UdZUnternehmen der ZukunftZeitschrift für Betriebsorganisation und Unternehmensentwicklung

ISSN 1439-2585

1/2019

Forschung

2 UdZForschung – Unternehmen der Zukunft 1/20192 UdZForschung – Unternehmen der Zukunft 1/2019

Impressum

UdZ – Unternehmen der ZukunftFIR-Zeitschrift für Betriebsorganisation und Unternehmensentwicklung, 20. Jg., Heft 1/2019, ISSN 1439-2585"UdZ – Unternehmen der Zukunft" informiert mit Unterstützung des Landes Nordrhein-Westfalen zwei Mal im Jahr über die wissenschaftlichen Aktivitäten des FIR.

HerausgeberFIR e. V. an der RWTH AachenCampus-Boulevard 55 · 52074 AachenTel.: +49 241 47705-0 · Fax: +49 241 47705-199E-Mail: info@fir.rwth-aachen.de Internet: www.fir.rwth-aachen.de

Direktor Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. Günther Schuh

Geschäftsführer Prof. Dr.-Ing. Volker Stich

Bereichsleiter (inhaltlich verantwortlich für dieses Heft)Dienstleistungsmanagement: Dr.-Ing. Philipp Jussen Informationsmanagement: Dr.-Ing. Violett Zeller Business-Transformation: Dr.-Ing. Gerhard GuderganProduktionsmanagement: Dipl.-Wirt.-Ing. Jan Reschke

Redaktionelle MitarbeitSimone Suchan M.A.Julia Quack van Wersch, M.A.

KorrektoratSimone Suchan M.A.

Satz und BildbearbeitungJulia Quack van Wersch, M. A.

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4 UdZForschung – Unternehmen der Zukunft 1/2019

>>In dieser Ausgabe<<

>>FIR-Forschungsprojekte<<

Anhand der Leitthemen der Johannes-Rau-Forschungsgemeinschaft forscht und gestaltet das FIR die Zukunft

Softwarebasierte Automatisierungvon administrativen Prozessen mittels

Robotic-Process-Automation

Entwicklung von technischen und organisatorischenGestaltungsmöglichkeiten

für die Einführung zukunftsweisenderRPA-Technologien in KMU

Seite 23

Unternehmensübergreifende Nutzung von Big Data entlang der textilen

Prozesskette

Steigerung der Produktqualität und der Rückverfolgbarkeit von Fehlern mittels einer

Smart-Data-Analytics-Plattform

Seite 12

Seite 6

Konzeption, Entwicklung und Evaluierung einer App und

Simulationsplattform

Entscheidungsunterstützung in der kurzfristigenProduktionssteuerung

Seite 15

Load-based Monitoring-Maintenance

Optimierung des Betriebs von Onshore-Windenergieanlagen durch ein lastge-führtes Überwachungssystem mittels

Drehmomentsensoren

Seite 18

Entwicklung einer toolgestützten Entscheidungsunterstützung

zur Etablierung eines systematischen Ersatzteilmanagements

für KMU der Fertigungsindustrie

Ableitung von Potenzialen und Empfehlungen

möglicher Handlungsempfehlungen für das interne

und externe Ersatzteilmanagement

Seite 20

Einführungskonzept für Business- Analytics in produzierenden

Unternehmen der Nahrungsmittelindustrie

Entwicklung von Implementierungs- und Umsetzungskonzepten für die erfolgreiche

Einführung von Business-Analytics am Beispiel von KMU in der Nahrungsmittelindustrie

Seite 26

Erzeugung und Verwertung von Datenprodukten in der Lebens-

mittelindustrie durch Smart Services

Chancen durch Digitalisierung in der

Lebensmittelindustrie

Seite 34Cloudbasiertes Energiemanagement zur Steigerung der

Energieeffizienz produzierender Unternehmen

Ohne vertieftes Energiewissen und bei geringer Ablenkung vom Tagesgeschäft ein flexibles Energiemanagement implementieren

Seite 29

5G „geTRIZt“

Wie das erfinderische Problemlösen zur Gestaltung

neuer Showcases für die Technologie 5G beiträgt

Seite 10

5UdZForschung – Unternehmen der Zukunft 1/2019

>>Studien, Standards und Publikationen<<

Neue Dissertationsschrift erschienen

Seite 66Seite 63Neue Bände der FIR-Editionen Forschung

und Studien erschienen

Digitale Zugabfertigung imSchienengüterverkehr

Steigerung der Effizienz im Schienengüterverkehr

auf Basis einer Kollaborationsplattform für Güterwagen

Seite 40Energiewissensmanagement zur

unternehmensübergreifend optimiertenEnergieverwendung

Aufbau regionaler virtueller Kraftwerke in NRW

Seite 36

REduce Park-Search-Time

Steigerung der Effizienz im Schienengüterverkehr

auf Basis einer Kollaborationsplattform für

Güterwagen

Seite 46

Innerstädtische Mobilitätsplattform aufBasis autonomer PeopleMover

Nutzerzentrierte Konzeptionierung und Pilotierung

einer neuartigen Mobilitätslösung auf Basis einer

Dienstleistungsplattform für autonom fahrende Elektro-Shuttle

Seite 44

Cloudbasierte Collaboration-Software auf dem Weg zur Information-

4.0-Welt von morgen

Optimierung der Informationsflüsse in Bauprojekten durch ein unternehmensübergreifendes

Dokumentenmanagementsystem

Seite 56

APACHE: Entwicklung einer adaptiven Fertigungsregelung zur

systematischen Abweichungsbewältigung bei Kleinserien

Das Regelkreismodell des adaptiven

Abweichungsmanagements

Seite 59

Voraussetzungen zum Einsatz von Business-Analytics in der Service-

Entwicklung

Aufbau unternehmensinterner Kompetenzen zurEntwicklung von Services unter Verwendung

von Business-Analytics

Seite 50

29UdZForschung – Unternehmen der Zukunft 1/2019

Leitthema: Industrie & Umwelt – FIR-Forschungsprojekte

Das Forschungsprojekt 'eCloud' hat die Entwicklung einer Cloud-Lösung für ein einfach einzuführendes, sicheres und gleichzeitig flexibles Energiemanagement für produzierende kleine und mittle-re Unternehmen (KMU) zum Ziel, die durch standardisierte Schnittstellen, Datenformate und bedarfsgerecht abruf-bare Software-as-a-Service-Module aus der Cloud eine einfache Implementierung

Projekt: eCloud

Cloudbasiertes Energiemanagement zur Steigerung der Energieeffizienz produzierender Unternehmen Ohne vertieftes Energiewissen und bei geringer Ablenkung vom Tagesgeschäft ein flexibles Energiemanagement implementieren

Ziel des Projekts 'eCloud' ist es, mittels der Forschungsergebnisse kleine und mittlere Unternehmen (KMU) zu befähigen, ohne

vertieftes Energiewissen und bei geringer Ablenkung vom Tagesgeschäft ein flexibles Energiemanagement zu implementieren,

welches für momentane und zukünftige Herausforderungen im Bereich der Energieverwendung gewappnet ist. Die Konzeption

eines flexiblen Energiemanagements fußt dabei auf unterschiedlichen Anwendungsfällen und dafür notwendigen Ausbaustufen.

So wird es ermöglicht, abhängig von der Ausgangssituation der KMU unternehmensspezifische Implementierungsstufen abzulei-

ten, die ein Optimum aus Aufwand und Nutzen widerspiegeln. Das diesem Bericht zugrundeliegende Vorhaben wird mit Mitteln

des Bundesministeriums für Bildung und Forschung unter dem Förderkennzeichen 01LY1608A gefördert.

des betrieblichen Energiemanagements ermöglicht (s. Bild 1). Software-as-a-Service bezieht sich dabei auf das externe Betreiben der Software-Module in einer Cloud, sodass der Nutzer keine eigene IT-Infrastruktur und Software vorhalten muss. Eine ein-heitliche Umgebung zur Ausführung und Entwicklung von Anwendungsprogrammen (Apps) wird hierbei durch eine Plattform re-alisiert. Insgesamt wird die Komplexität der

Lösung für den Anwender nicht ersichtlich und steigert damit die Benutzbarkeit und Hemmschwelle für ein Energiemanagement.

Das eCloud-Energiemanagement um-fasst basierend auf Schuh et al.1 verschiedene Ausbaustufen, die in ihren Fähigkeiten

Bild 1: Zielbild des Forschungsprojekts 'eCloud' mit den verschiedenen Ausbaustufen (eigene Darstellung i. A. a. Schuh et al.2)

1 s. Schuh et al. 2016, S. 16 – 182 ebda, S. 16

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FIR-Forschungsprojekte – Leitthema: Industrie & Umwelt

und technischen Anforderungen unter-schiedliche Anwendungsfälle für ein Energiemanagement in produzierenden Unternehmen realisieren. Die erste Stufe „Monitoring“ beschreibt die Fähigkeit, durch die Ver wendung von Sensorik große Mengen an Datenpunkten zu erfassen. Diese bilden die Grundlage, um jederzeit Zustände im Unternehmen systemisch mithilfe der Datenpunkte abbilden zu können. Im besten Fall geschieht dies in Echtzeit, um die stei-genden Anforderungen der aufbau-enden Stufen realisieren zu können. Für das Energiemanagement bedeutet das, ständig in der Lage zu sein, die Verbräuche der gemessenen Verbraucher abzulesen. „Lastmanagement“ als Stufe 2 des f lexiblen Energiemanagements nu t z t d ie ges am melten Daten aus der er s ten Stu fe, u m Tr ansparenz über Ursache-Wirkungsbeziehungen zu schaf fen. So-bald die erhobenen Daten im r ichtigen Kontext mit den Software-as-a-Service-Analysemodulen analysier t werden und spezif isches Domänenwissen hinzukommt, offenba-ren sich Wirkungszusammenhänge, die vorher im Verborgenen lagen. So kann etwa analysiert werden, wie mögliche Produktionspläne aussehen können, um ein effizientes Lastmanagement zu ver-folgen. Die letzte Stufe „Netznutzung“ ist durch die Fähigkeit char ak ter i -sier t , Prognosen über unterschied-liche Zukunftsszenarien zu simulieren. Günstige Zeitpunkte zur Nutzung des Stromnetzes oder zur Einspeisung von selbsterzeugtem Strom können so sicht-

bar gemacht werden, was die KMU dazu befähigt, weitestgehend autark von Versorgern zu agieren.

Im Forschungsprojekt wird ein validierter Prototyp für ein plug-and-play-fähiges (d. h. ohne Implementierungsaufwand) betriebliches Energiemanagement ent-wickelt, welches in KMU sukzessive auf Basis einer Cloud-Plattform aufgebaut werden kann. Durch die stufenweise und modulare Implementierung erfüllt das Energiemanagement jeweils die individu-ellen Bedürfnisse der Unternehmen und leistet einen Beitrag zur Energiewende und dem Klimaschutz. Insgesamt sind mit den Stufen Monitoring, Lastmanagement und Netznutzung drei Ausbauvarianten vorgesehen, welche aus verschiedenen, bedarfsgerecht abrufbaren Software-as-a-Service-Bausteinen aus der Cloud bestehen. Somit braucht der Anwender nur einen minimalen Hardwareeingriff in seine Produktion zu tätigen und spart sich komplexe IT-Infrastruktur. Dabei kann der Funktionsumfang flexibel und bei Bedarf erweitert oder reduziert werden.

Die maßgeschneiderte Vernetzung von betriebs- und cloudseitigem Energie-management stellt somit eine zentrale Neuerung dar, um Unternehmen für ein flexibles Energiemanagement zu rüsten. Im Projekt 'eCloud' wird dabei auf vor-herigen Forschungsarbeiten aufgebaut und diese werden an den notwendigen Stellen erweitert, um eine vollfunkti-onale Gesamtlösung im mehrstufigen Feldversuch zu erproben.

Demgemäß werden die Ergebnisse des For- schungsprojekts 'eCloud' einen Beitrag zur Energieeinsparung, CO

2-Re-duktion sowie zum Einsatz erneuerbarer Energien leisten und damit die Klimaschutzziele der Bun-desregierung und des BMBF unterstützen.

Dies soll insbesondere mit Fokus auf KMU geschehen, welche bisher entweder über kein oder ein nicht ausreichend ausge-bautes Energiemanagement verfügen. Momentan wird Energiemanagement in erster Linie in Industriesegmenten mit großer Leistungsaufnahme betrieben, wie z. B. Stahl-, Papier- und Zementindustrie. Aufgrund der hohen Verbrauchsmengen und -differenzen ist die Investition in ent-sprechende Lastmanagementsysteme für stromintensive Verbraucher häufig rentabel bzw. oft gesetzlich vorgeschrie-ben.3,4 Genau hier soll 'eCloud' ansetzen und kostenintensive und mit enormem Implementier ungsauf wand verbun-dene Systeme ablösen. Ferner soll es bei eCloud aber auch über die bisherigen Nutzungsszenarien von Energiedaten hi-nausgehen. Das Projekt nimmt dabei zwei Ebenen ins Blickfeld.

Im Unternehmen: Aufgrund des bis-her ungenutzten Einspar potenzials durch Lastmanagement und Energie-monitor ing , insbesondere bei den hier im Fokus der Betrachtung stehen-den Industr ieunter nehmen mit ge -r ingem Leistungsbezug, können der

Bild 2: Im Projekt betrachtete Anwendungsfälle für das flexible Energiemanagement (eigene Darstellung)

3 s. Deutsche Energie-Agentur GmbH 2012, S. 124 s. Krüger 2011, S.2

31UdZForschung – Unternehmen der Zukunft 1/2019

Leitthema: Industrie & Umwelt – FIR-Forschungsprojekte

Energieverbrauch und der damit ver-bundene CO2-Ausstoß gesenkt werden. Durch das Umverteilen flexibler Lasten in Zeiten mit geringen Strompreisen kann das Unternehmen mehr Strom aus regenera-tiven Energien beziehen und leistet somit einen Beitrag zur CO2-Einsparung. Für die Unternehmen ergeben sich dadurch gleich-zeitig auch Energiekosteneinsparungen, verbunden mit einer Steigerung ihrer Wettbewerbsfähigkeit . Die auf das Reagieren von Marktsignalen basierenden Wirkungen könnten jedoch erst eintreten, wenn die Stromversorger dynamische Preise anbieten würden. Bis dahin können Unternehmen durch die Verschiebung von Lasten eine Überschreitung ihrer durch den Versorger tariflich festgelegten Lastgrenze und damit verbundene Mehrkosten ver-meiden. Weiterhin soll der eCloud-Ansatz über das klassische Energiemanagement hinausgehen und durch die Verarbeitung von Energiedaten mit Maschinen- und Produktionsdaten etc. Vorhersagen gene-rieren. Dies eröffnet Möglichkeiten, um Prozessoptimierungen einzuführen und weitere Einsparpotenziale aufzudecken.

Unternehmensübergreifend: Auf natio-naler Ebene ließen sich über die entwi-ckelte Lastmanagementlösung durch die Einbeziehung äußerer Preissignale Teile der deutschen Spitzenlast – aufgrund höherer Einspeisung von erneuerbaren Energien – in günstigere Zeitabschnitte verschieben. Dadurch würde ein Beitrag zur Netzstabilität sowie zur effizienten Nutzung erneuerbarer Energien und damit zur Energiewende geleistet. Gleichzeitig reduzierte sich die für Spitzenlasten be-reitzuhaltende Kraftwerkskapazität.

Insgesamt werden im Projekt sieben pra-xisrelevante Anwendungsfälle untersucht (s. Bild 2, S. 30), die sich den oben genann-ten Ausbaustufen zuordnen lassen:

1. Mit dem Energiemonitor ing inkl. Kennzahlen wird das Ziel verfolgt, jeder-zeit Energieverbräuche abrufen und die-se mit unternehmensweiten Kennzahlen abgleichen zu können (Ausbaustufe 1).

2. Die Unterstützung der ISO-50.001-Zertifizierung durch das flexible Energie- management stellt den zweiten An-

wendungsfall dar. Um zertifiziert zu wer-den, müssen unter anderem 90 Prozent der verbrauchten Leistung nachgewiesen werden können (Ausbaustufe 1).

3. Ziel ist es, die Spitzenlast im Unter-nehmen zu überwachen und ggf. er-forderliche Maßnahmen zu treffen, um Lastspitzen zu vermeiden (Ausbaustufe 2).

4. Analyse der Leistungsaufnahme der Maschine(-n) gibt Rückschlüsse auf mögliche Probleme während des Pro-duktionsprozesses (Ausbaustufe 2).

5. Um sicherzustellen, dass die Werkzeuge während des Bearbeitungs-prozesses rei-bungslos funktionieren, wird überwacht, ob am Werkzeug Verschleißbildung auftritt. Hier wird ebenfalls die Leistungsaufnahme heran-gezogen, allerdings in höherer Auflösung als beim Anwendungsfall 4 (Ausbaustufe 2).

6. Auf dem Anwendungsfall 5 aufbau-end, wird der optimale Zeitpunkt zum Werkzeug wechsel anhand verschie -dener Prognosemodel le berechnet (Ausbaustufe 3).

7. Bei der Schichtüberwachung wird anhand des Stromverbrauchs untersucht, ob es innerhalb der einzelnen Schichten Unterschiede im Produktionsablauf gibt (Ausbaustufe 2).

Literatur

Deutsche Energie-Agentur GmbH (DENA) (Hrsg.): Handbuch Lastmanagement. dena, Berlin 2012.

K r ü g e r , C . : [A r b e i t s p a p i e r] L a s t-management – neue Anforderungen und Einsatzfelder durch den Ausbau regene-rativer Energien. Inst. für Gründungs- und Innovationsforschung, Wuppertal 2011. https://www.green-e.uni-wuppertal.de/f i leadmin/green- e/Technologiebrief _Lastmanagement_v2.pdf (Link zuletzt geprüft: 10.07.2019)

Schuh, G.; Anderl, R .; Gausmeier, J.; ten Hompel, M.; Wahlster, W. (Hrsg.): Industrie 4.0 Maturity Index. Die digitale Transformation von Unternehmen gestal-ten. Utz, München 2017.

Projekttitel: eCloud

Projekt-/Forschungsträger: BMBF; DLR

Förderkennzeichen: 01LY1608A

Projektpartner: Adapton Energiesysteme; Buschhoff GmbH & Co. KG; innoQ Deutschland GmbH; MSR Technologies GmbH

Internet: ecloud.fir.de

Ansprechpartner:

Lucas Wenger, M.Sc.FIR e. V. an der RWTH AachenWissenschaftlicher MitarbeiterBereich InformationsmanagementTel.: +49 241 47705-506E-Mail: Lucas.Wenger@fir.rwth-aachen.de

Jacques Engländer, M.Sc.FIR e. V. an der RWTH AachenWissenschaftlicher MitarbeiterBereich InformationsmanagementTel.: +49 241 47705-517E-Mail: Jacques.Englaender@fir.rwth-aachen.de