Softwarelösungen für das Energiemanagement von morgen - Eine vergleichende Studie
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Eine vergleichende Studie Softwarelösungen für das Energiemanagement von morgen 2016 Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Kfm. Alexander Sauer M. Sc. Sebastian Weckmann Dipl.-Wi.-Ing. (FH) Fabian Zimmermann
Herausgeber: Institut für Energieeffizienz in der Produktion EEP Universität Stuttgart Nobelstraße 12, 70569 Stuttgart www.eep.uni-stuttgart.de Autoren: Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Kfm. Alexander Sauer (Hrsg.), M. Sc. Sebastian Weckmann, Dipl.-Wi.-Ing. (FH) Fabian Zimmermann Redaktion: Dr. Birgit Spaeth, Viola Willig M.A. Juni 2016
Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis ..................................................................................................................................................... IV Abbildungsverzeichnis .............................................................................................................................................. V Tabellenverzeichnis .................................................................................................................................................. VI 1 Einleitung .............................................................................................................................................................. 7 2 Methodik ............................................................................................................................................................... 8 3 Einfluss der globalen Megatrends auf die Ressource Energie ............................................................................. 9 3.1 Globale Megatrends ...................................................................................................................................... 9 3.2 Trends im Energiesystem .............................................................................................................................. 11 3.3 Energiestrategische Positionierungsfelder des Unternehmens ..................................................................... 12 3.4 Potenzialfelder ............................................................................................................................................... 13 3.5 Resultierende Anforderungen an Softwarelösungen ..................................................................................... 14 4 Anforderungen an Unternehmen durch Industrial Smart Grids ............................................................................ 16 4.1 Industrial Smart Grid ..................................................................................................................................... 16 4.2 Energiespezifische Produktionsplanung und -steuerung .............................................................................. 16 4.2.1 Energiesensitive Produktionsplanung .................................................................................................. 18 4.2.2 Energiesensitive Produktionssteuerung ............................................................................................... 18 4.3 Resultierende Anforderungen an Softwarelösungen ..................................................................................... 19 5 Ansätze des Energiemanagements ...................................................................................................................... 21 5.1 Energiemanagementsystem .......................................................................................................................... 21 5.2 Energiemanagement-Softwarelösungen ....................................................................................................... 22 6 Funktionsanalyse Energiemanagement-Softwarelösungen ................................................................................. 24 6.1 Produktionstyp und Energiemedien .............................................................................................................. 27 6.1.1 Produktionstyp ...................................................................................................................................... 27 6.1.2 Energiemedien ..................................................................................................................................... 27 6.2 Datenerfassung ............................................................................................................................................. 28 6.3 Datenverwaltung ........................................................................................................................................... 30 6.4 Datenverarbeitung ......................................................................................................................................... 33 6.4.1 Energieorientierte Produktionsplanung und -steuerung ....................................................................... 33 6.4.2 Visualisierung von Energiedaten ......................................................................................................... 36 6.5 Reporting ....................................................................................................................................................... 37 7 Zusammenfassung und Bewertung ...................................................................................................................... 38 8 Literaturverzeichnis .............................................................................................................................................. 40 9 Anhang ................................................................................................................................................................. 42 9.1 Berücksichtigte EMS-Systeme ...................................................................................................................... 42 9.2 Berücksichtigte MES-Systeme ...................................................................................................................... 43 9.3 Beispielhafte Detailauswertung einer Softwarelösung .................................................................................. 44 IV
Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Methodische Vorgehensweise .......................................................................................................... 8 Abbildung 2: Megatrends Industrie in Anlehnung an Ludovico et al. 2013 ............................................................ 9 Abbildung 3: Trends im Energiesystem ................................................................................................................. 11 Abbildung 4: Energiestrategische Positionierungsfelder des Unternehmens ........................................................ 12 Abbildung 5: Potenzialfelder .................................................................................................................................. 13 Abbildung 6: Anforderungen aus der Trendanalyse ............................................................................................... 15 Abbildung 7: Energetische Bausteine im Industrial Smart Grid ............................................................................. 16 Abbildung 8: Integration des Faktors Energie in die hierarchische Produktionsplanung und -steuerung .............. 17 Abbildung 9: Demand Side Management Aktivitäten, von der Energieeffizienz bis zum Real-Time Demand Response (in Anlehnung an Samad und Kiliccote 2012) .................................................................. 19 Abbildung 10: Systemanforderungen für Energiemanagement-Softwarelösungen durch Industrial Smart Grids ... 20 Abbildung 11: PDCA Zyklus auf Basis DIN EN ISO 50001 ...................................................................................... 21 Abbildung 12: Energiemanagement-Softwarefunktionen zur Unterstützung des KVP der DIN ISO 50001 ............ 22 Abbildung 13: Automatisierungspyramide und damit verbundene Planungsebenen (Pickert & Partner 2010) ....... 23 Abbildung 14: Struktureller Aufbau der Software-Funktionsanalyse ........................................................................ 25 Abbildung 15: Durch MES-Software unterstützte Fertigungstypen ......................................................................... 27 Abbildung 16: Durch EMS-Software unterstützte Energiemedien ........................................................................... 28 Abbildung 17: Durch MES-Software unterstütze Energiemedien ............................................................................ 28 Abbildung 18: Durch EMS-Software unterstützte Datenerfassung .......................................................................... 29 Abbildung 19: Durch MES-Software unterstützte Datenerfassung .......................................................................... 29 Abbildung 20: Datenverwaltung EMS ...................................................................................................................... 31 Abbildung 21: Datenverwaltung MES ...................................................................................................................... 32 Abbildung 22: Planung und Steuerung EMS-Software ............................................................................................ 34 Abbildung 23: Planung und Steuerung MES-Software ............................................................................................ 34 Abbildung 24: Visualisierung EMS-Software ............................................................................................................ 36 Abbildung 25: Visualisierung MES-Software ........................................................................................................... 37 Abbildung 26: Reporting EMS-Software .................................................................................................................. 37 V
Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Beispieltabelle für die Bewertung ........................................................................................................... 26 Tabelle 2: Anforderungsbewertung in der Datenerfassung ..................................................................................... 30 Tabelle 3: Anforderungsbewertung Datenverwaltung ............................................................................................. 33 Tabelle 4: Anforderungsbewertung in der Datenverarbeitung ................................................................................. 35 Tabelle 5: Bewertungsübersicht der EMS- und MES-Softwareanalyse auf Basis eines Industrial Smart Grid ....... 39 VI
1 Einleitung Das Thema Energiemanagement gewinnt vor dem Mit zunehmender Bedeutung der Energieproduktivität Hintergrund steigender und volatiler Energiepreise in der Industrie steigt auch die Zahl der Energiema- sowie der zunehmend schwankenden Bereitstellung nagement-Softwarelösungen sowie die unterschied- von Energie in der Industrie weiter an Bedeutung. lichen Ansätze in der Systemlösung. Die richtige Unternehmen stehen im globalen Wettbewerb und Softwarelösung für ein Unternehmen zu finden, ist sind gezwungen ihre Produktivität kontinuierlich zu ein komplexer Prozess, der sowohl die Unterneh- steigern. Schwankende sowie steigende Energie- menshistorie und -gegenwart als auch die zukünftige preise werden zu einem Kostenrisiko und rücken die Entwicklung des Unternehmens auf strategischer Energieproduktivität damit in den Fokus vieler Unter- und operativer Ebene beinhaltet. Dieser Prozess nehmen. ist sehr stark unternehmensbezogen und muss in- dividuell durchgeführt werden. Besonders wichtig Entscheidend für ein erfolgreiches und nachhaltiges ist es daher, Entscheidungsgrundlagen auf dem Energiemanagement ist es, zukünftige Herausfor- Stand der Technik im Energiemanagement sowie auf derungen frühzeitig zu identifizieren und Synergie- Entwicklungstrends in der Industrie und dem Ener- effekte technologie- und marktbezogen bestmög- giesystem aufzubauen und in Wettbewerbsvorteile lich zu nutzen. Energie wird hierbei nicht als allein- umzuwandeln. stehender Faktor betrachtet, sondern vielmehr als Teil eines komplexen Systems aus Produktions- Ziel dieser Studie ist es, Entwicklungstrends in der faktoren, das es zu optimieren gilt. industriellen Produktion und Entwicklungstrends im Energiesystem zu erfassen und darauf aufbauend Mit zunehmender Variabilität des Faktors Energie für Energiemanagement-Softwarelösungen (EMS-Soft- die industrielle Produktion werden auch Smart-Grid- warelösungen) und Manufacturing-Execution-Sys- Lösungen in der Produktion relevant und erschließen tem-Softwarelösungen (MES-Softwarelösungen) mit den Bereich des Industrial Smart Grid (ISG). ISGs Energiefunktionalität gegenüberzustellen. Dabei soll eröffnen innovative Möglichkeiten, um Lösungen für aufgezeigt werden, in welchen Bereichen Entwick- die Bereiche Versorgungssicherheit, Energieeffizienz lungsbedarf bei Softwarelösungen besteht und und Vernetzung auf energetischer Ebene zu schaffen. welche Bereiche heute bereits Entwicklungstrends ISGs können in diesem Zusammenhang zu einem von morgen abdecken. wichtigen Schlüssel für die Bewältigung zukünftiger Herausforderungen und Trends in der industriellen Die berücksichtigten Systeme sind im Anhang aufge- Energieversorgung werden. listet, ebenso wie das Schema der detaillierten Auswertung. Die detaillierte Auswertung der jewei- ligen Systeme sind auf der Hompage des EEP zum Download verfügbar (www.eep.uni-stuttgart.de). 7
2 Methodik Die methodische Vorgehensweise der Studie wird in Ausgehend von Energiemanagementsystemen nach vier Schritte untergliedert (Abbildung 1). Im ersten DIN EN ISO 50001 werden die Systemansätze von Schritt der Studie erfolgt eine Trendanalyse. Ausge- MES- und EMS-Softwarelösungen im Bereich des hend von Megatrends in der Industrie und im Ener- Energiemanagements dargestellt. giesystem werden drei mögliche energiestrategische Positionierungsfelder für Unternehmen abgeleitet. Im vierten Schritt wird eine Funktionsanalyse vor Anschließend werden daraus Potenzialfelder zur dem Hintergrund der Trendanalyse sowie den abge- erfolgreichen Positionierung identifiziert. leiteten Anforderungen durchgeführt. Grundlage der Analyse ist jeweils ein Marktspiegel für EMS-Soft- Im zweiten Schritt werden auf Basis der in der Trend- ware der Energieagentur Nordrhein-Westfalen analyse identifizierten Potenzialfelder Anforder- sowie ein Marktspiegel für MES-Software des MES ungen an Energiemanagementsysteme von morgen D.A.CH Verbands. Die Softwareanalyse umfasst entwickelt. 79 EMS-Softwareanbieter und 39 MES-Software- anbieter. Im dritten Schritt erfolgt eine Darstellung des Themen- feldes des Energiemanagements. Trendanalyse Megatrends in der Industrie Trends im Energiesystem Energiestrategische Positionierung des Unternehmens Potenzialfelder Energiemanagement Energiemanagementsysteme Anforderungen durch Industrial Smart Grids Energiemanagementsoftware Funktionsanalyse Energiemanagement-Softwarelösungen Marktspiegel EMS-Software Marktspiegel MES-Software (79 Anbieter) (39 Anbieter) Abbildung 1: Methodische Vorgehensweise 8
3 Einfluss der globalen Megatrends auf die Ressource Energie Die globale Wirtschaft unterliegt stetigen Veränder- 3.1 Globale Megatrends ungen. Ein Verständnis für die Dynamik und die Rich- tung der Veränderungen versetzt Unternehmen in die Im Bericht der Vereinten Nationen „Emerging trends Lage, Strategien und Prozesse anzupassen, um das in global manufacturing industries“ werden acht Risiko, welches durch wirtschaftliche Bewegungen Megatrends für die globale Industrie identifiziert entsteht, zu minimieren und Wettbewerbsvorteile zu (Ludovico et al. 2013) (Abbildung 2). Die Megatrends generieren. sind in diesem Zusammenhang nicht unabhängig voneinander zu betrachten, sondern bilden vielmehr Im Folgenden werden ausgehend von globalen ein Spannungsfeld, in dem sich die Industrie bewegt. Megatrends der Industrie und Trends im Ener- giesystem energiestrategische Positionierungsfelder für Unternehmen identifiziert. Darauf aufbauend werden Potenzialfelder für Unternehmen ermittelt. Soweit möglich werden alle Trends in Bezug zum Faktor Energie gesetzt. Politische Globalisierung Nachhaltigkeit Trends Politische Globalisierung Nachhaltigkeit Trends Sich änderndes Demo- Konsumenten- Sich änderndes Industrie graphischer Demo- verhalten Konsumenten- Wandel graphischer Industrie verhalten Wandel Verkürzte Politische und Produktlebens- wirtschaftliche Politische und Urbanisierung Verkürzte zyklen Stabilität wirtschaftliche Urbanisierung Produktlebens- zyklen Stabilität Legende: Trends Legende: Trends Trends mit Energiebezug Trends mit Energiebezug Abbildung 2: Megatrends Industrie in Anlehnung an Ludovico et al. 2013 9
Sich änderndes Konsumentenverhalten zu begrenzen (Christensen 2012). Teil dieses Ziels ist die Umstellung auf eine regenerative Energiever- Durch allgemeinen Wohlstand und steigendes sorgung. Einkommen, insbesondere in den Entwicklungs- ländern, wird es zukünftig zu einem Anstieg des Konsums kommen. Zusätzlich wird sich das Verbrau- Nachhaltigkeit cherverhalten dahingehend verändern, dass die Konsumenten immer mehr individualisierte Produkte Die nachhaltige Herstellung von Produkten bekommt und Dienstleistungen fordern, woraus sich neue eine immer größere Bedeutung, da der gesellschaft- Herausforderungen für Produktentwicklung und liche Druck und ein möglicher Wettbewerbsvorteil Produktionssystem ergeben. durch die Nachhaltigkeit steigen. Dabei erstreckt sich die Nachhaltigkeit über den gesamten Produkt- lebenszyklus, d. h. von der Produktentwicklung über Demographischer Wandel die Produktion bis zum Recycling. Ein starker Wandel in der demographischen Struktur Eine nachhaltige Energieversorgung durch rege- führt zu einem starken Wandel der Arbeiterschaft. nerative Energien ist vor allem in Deutschland Teil In den Industrienationen ist mit einer zunehmenden des Klimaschutzes. Das bedeutet, dass Treibhaus- Alterung der Belegschaft zu rechnen. In den Entwick- gase sowohl bei der Energieerzeugung als auch im lungsländern führt ein starker Zuwachs der Mittel- produzierenden Gewerbe reduziert werden müssen und Oberschicht zu einer Verschiebung der Absatz- (Krewitt et al. 2006) märkte. Für die Industrie heißt das, dass sich die Arbeitsbedingungen an die älter werdende Beleg- schaft und die geringere Anzahl an Arbeitskräften Politische Trends anpassen muss. Ein wettbewerbsfähiger Produktionssektor wird auch weiterhin eine hohe Priorität in vielen Ländern haben. Globalisierung Da die bereits etablierten Nationen mit Verlusten von Produktionsstätten zu kämpfen haben, investieren In Bezug auf ein produzierendes Unternehmen ist Regierungen in Forschungs- und Entwicklungspro- einer der wichtigsten Aspekte der Globalisierung gramme, um als Standort bzw. Markt attraktiv zu die Fragmentierung der Produktion. Heute werden bleiben. die Produkte in mehreren Stufen an unterschied- lichen Standorten in verschiedenen Ländern her- Ein politisches Projekt in Deutschland, welches das gestellt, bevor sie in der Endproduktion bzw. Montage Energiesystem betrifft, ist die Energiewende. Die sind. Durch diese Fragmentierung wurden viele Ziele der Energiewende sind der Ausstieg aus der Produktionsstätten in Niedriglohnländer verlagert, Atomenergie bis zum Jahr 2022, ein stetiger Ausbau während die Industriestaaten das Know-how bzw. die der erneuerbaren Energien, die Steigerung der Ener- Produktentwicklung beibehalten haben. Die daraus gieeffizienz und der Klimaschutz durch Reduktion der entstandenen globalen Wertschöpfungsketten haben Treibhausgasemissionen (Umweltbundesamt 2014). die Integration der Entwicklungsländer erleichtert. Diese üben mittlerweile enormen Wettbewerbsdruck auf die traditionell starken Länder aus. Durch Inves- Politische und wirtschaftliche Stabilität titionen und das dazugewonnene Know-how spielen sie eine bedeutende Rolle als globaler Wettbewerber Eng verknüpft mit den politischen Trends ist die poli- und Lieferant. tische und wirtschaftliche Stabilität. Sie wird in drei Bereiche aufgeteilt. Die Bereiche sind Konflikte bzw. Neben der globalen Vernetzung auf Unternehmens- Kriege, Terrorismus & Sicherheit und Naturkata- ebene findet zudem eine stärker werdende Vernetz- strophen. ung auf länderpolitischer Ebene statt. So wurde beispielsweise auf der UN-Klimakonferenz im Jahr Konflikt- und Kriegsgebiete können negative Auswir- 2010 das Zwei-Grad-Ziel anerkannt und verab- kungen auf die Unternehmensabläufe oder Bezie- schiedet. Das Ziel ist die globale Erwärmung auf zwei hungen zu Zulieferern haben. Zusätzlich können Grad gegenüber dem Niveau vor der Industrialisierung solche Konflikte den Transport der Güter stören. 10
Ähnliches gilt für das Thema Terrorismus. Durch Verkürzte Produktlebenszyklen Terrorismus werden die Sicherheitsbedenken der Länder immer größer. Das Verhalten der Konsumenten wird immer schnell- lebiger. In immer kürzeren Zeitabständen werden Um dem Terrorismus entgegen zu treten, investieren Produkterneuerungen oder -neuheiten erwartet. Das die Regierungen mehr Geld in Verteidigungs- und setzt flexible Versorgungsketten und schnelle techno- Sicherheitsindustrie. logische Fortschritte voraus. Dagegen werden Naturkatastrophen immer latente Bedrohungen für die Menschheit darstellen. Sie 3.2 Trends im Energiesystem können die Lieferketten der Unternehmen beein- flussen und stören, ebenso können Produktions- In Bezug auf das Energiesystem sind insbesondere stätten beschädigt und der Versand verzögert werden. die Globalisierung, die Nachhaltigkeit, die politischen Trends in Verbindung mit der politischen und wirt- Sowohl durch Konflikte und Kriege als auch durch schaftlichen Stabilität und die Urbanisierung relevant. Terrorismus oder Naturkatastrophen kann es zu Im Energiesystem können drei große Trends iden- Störungen und Problemen bei der Energieversor- tifiziert werden, die sowohl untereinander als auch gung kommen. Daher ist auch die wirtschaftliche und zu den globalen Megatrends in Beziehung stehen politische Stabilität ein wichtiger Faktor für die Ener- (Abbildung 3). gieversorgung insbesondere in Bezug auf Netzsta- bilität und Versorgungssicherheit. Ausbau regenerativer Urbanisierung Energien Die Abnahme der Bevölkerung in Kleinstädten und in ländlichen Räumen hat zur Folge, dass immer mehr Menschen in den großen Metropolen leben. Gemäß den Vereinten Nationen lebt bereits heute mehr als die Hälfte der weltweiten Bevölkerung in Städten. Energie- system Im Jahr 2050 werden es laut den Vereinten Nationen 72 % der Bevölkerung sein. Die Urbanisierung kann sowohl Vor- als auch Nach- teile für die Gesellschaft bringen. Zu den Vorteilen Dezentrale Prosumer- zählen das Vorantreiben von Innovationen durch die Energie- Verhalten versorgung Urbanisierung, die Verbesserung der Zusammenar- beit und eine gleichmäßigere Verteilung des Wohl- stands in der Gesellschaft. Andererseits kann die Urbanisierung auch zu einer Verschlechterung der Abbildung 3: Trends im Energiesystem Lebensqualität, zu großen Umweltschäden und zu sozialen und politischen Spannungen führen. Städte mit stark zunehmender Bevölkerung stehen vor der Ausbau regenerativer Energien Herausforderung die Nahrungs-, Wasser- und Ener- gieversorgung in gleichem Tempo auszubauen. Der Ausbau regenerativer Energien wird weltweit Daher wirkt sich die Urbanisierung auch auf die durch die Klimaschutzziele und in Deutschland Ressourceneffizienz aus (Shell Int. BV 2014). zusätzlich über die Energiewende gefördert. Die EU hat bereits 2007 beschlossen, dass der Anteil an Vor diesem Hintergrund wird die Versorgungssicher- erneuerbaren Energien (Strom, Wärme, Kraftstoffe) heit zu einem zunehmend wichtigen Faktor in der am Brutto-Endenergieverbrauch der EU-Staaten bis Industrie. 2020 auf 20 % steigen soll. Für Deutschland ist ein Anteil von 18 % bis 2020 gegenüber 2000 festgesetzt. Bis 2030 sollen 30 %, bis 2040 45 % und bis 2050 50 % erreicht werden (Umweltbundesamt 2015). 11
Dezentrale Energieversorgung Damit einher geht die flexible Nutzung von Energie. Die Energieversorgung wird sich von einer zentralen Flexibilität eines Unternehmens spiegelt sich auch Versorgung über wenige Kraftwerke hin zu einer in der Energiebetrachtung wieder. In Folge der dezentralen Versorgung über viele regenerative vermehrten Erzeugung von Energie durch regenera- Anlagen entwickeln. Eine dezentrale Erzeugungs- tive Quellen und der Individualisierung der Produkte anlage ist gemäß § 3 Nr. 11 EnWG „eine an das muss die Produktion nicht nur in der Lage sein sich auf Verteilernetz angeschlossene verbrauchs- und last- individuelle Kundenwünsche einzustellen, sondern nahe Erzeugungsanlage“ (Bundesministerium der auch auf Schwankungen in der Energieerzeugung. Justiz und für Verbraucherschutz 2005). Die Boston Es müssen Ausweichmöglichkeiten wie etwa Ener- Consulting Group geht davon aus, dass die dezen- giespeicher oder eine eigene Energieproduktion bei trale Energieversorgung bis 2020 in Europa einen Energieengpässen geschaffen werden. Anteil an der installierten Gesamtkapazität von 40 % erreichen wird (The Boston Consulting Group 2010). Der Energiebezug wird in Zukunft eine zentralere Rolle spielen. Es wird weiterhin zu Schwankungen an der Energiebörse kommen, da die Erzeugung Prosumer-Verhalten von Energie durch regenerative Quellen nicht genau prognostiziert werden kann. Entsprechend wirkt sich Die Umstellung auf regenerative Energie führt der Energiebezug zu Zeiten, an denen der Energie- dazu, dass Unternehmen als Verbraucher vermehrt preis niedrig ist, positiv auf die Energiekosten der eigene Anlagen zur Energieproduktion aufbauen. So Unternehmen aus. können sie ihre selbst produzierte Energie nutzen und die überschüssige Energie speichern oder in das Ebenso kann man die aus der Eigenerzeugung Netz einspeisen. Personen oder Unternehmen, die gewonnene Energie zu Niedrigpreis-Zeiten speichern gleichzeitig Konsument und Produzent sind, werden und die benötigte Energie extern günstig zukaufen. Prosumer genannt (Springer Gabler Verlag 2015d). Als positiver Nebeneffekt lässt sich bei vollen Spei- Ein weiterer Vorteil der Eigenenergieerzeugung und chern ein zusätzlicher Ertrag erzielen, indem Ener- -nutzung ist, dass die Unternehmen ihre Versor- gieüberschüsse am Regelenergiemarkt verkauft gungssicherheit besser regeln können. werden. 3.3 Energiestrategische Positio- nierungsfelder des Unternehmens Ausgehend von den globalen Megatrends in der Energie- effizienz Industrie und den Trends im Energiesystem können sich Unternehmen im Bereich des Energiebezugs, der Energieeffizienz und der Energieflexibilität posi- tionieren (Abbildung 4). Energie- Energieeffizienz beschreibt das Verhältnis von ener- strategische getischem Input und Output. Sie ist in allen Unter- Positionierungs - felder des nehmensbereichen ein wichtiger Faktor mit dem Ziel Unternehmens Prozesse energetisch zu optimieren. Grundlage für die Umsetzung von Energieeffizienzmaßnahmen ist die Erfassung des Ist-Verbrauchs, auf dessen Basis ein Soll-Ist-Vergleich der Daten durchgeführt wird. Energie- Energiebezug Das Ziel ist es, zu bewerten wie effizient die Energie flexibilität genutzt wird. Im Zuge des sich verändernden Konsumentenver- haltens von Massenware hin zu individualisierten Produkten wird die Produktion zukünftig flexibel auf Die Abbildung 4: Energiestrategische Positionier- Kundenwünsche reagieren müssen. ungsfelder des Unternehmens 12
3.4 Potenzialfelder Vielmehr dauert der Automatisierungstrend seit geraumer Zeit an und erfindet sich immer wieder Auf Basis der energiestrategischen Positionierungs- neu. Eng damit verknüpft ist die Modularisierung der felder lassen sich Potenzialfelder ableiten (Abb. 5). Produktion. Wichtige Voraussetzung für die Modula- Die sechs Potenzialfelder finden sich in Deutschland risierung ist die Festlegung von Standards (Bundes- auch unter dem Begriff „Industrie 4.0“ wieder. ministerium für Bildung und Forschung 2013). Die Potenziale Automatisierung und Modularisie- Im Folgenden werden die weiteren vier strategischen rung werden nur am Rande betrachtet, da diese Erfolgspotenziale (Aufbau von Wertschöpfungsnetz- für das Energiemanagement eine untergeordnete werken, Individualisierung der Produkte, Integration Rolle spielen. Die Automatisierung der Produktion ist von realer und virtueller Welt über den gesamten keineswegs ein neuer Trend. Produktlebenszyklus und die Vernetzung der Pro- duktionssysteme) in Bezug zur Energie näher darge- stellt. Aufbau Aufbau von von Wertschöpfungs- Wertschöpfungs- netzwerken netzwerken Vernetzung Vernetzung der der Automatisierung Produktions- Automatisierung Produktions- der Produktion der Produktion systeme systeme Potenzial- Potenzial- felderfelder Modularisierung Modularisierung Individualisierung Individualisierung der Produktion der Produktion der Produkte der Produkte Integration Integration von von realer und virtueller realer und virtueller Welt über den den Welt über gesamten gesamten Produkt- Produkt- lebenszyklus lebenszyklus Legende: Potenzialfelder Legende: Potenzialfelder Potenzialfelder mit Energiebezug Potenzialfelder mit Energiebezug Abbildung 5: Potenzialfelder 13
Aufbau von Wertschöpfungsnetzwerken Vernetzung der Produktionssysteme Durch die Vernetzung produktionsrelevanter Die Vernetzung der Produktionssysteme wird auch Prozesse über Unternehmensgrenzen hinweg vertikale Integration der IT-Systeme genannt. Die können Wertschöpfungsnetzwerke gebildet werden. Verknüpfung aller IT-Systeme auf unterschiedlichen Diese Vernetzung wird auch horizontale Integra- Hierarchieebenen eines Produktionssystems ist das tion genannt. Das Ergebnis der Integration ist, dass Ziel (BITKOM, VDMA, ZVEI 2015). aus den einzelnen Prozessen kontinuierlich Daten erhoben werden, die eine flexible Steuerung ermögli- Dadurch wird es zu einer Verschmelzung der Ebenen chen. Somit können Produktionsprozesse schnell an in der Automatisierungspyramide kommen (Abbil- Marktentwicklungen wie zum Beispiel Energiepreise dung 13). In diesem Zusammenhang wird auch der angepasst werden (Bundesministerium für Bildung durchgängige und automatische Energiedatenfluss und Forschung 2013). über die Hierarchieebenen der Produktionssysteme zu einer Notwendigkeit. Individualisierung der Produkte 3.5 Resultierende Anforderungen Auf Seiten der Nachfrage wünschen Kunden zuneh- an Softwarelösungen mend individualisierte Produkte. Produzierende Unternehmen stehen vor der Herausforderung, hohe Anhand der Trendanalyse ergeben sich unter- Kosten für individualisierte Produkte abzudecken. Ziel schiedliche Systemanforderungen an die Ener- ist, dass die Produktion auf individualisierte Kunden- giemanagement-Softwarelösungen (Abbildung 6). wünsche reagieren kann und das zu möglichst nied- Die Systemanforderungen an die Energiemanage- rigen Mehrkosten (Bundesministerium für Bildung ment-Softwarelösungen sind durch die energiestra- und Forschung 2013). tegischen Positionierungsfelder und Potenzialfelder untergliedert. Mit zunehmender Individualisierung und damit verbundenen Produktvariationen ändert sich der Energieflexibilität erfordert die Datenerfassung auf Bedarf der Ressource Energie. Zur Schaffung von Prozessebene und die Vernetzung von Produktions- Kosten- und Energietransparenz sind Energiedaten prozessen. Dies ist die Grundlage für den Aufbau auf Produktebene notwendig. von Wertschöpfungsnetzwerken. Produktbezogene Energiedaten ermöglichen die Individualisierung der Produkte und damit einhergehender Produktvaria- Integration von realer und virtueller Welt tionen. über den gesamten Produktlebenszyklus Die Optimierung der Energieeffizienz erfordert Das Zusammenspiel von realer und virtueller Welt zusätzlich zu den genannten Potenzialfeldern die über den gesamten Produktlebenszyklus ist ein Vernetzung der Energiedaten mit der Produktionspla- wichtiger Faktor auf dem Weg zur Industrie 4.0. In nung und -steuerung. Daraus ergibt sich die Vernet- der virtuellen Welt haben alle Objekte ein digitales zung der Produktionssysteme. Eine Schnittstelle Abbild (Modell). Die reale Welt charakterisiert sich zum Energiemarkt sowie ein virtuelles energetisches durch das Lösen von Problemen und das Treffen von Abbild der Produktion dienen der Integration von Entscheidungen. In der Umsetzungsstrategie Indus- realer und virtueller Welt über den gesamten Produk- trie 4.0 wird für die Integration beider Welten eine tionslebenszyklus. produktionstechnische Modellierungstheorie für den Maschinen- und Anlagenbau entwickelt (BITKOM, VDMA, ZVEI 2015). Durch die Verschmelzung von realer und virtueller Welt ist es unter anderem möglich, dass Unternehmen Teil eines virtuellen Kraftwerks werden. Prosumer hingegen haben die Möglichkeit ein eigenes virtuelles Kraftwerk aufzubauen. 14
Megatrends Megatrends der der Industrie Industrie Megatrends Megatrends des des Energiesystems Energiesystems Globalisierung Globalisierung Politische Politische Trends Trends Prosumer- Prosumer- Verhalten Verhalten Nachhaltigkeit Nachhaltigkeit Politische Politische und und wirtschaftliche wirtschaftliche Stabilität Stabilität Dezentrale Dezentrale Energieversorgung Energieversorgung Urbanisierung Urbanisierung Verkürzte Verkürzte Produktlebenszyklen Produktlebenszyklen Ausbau Ausbau Regenerativer Regenerativer Energien Energien Energiestrategische Positionierung Energiestrategische Positionierung Unternehmens desdes Unternehmens Abbildung 6: Anforderungen aus der Trendanalyse Energieflexibilität Energieflexibilität Energieeffizienz Energieeffizienz Energiebezug Energiebezug Potenzialfelder Potenzialfelder Integration Integration realer vonvon realer virtueller undund virtueller Aufbau Aufbauvon vonWertschöpfungs- Wertschöpfungs- Individualisierung Individualisierung Produkte derder Produkte Welt über den gesamten Welt über den gesamten Vernetzung der Produktionssysteme Vernetzung der Produktionssysteme netzwerken netzwerken Produktlebenszykluss Produktlebenszykluss Anforderungen Anforderungen -Vernetzung von - Schnittstelle zum Energiemarkt -Vernetzung von - Vorhanden sein produktbezogener - Schnittstelle zum Energiemarkt - Vernetzung der Energiedaten mit Produktionsprozessen - Vorhanden sein produktbezogener - Virtuelles energetisches Abbild der - Vernetzung der Energiedaten mit Produktionsprozessen Energiedaten - Virtuelles energetisches Abbild der PPS - Datenerfassung auf Prozessebene Energiedaten Produktion PPS - Datenerfassung auf Prozessebene Produktion 15
4 Anforderungen an Unternehmen durch Industrial Smart Grids Smart Grids bieten das Potenzial, Herausfor- Der Schlüssel zum Erreichen des Primärziels liegt in derungen im Energiesystem, wie den Zuwachs erneu- der Integration der Variablen Energie in die Produk- erbarer Energien, die Dezentralisierung der Energie- tionsplanung und Steuerung (PPS). In diesem erzeugung sowie den zunehmenden Wechsel von Zusammenhang wandelt sich der Faktor Energie von reinen Verbrauchern hin zu Prosumern zu meistern einer Konstanten hin zu einer dynamischen Variablen (vgl. Kapitel 3.2). in der Produktionsgleichung. „Das konventionelle Elektrizitätsnetz wird zu einem Smart Grid, wenn es durch Kommunikations-, Mess-, Energie- Regel- und Automatisierungstechnik sowie Automati- verbraucher sierungskomponenten aufgerüstet wird. Im Ergebnis bedeutet „smart“, dass Netzzustände in „Echtzeit“ erfasst werden können und die Möglichkeit zur Steu- Eigenenergie- beschaffung erzeugung erung und Regelung der Netze besteht, so dass die Industrial Energie- Smart bestehende Netzkapazität tatsächlich voll genutzt Grid werden kann“ (Bundesnetzagentur 2011). Smart Grids reduzieren den Ausbau der Versorgungs- infrastruktur und erhöhen die Versorgungssicherheit Energie- speicherung im Energiesystem. Netzzustände des Verteilnetzes können besser nachvollzogen werden und das Netz kann lokal gesteuert werden. Abbildung 7: Energetische Bausteine im Industrial Smart Grid 4.1 Industrial Smart Grid 4.2 Energiespezifische Pro- Mit zunehmender Bedeutung des Faktors Energie für duktionsplanung und -steuerung die industrielle Produktion werden auch Smart-Grid- Lösungen in der Produktion relevant und erschließen „Die Produktionsplanung und -steuerung, als Teilbe- den Bereich des Industrial Smart Grid. Das ISG reich des operativen Produktionsmanagements, hat eröffnet die Entwicklungspotenziale Vernetzung, für die wirtschaftliche Gestaltung und den reibungs- Automatisierung und das Verschmelzen von realer losen Ablauf der Produktionsprozesse zu sorgen“ und virtueller Welt in Bezug auf die Komponente (Springer Gabler Verlag 2015b). Das Konzept der Energie. Es ermöglicht eine steigende Integration von hierarchischen Produktionsplanung und -steuerung regenerativer Energieerzeugung, eine Erhöhung der zerlegt das Gesamtproblem der PPS in Teilprobleme Versorgungssicherheit, eine Reduktion der Energie- auf unterschiedlichen Planungsebenen (Switalski und Infrastrukturkosten und eine Verminderung der 1989). In Abhängigkeit der wirtschaftlichen Gewich- Abhängigkeit vom Versorgungsnetz. tung der Variablen Energie fließt diese in die Optimie- rungsgleichungen der Teilprobleme ein (Abbildung 8.) Grundsätzlich können im ISG vier energetische Bausteine unterschieden werden (Abbildung 7). Dazu gehören die Eigenenergieerzeugung, die Ener- giebeschaffung, die Energiespeicherung und die Pro- duktion als Energieverbraucher. Das Industrial Smart Grid hat die Aufgabe die Bezugs- und Verbrauchsgruppen zu balancieren mit dem Primärziel, die Produktion reibungslos und kosten optimal zu betreiben. 16
Energiebedarf auf Produktebene Produkt Auftrag Verfahren/ Zeit Menge Ressourcen Prozess Planung Primärbedarfsplanung Energiebedarfsplanung Eigenproduktion Fremdbezug Energieeigenerzeugung Energiebeschaffung Energiespeicherung Termin- und Kapazitätsplanung Steuerung Auftragsfreigabe Energiefeinplanung Reihenfolgeplanung Maschinen- belegungsplan Feinterminierung Auftragsüberwachung Energiesteuerung Legende: Schritte der Produktionsplanung Angebotsorientierter Verbrauch Energie Integration Aufgaben der Produktionsplanung und -steuerung Informationsaustausch Betriebsdatenerfassung Abbildung 8: Integration des Faktors Energie in die hierarchische Produktionsplanung und -steuerung 17
4.2.1 Energiesensitive Sind für die einzelnen Produktionsschritte bislang nur Produktionsplanung grobe Start- und Endtermine definiert, werden in der Ablaufplanung die genauen Termine für die Produk- Während im Rahmen der Primärbedarfsplanung die tionsstufen des Produktionssystems festgelegt. in der Planungsperiode herzustellenden Mengen Im Rahmen der Auftragsüberwachung wird auf Basis der Produkte festgelegt werden, werden im Rahmen von Betriebsdaten der Produktionsablauf im Hinblick der Sekundärbedarfsplanung die für die Herstellung auf die Planeinhaltung überwacht. des Primärbedarfs benötigten Ressourcen kalkuliert. Basierend auf der Sekundärbedarfsplanung schließt Ziel der Energiefeinplanung ist es innerhalb der von die Termin- und Kapazitätsplanung die Planungs- der Energiebedarfsplanung vorgegebenen Rahmen- phase ab. Die langfristige Sicherung der Ressource bedingungen eine bestmögliche Feinplanung vorzu- Energie erfolgt in der Sekundärbedarfsplanung z. B. nehmen. In diesem Zusammenhang können sowohl für einen Zeitraum von 1-3 Monaten (Abbildung 8). die Reihenfolgeplanung, der Maschinenbelegungs- plan und die Feinterminierung vor dem Hintergrund Obwohl Lagerrestriktionen schon in der Primärpla- eines kostenorientierten Nutzungszeitraums und nung betrachtet werden, werden Energiespeicher, Spitzenlastmanagements energetisch optimiert die als „Energielager“ fungieren, erst in der Sekundär- werden (Abbildung 9). Für einen kostenorientierten planung aufgenommen. In diesem Zusammenhang Nutzungszeitraum besteht die Herausforderung können die aus der Materialwirtschaft abgeleiteten darin, die Produktion so zu organisieren, dass hohe Sicherungsziele auch auf die energetische Ressour- Energieverbräuche zu Tageszeiten, Wochentagen cenplanung übertragen werden. Die energetische oder gegebenenfalls saisonbedingter geringer Ener- Planung muss eine ausreichende Qualität, Quan- gienachfrage im Netz verlagert werden. Des Weiteren tität, Flexibilität und Wirtschaftlichkeit der Ressource kann durch eine geschickte Reihenfolgeplanung und Energie gewährleisten. Des Weiteren muss gewähr- Feinterminierung Spitzenlast im Betrieb, wie das leistet sein, dass die Energie in Abhängigkeit der parallele Hochfahren mehrerer Produktionsanlagen, Kapazitätsplanung in ausreichender Menge zur Verfü- vermieden werden. gung steht. In der Planung wird zwischen Eigenener- gieerzeugung und dem Fremdbezug der benötigten Mithilfe der Plandaten wird in der Auftragsüberwa- Energie unterschieden. Energiespeicher hingegen chung die Produktion überwacht. In dieser Phase wird werden bereichsübergreifend eingeplant. der aktuelle Energieverbrauch mit dem geplanten Energieverbrauch abgeglichen. Störungen des Betriebsablaufs erfordern eine Anpassung der Ener- 4.2.2 Energiesensitive gieplanung. Des Weiteren kann die im Produktions- Produktionssteuerung ablauf bestehende Flexibilität dazu genutzt werden, kurzfristig auf Preissignale aus dem Energiemarkt Im Rahmen der Steuerungsphase wird der Planungs- und dem Angebot der Energieeigenproduktion zu zeitraum z.B. auf 1-2 Wochen reduziert und es erfolgt folgen. In Abhängigkeit von der Reaktionsgeschwin- die Freigabe der Produktionsaufträge, deren Start- digkeit wird zwischen Day-Ahead und Real Time termin in diesen Planungshorizont fällt. Demand Response unterschieden. 18
Zunehmende Granularität der Steuerung Zunehmendes Datenvolumen und Übertragungsgeschwindigkeit Angebots- Angebots- orientierte orientierte Verbrauchs- Verbrauchs- steuerung steuerung des in Folgetags Echtzeit Kosten- orientierter Energie- Nutzungs- Spitzenlast- effizienz zeitraum management (Niedertarif- zeit) Energiespezifische Energiesteuerung Ablaufplanung In der Auftragsüberwachung Abbildung 9: Demand Side Management Aktivitäten, von der Energieeffizienz bis zum Real-Time Demand Response (in Anlehnung an Samad und Kiliccote 2012) 4.3 Resultierende Anforderungen die Planung komplexer und mit zunehmender Dauer an Softwarelösungen der Planungsintervalle sinkt die Planungssicherheit. Prognose- und Simulationsmodelle des Energiebe- Die Anforderungsdefinition vor dem Hintergrund einer darfs und der Energiebereitstellung können dabei Energiemanagement-Softwareanalyse lässt sich in helfen, die Planungssicherheit zu erhöhen. drei Bereiche gliedern. Dabei wird zwischen grundle- genden Systemanforderungen, planungsspezifischen Vergleichbar zur Planung basieren die steuerungsspe- Systemanforderungen und steuerungsspezifischen zifischen Systemanforderungen auf der Integration Systemanforderungen unterschieden (Abbildung 10). der Variablen Energie in die Produktionssteuerung. Die Dauer der benötigten Datenerfassungsintervalle Die grundlegenden Systemanforderungen bilden die nimmt in gleichem Maße ab, in dem die Steuerungs- Basis für das Management eines Industrial Smart granularität zunimmt. Im Rahmen einer angebots- Grids. Um die Teilbereiche Eigenenergieerzeugung, orientierten Steuerung in Echtzeit sind auch Echt- Energiespeicherung, Energiebeschaffung und den zeitdaten als Steuerungsgrundlage notwendig. Eine Energieverbrauch in der Produktion in einem Smart besondere Herausforderung in der Steuerungsphase Grid zu verbinden und energieoptimal zu planen und stellt das Lastmanagement dar. Hier gilt es, das Spit- zu steuern, müssen planungs- und steuerungsrele- zenlastmanagement in das Energiemanagement zu vante Daten aus den Teilbereichen im System erfasst, integrieren. verwaltet, vernetzt und verarbeitet werden. Planungsspezifische Systemanforderungen basieren auf der Integration der Variablen Energie in die Produktionsplanung. Verbunden mit einer zuneh- menden Fluktuation in der Energiebereitstellung wird 19
20 Industrial Smart Grid Produktion als Eigenenergieerzeugung Energiespeicherung Energiebeschaffung Verbraucher Anforderungen Grundlegende Systemanforderungen Erfassung, Verwaltung und Verarbeitung von: - Produktionsdaten der Eigenenergieerzeugung - Energiemarktdaten - Energiedaten aus der Produktion auf Prozessebene - Speicherdaten Planungsspezifische Systemanforderungen Steuerungsspezifische Systemanforderungen - Energieangebotsorientierte Planung - Energieangebotsorientierte Steuerung - Simulations- und Prognosemodelle des Energiebedarfs - Echtzeit-Datenerfassung - Simulations- und Prognosemodelle der Energiebereitstellung - Spitzenlastmanagement Energiestrategische Positionierung des Unternehmens Energiebezug Energieflexibilität Energieeffizienz Abbildung 10: Systemanforderungen für Energiemanagement-Softwarelösungen durch Industrial Smart Grids
5 Ansätze des Energiemanagements Mit Einführung der Norm DIN EN ISO 50001 „Ener- 5.1 Energiemanagementsystem giemanagementsysteme – Anforderungen mit Anlei- tung zur Anwendung“ im Jahr 2011 existiert eine Ein Energiemanagementsystem identifiziert und global gültige, sektorübergreifende Norm, die Unter- quantifiziert alle relevanten Energieströme in einem nehmen bei dem Aufbau eines systematischen Ener- Unternehmen und ermöglicht somit eine möglichst giemanagements leitet und unterstützt. hohe Verbrauchs- und Kostentransparenz. „Energiemanagement ist die Kombination aller „Ein Energiemanagementsystem bildet Gesamtheit Maßnahmen, die bei einer geforderten Leistung aller miteinander zusammenhängender oder inter- einen minimalen Energieeinsatz sicherstellen. Es agierender Elemente zur Einführung einer Energiepo- bezieht sich auf Strukturen, Prozesse und Systeme litik und strategischer Energieziele, sowie Prozesse sowie auf menschliche Verhaltensweisen und -änder- und Verfahren zur Erreichung dieser strategischen ungen“ (Springer Gabler Verlag 2015a). Ziele“ (DIN EN ISO 50001; DIN EN ISO 50001). Ziel des Energiemanagements ist es, spezifische Auf Basis der erfassten Energieströme können Energieziele zu definieren, Energieverbräuche sowohl strategische als auch operative Entschei- transparent zu machen und den Energieverbrauch dungen im Bereich der Energieeffizienz getroffen kontinuierlich zu senken. Daraus resultierend soll werden. Im Kern basiert die Energiemanagement die Energieproduktivität nachhaltig im Unternehmen Norm DIN EN ISO 50001 auf dem PDCA-Zyklus gesteigert werden. (Plan-Do-Check-Act). Der PDCA-Zyklus ist ein kontinuierlicher Verbesserungsprozess (KVP) und integriert das Energiemanagement in Form eines dynamischen Kreislaufs in das Tagesgeschäft der Unternehmen (Abbildung 11). Abbildung 11: PDCA Zyklus auf Basis DIN EN ISO 50001 21
5.2 Energiemanagement- Die Softwarelösungen dienen in der Planungsphase Softwarelösungen der Datenverwaltung. Do: In der Umsetzungsphase können die umge- Die Komplexität, Größe und Dynamik vieler Unter- setzten Maßnahmen im System dokumentiert nehmen macht eine softwaregestützte Lösung werden. Die Softwarelösungen unterstützen in der des Energiemanagements unabdingbar. Software- Umsetzungsphase die Datenverwaltung. lösungen sind dabei in der Lage, den KVP der DIN EN ISO 50001 zu dokumentieren und zu automatisieren Check: In der Kontrollphase können Energiedaten (Abbildung 12). Dabei können die entsprechenden im System erfasst, verwaltet und verarbeitet werden. Softwarelösungen grundsätzlich alle vier Phasen des Des Weiteren unterstützen die Systeme das energie- KVP abbilden. Abbildung 12 zeigt in diesem Zusam- bezogene Berichtswesen, indem innerhalb der Soft- menhang die potentiellen Softwarefunktionen inner- ware Berichte generiert werden können, die auf die halb der Phasen des KVP auf. Energieziele und Aktionspläne abgestimmt sind. Plan: In der Planungsphase können die energeti- Act: In der Handlungsphase können Maßnahmen zur sche Ausgangsbasis sowie die strategischen und kontinuierlichen Verbesserung im System dokumen- operativen Energieziele und Aktionspläne im System tiert werden. Die Softwarelösungen unterstützen in dokumentiert und verwaltet werden. der Handlungsphase die Datenverwaltung. Plan Do Datenverwaltung Datenverwaltung Act Check Datenverwaltung Reporting Datenverarbeitung Datenverwaltung Datenerfassung Abbildung 12: Energiemanagement-Softwarefunktionen zur Unterstützung des KVP der DIN ISO 50001 22
Neben den EMS-Softwarelösungen werden zuneh- MES-Systeme sind in der digitalen Unterneh- mend MES-Softwarelösungen mit Energiefunktiona- mensstruktur zwischen ERP-Systemen (Enterprise litäten auf Basis der DIN EN ISO 50001 entwickelt. Ressource Planning) und Prozessleitebene ange- ordnet (Abbildung 13). ERP-Systeme bilden das Infor- „Manufacturing Execution Systems (MES) werden mationsrückrat der unternehmensweiten Planung. seit einigen Jahren intensiv diskutiert und kommen in produzierenden Unternehmen in praxisgerecht umge- Sie decken in der Regel Funktionen in den Bereichen setzten Konzepten nun zunehmend zum Einsatz. Als Vertrieb, Einkauf, Material-/Termin- und Kapazitäts- Bindeglied zwischen den Maschinensteuerungen und planung, Produktion, Logistik, Lagerhaltung sowie den Systemen der Unternehmensleitebene sorgen After Sales ab (Mussbach-Winter et al. 2013). MES-Konzepte sowohl für die vertikale als auch für die horizontale Integration in der Fertigungsleitebene In MES-Systemen erfolgt die Feinplanung der und schaffen so die Voraussetzungen für die unter- Produktionsaufträge. Randbedingungen der Planung schiedlichsten Planungs-, Verwaltungs-, und Opti- sind dabei sowohl Daten der Grobplanung, als auch mierungsaufgaben“ (Mussbach-Winter et al. 2013). Informationen aus der Leit- und Steuerungsebene. Unternehmensebene ERP Grobplanung Betriebsebene MES Feinplanung Leitebene SCADA Überwachung Steuerungsebene SPS Steuerung Feldebene Aktor/ Sensor Signalumwandlung Fertigung Prozess Abbildung 13: Automatisierungspyramide und damit verbundene Planungsebenen (Pickert & Partner 2010) Die VDI Richtlinie 5600 – Fertigungsmanagement- Ein Trend in der Entwicklung von MES-Systemen systeme definiert aus aufgabenorientierter Sicht geht in die Richtung, Energiemanagement in die folgende Funktionen für MES-Systeme (VDI Richt- Systemarchitektur zu integrieren (Sontow et al. linie 5600): 2013). MES-Systeme bieten dabei den Vorteil, das Energiemanagement direkt in den Planungs- und • Feinplanung und -steuerung Steuerungsprozess der Produktion einzubinden. In • Betriebsmittelmanagement diesem Zusammenhang können Verbrauchswerte • Materialmanagement nicht nur ressourcenbezogen analysiert werden, • Personalmanagement sondern mit Daten aus Betriebsmittelmanagement, • Datenerfassung Materialmanagement oder Qualitätsmanagement • Leistungsanalyse verknüpft werden. Daraus lassen sich Rückschlüsse • Qualitätsmanagement ziehen, welche Fertigungsschritte besonders ener- • Informationsmanagement gieintensiv sind und welche Maßnahmen ergriffen werden können, um den Energieverbrauch zu redu- zieren. 23
6 Funktionsanalyse Energiemanagement-Softwarelösungen Mit zunehmender Bedeutung des Themas Energie- Strukturell orientiert sich die Funktionsanalyse an management in der industriellen Produktion wächst den Softwaresystemebenen, die sich auf Basis der auch der Markt der Softwarelösungen. Die bestmög- Anforderungen im Energiemanagement ableiten liche Lösung für ein spezifisches Unternehmen zu lassen. So stehen im besonderen Fokus der Analyse finden, ist ein komplexer Prozess. Innerhalb dieses die in den Systemen abgebildeten Produktionstypen Prozesses müssen die Anforderungen des Unterneh- und Energieformen, die Energiedatenerfassung, mens mit den Funktionalitäten der Softwarelösungen die Energiedatenverwaltung, die energiebezogene abgeglichen werden. Für EMS-Software hat die Datenverarbeitung und das energiebezogene Repor- Energieagentur Nordrhein-Westfalen einen Markt- ting. Die beiden Ebenen Schnittstellen sowie System spiegel erstellt, der wichtige Funktionalitäten der und Technik werden in der Analyse nicht abge- Softwarelösungen übersichtlich und kompakt darstellt bildet. Schnittstellen sowie System und Technik sind (EnergieAgentur.NRW 2015). Für die Integration des entscheidende Entwicklungsfragen im Zuge einer Energiemanagements in MES-Systeme hat der MES zunehmenden Digitalisierung der Produktion. Sie D.A.CH Verband einen speziellen Marktspiegel zum sind technische Voraussetzungen für eine System- Thema Energiemanagement herausgebracht (MES integration in die Softwarestruktur eines Unterneh- D.A.CH und HIR.GmbH 2013). Weiterhin wurde mens. Der strukturelle Aufbau der Funktionsanalyse das Thema Energie in den funktionsübergreifenden basiert auf den Softwareanforderungen aus Kapitel Marktspiegel integriert (MES D.A.CH / HIR.GmbH 3.5 und 4.3 (Abbildung 14). 2014). 24
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