L’ottimizzazione dei consumi, che comporta una produzione sostenibile, si affianca al potenziale risparmio energetico di PMI e grandi realtà, che sempre di più scelgono di avviare politiche di transizione ecologica. È infatti possibile realizzare progetti di rilevamento, gestione e massimizzazione della performance in campo energy, orientandosi verso l’Industria 4.0. Come? Scegliendo infrastrutture tecnologiche in grado di acquisire, gestire e correlare dati di produzione, come i software MES (Manufacturinfg Execution System), e consumi energetici, come gli EMS (Energy Monitoring System), e di Data Mining. Efficienza energetica, monitoraggio dei consumi e produzione di dati essenziali per la definizione di piani di gestione dell’energia sono alcune delle funzioni chiave che l’integrazione di queste piattaforme digitali permette di ottenere.

In questo articolo affronteremo quindi il tema dell’importanza della gestione dei consumi per le imprese e di come poter realizzare concretamente la transizione ecologica. Scopriremo e approfondiremo i vantaggi dell’integrazione tra i sistemi MES, EMS e di Data Mining e quali sono gli step necessari per avviare un piano di miglioramento continuo, incrociando dati di produzione e dati relativi al consumo energetico.

Monitoraggio dei consumi. Le normative italiane ed europee

Prima di addentrarci nell’argomento centrale di questo articolo, è importante fare una breve panoramica su quelle che sono le normative italiane ed europee in merito al monitoraggio dei consumi nelle aziende.

Politiche energetiche, mobilità sostenibile ed economia circolare: questi i cardini del Piano per la Transizione Ecologica (PTE) approvato dal Governo, una strategia che rispecchia le linee del Green Deal europeo, da inquadrare nel contesto del Recovery Fund del PNRR, e che prevede uno stanziamento di 70 miliardi (sui 209 totali) da destinare alla rivoluzione verde. Tra gli ambiti di intervento definiti dal PTE anche la decarbonizzazione, che comprende un importante focus sul tema energetico, di fondamentale importanza per il comparto industriale nazionale.

In Italia le attività di energy monitoring sono disciplinate dal decreto legislativo 102/2014, che recepisce la direttiva europea EED 2012/27/UE, con l’obiettivo di definire delle misure per promuovere e migliorare l’efficienza energetica. Si tratta di un tema che si allinea alla Strategia Energetica Nazionale (SEN): il piano per anticipare il cambiamento energetico e fornire alle organizzazioni strumenti per gestirlo riducendo i consumi. Alcuni dei temi affrontati dalla SEN sono proprio la decarbonizzazione, la gestione delle energie rinnovabili e della dipendenza energetica dall’estero, le reti di approvvigionamento, la mobilità sostenibile e il settore petrolifero.

Nello specifico del mondo dell’impresa, il decreto legislativo 102/2014 prevede un obbligo normativo di diagnosi energetica indirizzato alle aziende energivore e alle grandi organizzazioni, con oltre 250 dipendenti e più di 50 milioni di fatturato annuo. Tale intervento non è obbligatorio per le realtà più piccole, che comunque devono adottare sistemi di gestione volontaria (art.8, comma 1) comprensivi di audit energetici in conformità con l’allegato 2 del dl.102/2014, il cui risultato va comunicato all’ENEA.

A livello europeo, lo standard che guida le imprese nell’implementazione di un Sistema di Gestione dell’Energia è la ISO 50001, che fissa i requisiti per la definizione di un protocollo di miglioramento continuo delle prestazioni energetiche.

Sistemi MES per l’efficienza produttiva ed energetica. Come misurare e gestire i consumi integrando il software EMS

Monitorare l’energia in un impianto rappresenta il punto di partenza per l’efficientamento di un’intera organizzazione, un’azione che si traduce in due output chiave: l’ottimizzazione dei processi e il miglioramento delle prestazioni.

Un piano di energy monitoring prevede la raccolta e l’analisi dei dati relativi ai consumi industriali grazie a sensori, strumenti di misura, software di diagnosi e gestione, strumenti di analisi dati ed Intelligenza Artificiale (AI). Questa azione ha significativi risvolti economici, poiché permette di contenere gli sprechi, anche alla luce delle fluttuazioni dei costi dell’energia, che incidono in maniera importante sul bilancio di un’azienda produttiva. Accanto al risparmio economico, il controllo e la quantificazione dei consumi permettono di individuare margini di miglioramento delle prestazioni energetiche e della riduzione del carbon footprint.

Il sistema EMS rappresenta lo strumento chiave per un preciso monitoraggio dei consumi: una piattaforma digitale per la raccolta e l’analisi dei dati che restituisce informazioni sulle performance energetiche e suggerisce azioni di miglioramento dei consumi (abbiamo parlato in questo articolo anche dell’utilizzo del Process Mining per promuovere la sostenibilità). Grazie all’intelligenza artificiale che sempre più frequentemente si affianca ai sistemi EMS, è possibile estrarre in real-time anche valori di spesa, ottenere strategie personalizzate, identificare anomalie e inefficienze, oltre a segnalare consumi imprevisti o in eccesso.

Questo tipo di piattaforme risultano di importanza cruciale in contesti energivori come quelli industriali, poiché sono in grado di fornire report di vario tipo: dal diagramma di distribuzione, in cui vengono evidenziati le divisioni o i macchinari più energy consuming, alla curva dei consumi orari, grazie a cui capire quando questi sono più elevati, al monitoraggio della qualità dell’energia in termini di stabilità della fornitura. Potendo disporre di questo tipo di informazioni, l’energy manager avrà più margine per sviluppare un piano di ottimizzazione dei consumi ed efficientare l’intera industria riducendo i costi per l’energia.

Accanto ad un sistema EMS, vanno considerati anche i benefici del MES, che vengono estesi all’ ambito energy management evidenziando e controllando le inefficienze o gli sprechi energetici in un’organizzazione e gestendo direttamente l’attivazione e lo spegnimento di diversi impianti come: impianti di illuminazione, sistemi HVAC come condizionamento e riscaldamento, oppure monitorando i macchinari più energivori.

In quest’ottica, il MES per l’efficienza energetica rappresenta lo strumento di monitoring affidabile, semplice da utilizzare ed in grado di generare dati utili all’ottimizzazione di ogni flusso energetico in azienda, non solo in termini assoluti, ma anche relativamente alle specifiche esigenze produttive.

MES, efficienza energetica ed energy management. L’importanza dell’integrazione con i sistemi EMS

Pur monitorando e profilando i consumi energetici, gli attuali sistemi di energy monitoring non offrono sufficienti informazioni per massimizzare l’impiego dell’energia, né di rilevare ed analizzare le cause di comportamenti anomali del sistema nel tempo.

Integrare sistemi MES e MOM (Manufacturing Operations Management) con piattaforme EMS costituisce una scelta vincente. I dati raccolti da un EMS quando incrociati con quelli registrati da un ERP, permettono di fissare macro obiettivi definendo KPI utili ad individuare tendenze di consumo in relazione a macro-indicatori di produzione. Grazie al dialogo dei software MES e dei sistemi MOM con soluzioni EMS, invece, è possibile rilevare e gestire le performance energetiche puntuali dell’intero processo produttivo avendo a disposizione dati dettagliati sul breve e medio periodo e non solo aggregati sul lungo periodo.

Incrociando le rilevazioni provenienti dal EMS con i dati di produzione e di processo raccolti dal sistema MES è possibile correlare ogni atto produttivo dell’impianto e tipologia di prodotto con il relativo consumo energetico offrendo in real time un monitoraggio in grado di identificare sprechi ed inefficienze e di suggerire immediate azioni correttive sull’impostazione della supply chain. Inserendo le informazioni raccolte nelle euristiche dei sistemi di MOM sarà possibile ottimizzare la produzione non solo in relazione ai canoni tradizionali di tempi di produzione e setup di macchina, ma anche in funzione dell’efficientamento energetico.

Incrociare i dati di produzione e quelli relativi al consumo energetico in azienda permette di avviare un piano di miglioramento continuo in sei step.

Il Process Mining e il Value Stream Mapping nel Lean Management forniscono un’analisi più robusta basata sui dati e una visione dettagliata dei processi reali, ma non lo sostituisce completamente per diverse ragioni:

1. Rilevamento dei consumi dei vettori energetici. Primo passo è la misurazione dei consumi di elettricità, gas, vapore, acqua o aria forzata su diversi livelli: dalle linee di approvvigionamento dell’impianto, ai diversi reparti, fino ad arrivare alla singola macchina.
2. Analisi dei dati raccolti. Obiettivo dell’azione è mettere a fuoco le aree maggiormente energivore ed affette da consumi anomali rispetto ai dati storici, rilevando quali divisioni presentino consumi basali di energia più elevati o fluttuazioni nel tempo.
3. Condivisione dei set di dati per risultati più approfonditi. Il sistema EMS da solo è in grado di produrre accurate analisi temporali di ogni singola componente energetica. Se viene connesso con il MES, alla variabile temporale si possono aggiungere altre direttrici di analisi delle curve di consumo come:
   • Numero di pezzi o tonnellate di materiale prodotti per macchina ed unità di tempo
   • Fasi produttive che determinano maggiori consumi
   • Fermi che, pur non producendo, comportano consumi energetici (es. celle frigorifere vuote, forni mantenuti a temperatura, servizi ausiliari di lubrificazione, ecc.)
   • Qualità e dimensioni dei prodotti in relazione ai consumi
4. Energia come grandezza da ottimizzare. Individuate le correlazioni tra singolo prodotto e consumo energetico ed evidenziate le inefficienze produttive (picchi di consumo o mancata produzione), si può ottimizzare la schedulazione, fornita dal sistema MOM, integrandovi una serie di euristiche che considerano l’energia stessa come variabile da ottimizzare.
5. Simulare scenari produttivi a fine predittivo. Stabilite le grandezze che influenzano i consumi energetici, è possibile creare proiezioni utili a tarare i costi produttivi sul breve e medio periodo, in relazione sia alla capacità produttiva dell’impianto, sia al consumo energetico previsto andando così a distribuire la produzione in funzione del consumo energetico o creando piani di acquisto energetico basati su previsione di consumo realistiche.
6. Verificare gli effettivi risultati dell’ottimizzazione. Eseguendo i piani di produzione simulati è possibile valutare se i consumi energetici, ottimizzati grazie all’integrazione tra EMS e MES, coincidono effettivamente con quelli stimati e prendere le opportune decisioni per le produzioni future.

I sei passaggi di efficientamento energetico sono una buona pratica che non va considerata come progetto a sé stante, ma integrata come prassi continuativa nei propri processi aziendali in un’ottica lean di riduzione degli sprechi energetici.

Grazie alla ripetizione ciclica delle diverse fasi è possibile eliminare gradualmente le inefficienze, da quelle più significative a quelle micro. Il risultato porta ad un’azione di efficientamento continuo, che garantisce processi ottimizzati e massimizzazione del risparmio energetico portando ad una produzione ad alta efficienza energetica ed una maggiore sostenibilità ambientale.