Stoff und Energieströme systematisch erheben Eine Einführung in das Material Stream Mapping

Stoff und Energieströme systematisch erheben Eine Einführung in das Material Stream Mapping EcoRisk Werkstatt IHK 2009 06. März 2009, Malterdingen René Keil, HS Pforzheim rene.keil@hs pforzheim.de

Ausgangssituation oftmals nur wenige Daten zu Stoff- und Energieflüssen vorhanden zahlreiche Stoff- und Energieströme quantitativ unbekannt oftmals (zu) schnelle Fokussierung auf bestimmte Bereiche (z.b. Energie) keine systematische Erfassung der Stoff- und Energieströme über die gesamte Wertschöpfungskette Damit: Viele Potenziale bleiben unentdeckt!

Material Stream Mapping (MSM) Methode zur systematischen Aufnahme von Stoff- und Energieflüssen in der Produktion, die schnell (< 1 Tag) und einfach (Papier und Bleistift) durchführbar ist durch eine schlüssige Symbolik intuitiv verständlich ist Geeignet für Erstanalyse von Produktionen mit relevanten Materialund/oder Energieanteil Softwareseitige Unterstützung der Visualisierung von Stoff- und Energieströmen, aber auch Kosten durch MESOR Kompass

Prämissen des Material Stream Mappings - I Produktionen sind oftmals komplexe Systeme, die schwierig bzw. nur aufwändig abzubilden sind! Eine Reihe von Effizienz-Potenzialen verstecken sich in der Verkettung einzelner Prozesse! DAHER: Abbildung der Wertschöpfungskette eines (wichtigen) Produktes bzw. Produktgruppe als Teilbereich der Produktion

Prämissen des Material Stream Mappings - II Daten aus den PPS-Systemen müssen nicht zwangsläufig die Realität widerspiegeln! PPS-Systeme sind auch nur ein Modell eines realen Produktionssystems! DAHER: Aufnahme der IST-Situation während einer Produktionsbegehung Erfassung der Stoff- und Energieströme vor Ort Abgleich mit Systemdaten erst nach MSM-Analyse

MSM-Arbeitsmaterialien

Vorbereitung der Begehung Kriterien für die Auswahl des Produktes bzw. Produktgruppe Anteil an gesamten Materialkosten Anteil an gesamten Energiekosten Anteil an gesamten Entsorgungskosten (Anteil am Gesamtumsatz) (Anzahl der verketteten Prozesse innerhalb der Wertschöpfungskette)

Vorbereitung der Begehung II Beispiel für Auswahl einer Produktgruppe Produkt Anteil Materialkosten Anteil Energiekosten Anteil Entsorgungsk. Anzahl Prozesse Produkt M120 25% 20% 30% 6 Produkt M90 20% 15% 25% 6 Produkt M70 15% 10% 15% 6 Produkt A45 10% 25% 9% 6 Produkt A30 15% 20% 4% 5 Produkt A25 5% 5% 2% 4 Sonstige 10% 5% 15% Auswahl Produktgruppe M

Vorbereitendes Arbeitsblatt

MSM-Aufnahmebogen

MSM-Aufnahmebogen: Prozesskasten Anzahl Facharbeiter am Prozess Anzahl Hilfsarbeiter am Prozess

MSM-Aufnahmebogen: Prozessfolge

MSM-Aufnahmebogen: Stoffströme

MSM-Aufnahmebogen: Lager und Sichtprüfung

Eine MSM-Analyse von Anfang bis Ende Teil I: Vorbereitung

PMG Schwäbele GmbH 680 MA 180 Mio / 2007 8% Schmelzerei Sandformerei 250 AT 24 h (3-Schichtbetrieb) Gießen 05. Juni 2008 René Keil Mario Schmidt, Werner Reif, Hr. Schwäbele Entgraten Motorenblöcke M120, M90, M70 650 St/Tag 100 kg CNC-Bearbeitung Qualitätskontrolle

Schmelzerei

Vor Ort: In der Eisenschmelzerei Können Sie mir sagen, was Sie durchschnittlich am Tag an Rohstoffen, Betriebsstoffen, Hilfsstoffen und Energie einsetzen? Im Schnitt gehen hier am Tag 50 t Roheisen und 15 t Stahlschrott in den Ofen. Dazu kommen 2 t Eisenmangan als Zusatzstoff. Der Ofen verbraucht etwa 3000 kwh Erdgas. Kommen noch Materialien aus anderen Prozessen dazu, z.b. Kreislaufmaterial? Ja, natürlich. Direkt nach dem Gießen kommt ca. 1 t pro Tag an schlechtem Guss wieder zurück, der direkt eingeschmolzen wird. Und aus der Qualitätskontrolle kommen nochmal 1,5 t pro Tag dazu.

Vor Ort: In der Eisenschmelzerei: Inputs Roheisen 50 t d Stahlschrott 15 t d Zusätze 2 t d Erdgas 3000 kwh d Kreislaufmat. 1 1 t d Kreislaufmat. 2 1,5 t d Schmelzerei Kreislaufmat. 1 aus Gießerei Kreislaufmat. 2 aus Qualitätskontr.

Vor Ort: In der Eisenschmelzerei Wie viel Eisenschmelze produzieren Sie da? In der Stunde bringen wir etwas mehr als 4 t Eisenschmelze raus. Also auf den Tag hochgerechnet etwas weniger als 70 t. Die Schmelze geht dann direkt in den Eisenguss. Und wie sieht es mit Abfällen aus? Abfälle? Da muss ich nachschauen. Letztes Jahr hatten wir 10 t Ofenschlacke. Und Filterstaub fällt natürlich auch an, aber da habe ich keine Daten vorliegen. Und die Abwärme? Wird die auch genutzt?

Vor Ort: In der Eisenschmelzerei: Outputs Eisenschmelze 70 t d Ofenschlacke 10 t y Filterstaub Abwärme weitestgehend ungenutzt! Prüfung auf Prozesswärmenutzung! Kreislaufmat. 1 aus Gießerei Kreislaufmat. 2 aus Qualitätskontr.

Vor Ort: In der Eisenschmelzerei Die Anlage läuft kontinuierlich? Ja, bis auf die Betriebsferien und gelegentliche Störungen schon. Wie viele Fach und Hilfsarbeiter beschäftigen Sie hier normalerweise? Im gesamten Team sind wir 7 Mann. Davon 5 Hilfsarbeiter. Der Rest Facharbeiter und Meister. sind

Vor Ort: In der Eisenschmelzerei: Prozess Schmelzerei 24 h 5 2

Abfolge der Prozessaufnahme bei MSM (1) Aufnahme der Inputs Rohstoffe Hilfs- und Betriebsstoffe Energie Kreislaufmaterial / Rückflüsse aus anderen Prozessen (2) Aufnahme der Outputs Produkt bzw. Zwischenprodukt zum nächsten Hauptprozess Material zu weiteren Prozessen (Nebenprozesse, vorgelagerte Hauptprozesse) Abfälle (3) Aufnahme Prozessdaten Taktzeit Betriebszeit Mitarbeiter (Hilfs- und Facharbeiter) umgebende Prozesse (vor-/nachgelagerte Nebenprozesse, Hauptprozesse)

aus Qualitätskontrolle Roheisen 50 t d Stahlschrott 15 t d Zusätze 2 t d Erdgas 3000 kwh d Kreislaufmat. 1 t d Kreislaufmat. 1,5 t d Schmelzerei 24 h 5 2 Eisenschmelze 70 t d Ofenschlacke 10 t y Filterstaub Abwärme ungenutzt! Prüfung auf Abwärmenutzung! Kreislaufmat. 1 aus Gießerei Kreislaufmat. 2 aus Qualitätskontr. Formsand 150 t d Zusätze 50 t d Altsand 400 t d Sandformerei 1,5 min 16 h 4 1 Sandformen 600 t d Sandabfall 50 kg d Eisenschmelze 70 t d Sandformen 600 t d Gießerei 2,0 min 24 h 10 4 Eisenguss 76 t d Altsand 600 t d Kreislaufmat. 1 t d Altsand 600 t d Strom 400 kwh d Altsandaufbereit. Altsand 400 t d Sandabfall 200 t d Über 30% Sandabfall! Prüfung auf verbesserte Rückführung des Altsandes! 16 h 4 0 1

Aufnahme von Zwischenlager Warum lagern hier so viele Motorenblöcke? Das ist prozessbedingt. Die Blöcke müssen hier eine Zeitlang abkühlen. Wie viele Blöcke lagern hier gerade? Jetzt sind es vielleicht um die 700. Aber normalerweise liegt hier deutlich weniger auf Lager.

aus Qualitätskontrolle Roheisen 50 t d Stahlschrott 15 t d Zusätze 2 t d Erdgas 3000 kwh d Kreislaufmat. 1 t d Kreislaufmat. 1,5 t d Schmelzerei 24 h 5 2 Eisenschmelze 70 t d Ofenschlacke 10 t y Filterstaub Abwärme ungenutzt! Prüfung auf Abwärmenutzung! Kreislaufmat. 1 aus Gießerei Kreislaufmat. 2 aus Qualitätskontr. Formsand 150 t d Zusätze 50 t d Altsand 400 t d Sandformerei 1,5 min 16 h 4 1 Sandformen 600 t d Sandabfall 50 kg d Eisenschmelze 70 t d Sandformen 600 t d Gießerei 2,0 min Eisenguss 76 t d Altsand 600 t d Kreislaufmat. 1 t d 24 h 10 4 Altsand 600 t d Strom 400 kwh d Altsandaufbereit. Altsand 400 t d Sandabfall 200 t d Über 30% Sandabfall! Prüfung auf verbesserte Rückführung des Altsandes! 700 St 16 h 4 0 1

Nachbereitung der MSM-Aufnahme Ergänzung fehlende Mengen- und Prozessdaten Abgleich bei zweifelhaften Mengendaten Ergänzung Materialeinzelkosten ggf. Visualisierung über MESOR Kompass Nachbesprechung der festgestellten Potenziale

aus Qualitätskontrolle! Roheisen 50 t d 0,35 kg Stahlschrott 15 t d 0,29 kg Zusätze 2 t d 0,70 kg Erdgas 3000 kwh d 0,20 kwh Kreislaufmat. 1 t d Kreislaufmat. 1,5 t d Schmelzerei 24 h 5 2 Eisenschmelze 70 t d Ofenschlacke 10 t y 30 t Filterstaub? -25 t Kreislaufmat. 1 aus Gießerei Kreislaufmat. 2 aus Qualitätskontr.! Abwärme ungenutzt! Prüfung auf Abwärmenutzung! Formsand 150 t d 0,02 kg Zusätze 50 t d 0,04 kg Altsand 400 t d Sandformerei 1,5 min 16 h 4 1 Sandformen 600 t d Sandabfall 50 kg d -10 t Eisenschmelze 70 t d Sandformen 600 t d Gießerei 2,0 min 24 h Eisenguss 76 t d Altsand 600 t d Kreislaufmat. 1 t d 10 4 Altsand 600 t d Strom 400 kwh d 0,1 kwh 700 St Altsandaufbereit. 16 h Altsand 400 t d Sandabfall 200 t d -10 t! Über 30% Sandabfall! Prüfung auf verbesserte Rückführung des Altsandes! 4 0 1

Prüfsteine für Potenzialermittlung Welche Materialien werden nicht wertschöpfend verarbeitet? Materialien, die den Prozess als Abfall verlassen Welche Materialien erzeugen zusätzlichen Materialaufwand? Fehlerhafte (Zwischen)Produkte, die die Produktion als Abfall verlassen Fehlerhafte (Zwischen)Produkte, die (über mehrere Produktionsstufen) im Kreislauf gefahren werden Fehlerhafte (Zwischen)Produkte, die zu spät aus dem Prozesssystem geschleust werden Welche Energien werden nicht effizient eingesetzt? Ungenutzte Abwärme

Stärken von MSM Aufnahme der Wertschöpfungskette eines Produktstranges Abbildung der Prozessverkettung (im Gegensatz zu detaillierten Einzelanalysen) Systematische Aufnahme der Stoff- und Energieströme Abbildung des IST-Zustandes (kein oder verminderter Einsatz von Plandaten) Bietet einen Rahmen für eine ganzheitliche Betrachtung von Prozesssystemen und den verbindenden Stoff- und Energieströmen

Grenzen von MSM quick & dirty Aufnahme der Momentsituation muss nicht mit der durchschnittlichen Jahressituation übereinstimmen Lediglich deskriptive Beschreibung des bestehenden Systems keine Abbildung von Kausalitäten (Warum?) Beschränkung auf die wichtigsten Produktionsstränge