Anstieg der Temperatur und damit der Klima-
Boden, Luft). Aus Sicht eines Unternehmens werden als wandel verursacht werden.
Ressourcen Betriebsstoffe, Werkstoffe, Kapital, Personal,
6 RESSOURCENEFFIZIENZ IN PRODUKTIONSPROZESSEN – 01 RESSOURCENEFFIZIENZ
CHECKLISTE: WER
MATERIELLE KENNT NICHT RESSOURCEN
BETRIEBLICHE RESSOURCEN VERSCHWENDUNG?
Rohstoffe, Materialien, Vorprodukte
Ineffiziente Betriebsstoffe
z. B. Verwendung von Druckluftschrauber statt
Elektroschrauber; Wahl von ungeeigneten Reinigungs-
Energie (elektrisch, oder Schmiermitteln
thermisch, chemisch, ...)
Überdimensionierung
z. B. zu große Aggregate
Druckluft
Ineffiziente Technologieform
z. B. veraltete Maschinen oder Aggregate
Wasser Tipp: verschiedene Effizienzklassen bei Elektromotoren
beachten
Fläche / Boden Überproduktion
z. B. Produktion überschüssiger Ressourcen; zu hohes
Druckluftniveau im gesamten Unternehmen
Emissionen
Leerlaufverluste
z. B. kontinuierlich laufende Förderbänder oder durch-
gängig aktive Kühlschmierstoffpumpen (obwohl keine
Teile oder Güter befördert bzw. produziert werden)
Transport- und Übertragungsverluste
z. B. lange, verwinkelte Leitungen, an denen
häufig Leckagen auftreten (kontinuierliche
Ressourcenverschwendung)
Foto: irin-k/Shutterstock
Überkapazität
z. B. mehrere Kälteerzeuger an einer Maschine oder
mehr Druckluftkompressoren als nötig
Bei Produkten: wenn z. B. mehr Varianten gefertigt
werden, als zur Kundenzufriedenheit benötigt werden
Prozessverluste
Der optimale Einsatz von Ressourcen in der Produktion z. B. Bauteile werden im Produktions- und Ver
gewinnt in der Industrie immer mehr an Bedeutung. arbeitungsprozess mehrfach erwärmt und wieder
Ideen und Lösungen für optimierte Prozesse sowie digi- abgekühlt; ungenügende Dämmung; fehlende
tale Lösungen sind gefragt. Der stark ansteigende Roh- Ressourcenrückgewinnung
stoffbedarf zwingt die Industrie schon heute zum Import
zahlreicher Produkte. Dieser Kreislauf schafft global wirt-
schaftliche und auch politische Abhängigkeiten. Um-
weltschäden wie Wasserverschmutzung und zum Teil
weit von europäischen Standards abweichende Arbeits-
bedingungen in Ländern, aus denen die Rohstoffe im-
portiert werden, sind nur exemplarische Beispiele für
die wirtschaftlichen und ethischen Herausforderungen
produzierender Unternehmen in Deutschland.
7
ZAHLEN. DATEN. FAKTEN.
Leisten Sie einen Beitrag zum Klimaschutz und profitieren Sie
von einer ressourcenschonenden und effizienten Produktion
CO2-Ausstoß im letzten Jahrhundert
40.000
CO2-Ausstoß in Millionen Tonnen
35.000
30.000
25.000
20.000
15.000
10.000
5.000
1960 1970 1980 1990 2000 2010 2019
(Abbildung nach Global Carbon Project 2019)
GLOBALE ERDERWÄRMUNG: ARKTISCHES EIS: MEERESSPIEGEL:
+ 1°C – 35,9 % + 25 cm ANSTIEG
SEIT 1880
TEMPERATURANSTIEG GEGEN- VERLUST GEGENÜBER DEM Niedrig gelegene Staaten
ÜBER DER VORINDUSTRIELLEN HISTORISCHEN DURCHSCHNITT sind durch den Meeresspiegel-
ZEIT – TENDENZ STEIGEND! anstieg existenziell bedroht.
Im Pariser Klimaabkommen haben sich die Länder
das Ziel gesetzt, den globalen Temperaturanstieg
auf möglichst 1,5 °C zu begrenzen.
CO2-KOSTEN
ZERTIFIK ATSPREIS FÜR BRENNSTOFFE
JE TONNE CO 2
Diese Preisentwicklung führt bis 2025 unter anderem
zu einer Preiserhöhung um 15 Cent/Liter für
25 55 55–65
Dieselkraftstoffe bzw. 13 Cent/Liter für Superbenzin
€ € € (DEHSt 2020).
Ab 2021 Ab 2025 Ab 2026
8 RESSOURCENEFFIZIENZ IN PRODUKTIONSPROZESSEN – 01 RESSOURCENEFFIZIENZ
POLITISCH MOTIVIERTE AUFFORDERUNG DURCH DEN
„GREEN DEAL – KLIMANEUTRALITÄT BIS 2050 IN EUROPA“:
HIER MUSS DIE INDUSTRIE EINEN GROSSEN ANTEIL LEISTEN.
STROMVERBRAUCH IN ANTEIL DER MATERIALKOSTEN
DEUTSCHLAND NACH SEKTOREN: IM VERARBEITENDEN GEWERBE:
~43 %
24,6 % *
Haushalte
45,7 %
INDUSTRIE DER GESAMTKOSTEN
* betrifft Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffe,
56 % Materialeinsatz inkl. eingesetzte Handelswaren
27,4 % (Darstellung nach Statistisches Bundesamt 2019)
Gewerbe, Handel,
Dienstleistungen
2,3 %
Verkehr
KOSTEN SPAREN
POTENZIALE
ZUR CO2-SENKUNG ERKENNEN
RELEVANZ DER RESSOURCENEFFIZIENZ
FÜR UNTERNEHMEN DES PRODUZIERENDEN GEWERBES
Kostensenkung 87 %
Wettbewerbsvorteil 72 %
Image und Werbemöglichkeiten 53 %
Technologievorsprung/
49 %
Innovativität (Öko-Innovationen)
Versorgungssicherheit 28 %
Sonstiges 11 %
keine Angabe 4%
(Abbildung nach Erhardt und Pastewski 2010)
9
„Der CO -Fußabdruck wird in der
künftigen Produktion eine immer
bedeutendere Rolle einnehmen. Die
Schaffung von Transparenz auf Maschinen-
und Produktebene in der gesamten
Fertigungskette ist hierbei der Grundstein
für eine energieeffiziente, aber auch flexible
Produktion. Die Ergebnisse aus »ArePron«
werden sich für DATRON und produzierende
Unternehmen als zukunftsweisend zeigen,
dessen bin ich mir sicher.“
Dr.-Ing. Robert Rost,
Foto: DATRON AG
CTO der DATRON AG
10 RESSOURCENEFFIZIENZ IN PRODUKTIONSPROZESSEN – 01 RESSOURCENEFFIZIENZFoto: Andriano/Shutterstock
KLIMASCHUTZ UND
RESSOURCENEFFIZIENZ
Der Klimaschutz von heute dient
unserer gemeinsamen Zukunft.
Innerhalb der Thematik Ressourcen-
effizienz hat der Aspekt des Klima-
schutzes eine besondere Aktualität
gewonnen.
KLIMAGASE/TREIBHAUSGASE/
CO2-ÄQUIVALENTE
Treibhausgase (THG), umgangssprachlich auch
Klimagase genannt, tragen durch Absorption
von Infrarotstrahlung zur Erwärmung der Erd-
atmosphäre bei. Diese Eigenschaft haben viele
Substanzen, die teils natürlich vorkommen, teils
durch menschliche Aktivitäten in die Atmosphäre
gelangen. Im Kyoto-Protokoll werden sechs – seit
2015 sieben – Klimagase genannt:
• Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4),
Der „Green Deal“ der EU und die deutsche Klimapolitik Lachgas (N2O),
haben das Ziel der Klimaneutralität formuliert. Was
• fluorierte Treibhausgase (F-Gase)
bedeutet das für Ihre tägliche Arbeit als Unternehmer?
Das Ziel der Klimaneutralität erfordert, Klimagase zu er- – HFKW (wasserstoffhaltige Fluorkohlen
fassen und Maßnahmen zu deren Verringerung zu ergrei- wasserstoffe)
fen, sowie ggf. nicht vermeidbare Emissionen zu kom- – PFC (perfluorierte Kohlenwasserstoffe)
pensieren. Jedes Unternehmen muss sich daher heute • SF6 (Schwefelhexafluorid)
mit der Bilanzierung seiner Treibhausgasemissionen und • seit 2015 zusätzlich NF3 (Stickstofftrifluorid)
deren Management auseinandersetzen. Die in diesem
Treibhausgase können in Bezug auf ihre Kli-
Leitfaden vorgestellten Instrumente unterstützen Sie, die
mawirksamkeit mit der Referenzsubstanz CO2
geforderten Ziele umzusetzen.
verglichen werden, indem sie in sogenannte
CO2-Äquivalente (CO2-eq.) umgerechnet wer-
den. Das Treibhausgaspotenzial von Methan ist
auf 100 Jahre bezogen beispielsweise 25 Mal
höher als das von Kohlendioxid. Das heißt:
1 gCO = 1 gCO und 1 gCH = 25 gCO
2 2 – eq. 4 2 – eq.
113 GRÜNDE, warum Treibhausgasemissionen
relevant für Unternehmen sind
1
KLIMASCHUTZ ALS Das Carbon Disclosure Projekt (CDP) ist
eine gemeinnützige Organisation, die
GESELLSCHAFTLICHE mit dem Global Disclosure System In-
VERANTWORTUNG vestoren, Unternehmen und anderen
Wir alle sehen und spüren es: Die zunehmende Häu- Organisationen die Möglichkeit bietet,
figkeit von Wetter-Extremereignissen wie ansteigende ihre Emissionen transparent zu erfas-
Temperaturen, Überschwemmungen oder Stürme ma- sen, zu dokumentieren und zu berichten.
chen den Klimawandel real deutlich. Damit wird die In einem jährlichen Ranking bewertet CDP die von
Frage drängender, wie jedes einzelne Unternehmen zur Unternehmen vorgelegten Berichte. Unternehmen,
Minderung des Klimawandels beitragen kann. Kritische die als „CDP High Performer“ hinsichtlich ihrer Klima-
Nachfragen, die von Klimaschutzbewegungen, Kunden anstrengungen gelten, erzielen sowohl mittel- als auch
oder Stakeholdern zum Thema Klimaschutz oder dem langfristig höhere Renditen als der Gesamtmarkt (CDP
Umgang mit wertvollen Ressourcen aufgeworfen wer- 2017).
den, sollten KMUs transparent beantworten können.
Dazu zählen unter anderem: „Welche Mengen CO2 wer-
3
den bei Produktion und Transport von Waren ausgesto-
ßen? Sind auch Lieferketten und Subunternehmer an KLIMASCHUTZ
die Grundsätze gebunden?“
UND KOSTEN
Neben der freiwilligen Berichterstattung sind Unter Treibhausgasemissionen werden in Zukunft
nehmen von öffentlichem Interesse dazu verpflichtet, zunehmend ein relevanter Kostenfaktor: ob durch den
im Rahmen des nicht finanziellen Teils der CSR- europäischen Emissionshandel (EU-ETS), der bereits
Berichterstattung (Corporate Social Responsibility) die Energiewirtschaft und die energieintensive Indus-
unter anderem ihre Treibhausgas(THG)-Emissionen zu trie betrifft, oder über den im Januar 2021 angelaufe-
veröffentlichen. Auch von Seiten der Politik werden nen nationalen Emissionshandel (nEHS), der eine CO2-
immer mehr unternehmensbezogene Förderprogramme Bepreisung von Brennstoffen wie Benzin, Diesel, Heizöl,
an den Nachweis der Reduzierung von THG-Emissionen Flüssiggas, Erdgas und Kohle innerhalb Deutschlands
gekoppelt. Dadurch kann zukünftig eine fehlende einführt. Dementsprechend wirken sich CO2-Zertifikat-
Erfassung von Ressourcen- und Treibhausgasen auch kosten durch steigende Brennstoffpreise negativ in der
für KMU zu Wettbewerbsnachteilen führen. Unternehmensbilanz aus. Dadurch spielt ab 2021 die
Kohlendioxidintensität der eingesetzten Brennstoffe
erstmals eine preislich bemessbare Rolle im unterneh-
merischen Rechnungswesen.
2
KLIMASCHUTZ UND
UNTERNEHMENSERFOLG
Klimaschutzprogramme von Unternehmen
gelten als zunehmend relevant für die Marktbewer-
tung von Unternehmen durch Investoren (Busch et al.
2020). Studien ergaben, dass ein Zusammenhang zwi-
schen dem Börsenwert eines Unternehmens und einer
freiwilligen transparenten CO2- sowie Treibhausgas-
Emissionsberichterstattung besteht. Die Erstellung ei-
ner Klimabilanz kann sich somit positiv auf den Unter-
nehmenserfolg auswirken (EHA 2020). Immer mehr Un-
ternehmen machen CO2 deshalb zum „Key Performance
Indicator“ (KPI), unter anderem BASF SE, SAP oder Hei-
delbergCement AG (CDP 2020). Aber auch für Banken
spielt der CO2-KPI zunehmend eine Rolle bei Investi-
tionsentscheidungen, sie nutzen Klimakennzahlen als
Zukunftsindikatoren im Portfoliomanagement (Grudde
et al. 2020).
12 RESSOURCENEFFIZIENZ IN PRODUKTIONSPROZESSEN – 01 RESSOURCENEFFIZIENZCARBON ACCOUNTING –
BASIS FÜR UNTERNEHMERISCHEN
KLIMASCHUTZ
CO2 CH4 N2O HFCs PFCs SF6
purchased electricity, steam,
CO2 CH4 purchasedN 2O
electricity, steam, HFKW PFC SFheating
6 & cooling for own use
CO2 CH4 heating N
PFCs O
& 2cooling for own HFCs
use SF6
CO2 CH4 N2Opurchased electricity,
HFCs steam, PFCs SF
CO2 CH4 CO2 CO2N2O CH4 CHHFCs N2O N2O PFCsHFCselectricity, SF6 PFCs PFCs SF66
4 & cooling forHFCs
heatingpurchased own usesteam, SF6
CO2 CH4 N2O HFCs PFCs SF 6
CO2 Scope
CH 4 2 N2Oheating &Scope cooling for own use
HFCs 1 PFCs transportation
SFand
6 distribution
processing of
sold products
CO2 CH4 CO2 N2O CH4 HFCs N2O PFCs HFCs SF6 PFCs SF6
INDIREKT DIREKT
CO2 CHpurchased
4 N2O steam, company
electricity, HFCs PFCs SF6 processing of
transportation
purchased electricity, steam, heating & cooling for own use facilities purchased transportation
capital
and distribution soldfuel processing
and
products of
heating & cooling for own use
purchased capital fuel and goods and and distribution
goods energysold products
related
CO2 CH4 Ngoods
2O and HFCs
goods
PFCs
energy related
SF6 services activities
company
services
purchased electricity, steam, activities facilitiescompany
CO2 CH4
purchased N2Osteam, HFCs
electricity, PFCs SF6 transportation processing of
heating
heating &&cooling
cooling forown
purchased own use capital fuel and facilities
purchased electricity, steam,
for
goods and
use
purchased Scope 3
goods capital energy
transportation
fuel
related
and
and
distribution
processing of
sold products
end-of-life and distribution
treatment of products
Scope 3
use of sold sold products
purchased
purchased electricity, steam, & electricity, services
steam, goods and goods activities energy related transportation waste business
heatingpurchased
cooling for own use
electricity, INDIREKT
steam,
services business activities
sold products
and distribution generated in
INDIREKT
travel
heating & cooling for ownheating
use & purchased
cooling
heating & for own use
transportation
electricity,
cooling for own waste
steam,
use company
and distribution company
generated travel end-of-life
operations use of sold
purchased
heating &electricity,
cooling for own use in
steam, facilities
transportation processing of end-of-life use of sold
purchased electricity, steam, purchased facilities
operations capital fuel and transportation processing of treatment of products
purchased electricity, steam, heating & cooling for own use company
Bezogene and and distribution
distribution sold sold
products products treatment
sold products of products
heating & cooling forWaren capital & cooling
own use heating fuel
forand
own use goods and waste goods business
transportation
purchased electricity, steam,
energy related vehicles
transportation processing of
und Dienstleistungen goods energy related services generated activities sold products
transportation
and distribution
heating & cooling for own use waste
in
transportation travel business
processing Transport
andof distribution processing
sold of
products
activities transportation processing of
and distribution operations
andgenerated company
distribution incompany travel
und Vertrieb
sold products sold products
transportation processing
Bezogene Elektrizität, and distribution
company sold productsof end-of-life use of sold
operationsfacilities
facilities transportation processing
employee of leasedtreatment
assets
purchased electricity, steam,
Dampf, Heizung und Kühlung
purchasedfür den Eigenbedarf
capital fuel and company end-of-life and
use distribution
of sold
vehicles company sold products of Investitionen
products
purchased
heating & cooling for own use capital
employee
company fuel and
Geleaste Objekte
transportation company processing of
investments treatment of transportationand processing
distribution ofsold
commuting products
products vehicles leased assets sold franchises products
goodsand
and goods energy related facilities Firmen-
goods goods
commuting transportation
energy related
and distribution waste sold
facilities products business
and distribution
sold products sold products
purchased
services capital businessfacilities
fuel andactivities company
einrichtungen transportation processing of
transportation waste and distribution generated in travel
purchased goods services
Investitions-purchasedfuel and capital
and
purchased goods capitalenergy fuel and activities
related
fuel and company
facilities
transportation processing of and distribution sold products
and distribution generated ingoods travelenergy related operations
goods and güter goods and
energy
services related
purchased
goods and company employee
capital activities
goods energy fuel andleased
related company
assets and distribution
investments
facilities sold products
end-of-life company use of sold leased assets Franchises
operations
servicespurchased company end-of-life use of sold leased assets
services activities
goods and
services goodsactivities
capital
facilities commuting Pendeln
fuel
energyandrelated
activities leased assets
der facilities transportation investmentsVerarbeitung
treatment of vehiclesproducts franchises
company
vehicles company
end-of-life treatment
use of
of sold products
purchased capital purchased goods
Brennstoff- und services capital
and goods fuel and energy Mitarbeiter
related
activities and distribution der verkauften
sold products
business facilities facilities
end-of-life use of sold
goods and goods goods andtransportation
energiebezogene servicesgoodscapital waste
purchased energy fuelrelated
and activities end-of-life use of soldtreatment
Produkte of sold products
end-of-life products use of sold
transportation waste
purchased business
capital fuel and
services services and
Aktivitätengoodsdistribution
and generated
goods in related travel
activities
energy
Geschäfts-company
treatment of productstreatment
sold productstreatment ofproductsproducts
of end-of-life use of sold
transportationdistribution waste
andservices generated
operationsgoods and
in
activities goods
travel soldenergy related
products sold products end-of-life use products
of sold
business employee leased assetsFirmen- investments sold treatment
products of Geleaste Objekte franchises
transportation wastetransportation
and distribution business
transportation waste
generated in
operations services
waste reisen facilities
businessend-of-life activities Verwendung
employee leased assets investments commuting use of sold
company leased
end-of-life end-of-life
assets
use of sold treatment
sold
franchisesof
products products
and distribution generated
purchased andindistribution
capital travel generated
Transport undfuel and
operations in wasteintravel business fahrzeuge
commuting and distribution generated travel treatment of company products
treatment of treatment of sold products
products der verkauften
goods andoperations goods transportation operations
energy related
Vertrieb Imgenerated
Betrieb companyin business
travel vehicles Verwertung der use of sold
waste operations company sold products sold products Produkte
transportation business sold products vehiclescompany products
services transportation waste business verkauften Produkte
transportation waste businessand
and distribution
distribution anfallende
activities
generated inoperations vehicles travel
Abfälle
travel vehicles vehicles
company
and distribution generated in and distribution
travel generated in
operations travel am Ende ihrer Lebensdauer
transportation wastecompany company
business vehicles use of sold
operations employee operations leased assets investments vehicles end-of-life leased assets franchises
commuting company
and distribution generated incompany travel vehicles
treatment of products
employeeemployee leased leasedvehicles
assets assets investments
operations vehicles assetsleased assets franchises
employeetransportation
Vorgelagerte
leased assetsemployeecommuting
waste
commuting investments
Aktivitäten
leasedbusiness
assets
investments
investments Berichtende Unternehmen
leased assets
sold products
franchises
leased
company
leased assets
Nachgelagerte
franchises
franchisesfranchises
Aktivitäten
employee leased assets investments vehicles
leased assets
commutingand distribution commuting
generatedemployee in
employee
commuting travel
leased assets investments
leased assets investments leased assets franchises
leased assets franchises
Darstellung der Scopes der THG-Berichterstattung (Abbildung nach World Resource Institute 2021)
Zur Beurteilung der unternehmerischen Carbon Perfor-
mance – also der Leistungsermittlung im Klimaschutz SCOPE 1 umfasst ausschließlich direkte
– wird das sogenannte Carbon Accounting eingesetzt. Emissionsquellen innerhalb des Unternehmens
Dies ist der Überbegriff für unternehmerische Werkzeu- (z. B. Fahrzeugflotte oder selbst erzeugter Strom).
ge von der rein physikalischen Erhebung von Treibhaus-
gasen bis zur zusätzlichen monetären Bewertung von SCOPE 2 beinhaltet alle energiebedingten
Klimawirkungen (Günther und Stechemesser 2010). Das indirekten Emissionen, die durch die Erzeugung der
Carbon Accounting kann sich an verschiedenen interna- unternehmensintern genutzten Energie entstehen
tionalen und nationalen Richtlinien orientieren, u. a. an (z. B. beim Strom- oder Wärmeverbrauch).
den Standards der Global Reporting Initiative (GRI), des
Carbon Disclosure Projekts (CDP), der Science Based Tar-
get initiative (SBTi) oder der Deutschen Vereinigung für SCOPE 3 erfasst alle indirekten Emissionen, die
Finanzanalyse und Asset Management (DVFA). Ein weit durch die jeweilige Unternehmenstätigkeit verursacht
verbreiteter Standard zur Bestimmung von Treibhausgas- werden. Das beinhaltet auch solche, die nicht unter
emissionen auf Unternehmensebene stellt die Green- der direkten Kontrolle des Unternehmens stehen
house Gas Protocol Initiative in Form des „Greenhouse (z. B. verursacht durch Zulieferer oder Dienstleister).
Gas Protocol“ (GHG-Protokoll) zur Verfügung. Darin wird
die Treibhausgasberichterstattung je nach unterneh-
mensintern festgelegtem Umfang der erfassten Emissi-
onen in drei Betrachtungsrahmen – sogenannte Scopes
– unterteilt, die im GHG-Protokoll definiert sind.
13HEMMNISSE, NUTZEN UND CHANCEN
VON ENERGIE- UND RESSOURCEN-
EFFIZIENZ-MASSNAHMEN
Es gibt zahlreiche Gründe, sich intensiv mit dem Energie- und Ressourcenbedarf
von Produktions- und Versorgungsanlagen auseinanderzusetzen.
HEMMNISSE NUTZEN
Energie- und Ressourceneffizienz ist nach Steigerung der Ressourcen- und Energie
wie vor ein Randthema, welches oft neben effizienz wirkt sich in vielerlei Hinsicht
den typischen Produktionszielgrößen positiv auf das Unternehmen und seine
(Zeit, Kosten, Qualität) vergessen wird. Angestellten aus.
Energie- und Produktionssysteme sind meist
Steigerung der Wirtschaftlichkeit durch
komplex und eine Optimierung erfordert
reduzierte Energie- bzw. Materialkosten.
interdisziplinäres Systemverständnis, was
nicht per se vorausgesetzt werden kann.
Durch Demand-Side-Management kann ein
No Data – trotz fortschreitender Digitalisie- Unternehmen von günstigeren Strompreisen
rung in der Produktion gibt es zahlreiche profitieren (bspw. durch Lastspitzenglättung).
Maschinen, die über keine datentechnischen
Schnittstellen verfügen. Dies erschwert Die Überwachung und Regelung der
automatisierte Prozessanalysen. Power Quality verhindert unerklärbare
Maschinenausfälle.
Oft werden Ressourcen-, Abfall- und Ener-
giekosten als Gemeinkosten veranschlagt Zur systematischen Verankerung von
und nicht auf die entsprechenden Abteilun- Nachhaltigkeit und Umweltschutz
gen und Produktionsbereiche umgelegt, in der Unternehmenskultur kann ein Ener-
was die Motivation zur Umsetzung von giemanagementsystem genutzt werden.
Effizienzmaßnahmen seitens der Ein grünes Firmenimage führt zu einer
Produktionsverantwortlichen senkt. steigenden Motivation unter den Angestell-
ten und zu einer erhöhten Kaufbereitschaft
beim Kunden.
Auch der gesellschaftliche Nutzen
bspw. mit Blick auf den Klimawandel
steht im Vordergrund.
CHANCEN
Externe Beratung kann beim Verständnis und der Optimierung von komplexen Produktionssystemen
helfen und auch auf passende Fördermöglichkeiten hinweisen.
Big Data und die Verfügbarkeit immer größerer Mengen an Produktionsdaten stellen produzierende
Unternehmen vor neue Herausforderungen, bieten aber gleichzeitig zahlreiche Chancen, wie bspw.
die Nutzung eines automatisierten Stand-by-Managements oder die Berechnung einer kosten-
bzw. ressourcenoptimierten Prozessführung.
Förder- und Beratungsangebote können die Umsetzung von Effizienzmaßnahmen unterstützen.
14 RESSOURCENEFFIZIENZ IN PRODUKTIONSPROZESSEN – 01 RESSOURCENEFFIZIENZ„Das ArePron-Projekt und die daraus
gewonnenen Erkenntnisse sind von
hoher Relevanz für die Ziele der
Nachhaltigkeit, für unsere Umwelt und
für die kommenden Generationen.
Hervorzuheben ist der methodische,
offene und holistische Ansatz.“
Siegfried Wagner, Geschäftsführer
in-integrierte informationssysteme GmbH
Foto: Jakob Maul GmbH
1516 RESSOURCENEFFIZIENZ IN PRODUKTIONSPROZESSEN – 02 AREPRON – EIN TRANSFERPROJEKT DER TU DARMSTADT
Foto: Fotolia | Kalinovsky Dmitry AREPRON –
EIN TRANSFER-
PROJEKT DER
TU DARMSTADT
Spannende Einblicke und
Erkenntnisse aus den wissenschaft
lichen Musterfabriken (CiP* und
ETA**) geben zukunftsweisende
Ausblicke für die tägliche Arbeit
in Unternehmen.
LERNEN SIE AREPRON KENNEN S. 18
* Prozesslernfabrik CiP (Center für industrielle Produktivität)
** ETA-Fabrik (interdisziplinäre Forschungsgruppe ETA =
Energietechnologien und Anwendungen in der Produktion)
17LERNEN SIE AREPRON KENNEN
AREPRON = Agiles ressourceneffizientes
Produktionsnetzwerk
Wie können Unternehmen ihre Ressourcen effizient einsetzen, Produktionssysteme
intelligent und standortübergreifend vernetzen? Welche Technologien im
Zeitalter der Digitalisierung können helfen, Kosten zu senken und gleichzeitig
den ökologischen Fußabdruck des Unternehmens zu reduzieren? Das ArePron-
Projekt zeigt die vielfältigen Möglichkeiten auf, Ressourceneffizienz durch
eine intelligente standortübergreifende Vernetzung von Produktionssystemen
zu steigern.
18 RESSOURCENEFFIZIENZ IN PRODUKTIONSPROZESSEN – 02 AREPRON – EIN TRANSFERPROJEKT DER TU DARMSTADTSIE WOLLEN MEHR ÜBER
AREPRON ERFAHREN?
Weitere Informationen über die Angebote der
drei an ArePron beteiligten Institute der TU
Darmstadt finden Sie auf den jeweiligen Web
seiten. Erleben Sie, welche ökologischen und
ökonomischen Auswirkungen die Optimierung
von Produktionsprozessen auch auf Ihr Unter-
nehmen haben kann:
MEHR ERFAHREN
www.ArePron.com
Institut für Produktions
management, Technologie und
Werkzeugmaschinen (PTW)
www.ptw.tu-darmstadt.de
Fachgebiet Stoffstrom
management und
Ressourcenwirtschaft
www.iwar.tu-darmstadt.de/sur/
fg_sr/startseite_4/index.de.jsp
Fachgebiet
Foto: Gregor Schuster
Datenverarbeitung
in der Konstruktion
www.dik.tu-darmstadt.de
Foto: Sibylle Scheibner
Das gefertigte Produkt
„Kugellabyrinth“ im Projekt „ArePron“: ein klassisches
Zerspanungsbauteil, das alle Stationen einer typischen
industriellen Prozesskette für solche Teile durchläuft.
19PRODUKTIONS-
NETZWERK AUS
10 MASCHINEN
PROZESS-
LERNFABRIK
CiP
6
SÄGEN:
PRODUKTIONS-
SCHRITTE
ZUSCHNITT
VON
ROHTEILEN DREHEN FRÄSEN
FABRIK
ETA
Zwei Fabriken, zehn Maschinen, sechs Produktionsschritte und ein ganzes
Team von Wissenschaftlern: Die beiden Fertigungsstrecken in den Lernfabriken
CiP* und ETA** an der TU Darmstadt bilden die Plattform für das wissenschaftliche
Transferprojekt ArePron. Hier werden die typischen Fertigungsprozesse eines
Zerspanungsbauteils überwacht, dokumentiert und optimiert.
20 RESSOURCENEFFIZIENZ IN PRODUKTIONSPROZESSEN – 02 AREPRON – EIN TRANSFERPROJEKT DER TU DARMSTADTFotos: Gregor Schuster
LASER-
REINIGEN BESCHRIFTEN HÄRTEN
Neue Wege gehen, um natürliche Ressourcen effizient Produziert wird ein Kugellabyrinth, das verschiedene
zu schonen, Prozesse zu optimieren und dem wachsen- Produktionspfade mit unterschiedlichen Maschinen
den Umweltbewusstsein der Gesellschaft gerecht zu durchlaufen kann. Jedes Bauteil und jeder Produktions-
werden. Wissenschaftler der TU Darmstadt haben ein schritt werden genau analysiert. Dokumentiert werden
agiles ressourceneffizientes Produktionsnetzwerk – Are- neben dem Verbrauch von natürlichen Ressourcen
Pron – ins Leben gerufen. Gefördert wurde es durch das (u. a. Rohstoffe) auch der Einsatz von Betriebsmitteln.
Hessische Ministerium für Wirtschaft, Energie, Verkehr Mit Hilfe der Daten aus der Musterfabrik lässt sich eine
und Wohnen sowie durch den Europäischen Fonds für agile und effiziente Produktionsplanung und -steuerung
regionale Entwicklung (EFRE). realisieren.
Grundlage des Projekts ist ein Produktionsnetzwerk zwi- Die Erhebung der relevanten Daten zum Verbrauch
schen der Prozesslernfabrik CiP und der ETA-Fabrik auf von Ressourcen entlang des Produktionsprozesses ist
dem Campus Lichtwiese der TU Darmstadt. der erste wichtige Schritt, um Optimierungspotenziale
zu erkennen.
* Prozesslernfabrik CiP (Center für industrielle Produktivität)
** ETA-Fabrik (interdisziplinäre Forschungsgruppe ETA =
Energietechnologien und Anwendungen in der Produktion) 2122 RESSOURCENEFFIZIENZ IN PRODUKTIONSPROZESSEN – 03 TRANSPARENZ IN PRODUKTIONSPROZESSEN
Foto: Vintage Tone/Shutterstock
TRANSPARENZ
IN PRODUKTIONS-
PROZESSEN
Daten sind Macht. Wissen zur
Erhebung, Auswertung und Speiche-
rung von relevanten Unternehmens-
daten ist die Grundlage für erfolg
reiche Veränderungsprozesse.
METHODIK ZUR SYSTEMATISCHEN S. 24
TRANSPARENZSCHAFFUNG
IN 3 SCHRITTEN SYSTEMATISCH S. 26
ZU MEHR TRANSPARENZ
1G
robanalyse auf Unternehmens-
und Maschinenebene
2F
einanalyse auf Maschinen- S. 28
und Prozessebene
Datenerfassung S. 29
3Ü
bertragung auf Produktebene – Trace S. 32
ability-Systeme zur Transparenzschaffung
TRACEABILITY BEI AREPRON S. 34
„WENN MASCHINEN S. 36
SICH VERNETZEN“
IoT- UND PLATTFORMLÖSUNGEN
23„Der erste Schritt zu einer ressourcen-
effizienten oder gar klimaneutralen
Produktion beginnt immer mit der
Transparenzschaffung. Hierbei können
uns die Werkzeuge, die uns die
Digitalisierung bietet, stark unter-
stützen. Am Ende braucht es aber
den Mut zur Umsetzung und kluge
Köpfe, die den Transformations-
prozess begleiten.“
Dr.-Ing. Philipp Schraml,
Geschäftsführer, ETA-Solutions GmbH
Foto: ETA-Solutions GmbH
24 RESSOURCENEFFIZIENZ IN PRODUKTIONSPROZESSEN – 03 TRANSPARENZ IN PRODUKTIONSPROZESSENMETHODIK ZUR SYSTEMATISCHEN
TRANSPARENZSCHAFFUNG IN
ENERGIE- UND RESSOURCENSTRÖMEN
Transparente Energie- und Ressourcenflüsse sind die Grundlage für Effizienz
bewertungen. Hierbei können zwei Herangehensweisen unterschieden werden.
Unternehmens-
TOP-DOWN- ebene
BOTTOM-UP-
ANSATZ Gebäude-
ANSATZ
ebene
Produktionslinien-
ebene
Maschinen-
und Prozessebene
Beim Top-Down-Ansatz wird die Transparenz von Ener- Beim Bottom-Up-Ansatz werden die Energie- und Res-
gie- und Ressourcenströmen innerhalb der Fabrik von sourcenflüsse auf Maschinenebene erfasst und dann
der Unternehmensebene hin zur Maschinen- und Pro- auf Produktionslinien- und Fabrikebene hochgerechnet.
zessebene sukzessive gesteigert. Jedoch können die
VORTEIL: Identifizierung von Effizienzpotenzia-
Verbräuche nur selten auf einzelne Maschinen oder Pro-
len auf Maschinenebene (bspw. eine Optimie-
duktionsprozesse umgelegt werden, sogenannte „blin-
rung des Produktionsablaufplans oder die Einführung
de Flecken“ sind weit verbreitet.
eines Abschaltmanagements in Nicht-Produktivzeiten).
VORTEIL: Geringer Aufwand, um Energie und
NACHTEIL: Die Schaffung der Transparenz auf
Ressourcen hinsichtlich Relevanz zu priorisieren.
Maschinenebene ist aufwändig und kosteninten-
Eine produktspezifische Kennzahl (z. B. CO2 pro Bau-
siv. Daher ist diese Herangehensweise vor allem bei
teil) kann grob abgeschätzt werden.
kleinen und mittelständischen Unternehmen kaum ver-
NACHTEIL: Transparenz auf Maschinenebene breitet.
fehlt meist.
WARUM NICHT
BEIDES ?
KOMBINIERTER ANSATZ SIE WÜNSCHEN SICH
UNTERSTÜTZUNG?
Um Effizienzpotenziale auf Maschinenebene frühzeitig
Die unabhängige PIUS-Beratung des RKW Hessen
abzuschätzen und gleichzeitig bereits installierte Sen-
für hessische Unternehmen bietet eine umfas-
sorik auf Fabrik- und Produktionslinienebene zu berück-
sende Analyse aller betrieblichen Abläufe und
sichtigen, wird in diesem Leitfaden ein kombinierter An-
unterstützt Sie gern auch bei der Beantragung
satz aus Top-Down- und Bottom-Up-Ansatz verwendet.
von Förderprogrammen.
Hierbei werden die genannten Vorgehensweisen um die
Komponentenebene erweitert, da dies für viele Effizi-
enzmaßnahmen wie beispielsweise den Austausch inef-
fizienter Maschinenkomponenten oder die Implemen- MEHR ERFAHREN
tierung eines Stand-by-Managements notwendig ist. www.rkw-hessen.de/beratungs-
foerderung/hessen-pius.html
25IN 3 SCHRITTEN SYSTEMATISCH
ZU MEHR TRANSPARENZ
Um den Nutzen der Transparenzschaffung frühzeitig
sicherzustellen und Sensorik effizient zu implementieren,
wird ein stufenweises Vorgehen zur energetischen und
ressourcentechnischen Transparenzschaffung herangezogen.
1 GROBANALYSE
auf Unternehmens-
und Maschinenebene 2 FEINANALYSE
auf Maschinen-
und Prozessebene 3 ÜBERTRAGUNG
auf Produktebene
Darstellung des Vorgehens bei der energetischen
und ressourcentechnischen Transparenzschaffung
(angelehnt an Blesl und Kessler 2018)
1 GROBANALYSE
AUF UNTERNEHMENS-
UND MASCHINENEBENE
WORUM GEHT ES?
Mit einer Grobanalyse auf Unternehmens- und Ma-
schinenebene werden die gesamtbetrieblichen Ener-
WAS IST ZU TUN?
Auf Unternehmensebene erfolgt die Erfassung von
Energieträgern, Ressourcen und Abfällen, die von der
Fabrik bezogen und entsorgt werden.
Für die Ermittlung können Zählerablesungen und (Ener-
gie-)Rechnungen, aber auch interne Unterzähler ge-
nutzt werden. Die relevantesten Ressourcen und Ener-
gieflüsse können so in einem ersten Schritt zumindest
aus Kostensicht identifiziert werden. Zudem empfiehlt
sich die Erstellung einer Dauerlinie auf Werksebene, um
Einsparmöglichkeiten beim Leistungspreis abzuschät-
gieströme und Produktionsprozesse erfasst. Das Ziel zen, welcher maßgeblich von der höchsten elektrischen
besteht in der Identifizierung relevanter Ressourcenströ- Lastspitze abhängt (siehe „Analysetools“ auf Seite 28).
me, ohne zeitaufwändige Messungen durchzuführen.
Durch die Grobanalyse lässt sich eine erste Priorisierung
von Bereichen und/oder Produktionsmaschinen vor-
nehmen, die in einer anschließenden Feinanalyse ge-
nauer untersucht werden sollen.
26 RESSOURCENEFFIZIENZ IN PRODUKTIONSPROZESSEN – 03 TRANSPARENZ IN PRODUKTIONSPROZESSENFoto: Just Life/Shutterstock
KOSTENFREIE IMPULS-
BERATUNG VOR ORT
Sie möchten Kosten, Material UND Energie
sparen? Die zweistündige Beratung des RKW
Hessen unterstützt Sie, ungenutzte Potenziale zu
ermitteln und gibt Hinweise zu Sofortmaßnahmen.
MEHR ERFAHREN
www.energieeffizienz-hessen.de/
beratungsfoerderung
ABC-ANALYSE ODER
ANLAGEN-VERBRAUCHSMATRIX?
Für die Grobanalyse auf Maschinenebene emp-
fiehlt sich die ABC-Analyse oder eine Anlagen-
Verbrauchsmatrix, um relevante Energieträger
zu identifizieren und Maßnahmen zu priorisieren.
Beide Analysetools wurden ursprünglich für
elektrische Energieverbraucher konzipiert, las-
sen sich aber analog auf andere Energieträger
wie beispielsweise Druckluft oder Erdgas erwei-
tern. Über die Einbeziehung von CO2-Äquivalen-
ten ist ebenfalls eine Priorisierung von Hilfs- und
Betriebsstoffen möglich.
Bei der ABC-Analyse werden die Verbraucher der
Größe nach sortiert und in Gruppen, abhängig
vom kumulierten Energiebedarf, einsortiert.
Auf Maschinenebene erfolgt eine grobe Zuordnung
des Ressourcenverbrauchs zu einzelnen Produktions
anlagen.
A Gruppe der Hauptverbraucher:
70 % der elektrischen Gesamtleistung
Gruppe weiterer Verbraucher,
Hierfür können Verbrauchsdaten aufwandsarm von
Typenschildern, Elektro-, Fluid- und Pneumatikplänen
sowie Wartungsplänen abgelesen werden.
B die kumuliert mit Gruppe A
90 % der Gesamtleistung benötigen
C
• Fluidpläne geben Rückschluss auf die verwendeten Gruppe der
Hilfs- und Betriebsstoffe (wie beispielsweise Hydraulik übrigen Kleinverbraucher
öle) inkl. Füllmengen.
• Pneumatikpläne beinhalten die geforderte Druckluft- Der Nachteil der ABC-Analyse ist, dass die
qualität, mit Mindestvolumenstrom und -druck. Einschaltdauer der Anlagen nicht in die Betrach-
• Wartungspläne geben Aufschluss über Wechselzyklen tung einfließt.
von Hilfs- und Betriebsstoffen (z. B. Filter).
Da die Laufzeiten der Produktionsmaschinen in
• Auf Typenschildern und in Elektroplänen ist die An-
der Regel bekannt sind, ist die Priorisierung wei-
schlussleistung vermerkt, über die eine grobe Ab-
terer Analysen über eine Anlagen-Verbrauchs-
schätzung des elektrischen Energiebedarfs erfolgen
matrix zu empfehlen. Hierbei werden die Pro-
kann. Aber Achtung, der reale Energieverbrauch liegt
duktionsanlagen nach Anschlussleistung und
meist deutlich unter der Anschlussleistung.
geschätzter Einschaltdauer unterteilt. Anlagen
mit hoher Laufzeit und hohem Verbrauch (hier in
Gruppe A) sollten als erstes für Messungen und
weitere Betrachtungen herangezogen werden.
27Foto: Gregor Schuster
2 WORUM GEHT ES?
FEINANALYSE
AUF MASCHINEN-
UND PROZESSEBENE
Mit einer Feinanalyse auf Maschinen- bzw. Prozessebene
werden kontinuierlich fließende Produktionsressourcen
WELCHE TOOLS GIBT ES?
Analysetools, die hierfür zum Einsatz kommen, sind z. B.:
• Eine mit realen Messwerten überarbeitete ABC-
wie Druckluft, Prozessgase oder elektrische Energie für Analyse bzw. Anlagen-Verbrauchsmatrix zur Priorisie-
relevante Maschinen und Anlagen weiter messtechnisch rung der Produktionsmaschinen nach ihrem realen
detailliert. Um die Kosten dieses Schrittes gering zu hal- Verbrauch.
ten, erfolgt die Feinanalyse vorwiegend über temporäre
• Mit Sankey-Diagrammen können Energie- und
und mobile Messgeräte. Wenn ein dauerhaftes Monito-
Ressourcenflüsse innerhalb einer Fabrik visualisiert
ring erwünscht ist, können stationär verbaute Sensorik
werden (siehe Abbildung auf Seite 42).
oder virtuelle Messstellen implementiert werden.
• Das Potenzial zur Lastspitzenglättung kann sowohl auf
Unternehmensebene als auch auf Maschinen- und
WIE FUNKTIONIERT ES? Prozessebene über Dauerlinien bestimmt werden.
Der Unterschied zur Grobanalyse besteht darin, dass Hierfür wird der zeitliche Anteil des Energiebedarfs
bei der Feinanalyse der reale Energie- und Ressourcen- einer Anlage auf der X-Achse über den Energiebedarf
bedarf auf Maschinenebene vermessen wird, wodurch (bspw. für den Zeitraum von 15 Minuten) aufgetragen.
Effizienzpotenziale genauer abgeschätzt werden kön-
nen. Neben der Erfassung direkter Prozess- und Maschi-
nenparameter je Bilanzraum ist für eine Zertifizierung
nach ISO 50001 auf die Erfassung weiterer Rahmen-
daten wie Raumklima, Produktionsportfolio, Durchsatz,
Taktzeiten, Schichtbetrieb etc. zu achten.
28 RESSOURCENEFFIZIENZ IN PRODUKTIONSPROZESSEN – 03 TRANSPARENZ IN PRODUKTIONSPROZESSENFoto: Gregor Schuster
DATENERFASSUNG
ABER WIE?
Nachdem in der Grobanalyse die
kosten- bzw. umwelttechnisch relevan-
ten Ressourcen identifiziert wurden,
werden diese in der Feinanalyse
mit Messdaten auf Maschinenebene
untermauert. Neben den typischen
Energieströmen wie Elektrizität, Druck-
luft, Wärme/Kälte und Erdgas spielen
häufig auch weitere Betriebs- und
Abfallstoffe wie Kühlschmierstoff,
Rohmaterialien und Späne eine Rolle.
Um Transparenz über Ressourcenverbräuche zu erlan- In der folgenden Abbildung sind die verschiedenen
gen, bieten sich verschiedene Möglichkeiten der Ver- Ressourcen einer Werkzeugmaschine beispielhaft den
brauchsdatenerfassung an: möglichen Erfassungsarten zugeordnet.
ERFASSUNG ÜBER DOKUMENTE/AUF-
BEISPIELHAFTES SYSTEMFLIESSBILD
ZEICHNUNGEN/EXPERTENSCHÄTZUNGEN EINER WERKZEUGMASCHINE
Angaben zu den benötigten Betriebsstoffen (z. B. Hyd- MIT DEN JEWEILIGEN ERFASSUNGSARTEN
rauliköl oder Kühlschmierstoff) können beispielsweise
Datenblättern oder Fluidschaltplänen entnommen
Sensorgestützte Erfassung
werden. Auch Rechnungen über den Ressourcen- oder Energie elektrisch
Manuelle Erfassung
Energieverbrauch eines gewissen Zeitraums sind Druckluft
Erfassung über Dokumente/
hierfür aussagekräftig. Zudem kann die Befragung von Druckluft* Aufzeichnungen/
Expert/innen aus der Produktion erste Anhaltspunkte
WERKZEUGMASCHINE
Druckluftfilter Expertenschätzungen
über den Ressourcenverbrauch liefern. Sie werden
in Wartungsplänen dokumentiert haben, wie oft z. B. Fil- Sonst. Betriebsstoffe
ter getauscht oder Betriebsstoffe nachgefüllt werden. KSS-Ölmenge
KSS-Wassermenge Abfälle
MANUELLE ERFASSUNG Kühlmittel Wasser Späne
Kühlmittel Glysantin Ausschuss
„Hands-on“ – oft ist auch ein pragmatischer Ansatz
Hydrauliköl Althydrauliköl/
zielführend, bei dem man selbst Hand anlegt.
Hydraulikölfilter -kühlmittel
Beispielsweise können Produktionsabfälle wie Späne
Schmierfett Altfilter, DL
einer Fräsbearbeitung oder die Pulvermenge einer
Pulverbeschichtung, die nicht wiederverwendet wer- Werkzeuge/Schneiden Abwärme
den kann, für eine gewisse Anzahl produzierter Teile Rohteil Produkt
händisch abgewogen werden.
* Druckluft vom zentralen Kompressor
SENSORGESTÜTZTE ERFASSUNG
Bei der sensorgestützten Datenerfassung wird zwischen Nach der ersten Abschätzung der Ressourcenverbräuche
temporären und kontinuierlichen Messungen unter- pro Bauteil gilt es, die Transparenz weiter zu erhöhen,
schieden. Zudem gibt es noch virtuelle Messstellen, die um die wirksamsten Maßnahmen zur Effizienzsteigerung
als reine Softwarelösung günstig in der Anschaffung zu ermitteln.
sind (siehe Seite 30).
Wie mit den erfassten Maschinendaten weiter vorgegan
gen wird, erfahren Sie im folgenden Kapitel 4.
Mit diesen Informationen und der Kenntnis über die
produzierten Stückzahlen in dem betrachteten Zeitraum
kann dann ein Verbrauch pro Bauteil zumindest grob er-
mittelt werden.
29DATENERFASSUNG
WAS GIBT ES ZU BEACHTEN?
Bei der Auswahl der Datenerfassungsart spielen neben den Kosten
verschiedene andere Faktoren eine Rolle. Hierbei sollte der zu erwartende
Mehrwert stets in Relation zum Aufwand bzw. den Kosten stehen.
Je nach Ressource oder Energieträger ist geeignetes AUFLÖSUNG ist die Fähigkeit, zwei benachbarte
Messequipment auszuwählen, um die Größen inner- Werte voneinander unterscheiden zu können.
halb der Feinanalyse sinnvoll zu erfassen. Bei der Aus-
wahl von sensorgestütztem Messequipment sind die
folgenden drei Aspekte zu beachten:
WIE HÄUFIG PRO
ZEITEINHEIT ?
MESSBEREICH ist der Bereich, in dem der ange-
zeigte oder abgelesene Wert eine vorgegebene Fehler-
grenze nicht überschreitet. Besonders bei der Archivierung von Messwerten in Da-
tenbanken sollte die zeitliche Auflösung der Zielgröße
beachtet werden. Die Frage, ob bspw. der elektrische
WIE GROSS IST DIE
MESSGRÖSSE ? Energiebedarf einer Maschine sekündlich oder minüt-
lich erfasst wird, hängt letztendlich davon ab, welche
Optimierungsziele verfolgt werden. Wenn z. B. die Kos-
ten der elektrischen Lastspitze reduziert werden sollen,
Beispielsweise hat die Größe einer Messklemme zur Er- die in 15-Minuten-Intervallen abgerechnet werden, soll-
fassung von elektrischen Strömen einen signifikanten ten die Energiedaten deutlich hochfrequenter erfasst
Einfluss auf den Messbereich, in dem sich die Mess werden, um frühzeitig eine Verbesserungsmaßnahme
werte bewegen sollten. einzuleiten.
ALLES AN EINEM ORT – EINEN SCHRITT WEITER –
WOHIN MIT DEN INFORMATIONEN? KONTINUIERLICHES
Bereits zu Beginn der Grobanalyse sollte klar sein, wo RESSOURCENMONITORING
die ganzen Informationen gesammelt werden. Ein zent- Während temporäre, mobile Messungen genutzt wer-
rales Dokument bietet sich hier an, damit für die weite- den, um die geschätzten Verbräuche aus dem Schritt
ren Analysen alle Informationen an einer Stelle gefun- der Grobanalyse einzugrenzen und den durchschnittli-
den werden können. In der einfachsten Version handelt chen Verbrauch auf die produzierten Bauteile zu vertei-
es sich dabei um eine Tabelle in einem Tabellenkalkula- len, eignen sich sowohl virtuelle als auch permanente,
tionsprogramm, bei der für jede untersuchte Maschine stationäre Messstellen für ein kontinuierliches Ressour-
ein neues Tabellenblatt erstellt wird. Für weiterführende cenfluss-Monitoring.
Analysen der Daten ist eine richtige Datenbank sehr zu Ziel einer kontinuierlichen Überwachung (engl.: Moni-
empfehlen. Im Rahmen des ArePron-Projektes wurde toring) ausgewählter Ressourcenströme kann beispiels-
dafür das sogenannte „VaRA-Tool“ entwickelt, eine Java- weise die Wirksamkeitsüberprüfung einer umgesetzten
basierte Datenbankstruktur, die sich über mobile End- Maßnahme hinsichtlich der Effizienzsteigerung sein.
geräte bedienen lässt, so dass beim Durchlauf durch Für Unternehmen, die ihren Energie- und Ressourcen-
die Produktion direkt Informationen an zentraler Stelle konsum verbessern möchten, stellt ein kontinuierliches
festgehalten werden können. Monitoring, wie es beispielsweise in DIN ISO 50001 für
Energieträger vorgesehen ist, den Grundstein dieses
kontinuierlichen Verbesserungsprozesses (KVP) dar.
30 RESSOURCENEFFIZIENZ IN PRODUKTIONSPROZESSEN – 03 TRANSPARENZ IN PRODUKTIONSPROZESSENFoto: metamorworks/Shutterstock
MESSGENAUIGKEIT ist die Abweichung
der erfassten Messgröße vom realen Wert.
WIE FEHLER-
BEHAFTET ?
Während physikalische Modelle schnell komplex werden
Innerhalb des Messbereichs ist die Messgenauig- und oft Expertenwissen bei der Erstellung benötigen,
keit von kommerziell verfügbarer Sensorik in der sind hybride Modelle selbst für komplexe Produktions-
Regel ausreichend hoch. Häufig entstehen größere maschinen einfach zu erstellen und in Echtzeit anwend-
Ungenauigkeiten bei unsachgemäßer Installation bar. Die Modellerstellung besteht aus einer empirischen
und Kalibrierung der Sensorik. Korrelation des temporär gemessenen Energie- oder
Ressourcenverbrauchs mit dauerhaft verfügbaren Steu-
erungsdaten der Maschine. Sobald das Modell erstellt
ist, kann es in Echtzeit den aktuellen Energiebedarf, ba-
sierend auf Maschinendaten, prognostizieren.
EXKURS: VIRTUELLE MESSSTELLEN
Um kostengünstig Energie- und Ressourcenflüsse inner-
halb einer Fabrik zu überwachen, sind virtuelle Mess- Zustandsdaten
der Maschine
stellen eine interessante Alternative zu sensorbasierten
(z. B. Maschine in
Messstellen, die besonders KMUs in Betracht ziehen
Bearbeitung/Standby) Energie-
sollten (GUTcert 2018). Prinzipiell lassen sich virtuelle Virtuelle
und
Messstellen in folgende Gruppen unterteilen (Flick et al. Mess-
Ressourcen-
Betriebsdaten stelle
2018): bedarf
• physikalische Modelle, welche eine Zielgröße über der Maschine
physikalische Gleichungen abbilden, (z. B. Ofentemperatur
= 550 °C)
• hybride Modelle, die empirisch erstellt werden,
• Disaggregationsmodelle (auch als „Nonintrusive Load
Monitoring“ bekannt), bei denen ein übergeordneter
Messwert (bspw. auf Produktionslinienebene) auf Schema einer virtuellen Messstelle
untergeordnete Anlagen aufgeteilt wird.
Da stets die Wirtschaftlichkeit der Messstelle zu beach-
ten ist, sollte vor der Installation kontinuierlicher Mess-
DEFINITION stellen stets Klarheit über den geplanten wirtschaftli-
chen, juristischen oder ökologischen Nutzen herrschen.
Eine virtuelle Energie- bzw. Ressourcenbedarfs- Nichtsdestotrotz empfehlen Studien, jährlich 3 % der
messstelle ist ein virtuelles Abbild des physika- Energiekosten in Messequipment zu investieren (econ
lischen Nutzenergie- bzw. Ressourcenbedarfs solutions GmbH 2015).
einer betrachteten Einheit (Sossenheimer et al.
2020).
313
Foto: urbans/Shutterstock
ÜBERTRAGUNG
AUF PRODUKTEBENE:
TRACEABILITY-SYSTEME ZUR
TRANSPARENZSCHAFFUNG
WORUM GEHT ES?
Durch Traceability-Systeme werden Produkte zu aktiven
Informationsträgern. So kann der komplette Produktent-
stehungsprozess verfolgt werden – von der Anlieferung
über die Produktion bis zum Versand an den Kunden.
TRACEABILITY,
TRACKING UND TRACING
Traceability bezeichnet die Fähigkeit, alle Infor-
mationen zu einem bestimmten Gegenstand
über den kompletten Lebenszyklus zu erhalten.
Dazu werden Identifikationsmerkmale festge-
legt, die durch Technologien zur Autoidentifika-
tion (kurz AutoID) erkannt werden.
Tracking bedeutet die Verfolgbarkeit, also das
Erfassen und Archivieren von aktuellen Informa-
tionen, während Tracing die Rückverfolgbarkeit,
d. h. das Nutzen der gewonnenen Informationen,
beschreibt.
WIE FUNKTIONIERT ES? Anwendung aktiver Systeme
Der Einsatz aktiver Traceability-Systeme hingegen ist
Tracking und Tracing stellen die Grundfunktion von deutlich jünger. In aktiven Systemen werden Traceability-
Traceability-Systemen dar. Je nach Einsatzzweck können Daten unmittelbar in der Produktion genutzt. So kann
Traceability-Systeme sowohl passiv als auch aktiv gestal- ein Produktionsprozess z. B. gesteuert oder verriegelt
tet sein. werden.
Anwendung passiver Systeme
Passive Systeme werden bereits seit Jahrzenten ein- Digitale Arbeitsweise
gesetzt. Sie beschränken sich auf die systematische
Sammlung von Daten zum Produktwerdegang und
dienen somit einer späteren Ursachenfindung bzw. Se- Dynamische Prozesssteuerung
lektion betroffener Komponenten.
Prozessanalyse
Produkthaftung,
Rückrufeingrenzung
Echtzeitabbildung
von Leistungskennzahlen
Herkunftsnachweis
Prozessverriegelung
Produktauthentifizierung
Lagermanagement
Kundendienstleistung
32 RESSOURCENEFFIZIENZ IN PRODUKTIONSPROZESSEN – 03 TRANSPARENZ IN PRODUKTIONSPROZESSENSie können auch lesen
