CONTACT Software Blog

Zahlen, bitte! Energieeffizienz ist messbar

Energie, die wir nicht verbrauchen, ist die günstigste und klimaschonendste. Energieeffizienz liefert daher einen wichtigen Beitrag zur Energiewende und wir haben an vielen Stellen das Einsparpotenzial bereits ausgeschöpft: LED-Leuchtmittel sind mittlerweile Standard und energiefressende Verbraucher wie alte Kühlschränke oder Wasserboiler sind entweder ersetzt oder abgeschaltet. Bei CONTACT haben wir ein Projekt gestartet, um die Energieeffizienz in Bürogebäuden zu optimieren. Es ist erstaunlich, wie viel Einsparpotenzial noch vorhanden ist, obwohl die Mitarbeitenden bereits schonend mit den Ressourcen umgehen. Durch den Austausch elektrischer Geräte und der Klimaanlage im Serverraum sowie dem Abschalten und Zusammenführen alter Server konnte der Energieverbrauch um 50 % gesenkt werden. Das ist nicht nur ökologisch sinnvoll, sondern zahlt sich auch wirtschaftlich aus. Vieles ist mit wenig Aufwand möglich. Vorausgesetzt, die Verbrauchsdaten können geloggt und visualisiert werden.

Energieeffizienz nicht ohne Software

Im Bericht Energieeffizienz in Zahlen der Bundesregierung gibt es eine Übersicht, in der der Endenergieverbrauch in Deutschland nach Sparten Industrie, Verkehr, private Haushalte und Gewerbe/Handel/Dienstleistungen aufgeschlüsselt ist.

Fast ein Drittel des Endenergieverbrauchs in Deutschland entfällt auf die Prozesse in der Industrie. Um hier Effizienzsteigerungen zu erreichen, ist es wichtig, genauer in die industriellen Abläufe zu schauen. Ein Großteil der Energie (etwa zwei Drittel) geht auf Prozesswärme zurück, die beispielsweise in der Fertigung von Produkten eingesetzt wird. Um herauszufinden, welche Anlagen und Maschinen in der Fertigungshalle Einsparpotential besitzen, ist ein Monitoring und Controlling notwendig. Unsere Software-Plattform Elements for IoT bietet Unternehmen die Möglichkeit, ihre Verbrauchsdaten zu monitoren, grafisch darzustellen und zu analysieren. Dabei können Daten von Messstellen, die beispielsweise den Stromverbrauch messen, den einzelnen Maschinen und Produktionsprozessen zugeordnet werden. Zudem ist es möglich, auch Sensorwerte und Zustände der Maschinensteuerung zu verarbeiten und an einem Digitalen Zwilling der Maschine zusammenzuführen. Für die speziellen Anforderungen im Energiemanagement haben wir ein neues Modul entwickelt, das einen kontinuierlichen Verbesserungsprozess von Energiekennzahlen (gemäß ISO 50 001) darstellt. Angefangen vom Energieverbrauch, der nach verschiedenen Energiearten wie Strom oder Druckluft für eine Maschine im Shopfloor aufgeschlüsselt wird, lassen sich Verbrauchswerte bis hinunter zu einer gefertigten Einheit des Produktes berechnen. Das bietet auch die Möglichkeit, den entsprechenden CO2-Fußabdruck des gefertigten Produkts abzubilden. Das folgende Beispiel eines Dashboards einer Produktionsanlage zeigt die Zusammenfassung einer Schicht und liefert Informationen zum Energieverbrauch für den Produktionsprozess sowie zum durchschnittlichen Verbrauch für jedes gefertigte Teil aus dieser Schicht.

Energieeffizienz in der Produktion

Die Energiekennzahlen können unterschiedlich eingesetzt werden, wobei die Audits gemäß der ISO 50 001 besonders hervorzuheben sind. Sie erfordern den Nachweis eines kontinuierlichen Verbesserungsprozesses. Neben der Umsetzung von Nachhaltigkeitskonzepten werden damit gleichzeitig Ressourcen wie Strom oder Gas eingespart.

Des Weiteren können die Energieinformationen zur Berechnung des CO2-Fußabdrucks dienen, der dann auch über Lieferketten hinweg ausgetauscht werden kann. Im Bereich dieses Datenaustauschs implementieren wir das Konzept der Verwaltungsschale, um die Integration des Submodells für den CO2-Footprint in unserer IoT-Plattform vorzunehmen.

Energieverbrauchsdaten können in der Fertigungsindustrie zudem dafür nützlich sein, die Produktionsprozesse zu optimieren. Durch die Zuordnung von Energieverbrauchsdaten zu den zeitgleich stattfindenden Prozessen können Analysen zeigen, welche Abschnitte besonders energieintensiv sind. Oftmals genügt der übliche Erfassungstakt von 15 Minuten für das Auslesen des Zählerstandes nicht, weil Daten in höherer Zeitauflösung erforderlich sind. Mit smarten Zählern sind Abtastraten im Minuten- oder gar Sekundenbereich möglich, so dass darauf aufbauende Analysen helfen können, die Produktionsprozesse zu optimieren.

KI-basierte Prognosen für den Energieverbrauch

Interessanterweise sind im Shopfloor immer wieder Maschinen anzutreffen, die im Standby-Betrieb auf den nächsten Fertigungsauftrag warten, auch wenn für die nächsten Stunden oder auch das bevorstehende Wochenende keine Aufträge anstehen. Optimiertes Abschalten der Maschine unter Berücksichtigung von Hochlaufzeiten kann direkt Energiekosten einsparen. Ein konkretes Beispiel hierfür ist die Implementierung eines Alarmmechanismus, der die Maschinenbedienenden basierend auf den geplanten Werkzeugwechseln, Fertigungs- oder Serviceaufträgen darüber informiert, wann es sinnvoll ist, die Maschine abzuschalten. Zudem wird auf dem Maschinen-Dashboard angezeigt, wann der nächste Auftrag ansteht. Untersuchungen anhand historischer Daten haben ergeben, dass für diese Maschine eine Einsparung von etwa 23 % der Stromkosten möglich ist. In der Abbildung des Dashboards ist die Abschaltempfehlung anhand der roten Ampel visualisiert. Außerdem ist angezeigt, um wieviel Kilowattstunden der prognostizierte Wert vom tatsächlich gemessenen Stromverbrauch abweicht.

Die Prognose des Stromverbrauchs basiert auf Decision Trees und ist direkt in der Plattform umgesetzt. Dabei wird auf die Verbrauchsdaten über den digitalen Zwilling der Maschine zugegriffen. Das Inferenzmodell der Prognose verwendet die Daten der geplanten Fertigungsaufträge einschließlich Zeitdaten und Informationen zum zu fertigenden Material und berechnet daraus den zu erwartenden Stromverbrauch in Kilowattstunden. Weicht der tatsächlich gemessene Wert von der Prognose um ein festes Limit ab, informiert das System den oder die Verantwortliche/n über eine rote Ampel auf dem Dashboard.

Darüber setzt das Peak-Management Prognosen ein, um Lastspitzen zu vermeiden. Sind an einem Standort eines Produktionsunternehmens mehrere Maschinen oder Anlagen parallel in Betrieb, kann dies je nach Produktionsprozessen zu einem Überlagern von Spitzen des Energiebedarfs führen, und Sonderzahlungen zur Folge haben. Basierend auf den Prognosen für den Stromverbrauch ist oft eine Optimierung der Ausführungszeiten und Maschinenbelegungen möglich, um den Energieverbrauch gleichmäßiger zu verteilen und teure Strafzahlungen zu verhindern.

Die Daten eines digitalen Zwillings helfen Unternehmen, die Effizienz energieintensiver Anlagen zu steigern. Das gilt vor allem, wenn zusätzlich KI-Mechanismen zum Einsatz kommen. Welchen Mehrwert diese Kombination für das Energiemanagement in Unternehmen bringt, erläutern Dr. Nicole Göckel und Johann Heinrich im Fachartikel „Mit digitalen Zwillingen zu mehr Ertrag“.

Warum Anbindung von Cloud-PLM und CAD wichtig ist

Wie die Integration von Cloud PLM und CAD eine effiziente Produktentwicklung unterstützt

Ingenieure, Designer und CAD-Nutzer erleben in ihrer täglichen Arbeit oft ein Datenchaos: MCAD-Dateien (Mechanical Computer-Aided Design) können entweder in einem technischen Dokumentenmanagementsystem archiviert oder im Dateisystem abgelegt werden. Während einige ECAD-Systeme (Electronic Computer-Aided Design) dedizierte Datenbanklösungen bieten, gibt es immer noch eine eingeschränkte Kommunikation und Interaktion zwischen der MCAD- und ECAD-Welt. Die Konsequenz? Gegenseitige Abhängigkeiten werden nicht konsistent in einer einzigen Software abgebildet. Obwohl Workflow-Management-Systeme eine gute Orientierung über die aktuelle Projektphase geben können, beschränken sie sich lediglich darauf, Links zu Dokumenten bereitzustellen, ohne diese zuverlässig zu verwalten. Dies führt zu Datensilos, die die Zusammenarbeit zwischen den Entwicklungsteams erschweren und den gesamten Produktentwicklungsprozess verlangsamen.
Die Integration von Cloud PLM und CAD löst dieses Problem. PLM-Software verbindet CAD-Modelle mit allen anderen produktbeschreibenden Dokumenten und Daten, beseitigt so Datensilos und organisiert das Datenchaos.
Erfahren Sie in diesem Interview mit Kai Ruhsert und Heiko Jesgarsz, Produktmanager bei CONTACT Software, wie die Integration von Cloud PLM und CAD zu einer effizienteren Produktentwicklung führt.

Worin liegt der Vorteil von PLM in der Cloud?

KR: Product Lifecycle Management (PLM) ermöglicht es Unternehmen, den gesamten Lebenszyklus eines Produkts zu verwalten, von der ersten Idee und Entwicklung über die Produktion und den Vertrieb bis hin zur Wartung. Anstatt PLM-Software lokal zu installieren, ermöglicht Cloud-basiertes PLM den Zugriff über das Internet. Dies führt nicht nur zu einer besseren Skalierbarkeit und erhöhten Sicherheit, sondern auch zu geringeren Kosten für die IT-Infrastruktur. Die Integration von Mitarbeitenden an zusätzlichen Standorten wird vereinfacht, was die Zusammenarbeit in globalen Produktentwicklungsprojekten effizienter macht.

Welche Vorteile ergeben sich aus der Integration von Cloud PLM und CAD?

HJ: Viele Entwicklungsteams müssen produktbezogene Dokumente aus verschiedenen Quellen sammeln, prüfen und bewerten. Die Bereitstellung von Informationen für ERP-Systeme oder Geschäftspartner erhöht den manuellen Aufwand zusätzlich. Dies ist nicht nur eine anspruchsvolle, sondern auch zeitaufwändige Aufgabe mit erheblichem Fehlerpotenzial. In einigen Fällen kann es zu Medienbrüchen kommen, beispielsweise wenn veraltete Informationen in Excel-Tabellen erfasst und an nachgelagerte Prozesse weitergegeben werden. Das Ergebnis sind „Datensilos“, die den Informationsaustausch und die Zusammenarbeit erschweren und unnötigen Aufwand verursachen.
Solche Mängel sind besonders problematisch, wenn es um die Erfüllung der Dokumentations- und Prozesskonformität aufgrund hoher Kundenanforderungen oder rechtlicher Änderungen geht. Oder wenn Bauteilhersteller zu Systemanbietern werden wollen und die neuen Kunden eine revisionssichere Dokumentation des gesamten Produktentwicklungsprozesses fordern. Ohne ein PLM-System fehlt dafür die notwendige technische Infrastruktur.
Die Lösung für dieses Problem: Die Verwaltung aller relevanten Daten des Entwicklungsprozesses mithilfe von PLM-Software, wodurch eine „Single Source of Truth“ geschaffen wird. Das PLM-System verknüpft nicht nur MCAD- und ECAD-Modelle, sondern etabliert auch eine konsistente, disziplinübergreifende Datenbasis. Dies führt zu einer hohen Datenkonsistenz und Transparenz hinsichtlich der funktionalen und strukturellen Beziehungen zwischen Elektronik und Mechanik.
Die Integration von Cloud PLM und CAD ist für viele Unternehmen besonders wertvoll, da sie die Zusammenarbeit und den Informationsaustausch zwischen Entwicklungsteams und anderen Abteilungen vereinfacht. Dies macht letztlich die Produktentwicklung und Fertigung effizienter.

Welche Lösung bietet CONTACT Software zur Verknüpfung von Cloud PLM- und CAD-Daten?

KR: Der CONTACT Workspaces Desktop. Dieser Dateiexplorer ist ein leistungsstarkes Werkzeug für das Produktdatenmanagement. Als zentrale Plattform ermöglicht der Workspaces Desktop Designern und CAD-Entwicklern, ihre Arbeitsumgebung anzupassen, Dateien zu organisieren, die Teamarbeit zu fördern und auf wesentliche Tools für ihre Arbeit zuzugreifen. Er fungiert als technische Brücke zwischen CAD-Systemen und CONTACT Elements. Informationen fließen nahtlos zwischen diesen Systemen, und produktrelevante Eigenschaften werden sicher in der CONTACT Elements Plattform gespeichert.

Die Strukturen von Dokumenten in MCAD-Systemen wie SOLIDWORKS, NX, Catia und Creo sind komplex und erfordern ein intelligentes Team-Datenmanagement. Der Workspaces Desktop von CONTACT erfüllt diese Anforderungen. Er entlastet Konstrukteure von langwierigen Routineaufgaben und gewährleistet gleichzeitig eine prozesssichere Datenbasis. Dies wird durch Standardschnittstellen zu führenden MCAD- und ECAD-Systemen sowie dem leistungsstärksten Multi-CAD-Datenmanagement am Markt erreicht. Darüber hinaus gewährleistet die offene Architektur nahtlose Geschäftsprozesse mit anderen IT-Systemen wie SAP.
In Verbindung mit dem Cloud PLM-System von CONTACT, der CIM Database Cloud, ermöglicht der Workspaces Desktop den Zugriff auf alle CAD-Daten von überall und zu jeder Zeit und die Verknüpfung dieser mit allen Daten entlang des gesamten Produktlebenszyklus.

Fazit

Die nahtlose Integration von PLM und CAD ist unerlässlich, um Datensilos zu vermeiden. Cloud-basierte PLM-Software verbindet MCAD- und ECAD-Modelle mit allen anderen produktrelevanten Dokumenten und Daten. Dies gewährleistet jederzeit und von überall Zugriff auf identische Daten. Der Einsatz von Cloud PLM mit Schnittstellen zu CAD-Systemen schafft eine grundlegende Voraussetzung für die effiziente, standortübergreifende Zusammenarbeit zwischen Entwicklungsteams.
Das Cloud PLM-System CIM Database Cloud integriert sich nahtlos in führende MCAD/ECAD-Systeme. Der CONTACT Dateiexplorer Workspaces Desktop ermöglicht es Anwendern, alle CAD-Dokumente mit Produktdaten über den gesamten Lebenszyklus hinweg zu verknüpfen und von überall darauf zuzugreifen.

Digitalisierung für die hohe See

Die Sonne scheint in Hamburg, die milde Herbstluft ist in Bewegung. Dabei hatte ich mich perfekt für Regenwetter ausgerüstet. In einem Konferenzhotel direkt am Hafen versammeln sich Anfang Oktober Schiffbauer aus aller Welt zum CADMATIC Digital Wave Forum. Das User Meeting lädt ein, CADMATICs CAD-Anwendung für den Schiffbau zu erleben und aus erster Hand von aktuellen Trends, Produkterweiterungen und Neuentwicklungen zu erfahren. Das Highlight: CADMATIC Wave, eine integrierte CAD-PLM-Lösung speziell für den Schiffbau, die CADMATIC zusammen mit CONTACT entwickelt.

Modellvisualisierung vereinfacht Datensuche und Zusammenarbeit

Nach dem ersten Kaffee sortieren wir uns allmählich in den Konferenzsaal, der Vormittag ist gefüllt mit Zahlen und Fakten rund um CADMATICs Digitalisierungsstrategie. Am Nachmittag präsentiert unser Geschäftsführer Maximilian Zachries den rund 200 Teilnehmenden CADMATIC Wave. Wir demonstrieren erste Funktionalitäten des integrierten Produktdatenmanagements (PDM) und sehen einige gezückte Telefone, um schnell ein Foto von der Neuerung zu machen. Ich bin etwas aufgeregt, jetzt ist es offiziell. Jetzt muss auch das Datenmodell her. Und das ist gar nicht so einfach.

Cadmatic's Atte Peltola introduces the audience to Cadmatic Wave

Der Ruf aus allen Ecken nach einem Datenmodell für den Schiffbau trägt mich durch die drei Hamburger Tage. In meinen Gesprächen auf der Konferenz wird deutlich, dass die Informationen, die im Schiffsentstehungsprozess benötigt und erzeugt werden, am Modell verortet werden können müssen. Modellzentriert also: die Schiffsgeometrie wird inklusive Equipment, Ausstattung und Logistik visualisiert. Über die einzelnen Teile des Modells lassen sich Informationen abrufen und hinzufügen. Modellvisualisierungen ermöglichen für alle beteiligten Gewerke eine gemeinsame und intuitive Sicht auf das Schiff und vereinfachen unter anderem die Informationssuche erheblich. So werden Engineering-Tätigkeiten und die Zusammenarbeit, auch mit Partnern, effizienter.

Datenmodell auf Basis der Schiffsgeometrie birgt Herausforderungen

Als ich mich mit einem Mitarbeiter der Technisch-Naturwissenschaftlichen Universität Norwegens (NTNU) unterhalte, stellt sich uns allerdings die Frage: Ist die geometrische Form überhaupt geeignet, um darüber eine generische Produktstruktur für die Datenhaltung im PDM zu generieren? Als Platzhalter in einem Datenmodell gibt es in so einem Schiff immerhin ziemlich viele Orte. Und ich nehme das hier mal vorweg: Datenmodelle organisieren sich normalerweise über die Prozesse in der Produktentstehung und nicht über die Geometrie eines Schiffsmodells. Ich bin gespannt, wie wir diese Herausforderung in CADMATIC Wave lösen werden.

Die Abendveranstaltung findet auf der Cap San Diego statt, einem Museumsschiff im Hamburger Hafen. Das rustikale Flair eines Schiffsbauchs und ein reichlich gedecktes Buffet schaffen eine gemütliche Atmosphäre für angeregte Unterhaltungen. Ich führe Gespräche über das Leben in Finnland und Norwegen und über den Unterschied zwischen Informations- und Datenmanagement. Der Abend endet stürmisch und regnerisch, endlich kommt meine Regenausrüstung zum Einsatz und ich komme trocken und warm ins Hotel zurück.

SEUS hebt europäischen Schiffbau auf die nächste Effizienzstufe

Auf dem CADMATIC Digital Wave Forum treffe ich auch zum ersten Mal meine Konsortialpartner aus dem Projekt Smart European Shipbuilding (SEUS). Darunter neben Vertreter:innen der NTNU und von CADMATIC auch Mitarbeitende von zwei Werften, der norwegischen Ulstein Group und der spanischen Astilleros Gondan SA. SEUS ist ein EU-gefördertes Forschungsprojekt mit dem Ziel, eine integrierte CAD- und PLM-Lösung für den Schiffbau zu entwickeln. Dabei wollen wir noch über die Funktionalitäten hinausgehen, die wir in CADMATIC Wave entwickeln. Beispielsweise mit einem Knowledge Management und der Nutzung von KI für die Suche innerhalb von Produktdaten.

In diesem Zusammenhang spielt uns die breite Aufstellung unserer Forschungsabteilung CONTACT Research in die Hände. Einerseits forschen wir in der Research Area Digital Lifecycle Management an Digitalisierungsstrategien für verschiedene Branchen. Andererseits zählt auch Künstliche Intelligenz zu unseren Forschungsschwerpunkten. Mit der KI-Produktdatensuche, wie wir sie in SEUS implementieren wollen, können wir also unser selbst auferlegtes Credo „Bringing artificial intelligence into the engineering domains“ mit Leben füllen.

Drei Tage in Hamburg gehen zu Ende und es bleiben drei starke Eindrücke:

Es ist notwendig, ein abstraktes Datenmodell für den Schiffbau zu entwerfen. Eines, das im Kern die Module eines Schiffes enthält und dennoch auf die speziellen Bedürfnisse jedes Schiffbauers angepasst werden kann. Dieses Datenmodell muss eng mit dem Entwicklungsprozess verknüpft sein.
Der persönliche Austausch und das persönliche Kennenlernen sind für mich in diesem mir neuen Arbeitsbereich eine bereichernde Erfahrung. Und dieses positive Gefühl motiviert mich weiter in meiner Arbeit im SEUS-Projekt.
Regensachen sind in Hamburg Pflicht.