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Nachhaltige Geschäftsprozesse durch grüne KPIs und intelligente Optimierung

10.02.2021 - Energie, Künstliche Intelligenz, Nachhaltigkeit, Produktion, Technologie, Verkehr

© ra2 studio/shutterstock (bearbeitet durch PSI)
© ra2 studio/shutterstock (bearbeitet durch PSI)

Die Einsparung von Ressourcen in Geschäftsprozessen verbessert ihre Nachhaltigkeit enorm. Durch entscheidungs­unterstützende Optimierungen lassen sich klassische Prozessziele mit Hilfe von KPIs (Key Performance Indicators) auf Nachhaltigkeitsziele abbilden oder auf diese zurückführen. Auf diese Weise werden grüne KPIs in die Optimierungen integriert.

Wie lassen sich klassische Prozessziele auf Nachhaltigkeitsziele übertragen?

Zunächst sind alle Prozessverbesserungen grün, die zur Reduktion oder zum ruhigen und gleichmäßigen Einsatz von Ressourcen ohne unnötige Belastungsspitzen beitragen. Geeignete Anwendungsbeispiele lassen sich immer dann festlegen, wenn die zugrunde liegenden Geschäftsprozesse eine Vielzahl an Ressourcen einsetzen, deren Wirkungsweisen aufeinander abgestimmt werden müssen.

Beispielsweise bei der Organisation und Durchführung von Wartungsprozessen elektrischer Übertragungsnetze lassen sich durch geeignete Optimierungsmethoden positive Effekte erzielen. An dieser Stelle setzt das Konzept von Qualicision ein, das für eine qualifizierte Entscheidungsunterstützung in der Optimierung von Geschäftsprozessen steht.

Der Vorteil dieser Optimierungslogik bei softwaregeführten Geschäftsprozessen liegt in der möglichen Verknüpfung zwischen technischen und betrieblichen KPIs.

Dabei können technische Restriktionen auf effiziente Weise mit beliebig vielen anderen KPIs verknüpft werden. Darunter solche, die für die Nachhaltigkeit der Prozesse stehen. Dies sind zum einen indirekte grüne KPIs, die auf die Schonung von Ressourcen hinzielen. Zum anderen sind es KPIs, die direkt auf den Zusammenhang zwischen originären KPIs wie Auslastung, Durchsatz oder Termintreue sowie Nachhaltigkeits-KPIs wie Energieeffizienz abgebildet werden.

Welche Nachhaltigkeitseffekte können durch eine qualifizierte Entscheidungsunterstützung in der Optimierung von Geschäftsprozessen erzielt werden?

1. Nachhaltigkeitseffekte bei der Wartung elektrischer Netze

Die Wartung eines Übertragungsnetzes im Netzgebiet eines Bundeslandes liegt üblicherweise in den Händen von einigen hundert Wartungsteams, die pro Jahr mehr als einhunderttausend Wartungseinsätze bewältigen müssen. Dabei werden täglich Einsätze gefahren, die optimal aufeinander abgestimmte CO2-Ersparnisse ermöglichen.

Ausgehend davon, dass in einem solchen Geschäftsprozess täglich 500 Einsatzfahrzeuge unterwegs sind und diese pro Tag 50 km zurücklegen, entsteht pro Jahr eine Gesamtfahrstrecke von 50*500*220 gleich 5,5 Millionen Kilometer.

Das entspricht in etwa einer Gesamtdistanz von mehr als 137 Mal um die Erde. Der entstehende CO2-Ausstoß entspricht bei defensiv geschätzten 100 Gramm pro Kilometer 550 Tonnen pro Jahr.

Durch eine geeignete Optimierung als Bestandteil der Software zur Wartungsplanung und -steuerung PSIcommand ließ sich der oben geschilderte Geschäftsprozess verbessern. Als Resultat kann die gleiche Arbeitslast mit einem um 15 Prozent reduzierten Einsatz von Ressourcen bewältigt werden.

Rechnet man dies auf die gefahrenen Kilometer und den CO2-Ausstoß um, so ergibt sich eine Ersparnis von etwa 80 Tonnen CO2 pro Jahr.

Das entspricht in etwa 655 eingesparten Flugreisen auf der Strecke München-Berlin (ca. 122 Kg CO2 pro Fluggast und Strecke) also etwa knapp vier Flügen eines Airbus A320. Rechnet man es weiter auf alle deutschen Bundesländer hoch, so ergibt sich durch intelligente Optimierungen bei Wartungsprozessen allein im vorliegenden Geschäftsprozess ein Ersparnispotenzial beim CO2-Ausstoß, das vergleichbar mit 64 Mittelstreckenflügen ist.

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2. Nachhaltigkeitseffekte durch Reihenfolgeoptimierung in Produktionsprozessen

Vergleichbare oder noch stärkere Effekte lassen sich im Zusammenhang mit der Optimierung von Produktionsprozessen ableiten. Beispielsweise gibt es Schätzungen, die besagen, dass die Produktion eines Mittelklassefahrzeugs mit zwischen 3 und 5,3 Tonnen CO2-Ausstoß verbunden ist. Gehen wir zurückhaltend von einer halb so hohen Zahl aus und nehmen an, dass eine Fabrik pro Jahr 500.000 Fahrzeuge produziert, so ergibt sich in einem Jahr eine CO2-Menge von 1.000.000 Tonnen. Die Qualicision-basierten Optimierungen haben in der Berechnung von Montagesequenzen Potenziale erzielen können, die je nach Ausgangslage zu 10 bis 20 Prozent Verbesserung geführt haben.

Nach Einführung der Optimierungen wurde die Nachhaltigkeit durch Ressourceneinsparungen um durchschnittlich 15 Prozent verbessert.

Wenn wir vereinfachend davon ausgehen, dass auf die Montage lediglich 2,5 Prozent des CO2-Ausstoßes fallen, so kann vereinfachend von 25 Prozent von einem Prozent von 1.000.000 Tonnen, also von 2.500 Tonnen CO2-Reduktion pro Fabrik im ersten Einsatzjahr der Optimierung ausgegangen werden.

2.500 Tonnen entsprechen nach den oben genannten Zahlen knapp 20.500 weniger Flugreisen auf der Strecke München-Berlin. Eine zunächst überraschend hohe Zahl, weil diese ca. 122 vollausgebuchten Flügen eines Airbus A320 entspricht. Rechnet man diese Potenziale auf alle Fabriken hoch, die mit den entsprechenden Optimierungen ausgestattet sind, so ergeben sich beeindruckende Zahlen.

Dementsprechend lässt sich abschätzen, dass der Beitrag der entsprechenden Algorithmen zur Reduktion des CO2-Ausstoßes bereits jetzt sehr hoch ist und einen beachtlichen Anteil an der Green Software des PSI-Konzerns ausmacht.

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Darstellung einer „Heat  Map“ im Modul PSIsaso  des PSI-Netzleitsystems. Quelle: PSI
Darstellung einer „Heat Map“ im Modul PSIsaso des PSI-Netzleitsystems. Quelle: PSI

3. Nachhaltige Netzführung

Entscheidungsunterstützung geht gerade in Verbindung mit neuen nachhaltigen Energien und mit der entsprechenden Zunahme der dezentralen Energieerzeugung einher. In diesem Zusammenhang steigt beispielsweise die Bedeutung der üblicherweise statisch festgelegten Trennstellen im Netz. In einem Modul zur Entscheidungunterstützung wird eine dynamische Optimierung der Trennstellen realisiert. Diese ermöglicht eine deutlich bessere Auslastung des gesamten Mittel- und Niederspannungsnetzes unter Einhaltung der vorgeschriebenen Spannungsbänder.

Ziel dieser Optimierung ist die Vermeidung zusätzlicher Netzausbaumaßnahmen. Auch hier spielt die Schonung von Ressourcen eine entscheidende Rolle. Nachhaltigkeit für Nachhaltigkeit ist hier das Credo.

Das System ist so entwickelt, dass zusätzliche betriebliche und wirtschaftliche KPIs in die Entscheidungsunterstützung einfließen. Somit ist die Aufnahme grüner KPIs, die Nachhaltigkeitsaspekte reflektieren, bereits mitgedacht.

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4. Ganzheitliches Depot- und Lademanagement für E-Bus-Flotten

Ein emissionsfreier Personennahverkehr ist ein wichtiges Nachhaltigkeitsziel für moderne Mobilitätskonzepte von Kommunen und Städten. Elektrobusse gewinnen zunehmend an Bedeutung. Gleichzeitig beeinflusst das Umrüsten auf Elektromobilität auch stark die Abläufe in den Betriebshöfen.

Neben den veränderten Anforderungen an die Qualifikation der Mitarbeiter sowie an die Technik für Service und Instandhaltung, bedarf es auch einer Anpassung der Dispositionssysteme. Neue Einflussfaktoren, wie z.B.

  • die begrenzte Batteriereichweite,
  • die Ladeinfrastruktur auf der Strecke oder im Betriebshof,
  • die Anzahl der Fahrgäste,
  • die Außentemperatur und
  • die Anschlussleistung

bestimmen zukünftig den nachhaltigen aber nicht minder zuverlässigen ÖPNV-Betrieb. Diese Einflussfaktoren fließen als Green-Qualicision-KPIs in das Optimierungszielsystem von PSIebus ein. Es bietet Verkehrsunternehmen eine ganzheitliche Softwarelösung, welche das Wissen um die Abläufe im ÖPNV mit denen der Energieversorgung verbindet.

Das System kombiniert das Depotmanagement mit dem Lademanagementsystem und berücksichtigt so die erforderlichen Nachhaltigkeitsfaktoren und originäre Abhängigkeiten.

Die effiziente Steuerung, Ladung und Disposition aller Fahrzeuge, sei es im Depot oder auf der Strecke, werden nachhaltigkeitswirksam optimiert.

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Mit Wirtschaftlichkeits-KPIs einen Beitrag zur Nachhaltigkeit leisten

Die beschriebenen Anwendungsbeispiele verbessern bereits jetzt die Nachhaltigkeit der optimierten Geschäftsprozesse. Die genannten Zahlen veranschaulichen eine mögliche Größenordnung der Auswirkungen von Optimierungen auf die Nachhaltigkeitsaspekte. Es geht an dieser Stelle nicht darum exakte Zahlenreihen abzuleiten.

Dennoch lässt sich feststellen, dass ursprüngliche Wirtschaftlichkeits-KPIs einen Beitrag zur Nachhaltigkeit leisten. Da Qualicision-Optimierungen offen gegenüber der Einbindung breit gefächerter Arten von KPIs sind, ist das explizite Integrieren von Nachhaltigkeits-KPIs Ziel weiterer Entwicklungen.

Diese können durchaus als grüne KPIs bezeichnet werden, die führend in das KPI-Portfolio bestehender Optimierungen aufgenommen werden.

Community als Nachhaltigkeitstreiber

Hier steht zum Beispiel das sogenannte Energy Balancing auf dem Programm, für deren Konzeption im Rahmen der PSI-Community Industrial Intelligence (CII) eine speziell zu diesem Thema gegründete Arbeitsgruppe eingesetzt wird. Diese befasst sich mit einer ganzheitlichen Harmonisierung des Einsatzes bestehender PSI-Softwaretools zur Optimierung von Geschäftsprozessen. Insbesondere unter Festlegung von grünen Nachhaltigkeits-KPIs.

Grüne Nachhaltigkeits-KPIs werden durch Modellierung als Decision Support- und als KI-Tools eingesetzt, um Geschäftsprozesse direkt unter Nachhaltigkeitsgesichtspunkten zu steuern.

Weitere Informationen zum Thema KPI-orientierte Optimierung.

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Dr. Rudolf Felix

Geschäftsführer
PSI FLS Fuzzy Logik & Neuro Systeme GmbH
felix@fuzzy.de