Autor: Wolfram Zimmermann, Daimler AG, Technology Management & Standards
Um nachhaltig und effizient wirtschaften zu können, benötigen produzierende Unternehmen detaillierte Informationen über die eigenen Verbräuche. Erst auf der Grundlage einer hinreichenden Datenauswertung ist eine Optimierung der Prozesse möglich. Das BEATool, eine innovative Software, die im Verbundprojekt BEAT entwickelt wurde, schafft Transparenz.
Wenn es um die Datenerhebung zum Energieverbrauch geht, tun sich nach wie vor viele Firmen schwer. So beschränkt sich bei einem großen Teil der Unternehmen das Wissen über den Strombedarf auf die Abrechnungsdaten des Stromversorgers. Vor allem kleine und mittelständische Firmen verfügen oft nicht über die personellen wie auch finanziellen Kapazitäten, um sich mit der eigenen Energieeffizienz auseinanderzusetzen und entsprechende Maßnahmen einzuleiten.
Und das, obwohl gerade bei ihnen aufgrund von niedrigeren Stückzahlen in der Produktion der Energie-kostenanteil an den Gesamtkosten überdurchschnittlich hoch ist. BEAT ist eines von 31 Verbundprojekten des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Schwerpunkts „Ressourceneffizienz in der Produktion“.
Im Verbundprojekt BEAT („Bewertung der Energieeffizienz alternativer Prozesse und Technologieketten“) haben fünf Partner aus Wirtschaft und Forschung gemeinsam an einer Lösung für mehr Transparenz hinsichtlich der Energieverbräuche in Unternehmen gearbeitet.
Die Ergebnisse dieses Förderschwerpunkts werden im Rahmen der von BMBF und VDMA (Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e.V.) initiierten Effizienzfabrik, der Innovationsplattform für Ressourceneffizienz in der Produktion, kommuniziert. Nach der Auswahl von Referenztechnologieketten bei den industriellen Anwendern erfolgte eine ganzheitliche Modellierung der Einzelprozesse sowie der Prozessketten mit Hilfe der Ökobilanzsoftware GaBi des Projektpartners PE International.
Dabei wurde unter Verwendung von Lebenszyklus-Stammdatensätzen der Software die Fertigungshistorie nach dem „Cradle-to-Gate“-Prinzip einbezogen. Im Labormaßstab haben die BEAT-Projektpartner gezielt Referenzprozesse auf ihren prozessparameterabhängigen Energie- und Ressourcenverbrauch hin untersucht und Modelle entwickelt, die eine Prognose unter Verwendung gängiger Parameter ermöglichen.
BEATool-Konzept
Anwendung Werkzeugmaschinen
Als ein Anwendungsbeispiel wurden Werkzeugmaschinen ausgewählt. Im energieintensiven Zerspanprozess wurde die Prozesszeit als relevanter Stellhebel identifiziert. Wegen des hohen Grundlastanteils am Gesamtenergiebedarf einer Werkzeugmaschine ergibt sich ein Einsparpotenzial durch eine Optimierung der Nebenzeiten und eine Verkürzung der Hauptzeit durch höhere Schnittwerte. Eine kürzere Fertigungszeit ermöglicht es, alle Energieverbräuche auf mehr Produkte umzulegen und so die stückbezogenen Kosten zu senken.
Ein wichtiges Ergebnis ist ein generisches Softwaremodul mit der Bezeichnung „BEATool“, mit dessen Hilfe die Anwender ihre Produkte nach DIN EN ISO 14040/44 ökologisch bilanzieren und nach beliebigen Wirkungskategorien – wie Product Carbon Footprint und Primärenergiebedarf – auswerten können. Die Ökobilanz ist eine ganzheitliche Methode, die die Auswirkungen verschiedener Prozesse auf die Umwelt vergleichbar macht.
Kennwerte erleichtern die Bewertung
Mit Hilfe des BEATools sind die ökologischen Auswirkungen der Fertigungsphase messbar und die Identifizierung ineffizienter Prozesse möglich – ohne dass dafür Expertenwissen seitens der Anwender notwendig ist.
Die Software bietet eine nutzerfreundliche Oberfläche zur Betrachtung ihrer Technologieketten unter Effizienzgesichtspunkten und zur Simulation von Änderungen an der Prozesskette. Die Daten werden mit physikalischen Wirkprinzipien abgeglichen und dann zur Bildung von Kennwerten für die Beurteilung der Energie- und Ressourceneffizienz herangezogen.
Das Gesamtmodell ermöglicht eine Aneinanderreihung und aufgeschlüsselte Ergebnisdarstellung von detaillierten Daten für bis zu 15 einzelne Prozessschritte einer Prozesskette. Die einzelnen Prozessschritte können individuell eingestellt werden, wodurch sich jede Art von Maschine und Technologieprozess in jeder beliebigen Reihenfolge modellieren lässt. Die Analysemöglichkeiten folgen der Modellstruktur und können auf jeder Ebene einzeln oder aggregiert dargestellt werden: für die gesamte Technologiekette und den Materialeinsatz, aufgeschlüsselt nach Prozessschritten der Technologiekette oder gruppiert nach den Einflussgrößen Energie, Materialeinsatz und Betriebsstoffe.
Die Projektergebnisse von BEAT wurden in einem Leitfaden zusammengefasst, der diese anhand von Best Practices und Handlungsempfehlungen einem breiten Spektrum an Anwendern aus der Industrie zugänglich macht. Die Software BEATool hat ihre Praxistauglichkeit bei Demonstrationsanwendungen in der Fertigung von Zahnrädern eines Schaltgetriebes und von Ventilen für Dieseleinspritzinjektoren unter Beweis gestellt.
Um nachhaltig und effizient wirtschaften zu können, benötigen produzierende Unternehmen detaillierte Informationen über die eigenen Verbräuche. Erst auf der Grundlage einer hinreichenden Datenauswertung ist eine Optimierung der Prozesse möglich. Das BEATool, eine innovative Software, die im Verbundprojekt BEAT entwickelt wurde, schafft Transparenz.
Wenn es um die Datenerhebung zum Energieverbrauch geht, tun sich nach wie vor viele Firmen schwer. So beschränkt sich bei einem großen Teil der Unternehmen das Wissen über den Strombedarf auf die Abrechnungsdaten des Stromversorgers. Vor allem kleine und mittelständische Firmen verfügen oft nicht über die personellen wie auch finanziellen Kapazitäten, um sich mit der eigenen Energieeffizienz auseinanderzusetzen und entsprechende Maßnahmen einzuleiten.
Und das, obwohl gerade bei ihnen aufgrund von niedrigeren Stückzahlen in der Produktion der Energie-kostenanteil an den Gesamtkosten überdurchschnittlich hoch ist. BEAT ist eines von 31 Verbundprojekten des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Schwerpunkts „Ressourceneffizienz in der Produktion“.
Im Verbundprojekt BEAT („Bewertung der Energieeffizienz alternativer Prozesse und Technologieketten“) haben fünf Partner aus Wirtschaft und Forschung gemeinsam an einer Lösung für mehr Transparenz hinsichtlich der Energieverbräuche in Unternehmen gearbeitet.
Die Ergebnisse dieses Förderschwerpunkts werden im Rahmen der von BMBF und VDMA (Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e.V.) initiierten Effizienzfabrik, der Innovationsplattform für Ressourceneffizienz in der Produktion, kommuniziert. Nach der Auswahl von Referenztechnologieketten bei den industriellen Anwendern erfolgte eine ganzheitliche Modellierung der Einzelprozesse sowie der Prozessketten mit Hilfe der Ökobilanzsoftware GaBi des Projektpartners PE International.
Dabei wurde unter Verwendung von Lebenszyklus-Stammdatensätzen der Software die Fertigungshistorie nach dem „Cradle-to-Gate“-Prinzip einbezogen. Im Labormaßstab haben die BEAT-Projektpartner gezielt Referenzprozesse auf ihren prozessparameterabhängigen Energie- und Ressourcenverbrauch hin untersucht und Modelle entwickelt, die eine Prognose unter Verwendung gängiger Parameter ermöglichen.
BEATool-Konzept
Anwendung Werkzeugmaschinen
Als ein Anwendungsbeispiel wurden Werkzeugmaschinen ausgewählt. Im energieintensiven Zerspanprozess wurde die Prozesszeit als relevanter Stellhebel identifiziert. Wegen des hohen Grundlastanteils am Gesamtenergiebedarf einer Werkzeugmaschine ergibt sich ein Einsparpotenzial durch eine Optimierung der Nebenzeiten und eine Verkürzung der Hauptzeit durch höhere Schnittwerte. Eine kürzere Fertigungszeit ermöglicht es, alle Energieverbräuche auf mehr Produkte umzulegen und so die stückbezogenen Kosten zu senken.
Ein wichtiges Ergebnis ist ein generisches Softwaremodul mit der Bezeichnung „BEATool“, mit dessen Hilfe die Anwender ihre Produkte nach DIN EN ISO 14040/44 ökologisch bilanzieren und nach beliebigen Wirkungskategorien – wie Product Carbon Footprint und Primärenergiebedarf – auswerten können. Die Ökobilanz ist eine ganzheitliche Methode, die die Auswirkungen verschiedener Prozesse auf die Umwelt vergleichbar macht.
Kennwerte erleichtern die Bewertung
Mit Hilfe des BEATools sind die ökologischen Auswirkungen der Fertigungsphase messbar und die Identifizierung ineffizienter Prozesse möglich – ohne dass dafür Expertenwissen seitens der Anwender notwendig ist.
Die Software bietet eine nutzerfreundliche Oberfläche zur Betrachtung ihrer Technologieketten unter Effizienzgesichtspunkten und zur Simulation von Änderungen an der Prozesskette. Die Daten werden mit physikalischen Wirkprinzipien abgeglichen und dann zur Bildung von Kennwerten für die Beurteilung der Energie- und Ressourceneffizienz herangezogen.
Das Gesamtmodell ermöglicht eine Aneinanderreihung und aufgeschlüsselte Ergebnisdarstellung von detaillierten Daten für bis zu 15 einzelne Prozessschritte einer Prozesskette. Die einzelnen Prozessschritte können individuell eingestellt werden, wodurch sich jede Art von Maschine und Technologieprozess in jeder beliebigen Reihenfolge modellieren lässt. Die Analysemöglichkeiten folgen der Modellstruktur und können auf jeder Ebene einzeln oder aggregiert dargestellt werden: für die gesamte Technologiekette und den Materialeinsatz, aufgeschlüsselt nach Prozessschritten der Technologiekette oder gruppiert nach den Einflussgrößen Energie, Materialeinsatz und Betriebsstoffe.
Die Projektergebnisse von BEAT wurden in einem Leitfaden zusammengefasst, der diese anhand von Best Practices und Handlungsempfehlungen einem breiten Spektrum an Anwendern aus der Industrie zugänglich macht. Die Software BEATool hat ihre Praxistauglichkeit bei Demonstrationsanwendungen in der Fertigung von Zahnrädern eines Schaltgetriebes und von Ventilen für Dieseleinspritzinjektoren unter Beweis gestellt.
