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Die Zustandsüberwachung (engl. Condition Monitoring) von Prozessen und Maschinen basiert auf einer kontinuierlichen Erfassung der technischen Zustände der Maschinen. Dies ermöglicht stetig kontrollierbare und transparente Prozesse, die eine frühzeitige Erkennung von Prozessabweichungen und potenziellen Störfällen erlaubt, um proaktiv Maßnahmen zur Sicherung der Prozesse zu ergreifen. Mittels der Integration moderner Sensorik und Datenanalyseverfahren können wesentliche Betriebsparameter wie zum Beispiel Frequenz, Temperatur und Druck in Echtzeit überwacht und somit Stillstandzeiten sowie Ausschuss vermieden werden. Gleichzeitig bildet die Zustandsüberwachung die Grundlage für die vorausschauende Instandhaltung (engl. Predictive Maintenance). Neben der Betriebsüberwachung sind geplante Wartungen und Instandhaltungen der Maschinen zur Aufrechterhaltung des Betriebes unerlässlich* Kolerus, J. und Wassermann, J. (2017): Zustandsüberwachung von Maschinen – Das Lehr- und Arbeitsbuch für den Praktiker. 7. Auflage, expert verlag, Renningen, Edition expertsoft. 79, ISBN 978-3-8169-3377-9, 1 f. .
Mithilfe der kontinuierlichen Zustandsüberwachung von Prozessen und Maschinen können Ressourcen signifikant eingespart werden, indem ungeplante Stillstände und Ausfallzeiten minimiert werden. Anhand der frühzeitigen Erkennung von Prozessabweichungen und Fehlfunktionen kann gezielt und rechtzeitig eingegriffen werden, bevor größere Schadensfälle auftreten. Dies hat nicht nur zur Folge, dass der Material-, Zeit- und Kostenaufwand durch die Schadensvermeidung reduziert wird, sondern die Maschinen im optimalen Betriebszustand gehalten werden. Auf diese Weise wird der Energieverbrauch der Maschinen optimiert. Außerdem ermöglicht ein kontinuierliches Energiemonitoring auf Basis der Zustandsüberwachung die Identifikation von Einsparungspotentialen von Energie, hilft beim Lastspitzenmanagement und kann so langfristig die Kosten senken* Weinzierl, S. (2021): Condition Monitoring (online) – Condition Monitoring – was es ist und was es kann (abgerufen am: 17.07.2024). .
Eine Überwachung der Stoffströme auf Basis der Zustandsüberwachung hilft darüber hinaus, weitere Materialeffizienzmaßnahmen zu identifizieren, wie zum Beispiel zur Reduzierung der Ausschussquote. Die Zustandsüberwachung bildet zudem die Grundlage für die Planung und Koordination von Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten. Hierdurch wird der Lebenszyklus der Maschine verlängert und so die Ressourcennutzung optimiert.
Darüber hinaus kann die Zustandsüberwachung mit der Datenverarbeitung und -analyse verknüpft werden, so dass mit Hilfe von Langzeitdatenanalysen weitere Ressourceneffizienzpotenziale identifiziert und Handlungsempfehlungen zur Optimierung abgeleitet werden können* Weiß, I. und Vogel-Heuser, B. (2020): Unternehmensübergreifendes Teilen von Wissen und Daten in Industrie 4.0 Anwendungen ‐ Beispiele aus den Projekten SIDAP und M@OK. In: Hompel, M. ten; Vogel-Heuser, B. und Bauernhansl, T., Hg. Handbuch Industrie 4.0: Produktion, Automatisierung und Logistik, Springer Vieweg, Berlin, Heidelberg. ISBN 978-3-662-45537-1, 1 f. .
Die Zustandsüberwachung ist ein wichtiges Werkzeug zur Sicherstellung der Verfügbarkeit von Maschinen und Anlagen und wird sowohl in der Verfahrenstechnik als auch in der diskreten Fertigung eingesetzt. Für die Entwicklung und Implementierung der Überwachungssysteme spielen IT- und Automatisierungsspezialist*innen eine wesentliche Rolle. Akteure, die maßgeblich von der Zustandsüberwachung profitieren, sind unter anderem die Wartungs- und Instandhaltungsabteilung, die Fabrik- und Produktionsplanung sowie das Qualitätsmanagement. Eine enge Zusammenarbeit der Akteure ist entscheidend, um die Informationen aus der Zustandsüberwachung auszuwerten, entsprechende Entscheidungen zu treffen und Maßnahmen abzuleiten. Darüber hinaus ist die Zustandsüberwachung im Transport und in der Logistik zur Sicherung des Betriebs und zur Optimierung der Lieferketten von Bedeutung* Bauernhansl, T.; Vogel-Heuser, B.und Hompel, M. ten, Hg. (2022): Handbuch Industrie 4.0 Bd.1: Produktion. 3. Auflage, Berlin, Springer Vieweg. ISBN 978-3-662-58531-3, S. 33. * Fraunhofer LBF (2024): Zustandsüberwachung von Intralogistiksyste-men - ZIL (online) (abgerufen am: 17.07.2024). .
Die Grenzen der Zustandsüberwachung liegen hauptsächlich in den Kosten, die mit der Implementierung umfassender Sensorik und fortschrittlichen Datenanalysetools verbunden sind. Hierzu zählen die Anschaffungskosten der Hardware und Software (Datenverarbeitungsprogramme) sowie die laufenden Wartungs- und Instandhaltungskosten.
Eine weitere Herausforderung stellt die komplexe Systemlandschaft aus Maschinen und Prozessen dar, die die Identifizierung aller relevanten Zustandsparameter für eine verlässliche Überwachung erschwert. Für die Festlegung der relevanten Parameter sowie der Optimierungspotenziale ist wiederum spezialisiertes Fachwissen notwendig.
Außerdem hängt die Qualität der Zustandsdaten stark von der eingesetzten Sensortechnik und der Messfrequenz ab. Höhere Messfrequenzen und hochwertige Sensoren verbessern die Datenqualität, erfordern jedoch leistungsfähige Software für die Übertragung, Verarbeitung, Speicherung und automatische Auswertung umfangreicher Datenmengen. Des Weiteren müssen die Sensoren regelmäßig kalibriert werden, um eine hohe Datenqualität sicherzustellen, was mit zeitlichen und finanziellen Aufwänden verbunden ist.
Letztlich können Zustandsüberwachungsdaten auch fehlinterpretiert werden, was zu Fehlalarmen und vorzeitigen Wartungsmaßnahmen führen kann. Dennoch überwiegen langfristig meist die Effizienzgewinne und Kosteneinsparungen durch den Einsatz der Technologie* Bauernhansl, T.; Vogel-Heuser, B.und Hompel, M. ten, Hg. (2022): Handbuch Industrie 4.0 Bd.1: Produktion. 3. Auflage, Berlin, Springer Vieweg. ISBN 978-3-662-58531-3, S. 33. .
Mögliche Wege der Umsetzung:
Ein zentraler Aspekt bei der Implementierung der Zustandsüberwachung ist die Auswahl der geeigneten Technologien und Strategien. Diese Auswahl beeinflusst maßgeblich die Effektivität der Überwachung und die Effizienz des Ressourcenmanagements. Zu den etablierten Technologien gehören die Schwingungsüberwachung, die Thermografie, die Ölanalyse und das Energieverbrauchs- sowie Stoffstrommonitoring. Als Beispiel wird nachfolgend die Schwingungsüberwachung näher betrachtet.
Der Betrieb von Maschinen ist häufig mit Schwingungserscheinungen verbunden, die zumeist unerwünscht sind. Diese Schwingungen resultieren oft aus kleinen mechanischen Unvollkommenheiten, die innerhalb bestimmter Toleranzgrenzen unbedeutend bleiben. Allerdings bieten diese Schwingungen Einblicke in den mechanischen Zustand der Maschine. Insofern sind die Schwingungsmessung und -analyse entscheidend für die Zustandsüberwachung von Maschinen. Sie dienen als frühzeitiger Indikator für potenzielle Störfälle; noch bevor es zu Leistungseinbußen oder Überhitzung kommt.
Durch die Messung von Schwingungen an entsprechenden Stellen, wie beispielsweise im Lagerbereich am Lagergehäuse, mittels einer installierten Überwachungseinheit, können Rückschlüsse auf die inneren Kräfte gezogen werden, die Verschleiß und Schäden verursachen. Obwohl direkte Messungen dieser inneren Kräfte oft nicht möglich sind, ermöglicht die Analyse des Schwingungsbildes (Fourieranalyse) eine indirekte Bewertung des Maschinenzustands* Kolerus, J. und Wassermann, J. (2017): Zustandsüberwachung von Maschinen – Das Lehr- und Arbeitsbuch für den Praktiker. 7. Auflage, expert verlag, Renningen, Edition expertsoft. 79. ISBN 978-3-8169-3377-9, 1 f. * Gasch, R.; Nordmann, R.und Pfützer, H., Hg. (2006): Rotordynamik. 2. Auflage, Berlin, Heidelberg, Springer. ISBN 978-3-540-33884-0, 613 ff. .
Praxis-Beispiel: Messung von Lagerschwingungen
Die Schwingungsanalyse erfolgt üblicherweise mit Hilfe von Vibrations-Sensoren, die an verschiedenen Stellen an Maschinen und Anlagen angebracht sind. Dadurch können Schwingungen in verschiedenen Richtungen erfasst werden. Nach der Erfassung der Schwingung in Form von Beschleunigungen und Umwandlung der Schwingung in elektrische Signale verarbeiten Softwares und Analysegeräte die Sensordaten, um Informationen über die Schwingungsamplitude und -frequenz zu gewinnen, die wiederum Rückschlüsse auf den Zustand der Maschinen oder Anlagen ermöglichen. Die Auswertung der Messergebnisse erfolgt gemäß verschiedener Normen. Beispielsweise gibt die DIN ISO 10816 verschiedene Klassen und Grenzwerte vor, die je nach Art und Größe der Anlage variieren können* A. Hock MSR- und Electronic Service GmbH (2024): Schwingungsmessung (online) (abgerufen am: 26.06.2024). .
Das Unternehmen Delphin Technology bietet Hard- und Softwarelösungen speziell für die Messung von Lagerschwingungen bei Wälzlagern an. Diese Schwingungen entstehen durch Unregelmäßigkeiten im Lager, die durch Fehlausrichtung, Abnutzung oder Unwucht verursacht werden und zu einem vorzeitigen Verschleiß des Lagers führen können* Delphin Technology AG (2024): Lagerschwingungen messen (online) (abgerufen am: 26.06.2024). .
Zu den zentralen Bestandteilen der Zustandsüberwachung gehört das intelligente Datenmanagement. Dieses umfasst die die systematische Erfassung, die Analyse, die Strukturierung sowie das Teilen und die Nutzung von Daten mittels fortschrittlicher Technologien und Methoden. Das Ziel besteht darin, den maximalen Nutzen aus den vorhandenen Daten zu ziehen, um fundierte Entscheidungen zu treffen und Prozesse zu optimieren.
In Betrieben gibt es vielfältige Quellen für Daten. Insbesondere komplexe Systeme wie Produktionsanlagen profitieren von einem intelligente Datenmanagement, denn die enormen Datenmengen sowie die Häufigkeit der Erhebung müssen organisiert werden. Häufig kann dabei Qualität der gelieferten Daten unzureichend sein. Sensorstörungen können beispielsweise zu Ausreißern und Unterbrechungen im Datenstrom führen. Darüber hinaus kann die Zuverlässigkeit der Datenübertragung beeinträchtigt werden, wodurch Datenlücken entstehen. Des Weiteren erschwert eine nicht vorhandenes Datenbeschreibung (Schema, Metadaten) die Interpretation der Daten sowie die hohe Heterogenität der Datenquellen wiederum deren Integration.
Eine intelligentes Datenmanagement mit Datenerfassung, -integration, -speicherung, -verarbeitung, -analyse, -visualisierung und -verwaltung ist demzufolge erfolgsversprechend, um den vollen Nutzen aus den Daten zu ziehen. Durch eine langfristige Erfassung und Auswertung können detaillierte Prognosen über das Ausfallverhalten kritischer Komponenten erstellt werden, wodurch präventive Wartungen geplant und Produktionsausfälle reduziert werden können.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn relevante Daten über Unternehmensgrenzen hinweg geteilt werden. Für zuverlässige Prognosen sind die Expertise der Herstellerfirmen der Maschinen und eine Vergleichsbasis vieler Maschinen erforderlich. Herstellende Unternehmen bieten beispielsweise Dienste an, die Betriebsdaten aus verschiedenen Produktionsstätten zusammenführen. Diese Datenintegration ist besonders effizient, wenn Daten des gesamten Lebenszyklus einer Anlage betrachtet werden, um ein ganzheitliches digitales Abbild wie beispielsweise einen digitalen Zwilling zu erstellen. Dies führt zu einem umfassenden Verständnis der Prozesse und gewährleistet eine optimale Nutzung der Maschinen, wodurch beide Parteien profitieren können. Denn Herstellerfirmen können datengetriebene Modelle und Services wie Predictive Maintenance anbieten, während Anlagenbetreiber*innen ein besseres Verständnis über die Maschinenfunktionen erhalten* Weiß, I. und Vogel-Heuser, B. (2020): Unternehmensübergreifendes Teilen von Wissen und Daten in Industrie 4.0 Anwendungen ‐ Beispiele aus den Projekten SIDAP und M@OK. In: Hompel, M. ten; Vogel-Heuser, B. und Bauernhansl, T., Hg. Handbuch Industrie 4.0: Produktion, Automatisierung und Logistik, Springer Vieweg, Berlin, Heidelberg. ISBN 978-3-662-45537-1, 2 ff. .
Praxis-Beispiel: Nachhaltiges Datenmanagement in der Stahlindustrie
Das Projekt iPRODICT illustriert einen intelligenten Ansatz zur teilautomatisierten Anpassung und Verbesserung von Produktionsprozessen. Während der Stahlproduktion überwachen Sensortechnologien kontinuierlich die Zusammensetzung des Stahls, welche durch die eingesetzten Rohstoffe variiert und vor allem zu Beginn des Prozesses zu Schwankungen führt. Mithilfe fortlaufender Prozessschritte werden durch Zugabe oder Abfuhr der Inhaltsstoffe, diese Schwankungen ausgeglichen. Nichtsdestotrotz lassen sich Schwankungen in der Produktqualität nicht immer vermeiden, wobei auch unvollständig entfernten Reste der Schlacke zu Qualitätsverlusten führen. Daher ist eine kontinuierliche Produktionsüberwachung aus Zustandsüberwachungstechnik und Datenmanagement entscheidend. Diese umfasst die Kontrolle aktueller Parameter wie Temperatur durch Sensoren sowie die Erkennung von Unregelmäßigkeiten mittels Videoaufnahmen und komplexer Bilderkennungsverfahren.
Wird eine Abweichung von der gewünschten Qualität festgestellt, stehen verschiedene Handlungsoptionen zur Verfügung: Die Qualität der betroffenen Charge kann durch Nacharbeiten verbessert werden, was jedoch nur im begrenzten Maße möglich ist. Alternativ kann die Charge als Ausschuss behandelt oder einem anderen Auftrag mit geringeren Qualitätsanforderungen zugewiesen werden. Letztere Option ist in der Regel die wirtschaftlichste; allerdings erfordert diese die Verfügbarkeit entsprechender Aufträge. Andernfalls müssen zusätzliche Nacharbeiten geplant oder Mehrproduktion durchgeführt werden, um den entstandenen Ausschuss auszugleichen. Die Entscheidung zwischen diesen beiden Optionen ist zeitintensiv.
Eine enge Zusammenarbeit zwischen Produktion, Geschäftsebene und Maschinen-Herstellerfirmen sind auf Basis der Daten entscheidend für die effiziente Analyse der Gesamtlage und für eine schnelle Entscheidungsfindung. Dieses Szenario stellt eine Form der komplexen Online-Optimierung dar, bei der schwer lösbare Optimierungsprobleme unter Beteiligung verschiedener Entscheidungsträger und -ebenen gelöst werden müssen* Schöning, H. und Dorchain, M. (2020): Big Smart Data ‐ Intelligent Operations, Analysis und Process Alignment. In: Hompel, M. ten; Vogel-Heuser, B. und Bauernhansl, T., Hg. Handbuch Industrie 4.0: Produktion, Automatisierung und Logistik, Springer Vieweg, Berlin, Heidelberg. ISBN 978-3-662-45537-1, S. 8. * Software AG (2015): iPRODICT (online) (abgerufen am: 11.07.2024). .
Durch die Kombination von Produkten und Services ergeben sich unterschiedliche Potenziale, um Ressourcen entlang des Produktlebens einzusparen.
Zu „Produkt-Service-Systeme“Die Wahl der Materialien eines Produktes erfolgt in der Entwicklung primär in Abhängigkeit von der angestrebten Funktionalität. Darüber hinaus kann die Materialauswahl als wesentliche Stellschraube für die Erschließung von Ressourceneffizienzpotenzialen dienen.
Zur „Optimierten Materialauswahl“Die Motivationen für Leichtbau ergeben sich entweder durch Einsparungen von Material und Energie in der Produktion oder im Fall bewegter Produkte durch eine Verringerung des Energieaufwandes und der sich daraus resultierenden Emissionen und Umweltwirkungen in der Nutzungsphase.
Zum „Leichtbau“Eine fertigungsgerechte Produktgestaltung zielt darauf ab, Produkte so zu gestalten, dass diese bei gegebener Produktionsinfrastruktur herstellbar sind, ohne zusätzlich Ausschuss und Materialverluste oder einen übermäßig höheren Energieverbrauch zu erzeugen.
Zu „Fertigungsgerechte Produktgestaltung“Für viele Produkte stellt die Phase der Nutzung den wesentlichsten Beitrag zum Ressourcenverbrauch in ihrem Lebenszyklus dar. Verbesserungen in dieser Phase bezogen auf die Ressourceneffizienz zeigen sich daher oft als besonders wirksam.
Zur „Ressourceneffizienten Produktnutzung“Eine Verlängerung der Produktnutzungsdauer entspricht einer Annäherung an die technische Lebensdauer. Dadurch vergrößert sich der Zeitraum, in dem eine Funktion bereitgestellt wird, ohne hierfür erneut Energie und Material für die Produktion aufzuwenden. Dies erhöht die Ressourceneffizienz entlang des Lebenswegs.
Zur „Verlängerung der Produktnutzungsdauer“Durch die Verlängerung der technischen Lebensdauer müssen weniger Produkte nachproduziert werden. Dadurch sinkt der Energie- und Materialaufwand, um den Nutzen des Produktes bereitzustellen. Dies führt zu einer Erhöhung der Ressourceneffizienz entlang des Lebenswegs.
Zur „Verlängerung der technischen Produktlebensdauer“Eine kreislaufgerechte Produktgestaltung ermöglicht es, die Wiedernutzbarkeit sicherzustellen und eine Kreislaufführung von Bauteilen und Materialien, die im Produkt verwendet wurden.
Zur „Kreislaufgerechte Produktgestaltung“Im Rahmen der Planung von Produktionsprozessen erfolgt u. a. die Auswahl der einzusetzenden Fertigungsverfahren. Insbesondere durch die Einrichtung und Gestaltung des Ablaufes neuer Produktionsprozesse bieten sich viele Potenziale, die Ressourceneffizienz zu erhöhen.
Zur „Planung ressourceneffizienter Fertigungsprozesse“Die Modularisierung von Anlagen ist ein Trend in der Anlagentechnik, in der Anlageneinheiten in Form von kompatiblen Modulen entwickelt werden. Die Modularisierung kann eine Reihe von Vorteilen mit sich bringen. Grundsätzlich soll auf der Produkt- und Prozessebene die Komplexität reduziert, die Flexibilität erhöht, die Effizienz gesteigert und die Wiederverwendbarkeit sowie die Profitabilität gesichert werden.
Zu „Modularisierung von Anlagen“Prozessverbesserungen erzielen eine Verringerung an Material und Energieaufwand in Fertigungsprozessen, ohne dabei das Prozessergebnis oder die Produktqualität herunterzusetzen. Die Zahl möglicher Stellhebel ist groß.
Zur „Fertigungsprozessoptimierung“Die Zustandsüberwachung (engl. Condition Monitoring) von Prozessen und Maschinen basiert auf einer kontinuierlichen Erfassung der technischen Zustände der Maschinen. Dies ermöglicht stetig kontrollierbare und transparente Prozesse, die eine frühzeitige Erkennung von Prozessabweichungen und potenziellen Störfällen erlaubt, um proaktiv Maßnahmen zur Sicherung der Prozesse zu ergreifen.
Zu „Zustandsüberwachung von Prozessen und Maschinen“Die Verminderung von geplantem Ausschuss wirkt sich direkt auf die Materialeffizienz aus: Es können mehr Fertigteile aus einer festen Menge von Rohmaterial erzeugt werden. Die Produktivität erhöht sich durch eine verminderte Ausschussmenge.
Zu „Vermindern von geplantem Ausschuss und Nacharbeit“Eine Verminderung des geplanten Verlustes führt zu einer besseren Ausnutzung von (Roh-)Materialien. Die Produktion kann bei gleichem Materialeinsatz eine höhere Produktionsmenge erzielen oder aber bei gleicher Produktionsmenge den Materialeinsatz verringern.
Zu „Vermindern von geplantem Verlust“Durch die Verminderung des Bearbeitungsvolumens werden hauptsächlich (Roh-)Materialien eingespart und die Nutzungsdauer von Werkzeugen verlängert. Darüber hinaus kann durch ein verringertes Bearbeitungsvolumen eine Energieeinsparung erzielt werden.
Zur „Minimierung des Bearbeitungsvolumens“Verluste durch Lagerung sind vielfältig und verursachen sinnlose Energie- und Materialaufwände in der Herstellung. Die Minimierung von Lagerungsverlusten erhöht die Materialeffizienz in der Produktion und kann prinzipiell in jedem Unternehmen mit Lagerflächen durchgeführt werden.
Zu „Vermindern von Lagerungsverlusten“Die Verringerung des Energieverbrauchs bewirkt eine Reduktion von Energieträgern innerhalb der Produktion, ohne die Qualität oder den Output der Prozesse zu beeinflussen. Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz im Produktionsprozess sind vielfältig.
Zu „Vermindern des Energieverbrauchs“Mittels Wiederverwendung kann die Lebensdauer von Produkten und Bauteilen verlängert werden, indem diese einer neuen Nutzungsperiode zugeführt werden. Wiederverwendung wird gegenüber Recycling und anderen Verwertungsmechanismen in der Abfallhierarchie bevorzugt, da hierdurch zusätzliche Material- und Energieaufwände für die erneute Herstellung von Bauteilen entfallen.
Zur „Kreislaufführung von Produkten und Bauteilen“Innerbetriebliche Kreislaufführung von Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffen ermöglicht eine erneute Stoffnutzung und vermeidet Ressourcenaufwände bei der Rohstoffextraktion und beim Herstellungsverfahren des Produktionsinput.
Zur „Kreislaufführung von Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffen“Die stoffliche Substitution im Bereich von Hilfs- und Betriebsstoffen eines produzierenden Betriebes kann zu einer Verringerung des Ressourceneinsatzes im Lebensweg führen, z. B. durch die Reduktion der Verbrauchsmenge von substituierten Hilfs- und Betriebsstoffen im Produktionsprozess.
Zur „Materialsubstitution von Hilfs- und Betriebsstoffen“Durch eine Kaskadennutzung von Hilfs- und Betriebsstoffen wird die Nutzungsdauer verlängert, dadurch dass eine gewünschte Funktion für einen bestimmten Anwendungsfall bereitgestellt wird ohne erneut Material und Energie aufzuwenden.
Zu „Kaskadennutzung von Hilfs- und Betriebsstoffen“Die Gestaltung effizienter inner- und überbetrieblicher Logistikprozesse ermöglicht die anfallenden Energie- und Materialaufwände so weit zu reduzieren, ohne die Durchlaufzeit oder Qualität der Produktion zu verringern.
Zur „Effizienten Logistik“Durch eine effiziente Beschaffung werden Energie- und Materialaufwände entlang des Lebenswegs reduziert. Sie zielt auf einen energie- und materialgerechten Einkauf von Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffen, Bauteilen oder fertigen Gütern ab und dient der adäquaten Versorgung des Produktionsprozesses mit abgestimmten Material- und Energiemengen.
Zur „Effizienten Beschaffung“Durch eine effiziente Betriebsorganisation können die Ressourcenverbrauchsmengen in einem Unternehmen reduziert werden. Die Einflussfaktoren hierfür sind ebenso zahlreich wie vielfältig: von definierten Kommunikationsstrukturen und -fähigkeiten über Entscheidungsspielräume und Verantwortungsbereiche bis hin zu arbeitsorganisatorischen Aspekten.
Zur „Effizienten Betriebsorganisation“Eine effiziente Energiebereitstellung zielt darauf ab, die für den Betrieb von Maschinen und Anlagen notwendige Energie unter minimalem Einsatz von Primärenergieträger bereitzustellen.
Zur „Effizienten Energiebereitstellung“Eine effiziente Gebäudehülle kann die Energieverluste eines Gebäudes minimieren und den Energiegewinn durch die passive Nutzung erneuerbarer Energien optimieren. Im Zusammenspiel mit einer effizienten Gebäudeinfrastruktur können die benötigten Innenraumanforderungen in der Nutzungsphase effizient und mit möglichst wenig Energiebedarf erfüllt werden.
Zur „Effizienten Gebäudeinfrastruktur“Durch die Kombination von Produkten und Services ergeben sich unterschiedliche Potenziale, um Ressourcen entlang des Produktlebens einzusparen.
Zu „Produkt-Service-Systeme“Die Wahl der Materialien eines Produktes erfolgt in der Entwicklung primär in Abhängigkeit von der angestrebten Funktionalität. Darüber hinaus kann die Materialauswahl als wesentliche Stellschraube für die Erschließung von Ressourceneffizienzpotenzialen dienen.
Zur „Optimierten Materialauswahl“Die Motivationen für Leichtbau ergeben sich entweder durch Einsparungen von Material und Energie in der Produktion oder im Fall bewegter Produkte durch eine Verringerung des Energieaufwandes und der sich daraus resultierenden Emissionen und Umweltwirkungen in der Nutzungsphase.
Zum „Leichtbau“Eine fertigungsgerechte Produktgestaltung zielt darauf ab, Produkte so zu gestalten, dass diese bei gegebener Produktionsinfrastruktur herstellbar sind, ohne zusätzlich Ausschuss und Materialverluste oder einen übermäßig höheren Energieverbrauch zu erzeugen.
Zu „Fertigungsgerechte Produktgestaltung“Für viele Produkte stellt die Phase der Nutzung den wesentlichsten Beitrag zum Ressourcenverbrauch in ihrem Lebenszyklus dar. Verbesserungen in dieser Phase bezogen auf die Ressourceneffizienz zeigen sich daher oft als besonders wirksam.
Zur „Ressourceneffizienten Produktnutzung“Eine Verlängerung der Produktnutzungsdauer entspricht einer Annäherung an die technische Lebensdauer. Dadurch vergrößert sich der Zeitraum, in dem eine Funktion bereitgestellt wird, ohne hierfür erneut Energie und Material für die Produktion aufzuwenden. Dies erhöht die Ressourceneffizienz entlang des Lebenswegs.
Zur „Verlängerung der Produktnutzungsdauer“Durch die Verlängerung der technischen Lebensdauer müssen weniger Produkte nachproduziert werden. Dadurch sinkt der Energie- und Materialaufwand, um den Nutzen des Produktes bereitzustellen. Dies führt zu einer Erhöhung der Ressourceneffizienz entlang des Lebenswegs.
Zur „Verlängerung der technischen Produktlebensdauer“Eine kreislaufgerechte Produktgestaltung ermöglicht es, die Wiedernutzbarkeit sicherzustellen und eine Kreislaufführung von Bauteilen und Materialien, die im Produkt verwendet wurden.
Zur „Kreislaufgerechte Produktgestaltung“Im Rahmen der Planung von Produktionsprozessen erfolgt u. a. die Auswahl der einzusetzenden Fertigungsverfahren. Insbesondere durch die Einrichtung und Gestaltung des Ablaufes neuer Produktionsprozesse bieten sich viele Potenziale, die Ressourceneffizienz zu erhöhen.
Zur „Planung ressourceneffizienter Fertigungsprozesse“Die Modularisierung von Anlagen ist ein Trend in der Anlagentechnik, in der Anlageneinheiten in Form von kompatiblen Modulen entwickelt werden. Die Modularisierung kann eine Reihe von Vorteilen mit sich bringen. Grundsätzlich soll auf der Produkt- und Prozessebene die Komplexität reduziert, die Flexibilität erhöht, die Effizienz gesteigert und die Wiederverwendbarkeit sowie die Profitabilität gesichert werden.
Zu „Modularisierung von Anlagen“Prozessverbesserungen erzielen eine Verringerung an Material und Energieaufwand in Fertigungsprozessen, ohne dabei das Prozessergebnis oder die Produktqualität herunterzusetzen. Die Zahl möglicher Stellhebel ist groß.
Zur „Fertigungsprozessoptimierung“Die Zustandsüberwachung (engl. Condition Monitoring) von Prozessen und Maschinen basiert auf einer kontinuierlichen Erfassung der technischen Zustände der Maschinen. Dies ermöglicht stetig kontrollierbare und transparente Prozesse, die eine frühzeitige Erkennung von Prozessabweichungen und potenziellen Störfällen erlaubt, um proaktiv Maßnahmen zur Sicherung der Prozesse zu ergreifen.
Zu „Zustandsüberwachung von Prozessen und Maschinen“Die Verminderung von geplantem Ausschuss wirkt sich direkt auf die Materialeffizienz aus: Es können mehr Fertigteile aus einer festen Menge von Rohmaterial erzeugt werden. Die Produktivität erhöht sich durch eine verminderte Ausschussmenge.
Zu „Vermindern von geplantem Ausschuss und Nacharbeit“Eine Verminderung des geplanten Verlustes führt zu einer besseren Ausnutzung von (Roh-)Materialien. Die Produktion kann bei gleichem Materialeinsatz eine höhere Produktionsmenge erzielen oder aber bei gleicher Produktionsmenge den Materialeinsatz verringern.
Zu „Vermindern von geplantem Verlust“Durch die Verminderung des Bearbeitungsvolumens werden hauptsächlich (Roh-)Materialien eingespart und die Nutzungsdauer von Werkzeugen verlängert. Darüber hinaus kann durch ein verringertes Bearbeitungsvolumen eine Energieeinsparung erzielt werden.
Zur „Minimierung des Bearbeitungsvolumens“Verluste durch Lagerung sind vielfältig und verursachen sinnlose Energie- und Materialaufwände in der Herstellung. Die Minimierung von Lagerungsverlusten erhöht die Materialeffizienz in der Produktion und kann prinzipiell in jedem Unternehmen mit Lagerflächen durchgeführt werden.
Zu „Vermindern von Lagerungsverlusten“Die Verringerung des Energieverbrauchs bewirkt eine Reduktion von Energieträgern innerhalb der Produktion, ohne die Qualität oder den Output der Prozesse zu beeinflussen. Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz im Produktionsprozess sind vielfältig.
Zu „Vermindern des Energieverbrauchs“Mittels Wiederverwendung kann die Lebensdauer von Produkten und Bauteilen verlängert werden, indem diese einer neuen Nutzungsperiode zugeführt werden. Wiederverwendung wird gegenüber Recycling und anderen Verwertungsmechanismen in der Abfallhierarchie bevorzugt, da hierdurch zusätzliche Material- und Energieaufwände für die erneute Herstellung von Bauteilen entfallen.
Zur „Kreislaufführung von Produkten und Bauteilen“Innerbetriebliche Kreislaufführung von Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffen ermöglicht eine erneute Stoffnutzung und vermeidet Ressourcenaufwände bei der Rohstoffextraktion und beim Herstellungsverfahren des Produktionsinput.
Zur „Kreislaufführung von Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffen“Die stoffliche Substitution im Bereich von Hilfs- und Betriebsstoffen eines produzierenden Betriebes kann zu einer Verringerung des Ressourceneinsatzes im Lebensweg führen, z. B. durch die Reduktion der Verbrauchsmenge von substituierten Hilfs- und Betriebsstoffen im Produktionsprozess.
Zur „Materialsubstitution von Hilfs- und Betriebsstoffen“Durch eine Kaskadennutzung von Hilfs- und Betriebsstoffen wird die Nutzungsdauer verlängert, dadurch dass eine gewünschte Funktion für einen bestimmten Anwendungsfall bereitgestellt wird ohne erneut Material und Energie aufzuwenden.
Zu „Kaskadennutzung von Hilfs- und Betriebsstoffen“Die Gestaltung effizienter inner- und überbetrieblicher Logistikprozesse ermöglicht die anfallenden Energie- und Materialaufwände so weit zu reduzieren, ohne die Durchlaufzeit oder Qualität der Produktion zu verringern.
Zur „Effizienten Logistik“Durch eine effiziente Beschaffung werden Energie- und Materialaufwände entlang des Lebenswegs reduziert. Sie zielt auf einen energie- und materialgerechten Einkauf von Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffen, Bauteilen oder fertigen Gütern ab und dient der adäquaten Versorgung des Produktionsprozesses mit abgestimmten Material- und Energiemengen.
Zur „Effizienten Beschaffung“Durch eine effiziente Betriebsorganisation können die Ressourcenverbrauchsmengen in einem Unternehmen reduziert werden. Die Einflussfaktoren hierfür sind ebenso zahlreich wie vielfältig: von definierten Kommunikationsstrukturen und -fähigkeiten über Entscheidungsspielräume und Verantwortungsbereiche bis hin zu arbeitsorganisatorischen Aspekten.
Zur „Effizienten Betriebsorganisation“Eine effiziente Energiebereitstellung zielt darauf ab, die für den Betrieb von Maschinen und Anlagen notwendige Energie unter minimalem Einsatz von Primärenergieträger bereitzustellen.
Zur „Effizienten Energiebereitstellung“Eine effiziente Gebäudehülle kann die Energieverluste eines Gebäudes minimieren und den Energiegewinn durch die passive Nutzung erneuerbarer Energien optimieren. Im Zusammenspiel mit einer effizienten Gebäudeinfrastruktur können die benötigten Innenraumanforderungen in der Nutzungsphase effizient und mit möglichst wenig Energiebedarf erfüllt werden.
Zur „Effizienten Gebäudeinfrastruktur“Bei Fragen zum Thema „Strategien & Maßnahmen“ helfen wir Ihnen gerne weiter.
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