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Stiefkind Energie Von Industrie 4.0 verspricht sich die Wirtschaft eine schnellere, bessere und effizientere Produktion. Vom Energiemanagement aber spricht fast niemand in diesem Zusammenhang. Vor allem im Mittelstand.

VOLL DIGITALISIERT: Produktionslinie für Platinen bei Qundis
Foto: Markus Hintzen

Content Summary

1. Vernetzung Die Grenzen zwischen der physikalischen, der digitalen und der biologischen Sphäre verschwimmen. Das verändert die Industrielandschaft weltweit. Ganz neue Systeme werden entstehen.

2. Expertise Die Arbeit wandelt sich. Die wenigen Mitarbeiter im Produktionsprozess werden immer nur dann eingreifen, wenn das zwar komplexe, aber auf Routinen ausgerichtete Regelwerk durchbrochen wird.

3. Investitionen Nach einer Studie der Beratungsgesellschaft PricewaterhouseCoopers will die deutsche Industrie bis 2020 mehr als 40 Milliarden Euro pro Jahr in Anwendungen von Industrie 4.0 investieren.

4. Ressourcennutzung Energieeffizienz wird ein integraler Bestandteil von Industrie 4.0 werden. Die Vernetzung über Unternehmensgrenzen hinweg ist die Voraussetzung für eine höhere Energieflexibilität.

FUTURISTISCH: Qundis-Geschäftsführer Thomas Röhrl in der Messanlage für elektronische Strahlung.
Foto: Markus Hintzen

Kopf hoch. Wenn Thomas Röhrl durch die Erfurter Werkhalle von Qundis geht, richtet sich sein Blick ständig nach oben. Hin zu den Bildschirmen, die an jedem der 164 Arbeitsplätze befestigt sind, an denen alles produziert wird, was man so braucht, um Energieverbräuche zu messen: Wasser-, Wärme-, Wärmedämmungszähler, Heizkostenverteiler. Röhrl ist Geschäftsführer von Qundis und auf den Bildschirmen läuft die Livesendung über das, was in seiner Fabrik passiert. Beispielsweise, welche Informationen gerade per Laser in das Gehäuse eines Geräts eingraviert werden. Seriennummern, Artikelnummern oder Messklassengenauigkeit des Geräts gehören ebenso dazu wie das Logo des Herstellers oder des Kunden, unter dessen Namen Qundis das Gerät produziert. Nahtlos folgen Bestellungen von geringen Stückzahlen auf Großaufträge von 150.000 Geräten. Bis zu 62 Millionen verschiedene Wärmezählervarianten sind möglich. Gerade mal drei Jahre ist es her, dass dies einer der kritischsten Punkte der Produktion war, denn alle Informationen wurden per Hand einprogrammiert. „Die Wahrscheinlichkeit, dabei etwas falsch zu beschriften, war sehr hoch“, sagt Röhrl. Fehler aber wurden erst am Ende der Produktion erkannt – oder schlimmer noch: erst beim Kunden, der eine neue Wohnanlage mit den Geräten ausrüsten wollte. Neben möglichem Ärger hieß dies: Die Produktion startet von Neuem.

Aber das ist Vergangenheit. Im Jahr 2013 verlagerte Qundis die Produktion von zwei Standorten in Thüringen und Baden-Württemberg nach Erfurt. Und nutzte die Gelegenheit, seine Produktion komplett neu zu organisieren. Wird ein Gerät heute falsch beschriftet oder stimmt ein anderer Prüfparameter nicht, leuchten auf dem Bildschirm die Buchstaben „n. i. o.“ auf: nicht in Ordnung. Nicht die Maschine ist es, die auf diesen Fehler aufmerksam macht. „Das Gerät ist intelligent, es erkennt von selbst: Ich bin n. i. o.“, erklärt Röhrl. Gleichzeitig wird das fehlerhafte Gerät automatisch für die weiteren Produktionsschritte gesperrt – und später von einer Fachkraft entnommen. Geräte, die „i. o.“ sind, laufen ungestört davon weiter. „Das ist für mich Industrie 4.0“, sagt Röhrl.

Qundis praktiziert, was seit der Hannover Messe 2011 zu einem Schlagwort geworden ist und wofür es viele Definitionen gibt. Für Röhrl heißt sie: Verknüpfung von Produktionsprozessen durch digitale Technik. Gleich zu Beginn der Produktion werden die Leiterplatten, das Herzstück der Geräte, mit Chips versehen. Mit einer selbst entwickelten Software auf SAP-Basis speichert Qundis darauf die individuellen Informationen, die zu einem bestimmten Gerät gehören. Die gleichen Informationen hat Qundis in seiner ebenfalls selbst entwickelten Datenbank MAPS (Manufacturing Advanced Production System) gespeichert. In jedem einzelnen Produktionsschritt werden die Daten der Chips mit den MAPS-Daten abgeglichen. Bei Nicht-Übereinstimmung erfolgt eine n. i. o.-Meldung.

PRÜFUNG: Geschäftsführer Thomas Röhrl im Gespräch mit Mitarbeitern in der Qualitätskontrolle.
Foto: Markus Hintzen

„Das ist eine neue Welt“, sagt Röhrl. Qundis kann so nicht nur schneller produzieren, seine Liefertreue verbessern und auch schon mal einen dringenden Auftrag zwischenschieben, um anschließend nahtlos die Produktion eines weniger eiligen Auftrags fortzusetzen. Darüber hinaus senkt das Unternehmen seinen Energieverbrauch. Um bis zu 80 Prozent ging der Ausschuss zurück. Dabei handelt es sich um fehlerhafte Geräte, die sonst neu hätten produziert werden müssen. „Die Energie, die dafür aufgewendet wird, sparen wir jetzt“, sagt Röhrl.

Hinzu kommen Einsparungen, die erst möglich wurden, weil der Produktionsprozess exakt nachverfolgt werden kann. So verhindert jetzt eine ausgeklügelte Klimatisierung, dass sich Schaltschränke bei hohen sommerlichen Temperaturen überhitzen. „Früher hat man das tatsächlich erst gemerkt, wenn die Anlage stehen blieb“, sagt Röhrl. Das Hallenlicht beleuchtet nur die Bereiche, in denen gerade produziert wird. Und sogar das sterile Wasser, mit dem die Leiterplatten gereinigt werden, produziert Qundis jetzt selbst, über zwei eigene Filteranlagen. „Früher haben wir das für viel Geld zugekauft, aber es gab immer mal wieder Probleme mit der Qualität des Wassers“, sagt Röhrl: „Das können wir erst erkennen, seit wir die Daten der Maschinen so exakt erfassen.“ Nicht zuletzt durch die Industrie-4.0-Maßnahmen senkte das Unternehmen seinen Energieverbrauch im vergangenen Jahr um mehr als zehn Prozent.

Die Umstellung auf Industrie 4.0 ist in aller Munde. Im April erst stellte die EU-Kommission ein Strategiepapier vor, nach dem sie 500 Millionen Euro investieren will, um das Thema voranzubringen. Und das Bundeswirtschaftsministerium richtete vergangenen Herbst fünf Industrie-4.0-Kompetenzzentren für den Mittelstand ein. Eines davon ist beim Bundesverband mittelständische Wirtschaft (BVMW) angesiedelt. Ein Zusammenhang mit Energiemanagement wird dabei selten angesprochen. Tatsächlich sei dies bislang nur für die wenigen Unternehmen interessant, die eine ausgesprochen hohe Energielast hätten, sagt der Energie-referent beim BVMW. „Für viele Unternehmen ist das Einsparpotenzial noch nicht hoch genug.“

Firma in der Doppelrolle

TORSTEN HOCKE ist Projektleiter für Energiemanagement bei Weidmüller
Foto: Frank Schinski

In Ostwestfalen sieht man das ein wenig anders. „Natürlich ist Industrie 4.0 auch ein Energiemanagement-Thema“, sagt Torsten Hocke, Business Development Manager beim Detmolder Mittelständler Weidmüller. Das Unternehmen hat in Sachen Industrie 4.0 gleich eine Doppelrolle eingenommen. Auf der einen Seite gehört es selbst zum produzierenden Gewerbe, mit einer Produktpalette, die von Reihenklemmen über Elektronikkomponenten bis hin zu einem umfangreichen Werkzeugprogramm wie beispielsweise Abisolierwerkzeugen reicht. Gleichzeitig berät es andere Unternehmen darin, wie sie Energieströme durch IT-Einsatz effizienter steuern. Mit Messgeräten, die Namen wie „Energy Analyser“ oder „Energy Meter“ tragen und die jede Menge Daten erheben.

2009 setzte das Unternehmen erstmals eine übergreifende Software zum Energiemonitoring in seiner Produktion ein. „Damals ging es noch um die reine Aufnahme von Daten“, sagt Hocke. Heißt: Statt Geräte zu vernetzen, spürten Energiemessgeräte auf, wann es wo zu besonders hohem Energieverbrauch kam. Etwa durch Lastspitzen, die entstehen, weil zwei große Maschinen gleichzeitig angefahren werden und damit die sogenannte Spitzenlast des Unternehmens nach oben drücken. Ein immenser Kostenfaktor, denn die Energieversorger müssen jederzeit dazu in der Lage sein, diese Spitzenlast zur Verfügung zu stellen, und berechnen danach ihre Preise. Selbst wenn diese Werte tatsächlich nur selten erreicht werden.

ERFINDER: Die Firma Weidmüller entwickelt Modulsysteme für die Industrie 4.0.
Foto: Markus Hintzen

Auch beim ersten Projekt, bei dem Weidmüller als Berater auftrat, war das Erfassen von Daten das Hauptziel. „Generell ist unser Ziel nicht, dem Kunden zu sagen: Du brauchst eine neue Produktionsanlage“, sagt Hocke. „Dann wäre die Sache oft auch nicht mehr wirtschaftlich.“ Stattdessen konnte der Kunde durch Messgeräte, die an einzelnen Maschinen angebracht wurden, erstmals exakt nachvollziehen, wie viel Energie er verbraucht, wenn er die vier Härteöfen in seiner Produktion anfuhr. Und er konnte sein Verhalten anpassen. „Statt auf ‚Vollgas‘ oder ‚Aus‘ pendelt die Leistung jetzt um einen mittleren Wert“, sagt Hocke. Wie hoch dieser gerade liegt, können die Ingenieure des Werks dank der Weidmüller-Technik jederzeit online verfolgen.

„Der Bedarf für solches Monitoring ist sehr hoch“, sagt Hocke. Auch, weil der Kostenvorteil offensichtlich ist. Unternehmen, die ihre Energieflüsse überwachen, können Steuern sparen, indem sie sich nach ISO 50001 zertifizieren oder – in klein- und mittelständischen Unternehmen – nach DIN EN 16247-1 auditieren lassen.

Richtig „intelligent“ wird die Produktion jedoch erst beim nächsten Schritt, den Hocke als „Energy Analytics“ bezeichnet. Dann analysiert das System Daten aus der Vergangenheit und zieht daraus Schlüsse für die Zukunft. So fällt beispielsweise auf, wenn die Stromspannung einzelner Geräte ungleichmäßig verläuft. Gründe dafür können Überlastungen, Verunreinigungen oder mechanische Abnutzungen sein. All das kann zu unnötig hohem Energieverbrauch führen – und langfristig zum Ausfall von Maschinen und dem wiederum verbrauchsintensiven Anfahren von Ersatzgeräten. Auch an diesem Bereich hätten noch viele Unternehmer Interesse, sagt Hocke: „Aber das Thema ist für viele noch schwer greifbar.“

Diese Einschätzung deckt sich mit einer aktuellen Studie des Beratungsunternehmens zum Thema Industrie 4.0 im Mittelstand. An vielen Stellen sei das Thema noch nicht angekommen, heißt es darin: „Es herrscht zwar weitgehend ein Problembewusstsein, der Handlungsdruck ist jedoch noch nicht besonders hoch.“ Vor allem die Vernetzung der Produktion sei ausbaufähig. So hatten 29 Prozent der Mittelständler bislang überhaupt keine Produktionsprozesse miteinander vernetzt. Vom Rest sagten nur 28 Prozent, sie seien bereits „stark“ oder „vollständig“ miteinander verknüpft. Die Worte Energie oder Energiemanagement tauchen in der Studie praktisch überhaupt nicht auf.

Dafür fällt ein anderes Wort sehr häufig: Datensicherheit. Dieses Thema steht in der Studie an zweiter Stelle der „Handlungsbedarfe“, die die Unternehmen in Sachen 4.0 erkennen, oder anders formuliert: an zweiter Stelle der Probleme. Auch Weidmüller ist mit diesem Thema konfrontiert. Die Messsoftware des Unternehmens läuft darum über eigene Server. Andere Systemanbieter hingegen lagerten die erhobenen Daten in der Cloud, sagt Hocke.

Stiefkind Messtechnik

Zugriff von außen auf geheime Betriebsdaten – das sei ein ernst zu nehmendes Thema, erklärt Carsten Keichel vom Magdeburger Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF. Als Projektleiter hat Keichel für das vom IFF Magdeburg initiierte Fraunhofer-Innovationscluster „Intelligente, energie- und ressourceneffiziente regionale Wertschöpfungsketten in der Industrie“ analysiert, wo Unternehmen Energiepotenziale heben können – und dabei Erfahrungen von Mittelständlern beim Thema Industrie 4.0 gesammelt. „Viele unterschätzen den Stellenwert von Messtechnik“, sagt er. „Oft beschäftigt man sich mit peripheren Fakten, ohne sich den eigentlichen Produktionsprozess anzuschauen.“ Wie im Fall eines Automobilzulieferers, den Keichels Institut beim Aufbau einer neuen Produktion beriet. „Der Kunde war damit zufrieden zu erfahren, wie hoch die Wirkungsgrade der Maschinen sind. Dann hat er die gleiche Produktion noch einmal aufgebaut, nur mit energieeffizienteren Maschinen.“

ENERGIEMANAGEMENT im eigenen Haus: Verfahrenstechniker Carsten Keichel vor einer Wärmepumpe zur Gebäudeklimatisierung auf dem Dach des IFF-Gebäudes in Magdeburg.
Foto: Frank Schinski

Für Keichel würde die Arbeit an dem Punkt erst beginnen. „Die richtige Frage wäre nicht: Wie kann ich den Energieverbrauch etwas weiter senken, sondern: Was ist das Minimum an Energie, das man für diesen Prozess einsetzen muss?“ sagt er: „Unternehmen müssten ein Bewusstsein dafür entwickeln, dass nur mit Detailkenntnissen über eigene Prozesse und Prozessabläufe Lösungen möglich sind.“

Dann wäre auch der Grundstein für den nächsten Schritt gelegt: die Verknüpfung von Produktionsdaten mit der Energieerzeugung. „In Zukunft müssen Energieversorger und Unternehmen miteinander reden“, sagt Keichel, „denn auch die Versorger können Industrie 4.0 für sich nutzen: mit dezentralen Netzen, die sie je nach Auslastung regeln können.“

Qundis-Chef Röhrl denkt bereits in diese Richtung. Eine Solaranlage steht auf dem Dach des Erfurter Werks. Noch fehle es aber an geeigneten Speichersystemen, um die Produktion damit optimal zu verknüpfen. Aber er führt Gespräche mit Herstellern. „Wenn wir diese Energie genau dann abgreifen könnten, wenn wir Peaks in der Produktion haben, sind locker noch einmal 20 bis 30 Prozent Einsparung drin. Das könnte in rund drei Jahren der Fall sein“, sagt er und weiß: In dieser Zeit kann eine neue Welt entstehen.

ERDGASSPEICHER Mit Industrie 4.0 den Betrieb simulieren

Für astora, einer der größten Gasspeicherbetreiber Europas,  geht es auf dem Weg zur Digitalisierung darum, die Automatisierung der Anlagen und die IT-basierten Abläufe mithilfe einer Speichermanagementsoftware genau aufeinander abzustimmen. „So lässt sich dann auch der für uns sehr wichtige simulierte Betrieb optimieren“, sagt astora-Betriebsleiter Andreas Schulz. Darin liege das größte Potenzial der Industrie 4.0. „Im simulierten Betrieb können wir im Voraus genau sehen, wie viel Gas wir unter verschiedenen Bedingungen maximal einspeichern sollten, um den Speicher am energieeffizientesten und damit am wirtschaftlichsten zu betreiben.“

astora Betriebsleiter Andreas Schulz
Foto: Frank Schinski

Die Simulation unterstütze zum Beispiel auch dabei, einen optimalen Füllgrad von Kavernen vorab zu errechnen, da dafür das Zusammenspiel von Gaszusammensetzung, Druck und Temperatur entscheidend sei. Der zunehmende Gashandel macht es für astora darüber hinaus immer wichtiger, vom Leitsystem online und zeitgenau Daten über die zur Verfügung stehenden Kapazitäten zu bekommen. Über das Leitsystem werden auch die Qualität, also Zusammensetzung und Brennwert, sowie die Menge des Gases kontinuierlich gemessen und bestimmt. „Wenn die Software jetzt noch dazulernen könnte und quasi ein Gedächtnis aufbaut, dann ist der nächste große Generationenschritt der Industrie erreicht.“ Um Datenschutz und Cybersicherheit zu gewährleisten, arbeitet astora mit einem eigenen Prozessleittechniknetzwerk, das abgekoppelt ist vom normalen Businessnetzwerk. Alle Mitarbeiter nehmen zudem jährlich an Informationsschutzschulungen teil. Diejenigen, die direkt mit der IT zu tun haben, sind außerdem in einem speziellen Verbund organisiert, in dem sie sich regelmäßig austauschen und aktuelle Informationen erhalten.

Text: Claus Hornung

Foto: Markus Hintzen

NEUBAU: 2013 eröff nete Qundis die neue Fertigungshalle in Erfurt mit einer vollständig vernetzten Produktionsstätte.

GERÄTE: Diese Heizkostenverteiler erhalten bei Qundis bereits im ersten Schritt der Fertigung einen Chip, in dem sämtliche Produktionsdaten gespeichert sind.

INTERVIEW: »Stadtwerke setzen auf digitale Services«

Katherina Reiche, Hauptgeschäftsführerin des Verbandes kommunaler Unternehmen, erklärt,
warum kommunale Versorger die idealen Partner der Bürger bei der Digitalisierung sind.

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