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Tino M. Böhler, M.A.,
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Mit Robotron die Energie im Griff

KPI-Monitoring für intelligentes Energiemanagement bei Infineon

 

Dresden, im Juni 2018. Bereits zum achten Mal in Folge hat es Infineon in das ‚Sustainability Yearbook’ geschafft und wurde auch dieses Jahr als eines der Top-Unternehmen der Halbleiterindustrie mit der ‚Bronze Class’ ausgezeichnet. Insgesamt wurden 2479 Unternehmen aus 60 Branchen bewertet. Die Sustainability Yearbook-Auszeichnung zeigt, dass das Unternehmen nicht nur mit den eigenen innovativen Produkten den großen, globalen gesellschaftlichen Herausforderungen wie Klimaschutz, Energieeffizienz und Ressourcenmanagement begegnet. Auch bei der Herstellung der Produkte achtet Infineon stets darauf, ökologisch und ökonomisch nachhaltig zu agieren. So auch am Infineon-Standort Dresden. In Dresden wurde mit Unterstützung der ebenfalls in Dresden ansässigen Robotron Datenbank-Software GmbH ein KPI-Kennzahlen-Monitoring für die Energieeffizienz der Anlagen (EEE, Equipment Energy Effectiveness) aufgebaut.

 

Energie sparen und Klimawandel angehen

Mit rund 2.200 Mitarbeitern ist Infineon Dresden einer der größten und modernsten Standorte für Fertigung und Technologieentwicklung des Konzerns. Das Unternehmen fertigt über 400 verschiedene Produkte auf 200mm- und 300mm-Siliziumscheiben (Wafern). Halbleiter von Infineon Dresden kommen in Anwendungen der Kunden aller vier Geschäftsbereiche des Konzerns zum Einsatz: Automotive, Industrial Power Control, Power Management & Multimarket sowie Chip Card & Security. Doch nicht nur die Entwicklung energieeffizienter Produkte ist ein zentrales Element von Infineons Vorhaben, Energie zu sparen und den Klimawandel anzugehen.

Mit rund 2.200 Mitarbeitern ist Infineon Dresden einer der größten und modernsten Standorte für Fertigung und Technologieentwicklung des Konzerns. Im Rahmen der Nachhaltigkeitsstrategie bei Infineon installierte Robotron am Standort Dresden ein Kennzahlen-Monitoring für die Energieeffizienz der Anlagen (EEE: Equipment Energy Effectiveness). Bild: Infineon Technologies Dresden GmbH

Mit 2.200 Mitarbeitern ist Infineon Dresden einer der größten und modernsten Standorte für Fertigung und Technologieentwicklung des Konzerns. Bild: Infineon

Um auch ein effizientes Ressourcenmanagement sicherzustellen, hat Infineon ein globales Managementsystem eingerichtet: IMPRES (Infineon Integrated Management Program for Environment, Energy, Safety, and Health) integriert Zielsetzungen und Prozesse der ökologischen Nachhaltigkeit einschließlich Energiemanagement sowie des Arbeitsschutzes.

 

Return of Invest des Sensorikausbaus verbessern

Das Unternehmen Robotron Datenbank-Software, das im August 1990 mit acht weiteren Gesellschaftern und 26 Mitarbeitern aus der Abteilung Datenbank-Entwicklung und -Applikation des DDR-Elektronikkombinats Robotron ausgründet wurde, ist heute Spezialist für die effiziente Verwaltung und Auswertung sehr großer Datenmengen geht. Im Jahr 1999 entwickelte Robotron ein Energiedatenmanagement-System für den Energieversorger ESAG (heute ENSO) und die Dresdner Stadtwerke DREWAG. Zudem bietet Robotron mit Hilfe der Datenplattformen Microsoft Azure und Splunk Auswertungsmöglichkeiten speziell für die Optimierung von technischen Anlagen. Mit der Equipment Energy Effectiveness App lassen sich Prozessschritte und -zustände gemeinsam mit SPS-Daten und Millisekundenverbräuchen auf Defizite hin analysieren und optimieren. Anhand der gleichen Messungen bieten die Algorithmen der Robotron-Apps die Möglichkeit, Normalzustände mittels Hüllkurvenverfahren zu erkennen und Abweichungen zu detektieren. Mit einfacher Interpolation und einer entsprechenden Qualifizierung der Abweichungen lassen sich Instandhaltungsfälle erkennen. Damit schafft Robotron neben energetischen Einsparpotentialen mehrere neue Anwendungsfälle basierend auf den Verbrauchsdaten der technischen Anlagen, welche den Return of Invest des Ausbaus der Sensorik erheblich verbessern können.

 

Echtzeit-Datenbereitstellung unabdingbar

Im Rahmen der Nachhaltigkeitsstrategie bei Infineon installierte Robotron am Standort Dresden ein Kennzahlen-Monitoring für die Energieeffizienz der Anlagen (EEE: Equipment Energy Effectiveness). „Das Ziel dabei ist die ganzheitliche Bewertung des Energieverbrauchs und möglicher Effizienzpotentiale an Produktionsanlagen für ein intelligentes Energiemanagement ohne negative Prozessbeeinflussung“, sagt Ulf Heinemann, Geschäftsführer der Robotron Datenbank-Software GmbH. Wesentliche Herausforderungen waren die umfassende Anbindung diverser Datenquellen sowie die Korrelation und Interpretation der Daten gemäß ‚Prozessablauf im Equipment’.

Für eine umfassende Prozessvisualisierung und Bildung von KPIs (Key Performance Indicator) war sowohl eine nahe Echtzeit-Datenbereitstellung als auch die Integration historischer Daten unabdingbar. Hier wurden die vorhandenen Daten nach verschiedenen Vorgaben korreliert, um folgende Vergleichsmöglichkeiten umzusetzen:

  • zwischen gleichartigen Equipments
  • eines Equipments zu unterschiedlichen Betrachtungszeiträumen
  • zwischen gleichartigen Produktionsabläufen

 

Verringerung des Energieverbrauchs

„Innerhalb eines stufenweisen Aufbaus wurde ein Show-Case anhand von zwei Equipments definiert und aufgesetzt. Dazu wurde eine 200mm-Sputteranlage mit zwei Tantal-Kammern und einer Kupfer-Kammer für die Waferfertigung mit einem jährlichen Energieverbrauch Strom von 955 MWh ausgewählt“, so Robotron-Chef Heinemann. Dabei wurden neben Strom auch weitere Medienverbräuche (Gase) in die Betrachtung integriert. Zudem sollten Möglichkeiten zur Erhöhung der Systemauslastung und Verringerung des Energieverbrauchs in nicht produktiven Zeiten analysiert werden.

Das EEE-KPI-Monitoring-System wurde auf Basis von Splunk Enterprise (Maschinendatenüberwachung und –analyse) sowie der Integration von Algorithmen in R umgesetzt und besteht aus mehrstufigen Analyse-Dashboards und Kontrollfunktionen. Parallel dazu soll ein Assessment-Team aufgebaut und in die Systembedienung eingeführt werden. Für die Analyse wurden Energieverbrauchswerte als Summenwerte der Anlage mittels des Netzanalysators Janitza UMG604 gemessen, Prozessdaten aus APC-Files (Equipment-Prozess-Monitoring) sowie RTC-Buchungen (Real-Time Clock) aus dem Data-Warehouse genutzt.

 

„Zugewinn in Richtung Verbrauchstransparenz“

Die von Robotron eingeführte Lösung bietet eine Grundlage für die ‚Flussfaktorsteuerung für die Linienbalance’ sowie für eine ‚betriebskostenoptimierte Steuerung’ (Realtime Scheduling/ Dispatching von Tools) und Arbeit auf Feldebene. „Dabei dient die passive Verbrauchsermittlung anhand von Datenkorrelationen nicht nur als Basis für Kontrollfunktionen, sondern auch für Equipment-Assessments und das Maßnahmen-Management zur Steigerung der Energieeffizienz“, fasst Robotron Geschäftsführer Ulf Heinemann das EEE-Projekt zusammen.

Auch bei der Herstellung der Produkte achtet Infineon stets darauf, ökologisch und ökonomisch nachhaltig zu agieren. Bild: Infineon

Auch bei der Herstellung der Produkte achtet Infineon stets darauf, ökologisch und ökonomisch nachhaltig zu agieren. Bild: Infineon

Zudem stellt die Lösung eine erweiterte Datengrundlage für Entscheidungen zur Kostenreduktion der Medienverbräuche sowie die Datenbasis für lang- und kurzfristige Fab-Simulationen und das Anlagen-Scheduling bereit. Neben der Visualisierung und Alarmierung ist zur Detailanalyse des Equipment-Ingenieurs auch die Vertiefung bis auf Event- und Log-Ebene möglich. „Die EEE-App an sich hat bislang einen echten Zugewinn in Richtung Verbrauchstransparenz anhand der Energie- und Medien-KPIs gebracht. Anlagen und Prozesskammern können mittels Kennzahlen eineindeutig verglichen werden und Mehrverbrauch wird daraus ersichtlich. Des Weiteren wird damit das Bewusstsein beim Equipment-Betreiber zum nachhaltigen Umgang mit Energie und Ressourcen geschärft“, bilanziert Gunter Welde, Supervisor Equipment Engineering Infineon Technologies Dresden GmbH.