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Wie sieht die nachhaltige Produktionsplanung der Zukunft aus?

29.06.2020 - Produktion, Industrie 4.0, Technologie

Seit mehr als 50 Jahren tragen PSI-Softwarelösungen in der Energiewirtschaft und in energieintensiven Industrien zur Steigerung der Effizienz und zum verantwortungsvollen Umgang mit Energie, Rohstoffen und Arbeitskraft bei. Insbesondere in der Metallindustrie leisten wir mit unseren fortschrittlichen Produkten einen besonderen Beitrag zur nachhaltigen Produktion. Die Reduzierung der Kohlendioxidemissionen (CO2) und die Optimierung des Energieverbrauchs stehen seit einiger Zeit im Mittelpunkt unserer technologischen und ökologischen Vision. 

Angesichts der aktuellen Umweltsituation und der daraus resultierenden Herausforderungen für unsere Branche sind wir bei PSI sicher: Wir müssen mehr für die Umwelt und unsere Kunden tun! Wir wollen positive Veränderungen anregen und den Stahlproduzenten helfen, besser auf die Bedürfnisse ihrer Kunden und Stakeholder einzugehen und gesetzliche Vorschriften zu berücksichtigen. Aus diesem Grund wollen wir das Planungsmodul für Stahlproduzenten in seiner Gesamtperspektive erweitern. Folgen Sie uns auf unserer Gedankenreise in die Welt der zukünftigen nachhaltigen Produktionsplanung.  

Nachhaltigkeit in der Stahlindustrie

©pressureUA/iStock; bearbeitet durch PSI Metals

Die Eisen- und Stahlindustrie ist einer der größten industriellen Emittenten von CO2, auf die zwischen 4 Prozent und 7 Prozent der anthropogenen CO2-Emissionen weltweit entfallen. Laut World Steel Association wurden im Jahr 2018 durchschnittlich 1,85 Tonnen CO2 pro Tonne produzierten Stahls emittiert. Ein Baum bindet im Vergleich etwa 12,5 Kilogramm CO2 pro Jahr - man müsste also 148 Bäume pflanzen, um eine Tonne produzierten Stahls zu kompensieren. Wenn man bedenkt, dass im Jahr 2018 weltweit 1.808,6 Millionen Tonnen Rohstahl produziert wurden, erscheint diese Berechnung sehr besorgniserregend. Vor diesem Hintergrund ist es kein Wunder, dass das Umweltbewusstsein kontinuierlich wächst und immer mehr Maßnahmen und Initiativen für eine nachhaltige Produktion entwickelt werden.

Beispiel für eine solche Initiative ist das Emissionshandelssystem. Dabei handelt es sich um marktwirtschaftliches Instrument, das dem Klimaschutz dient und dazu beiträgt, die Treibhausgase bis 2030 um 40 Prozent gegenüber 1990 zu reduzieren (nach den aktuellen Plänen der EU-Kommission für einen „Green Deal“ sogar um 55 Prozent). Für die genehmigte Menge an Treibhausgasemissionen benötigen die Unternehmen Zertifikate, sogenannte „Emissionsberechtigungen“. Ein Zertifikat deckt 1 Tonne Kohlendioxid-Emissionen ab. Die Zertifikate werden an speziellen Börsen und auf den Kapitalmärkten gehandelt und ihr Preis spiegelt nicht nur die Regeln von Angebot und Nachfrage wider, sondern wird auch durch Spekulation beeinflusst. Die Gesamtzahl der ausgegebenen Zertifikate ist jedoch begrenzt und wird bis 2030 schrittweise reduziert. Emissionsintensive Industrien, wie die Stahlindustrie, erhalten eine bestimmte Menge an Emissionsrechten kostenlos („kostenlose Zertifikate“). Dieser „Carbon Leakage“-Schutz soll verhindern, dass bestimmte Industrien ihre Produktion in Länder mit weniger strengen Klimaschutzbestimmungen verlagern.

Unterstützung des Planers in der Produktionsumgebung

Seit einiger Zeit unterstützen wir im Rahmen unserer Produkt­anforderungen Stahl­produzenten dabei, ihre CO2-Emissionen zu reduzieren und ihren Energieverbrauch zu optimieren. Mit PSImetals/Planning ist der Verantwortliche im Stahlwerk bereits heute in der Lage, den zu erwartenden Energieverbrauch und die CO2-Emissionen für eine Produktionslinie, das gesamte Werk oder pro Produktionsauftrag zu überwachen und anzupassen. Durch die Auswahl eines individuell definierten Zeitintervalls unterstützt die Planungslösung die Erstellung von Produktions- und Linienplänen. Darüber hinaus kann der Anwender die in PSImetals gespeicherten Energieprognosedaten für unterschiedliche Zeiträume abrufen und nutzen:

  • Die Langzeitplanung kann für die strategische Planung verwendet werden, da sie dem Nutzer einen Überblick über den zu erwartenden Grundenergieverbrauch für das kommende Jahr gibt. 
  • Die mittelfristige Planung basiert auf einer Monatsbasis und ermöglicht es dem Verantwortlichen, den Energieeinkauf durch die Betrachtung des Tagesbudgets anzupassen. 
  • Sobald aus der Planung eine detaillierte kurzfristige Planung auf Tages- oder Stundenbasis wird, wird die Prognose in beispielsweise 15-Minuten-Zeitfenstern erstellt. Während dieses Zeithorizonts sind schnelle Reaktionen auf Produktionsereignisse erforderlich. Durch die Anpassungen entsprechend der prognostizierten Energieverfügbarkeit, können schnelle Gewinne ermöglicht werden.
Durch die Verknüpfung der Energiemessdaten und Produktionsdaten aus der Historie ist es möglich, aus der Planungssituation eine Energiebedarfsprognose abzuleiten © PSI Metals

Silodenken überwinden

Silos sind die große verborgene Konstante der industrialisierten Welt. Um das Silodenken effektiv und langfristig aufzubrechen, müssen wir uns neu erfinden. Die größte Herausforderung auf dem Weg zu einer nachhaltigen Produktionsplanung ist die Tatsache, dass die Geschäftseinheiten im Werksumfeld schon immer mehr oder weniger getrennt organisiert waren und immer noch werden. Für unsere Kunden heißt das also, dass das Stahlwerk im Mittelpunkt steht und das MES-System eine direkte, starke Verbindung zum Produktionsbereich Logistik und Qualitätsmanagement hat. 

Auf der anderen Seite bedeutet das aber auch, dass die Produktionsplanung unabhängig von der Energiesoftware arbeitet. Folglich berücksichtigt die Planungslösung bei der Produktionsplanung weder Energiepreise, noch Energieverträge oder die Verfügbarkeit von Energie. Ebenso verhält es sich umgekehrt: Die Werke müssen ihren Energieverbrauch ankündigen und berechnen, aber da die Energiesysteme nicht an das MES angeschlossen sind, werden die tatsächlichen Daten, die sich aus der Produktion ergeben, nicht berücksichtigt. Weder das Energiesystem noch das MES informieren das jeweils andere System über Bedarf, Zeitpläne, Prioritäten, etc.

Die aktuelle Siloumgebung © PSI Metals

Ziemlich disruptiv, nicht wahr? Warum halten wir also noch an Silos fest, die vor langer Zeit aufgestellt wurden und aktuell nicht mehr zeitgerecht sind? Kommunikation und die Förderung von mehr Verknüpfungen innerhalb der Werksumgebung kann eine Welt neuer Möglichkeiten eröffnen.

Um die Silos aufzubrechen und den künftigen Bedarf an grüner Energie und Emissionsminimierung zu decken, muss es eine Veränderung geben - eine Transformation!

Stellen Sie sich vor: Was wäre, wenn ...?

Stellen Sie sich vor, wir würden gemeinsam die Silos aufbrechen und die PSImetals/Planning-Lösung an die Energiebörse und das bestehende Handelssystem innerhalb Ihrer Anlagenumgebung anbinden. Durch eine Verbindung zwischen den Einheiten wäre das System in der Lage, die Energieposition der Anlage und die im Besitz befindlichen Emissionszertifikate mit den entsprechenden Zertifikatstypen zu verwalten und zu optimieren.

Dies würde Ihnen zum frühestmöglichen Zeitpunkt einen Überblick über die Verfügbarkeit bzw. Notwendigkeit des Erwerbs zusätzlicher CO2-Zertifikate verschaffen.

Darüber hinaus wäre die Software in der Lage, die Bedarfsprognose des Stahlwerks an CO2-Zertifikaten für die kommenden Jahre auf der Grundlage langfristiger Planung und historischer Produktionsdaten zu unterstützen.

Durch die direkte Verbindung mit dem Energiemanagementsystem des Werks hätte das System Warnungen auslösen können, wenn ein Produktionsplan zu einem plötzlichen Anstieg der Energiekosten oder sogar zu einem Bruch der laufenden Energieverträge geführt hätte.

Durch die Verbindung mit dem Vertragsmanagementsystem des Werkes, könnte die Planungslösung außerdem auf die Bedingungen und Richtlinien der Energieverträge zugreifen und wäre somit in der Lage: 

  • den besten Zeitpunkt für den Verbrauch zusätzlicher Energie zu empfehlen,
  • die frühzeitige Energiebeschaffung auf dem Markt vorzuschlagen,
  • die Produktion im Hinblick auf die Bedingungen der Energieverträge effizient umzuplanen.

Geht man einen Schritt weiter, so könnte die Planungslösung auch die Energieverteilung innerhalb des Produktionssystems direkt steuern. 

Eine direkte Anbindung an das Energiekontrollsystem könnte die Leistung ausgleichen und helfen Leistungsengpässe zu vermeiden.

Der Informationsaustausch von Systemprognosen könnte in Betracht gezogen werden, um schnell auf unerwünschte Einflüsse zu reagieren oder schnelle Kompensationsmöglichkeiten zu nutzen. Vorausdenkend wäre das System sogar in der Lage, Teile eines Prozesslinienpuffers zu nutzen. So könnte ein Produktionsprozess verlangsamt werden, wenn die erforderliche Energie nicht verfügbar ist oder er könnte gestartet werden, wenn genügend Energie zur Verfügung steht.

Mögliche zukünftige Planungslösung mit PSI © PSI Metals

Wenn Sie es sich vorstellen können, können Sie es auch erreichen

Zum Abschluss unserer Gedankenreise kann man sagen, dass die Integration unseres Produktionsplanungssystems mit einem Energie­management­system, einem Energie­lastmanagement­system und dem Emissions­handelssystem zu einer kosten­effizienten und nachhaltigen Produktion führen würde. Angesichts der bestehenden Vorschriften und künftigen Änderungen in Bezug auf unabhängige Energie- und Produktions­management­systeme wird der Status quo für viele Metall­produzenten nicht ausreichen, um in einer Best-in-Class-Position zu bleiben. Stellen Sie sich den Vorteil einer nahtlosen Integration zwischen Ihrem Produktions­planungs­system und Ihren Energie­management­systemen vor, die von einem einzigen Anbieter mit dem Know-how und der Expertise in jedem Bereich geliefert werden.

Aber wir können diese Reise nicht alleine bewältigen - der globale Wandel erfordert eine globale Gemeinschaft. Teilen Sie uns gerne Ihre Gedanken zu diesem Beitarg mit - wir freuen uns darauf, diese Reise mit Ihnen anzutreten. Gemeinsam. 

Wie ist Ihre Meinung zu diesem Thema?

© PSI Metals

Wollen Sie wissen, wie wir die Silos aufbrechen?

Hanan el Habibi

Produktmanagerin PSI Metals

Nach mehr als 10 Jahren im Stahlrohrgeschäft sammelte Hanan wertvolle Erfahrungen in der Branche. Ihre internationalen Geschäftskenntnisse helfen ihr dabei, unsere PSImetals-Software an die Markterwartungen anzupassen und so auf Kundenbedürfnisse zu reagieren. Wenn sie nicht gerade um die Welt reist, um neue Orte zu entdecken, verbringt sie am liebsten Zeit mit ihrer Familie und ihren Freunden.

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hhabibi@psi.de