Die Daimler AG hatte sich mit den Lösungen "Prisma" (= Produktionsinformationssystem für Maschinen und Anlagen) und "Energie-Manager" beim Green IT Best Practice Award 2012 beworben. In der Kategorie 2 "Einsatz von IT-Systemen zur Einsparung von Energie" ging der Autobauer als Sieger hervor.

Ausgangssituation

Die Daimler AG gehört zu den erfolgreichsten Automobilunternehmen der Welt. Mit den Geschäftsfeldern Mercedes-Benz Cars, Daimler Trucks, Mercedes-Benz Vans, Daimler Buses und Daimler Financial Services gehört der Fahrzeughersteller zu den größten Anbietern von Premium-Pkw und ist der größte weltweit aufgestellte Nutzfahrzeug-Hersteller. Daimler Financial Services bietet ein umfassendes Finanzdienstleistungsangebot mit Finanzierung, Leasing, Versicherungen und Flottenmanagement. Insgesamt arbeiten über 271.000 Mitarbeiter im Konzern. Davon arbeiten über 5.000 Mitarbeiter in der globalen IT-Organisation von Daimler. Diese versorgt weltweit tausende von Desktop- und Notebook-PCs. Eine durchgängige Netzwerk-Infrastruktur ist das Rückgrat für eine reibungslose Kommunikationsverbindung innerhalb des Unternehmens sowie mit externen Geschäftspartnern.

Das Information Technology Management (ITM) ist als Matrixorganisation aufgestellt und bündelt alle IT-Funktionen unter einem Dach. Die divisional orientierten IT-Bereiche konzentrieren sich auf die IT in den Geschäftsfeldern. ITM Mercedes-Benz Cars & Vans ist verantwortlich für alle Systeme der Geschäftsfelder Mercedes-Benz Cars & Mercedes-Benz Vans. Zu ITM Daimler Trucks & Buses sind alle IT Systeme der Bereiche Daimler Trucks and Buses zugehörig. ITM Financial Services & Sales vereint IT Marketing, Sales, After-Sales und die Financial Services Geschäftsfelder von Daimler and Daimler Financial Services.

Die Querschnittsfunktionen wie Infrastruktur oder IT-Sicherheit sind übergreifend tätig.

Drei Abteilungen aus dem Produktionsbereich der Mercedes-Benz Cars haben in Zusammenarbeit den Einsatz der hier vorgestellten Lösungen Prisma und Energie-Manager optimiert. Das Ziel war und ist eine Absenkung des Energieverbrauchs der Produktionsmaschinen mithilfe von Steuerungstechnologie und daraus resultierenden energieeffizienten Produktionsmitteln.

Was ist am Wochenende?

Im ersten Schritt wurde darauf geachtet, den Energieverbrauch in unproduktiven Zeiten wie nach Feierabend oder am Wochenende zu reduzieren. Durch die Visualisierung der Betriebszustände und den Abgleich mit den Daten in Prisma wurden Optimierungspotentiale dargestellt. Die Maschinenführer wurden dann zur konsequenten Ausschaltung der Maschinen per Hand aufgefordert.

Als nächster Schritt wurde Prisma für die unproduktiven Zeiten zur Ein- und Ausschaltung eingesetzt. Diese Funktionalität wurde in enger Zusammenarbeit mit den Fachbereichen von Produktion und Planung erweitert. Prisma wird daher für geplant unproduktive Zeiten wie Wochenenden, Pausen etc. eingesetzt und entspricht den Tasten "Ein / Aus" an einer Maschine. Es wird also proaktiv der Zustand der Maschine gesteuert, indem der Zustand "Ein" oder "Aus" erkannt und dementsprechend reagiert wird. Somit wird Prisma hier als einfache Lösung zum An- und Ausschalten der Maschinen eingesetzt.

Im dritten Schritt wurde die Möglichkeit der Energieeinsparung von der produktionsfreien Zeit auch auf die produzierende Zeit ausgeweitet. Das von den beiden Abteilungen Produktionsplanung Motoren und Maschinen-, Werkzeug- und Produktionssysteme dafür eingesetzte Maschinensteuerungstool wird als Energie-Manager bezeichnet. Dieses Tool wird zusätzlich für nicht planbare, zeitlich nicht definierte unproduktive Zeiten eingesetzt. Das heißt, die Maschine bleibt eingeschaltet und reduziert den Energieverbrauch, ohne die kurzfristige Betriebsbereitschaft zu beeinflussen. Der Vorgang ist mit der Start-Stopp-Automatik eines Autos vergleichbar und der Zustand der Maschine wird hier reaktiv gesteuert.

Das Konzept des Unternehmens

Im Juni 2008 veröffentlichten die Analysten von Gartner eine Studie, in welcher angeführt wurde, dass die IT insgesamt zwei Prozent des gesamten CO2-Ausstoßes weltweit verursacht. Das bedeutet, dass ein großes Potential vorhanden ist, durch die Optimierung der IT-Systeme und deren Betrieb Energie einzusparen und CO2-Emissionen zu senken. Der umfassende Ansatz, alle Aspekte der IT umwelt- und ressourcenschonend zu gestalten sowie eine Betrachtung von ökologischen und ökonomischen Aspekten des IT-Einsatzes, wurden in dem erfolgreich umgesetzten Projekt Green IT behandelt. Dies gilt sowohl für die Innensicht, also bei dem Beitrag, den die IT selbst liefern kann. Das gilt aber auch für die Außenwirkung, also für die Beiträge der IT, Prozesse und Systeme des Unternehmens insgesamt energieeffizienter zu gestalten. Für beide wurden Lösungen gefunden, die auch Einfluss auf Konzernbereiche wie den Umweltschutz, Entwicklung und Produktion genommen haben.

In der Produktion setzen die beiden hier vorgestellten Lösungen Prisma und Energie-Manager an: Sie haben beide im Rahmen des Energiesparprogramms von Mercedes-Benz Cars eine erfolgreiche Energieeinsparung und CO2-Reduzierung durch Senkung der Wochenendgrundlast der Produktionsmaschinen erbracht. Es wird also mittels intelligenter IT-Systeme und innovativer ressourcenschonender Prozesse sowie durch das Zusammenspiel von IT, Produktion, Instandhaltung, Planung und indirekter Bereiche der CO2-Ausstoß nachhaltig verbessert.

Im Folgenden werden diejenigen Beiträge der IT betrachtet, welche die Prozesse und Systeme der unterschiedlichen Geschäftsbereiche des Unternehmens energieeffizienter und umweltschonender gestalten. Negative Auswirkungen auf die Umwelt werden dabei mit intelligentem IT-Einsatz reduziert (Green durch IT). Insgesamt wird zudem begonnen, die restlichen weltweit 98 Prozent des CO2-Ausstoßes, die nicht von der IT verursacht werden, zu verringern, indem man sich die Erfahrungen aus der IT zunutze macht und die IT zur Reduktion der Energieverbrauche einsetzt.

Welches waren die Ziele?

• Positionierung der Daimler AG als ökologisch verantwortungsbewusstes Unternehmen in der Öffentlichkeit
  

• Einbindung der beiden Lösungen in laufende Aktivitäten im Bereich Nachhaltigkeit (etwa in innerhalb der Daimler AG bei bereits bestehenden so genannten Energy Optimization Projects oder durch Berichterstattung an das Sustainability Board)
  

• Reduktion des heutigen Energiebedarfes zur langfristigen Senkung des CO2-Ausstoßes
  

• Betrachtung ökologischer und ökonomischer Aspekte des IT-Einsatzes (Green durch IT)
  

• Verankerung in den Zielen und Prozessen des gesamten Geschäftsfeldes Mercedes Benz Cars

Die Lösung

Im Jahre 2008 wurde im Zuge der kontinuierlichen Produktionsoptimierung begonnen, den Zustand der Maschinen mit dem Produktionsplan zu vergleichen und Abweichungen zu dokumentieren. Nur die Maschinen sollten laufen, für die auch Produktionszeit eingeplant war, das heißt, nach Schichtende und an Wochenenden sollten sie nach Möglichkeit ausgeschaltet werden. Vor Schichtbeginn hingegen war es nötig, dass jemand die Maschine per Hand startet und so die Anlaufzeit vor Produktionsbeginn begann. In diesen beiden Situationen kommt Prisma zum Einsatz:

Prisma wird einerseits zum Ausschalten der Maschinen entsprechend der geplanten Produktionszeiten verwendet und andererseits beim Anschalten, unter Berücksichtigung der jeweiligen Warmlaufzeit, wenn die Maschine nicht kaltstartfähig ist. Es kann also maschinenspezifisch die Vorlaufzeit (Anlaufzeit) hinterlegt werden und die Maschinen mit dem notwendigen Vorlauf vor Produktionsstart (Schichtbeginn) angeschaltet werden. Die Zeit für den Maschinen-Hochlauf ist unkritisch, weil planbar. Die Maschine wird außerdem beim Ausschalten tatsächlich ausgeschaltet (die Taste "Maschine Ein" leuchtet also nicht). Damit werden auch alle zusätzlichen Verbraucher abgeschaltet. Nach "Maschine Remote Ein" ist die Maschine wieder produktionsbereit, produziert aber keine Teile (Start gelöscht).

Aus dem Einsatz von Prisma entwickelte sich auch die Lösung mit dem Energie-Manager: Daimler wollte nicht nur kontrollierte Auszeiten nutzen, sondern auch bei unkontrollierbaren Störungen Energie einsparen. Ende 2010 entstand das Konzept dafür und mündete ab Mitte 2011 in die Pilotphase.

Der Energie-Manager versetzt die Maschinen, wenn sie aufgrund von Störungen (zum Beispiel im Logistikprozess) nicht produzieren, vom Betriebszustand "bereit" in "sleep". Der automatische Wechsel von einem in den anderen Modus stellt ein hohes Einsparpotential dar. So beträgt der Stromverbrauch im "Sleep-"Modus zirka ein Neuntel dessen, was im "Bereit-"Modus verbraucht wird. Zum Vergleich: In der Produktion wird wiederum rund das Doppelte des "Bereit-"Modus benötigt.

Bei der Projektierung der Maschine muss entschieden werden, welche Verbraucher abgeschaltet werden können. Sicherheits- und Schutzsysteme werden dabei nicht ausgeschaltet. Der Produktionsausfall durch "sleep ein/aus" darf maximal fünf Sekunden betragen, bei einer flexiblen Zelle kann zu den fünf Sekunden die Be- und Entlade-Zeit hinzugerechnet werden.

Ist die Maschine nicht kaltstartfähig, muss sie bei Bedarf automatisch, etwa durch zyklisches Aufwachen, warm gehalten werden. Nach "Maschine Sleep Ein" ist die Maschine wieder bereit und produziert direkt weiter. Hier liegt der große Vorteil zu Prisma.

Der Energie-Manager ist ein Baustein der Speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) und wurde während der Pilotphase in einer Produktionslinie in einem großen Werk implementiert. Der Energie-Manager wird als Konzernstandard bei Ersatz- und Neubeschaffungen geführt und so als neue Lösung automatisch verbreitet. Mit Abschluss der Pilotphase Mitte 2012 ist die Implementierung standardmäßig weiter durch die internen Anlagenplaner und die externen Gerätehersteller ausgeweitet worden.

Was hat sich geändert?

Während Prisma ein Tool aus der IT ist, entstand der Energie-Manager bei der Weiterentwicklung der Maschinensteuerung. Da aber beide Lösungen zusammenspielen, arbeiteten unterschiedliche Abteilungen und Ansprechpartnern zusammen. So ergeben sich auch veränderte Arbeitsabläufe innerhalb der Abteilungen.

Mit der bisherigen Prisma-Version wurde der Maschinenzustand mit dem Betriebskalender abgeglichen und bei Abweichungen Benachrichtigungen an die jeweiligen Führungskräfte verschickt. Die Mitarbeiter waren dazu angehalten zu dokumentieren, warum die Maschinen nicht ausgeschalten werden, beziehungsweise im Nachhinein zu erklären, warum die Ausschaltung nicht erfolgte, was teilweise zu einem Gefühl der Überwachung führte. Dies konnte während der Pilotphase verbessert werden, da das ursprünglich manuelle Vorgehen (Steuerung der geplanten Auszeiten von Hand) durch die jetzt automatisierte An- und Abschaltung ersetzt werden kann. Ähnliches gilt auch für den Energie-Manager.

Akzeptanzprobleme

Insgesamt ergaben sich in der Produktion mehrere Herausforderungen, die bewältigt werden mussten:

Auf der technischen Ebene musste mit dem Einbau und dem Einsatz von Prisma und dem Energie-Manager sichergestellt werden, dass keine beziehungsweise nur geringe Produktionsausfälle auf Grund der neu implementierten technischen Tools stattfanden. Eine ausführliche Testphase und ausgedehnte "Offline-Tests" an nicht produzierenden Maschinen konnten dies überwiegend verhindern.

Auf der organisatorischen Ebene war es wichtig, bei der Einführung beziehungsweise Umsetzung von Prisma und dem Energie-Manager die Akzeptanz der Mitarbeiter in der Produktion zu gewinnen. Gerade in der ersten Projektphase (manuelles Aufschreiben) musste darauf geachtet werden, dass die Mitarbeiter sich nicht kontrolliert und überwacht fühlten.

Es sollte auch unter keinen Umständen ein ungewollter "standby" bei Handbetrieb entstehen oder eine Störung in der Anlage selbst. Dies hätte ebenfalls zu kostspieligen Produktionsausfällen geführt. Da der Energie-Manager einfach und verständlich aufgebaut und anwendbar ist, bedurfte es hier keiner Schulung oder Trainings für die Mitarbeiter. Bei Prisma sorgt eine ausführliche Dokumentation für eine klare Handhabung beim Anwender.

In der Anlagenplanung galt es ebenfalls, interne und externe Herausforderungen zu bewältigen: Die internen Anlagenplaner in den Werken müssen den vorgeschriebenen neuen Standard ebenfalls akzeptieren und diesen zusätzlich in den Ausschreibungen für die externen Gerätehersteller mit vorgeben. Mit Hilfe eines Lastenheftes werden die neuen Standards festgehalten und kontinuierlich fortgeschrieben. Die externen Gerätehersteller müssen diesen neuen, vorgegebenen Standard implementieren und in die Maschinen verbauen. Dies muss auf organisatorischer Ebene akzeptiert und auf technischer Ebene müssen die neuen physikalischen Bausteine integriert werden.

Auch zwischen den einzelnen Abteilungen bestand das Risiko von Akzeptanzproblemen und Widerständen: Die gefundenen Lösungen sind das gemeinsame Arbeitsergebnis aller beteiligten Bereiche. Bei der Zusammenarbeit halfen gut funktionierende Berichts- und Kommunikationsstrukturen, um das Zusammenspiel zu erleichtern. So konnte eine bereichsübergreifende Zusammenarbeit entstehen und die beiden Lösungen erfolgreich implementiert werden.

Technische/administrative Probleme

Bei Prisma muss verstärkt auf eine kontinuierliche Pflege des Schichtkalenders geachtet werden, damit die geplante Auszeit korrekt gesteuert werden kann. Auch kleinere Anwendungsprobleme bei der Umstellung von Winter- auf Sommerzeit und umgekehrt galt es anfangs zu bewältigen. An beiden Problemen wird kontinuierlich gearbeitet, um nach der Pilotphase eine erfolgreiche Umsetzung in allen Standorten zu ermöglichen.

Administrative Probleme

Die größte Gefahr für administrative Probleme bei bereichsübergreifenden Projekten geht von unterschiedlichen Vorkenntnissen und Wissensständen aus. Diese konnten durch die oben erwähnte Zusammenarbeit und die Kommunikationsmethoden vermieden werden. Die sich durch die neuen Tools ergebenden Veränderungen im Umgang mit den Maschinen und den Arbeitsprozessen wurden gemeinsam erarbeitet und an die betroffenen Mitarbeiter in den jeweiligen Bereichen kommuniziert.

Gesetzliche Hürden

Alle gesetzlichen Hürden wie Produktionssicherheit und Arbeitsschutz-Bestimmungen sind schon durch die Abnahme der Maschinen gegeben. Prisma und der Energie-Manager müssen als Teil der Maschinen nicht noch einmal extra kontrolliert werden.

Erfolgsfaktoren

Bei der Implementierung und der Umsetzung der beiden Lösungen war die Begleitung durch kommunikative Aktivitäten absolut notwendig. Die Verantwortlichen an den einzelnen Standorten beziehungsweise zu den einzelnen Themen wurden rechtzeitig informiert und damit auch motiviert. Im Bereich des Energie-Managers wurde die IT durch diesen SPS-Baustein inspiriert. Damit wurde der Grundstein für Handlungsweisen außerhalb der IT gelegt, die den "Grünen Gedanken" beinhalten.

Übertragbarkeit

Die organisatorische Integration der beiden Lösungen ermöglicht einen langfristigen Erfolg sowie die Übertragung der Inhalte auch auf andere Anwendungsgebiete.

Folgende drei Möglichkeiten ergeben sich hier:

1. Flächendeckender Einsatz über alle Produktionsstandorte im Bereich Powertrain (Antriebsstrang):
   Standards mithilfe eines Lastenheftes sowie von Verhaltensrichtlinien für die Mitarbeiter zu erstellen, ist ebenso wichtig, wie deren Fortführung und Umsetzung in den Standorten. Nicht zuletzt aus diesem Grund sind die Vorschläge zur Steigerung der Energieeffizienz und Senkung der CO2-Emissionen auf ganzheitliche Lösungen und Prozessabläufe ausgelegt, die in den Standorten unabhängig von der Organisationsstruktur umgesetzt werden können.

2. Nutzung der Lösungen an anderen Produktionsstandorten:
   Die Funktion "Kontrolle der Abschaltung" des Tools Prisma lässt sich auch auf andere Standorte übertragen, an denen es bereits im Einsatz ist, etwa im Bereich von Daimler Trucks. Auch für den Energie-Manager gilt diese Möglichkeit der Übertragung. Mit anderen Worten: Überall, wo Prisma eingesetzt wird, kann auch der Energie-Manager genutzt werden. Bei den beiden Tools handelt es sich um ganzheitliche Lösungen, die auf allgemeine Prozessabläufe ausgelegt sind. Ein gemeinsames Lastenheft für den Energie-Manager im Bereich Powertrain und Cars erleichtert beispielsweise den Umgang mit den externen Lieferanten. Die Lösungen können daher unabhängig von der Organisationsstruktur in anderen Standorten eingesetzt werden.

3. Die Integration beider Lösungen in das Daimler Umweltmanagement und -berichtswesen:
   Mit Hilfe der Transparenz über die Energieverbrauche und -einsparungen werden die Erfolge der beiden Tools dargestellt. In regelmäßigen Abständen wird das Corporate Sustainability Office (CSO) über die Aktivitäten informiert.

Kosten/Nutzen

Die Aufwände für die Erweiterungen in Prisma zur Bereitstellung der Basisdaten für die Abschaltlisten sowie die Implementierung des Themas "Schalten" betrugen über die bisherige Laufzeit von 2007 bis heute einen knappen sechsstelligen Euro-Betrag. Die Aufwände für den Energie-Manger beliefen sich über die bisherige Laufzeit, also Erstellung der Standardbausteine inklusive der Pilotierung, auf ungefähr die Hälfte.

Monetäre und ökologische Nutzeneffekte:

Im Zeitraum 2007 bis 2009 konnte durch eine Vielzahl von Maßnahmen, deren Umsetzung durch Prisma überwacht wurde, die Grundlast an Wochenenden deutlich reduziert werden. Alleine in einem großen Werk in Stuttgart ließ sich der Stromverbrauch durch diese Maßnahmen um etliche Millionen Kilowattstunden und einen einstelligen Millionenbetrag in Euro reduzieren. Die CO2-Emissionen wurden so um einige tausend Tonnen verringert.

Der Schlafmodus des Energie-Managers

Bei einer aktuellen Auslastung der Produktion von 95 Prozent ergeben sich folgende Einsparungen:

Durch den Einsatz der Sleep-Funktion des Energie-Managers war es möglich, den Stromverbrauch einer Produktionslinie und den Druckluftverbrauch um jeweils einen einstelligen Prozentsatz zu reduzieren. Die einmaligen Investitionskosten pro Produktionsmittel (also der Anlage) betragen einige Hundert Euro. Wegen der Amortisationszeit, die kleiner als ein Jahr ist, ist diese Lösung in jedem Fall wirtschaftlich.

Ökologische Nachhaltigkeit

Beim Energie-Manager lassen sich vor allem die Kennzahlen aus den Einsparungen von Strom und von Druckluft sowie die Messungen dieser beiden Größen in Bezug auf das relative Treibhausgaspotenzial (CO2e) heranziehen.

Hierbei ergab sich für den Energie-Manager in der Funktion "sleep" (ungeplante unproduktive Zeiten) bei einem Bearbeitungszentrum einer Fertigungsstraße eine Stromeinsparung pro Jahr von mehreren tausend Kilowatt und jährlich eine Reduzierung an eingesparter Druckluft von einem fünfstelligen Betrag in Normkubikmetern (Nm3). Insgesamt lässt sich so also der gesamte Strom- und Druckluftverbrauch einer gesamten Fertigungslinie um einen einstelligen Prozentsatz reduzieren. Das summiert sich auf ein jährliches Einsparpotential im fünfstelligen Euro-Bereich.

Fazit

Der umfassende Ansatz des übergreifenden Projektes Green IT in bestehenden Projekten wie dem bereits erwähnten Energieoptimierungsprojekt von Mercedes-Benz Cars unterstützt die Implementierung und Ausweitung der beiden Lösungen. Die Zusammenarbeit mit anderen Abteilungen wie IT, Produktionsplanung und Maschinen-, Werkzeug- und Produktionssysteme wurde dadurch ebenfalls erleichtert und erfolgreich bewältigt. Maßgeblich ist dabei die Bündelung und Skalierung bereits vorhandener, innovativer Ideen und Maßnahmen. Dadurch werden nicht nur Synergiepotentiale ausgeschöpft, sondern auch neue Ideen bereichsübergreifend generiert (wie hier beispielsweise im Produktionsbetrieb).

Das bereits eingesetzte System Prisma wird zur Steigerung der Energieeffizienz verwendet. Es steuert das Ein- und Ausschalten der Maschinen beziehungsweise liefert die Basisdaten für die Kontrolle der Abschaltung in geplanter unproduktiver Zeit. Hinzu kommt der Energie-Manager, der unter anderem Logistikstörungen der Maschinen in produktiver Zeit erkennt und dementsprechend handelt. So wird das Potential aus dem Unterschied der verschiedenen Betriebszustände optimal genutzt. Wegen der Standardisierung der Tools sind diese leicht standortweit implementierbar.

Das übergreifende Green-IT-Projekt setzt aber nicht nur auf der Prozess-, sondern auch auf der Mitarbeiterebene an. Ökologisches Verhalten im gesamten Unternehmen beruht auf einem ökologisch bewussten Verhalten eines jeden Mitarbeiters. Dieses wird zum einen durch Wissenstransfer, aber auch durch die Einbindung der Mitarbeiter in Entscheidungsprozesse realisiert. In dem Fall der beiden hier beschriebenen Lösungen war die Unterstützung und Akzeptanz durch die Mitarbeiter an den Standorten mit ausschlaggebend für den Erfolg. Es wurde ein allgemeines ökologisches Bewusstsein geschaffen und Akzeptanzbarrieren bei den Mitarbeitern und dem Management abgebaut.

Das Wichtigste ist jedoch, dass, angestoßen durch in diesem Fall den Produktionsbereich, auch außerhalb der IT Aktivitäten und Maßnahmen gestartet und umgesetzt werden, die den "Grünen Gedanken" beinhalten. In dieser Eigendynamik resultiert der größte Erfolg der beiden dargestellten Lösungen. (jm)