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Industrie 4.0 Energie effizient einsetzen

Die Digitalisierung macht der energieintensiven Industrie Hoffnung. Denn sie kann helfen, einiges an Strom, Wärme und Kälte einzusparen. Mit Kostenvorteilen für Kunden, für sich – und gegenüber dem Wettbewerb. Schaeffler baut in mehreren Projekten an dieser Zukunftsvision – mit heute schon handfesten Ergebnissen.

von Frank Urbansky  April 2017

In der Industrie 4.0 läuft eine Maschine dann, wenn der Strom günstig ist. Wann das der Fall ist, weiß sie selbst. Sie schaltet sich automatisch ein, misst ihren Energiebedarf während der einzelnen Bearbeitungsschritte, simuliert diese für zukünftige Arbeitsgänge und bestellt daraufhin automatisch ihren Strombedarf.

 

Eine Zukunftsvision? Vielleicht. Aber an dieser wird heute schon gearbeitet – auch bei Schaeffler. Zunächst ein Blick auf die Chancen für die Industrie 4.0 beim Thema Energie. Die liegen – logisch – bei Einkauf und Verbrauch.

 

Einkauf optimieren

 

Zuerst zum Energieeinkauf: Die Digitalisierung bringt schon heute Geschäftsmodelle hervor, mit denen Firmen in Zukunft zeitgenau und abgestimmt auf ihre Produktion Energie beziehen können. Das betrifft übrigens alle Arten von Energie, egal ob Strom, Gas, Wärme oder Kälte. Energieintensive Firmen nutzen Einkaufsoptionen schon heute, indem sie Mitarbeiter etwa an der Leipziger Energiebörse EEX ausbilden lassen. Die sorgen dann im Unternehmen für optimierte Energiebezüge. Laufen diese heute noch über große Handelsplätze wie Energiebörsen, so können sie in Zukunft direkt zwischen Kunden und Produzenten erfolgen. Das kann die Energiegenossenschaft sein, die im gleichen Ort ansässig ist, oder ein Windparkbetreiber im regionalen Umfeld. Rechtliche Hürden wurden in der aktuellen Fassung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) 2017 weitgehend eliminiert.

 

Verbrauch reduzieren

 

Und nun zum Energieverbrauch: Hier ist Schaeffler schon heute für seine Kunden aktiv. Für die Energieeinsparung mittels Digitalisierung sind in der Industrie 4.0 drei sehr praxisnahe Felder vorstellbar:

 

Ein erstes Feld ist das Zusammenführen von sich gegenseitig ergänzenden Energieformen. Dazu zwei Beispiele: Wird in einem Unternehmen im Produktionsprozess Kälte und Wärme benötigt, kann man diesen Bedarf an Kühlung mittels Absorptionskältemaschinen durch im Prozess anfallende Wärme abdecken. Oder: Benötigt ein Bürogebäude im Sommer Kühlung und im Winter Heizung, wäre der bivalente Betrieb von Wärmepumpen sinnvoll, denn die können beides abdecken. Technisch erfolgt dies schon heute, jedoch nicht eingebunden in eine übergeordnete digitalisierte Energiestrategie eines Unternehmens in der Industrie 4.0.

Dieses gläserne Exponat der Werkzeugmaschine 4.0 zeigt, an welchen Stellen Sensoren verbaut wurden

Im zweiten Feld werden alle Energieverbraucher in einem Unternehmen optimal erfasst und überwacht. Es gilt: „You can’t manage what you don’t measure!“ Die Datenmengen, die dabei anfallen, sind immens. Menschen sind nur schwer in der Lage, diese schnell auszulesen und sinnvolle Handlungsempfehlungen abzuleiten. Deswegen ist der erste Schritt der Digitalisierung die Erfassung und Visualisierung der Daten. Das ermöglicht einen schnellen Überblick und erleichtert die Entscheidungsfindung. Diese kann zukünftig automatisiert erfolgen. Experten rechnen allein dadurch mit Energieeinsparungen von mindestens 10 bis 20 Prozent.

 

„Das Thema heißt lückenlose Transparenz in Energie- und Ressourcenverbrauch, idealerweise in Echtzeit“, so Roberto Henkel, bei Schaeffler Director Digitalization Operations. Der Eigenverbrauch einer Maschine etwa von Strom, Kühlschmiermittel und Druckluft bis auf die Ebene des individuellen Bauteils und einzelner Bearbeitungsschritte sei völlig transparent. Henkel nennt das „Energieausweis auf Teile- und Prozessebene“.

» Lückenlose Transparenz in Energie- und Ressourcenverbrauch

Roberto Henkel,
Director Digitalization Operations, Schaeffler

Im dritten Feld geht es um die energieoptimierte Abstimmung von Maschinen und Anlagen innerhalb eines gesamten Unternehmens. Das kann etwa deren Betrieb zu Zeiten sein, in denen der Strom günstig ist und sich die Maschinen zudem automatisch anschalten. Es kann auch die Nutzung bedarfsgerechter An- und Abschaltzyklen bedeuten. „Mit unserem Projekt Werkzeugmaschine 4.0 zeigen wir, wie Transparenz in Energiebedarf und Energieverbrauch auf Einzelmaschinenebene technisch gelingen kann. Dennoch bildet die Sensorisierung einer einzelnen Maschine nur die Grundlage“, so Henkel. Und: „Zukünftig statten wir ganze Werkhallen mit smarter Energiemesstechnik aus. Dies umfasst dann nicht nur Maschinen, sondern auch Gebäudetechnik in einer Factory for tomorrow.“

 

Arbeiten an der „Factory for tomorrow“

 

Schaeffler realisiert damit ganzheitliche Ansätze zur Energieeffizienz gesamter Fabriken. Die ­Vision ist die energieerzeugende Fabrik, die mehr Energie produziert, als sie verbraucht. Mit 75 Produktions­standorten hat das Unternehmen weltweit ein riesiges Potenzial zur Energieoptimierung der eigenen Wert­schöpfungsketten.

 

Bei der Ausrüstung von Maschinen kommen die Vorteile von Schaeffler als Komponenten- und Systemlieferant zum Tragen. Ziel der Digitalisierung in der Produktion ist die nachhaltige Verbesserung der Kennzahlen hinsichtlich Qualität, Kosten und Liefertreue. „So können wir durch transparente Benchmarks mit Blick auf den Energieverbrauch von einzelnen Maschinen, verketteten Produktionslinien oder sogar gesamten Standorten Optimierungspotenziale aufzeigen und Verbesserungsprojekte initiieren“, erklärt Henkel. Wenn man etwa wisse, wie viel Energie ein Prozessschritt brauche, könne man den Energiebedarf für das Produktionsprogramm der nächsten zwei bis vier Wochen planen, dafür auf dem freien Strommarkt Energie einkaufen oder Spitzenlasten reduzieren.

Schaeffler wird das erproben. Bereits in diesem Jahr wird an einem Standort eine gesamte Produktionshalle mit Energiemesstechnik nachgerüstet. Hier erhalten bis zu 200 Anlagen und die Halleninfrastruktur smarte Energiemesstechnik und werden an die digitale Plattform von Schaeffler konnektiert. Schaeffler-Know-how und IBM-Technologie analysieren die Daten dort und verwenden sie zur ganzheitlichen energetischen Optimierung der Produktionshalle weiter. Bereits im Jahr 2019 soll dies in der ersten „Factory for tomorrow“ zur Optimierung eines gesamten Schaeffler-Standortes zum Einsatz kommen.

 

Ein Szenario könnte so aussehen: Ganze Anlagen und Linien „schlafen“ in nichtproduktiven Phasen, bis ein nächster Auftrag zum Warmlaufen der Anlage führt. Das, so Henkel, sei nicht unrealistisch, sondern vergleichbar mit einem Drucker im Standby-Betrieb in einem Netzwerk, der durch eine Information von außen in den Betriebsmodus zurückversetzt wird.

 

Die Maschine, die sich bei günstigen Tarifen selbst einschaltet, oder der autonome Maschinenverbund, der sich anhand der Energiepreise und der Auftragsreihenfolge selbst optimiert, sind aktuell noch nicht das primäre Ziel. Henkel: „Solche Visionen brauchen ihre Zeit. Doch die kommt.“

SchaEffler setzt auf digitale Effizienz

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Der Autor

Fotos Rui Camilo, Schaeffler (3)

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