SIX SIGMA in der Praxis: das Sankey-Diagramm

In einem früheren Blogbeitrag wurde das Thema Energieverschwendung behandelt, und wie durch die Methodik des SIX SIGMA das Energiemanagement in einem Unternehmen optimiert werden kann. In dem Artikel wurde auch aufgeführt, dass in diesem Zuge eine präzise Aufstellung aller energieschluckenden Komponenten erfolgen muss. Ein Mittel, die Energiebilanz visuell zugänglich darzustellen, ist das sogenannte Sankey-Diagramm. Diese Art der grafischen Darstellung wird hier näher erläutert.

Mengenproportionale Größendarstellung

Mit einem Sankey-Diagramm lassen sich Energieströme (oder beispielsweise auch Materialflüsse) visualisieren. Das Diagramm besteht hauptsächlich aus Pfeilen, wobei die Pfeil-Stärken maßstabsgerecht zum Energiestrom (bzw. der betrachteten Größe) ausfallen. Konkret heißt das: Wird an einer Stelle viel Energie verbraucht, zeigt sich dies grafisch durch einen dicken Pfeil, während energetisch sparsame Prozesse durch einen schlanken Pfeil dargestellt werden. So sieht man auf einem Blick, wo viel und wo wenig Energie fließt. Die einzelnen Pfeile können sich addieren und dann zu – entsprechend der Gesamtmenge – größeren (= breiteren) Pfeilen zusammengeführt werden. Ebenso kann sich ein dicker Pfeil in mehrere kleinere Pfeile aufteilen (zum Beispiel wenn der gesamte Energieumsatz sich auf verschiedene Teilprozesse verteilt). Die Pfeile verlaufen immer zwischen zwei Punkten A und B und repräsentieren in der Regel Prozesse. Damit stellen solche Diagramme im Grunde nicht nur Flussmengen, sondern auch Strukturen dar.

Ein Sankey-Diagramm basiert auf folgenden Grundannahmen:

• Mengenproportionale Breite der Pfeile
• Darstellung von extensiven Größen (zum Beispiel Masse, Volumen, Energie, Kosten)
• Mengengrößen beziehen sich auf bestimmte Zeiteinheit
• Keine Abbildung von Bestandsgrößen

Anwendungsbereiche

Die Verwendung eines Sankey-Diagramms ist hauptsächlich für die Abbildung von Mengenflüssen und Energieströmen bei Produktionsprozessen üblich, und damit vor allem verbreitet in der Verfahrenstechnik, dem Energiemanagement, dem Supply-Chain-Management sowie auch allgemein für Businessanalysen. Die Diagramme zeigen auf einen Blick sehr deutlich, wo sich die umfangreichsten Energie- und Materialströme befinden, somit zeigen sie auch genau, wo Einsparpotenzial bzw. Einsparbedarf besteht. Mit einem Sankey-Diagramm lässt sich beispielsweise der Kraftstoffverbrauch bei Fahrzeugen visualisieren, oder die Energiebilanz von Unternehmen, Branchen, Orten oder Produkten.

Beispiel: der Strahlungshaushalt der Erde

Die Erde kann im Weltall die Wärmestrahlung, die sie von der Sonne empfängt, nur kompensieren (und damit die Temperatur regulieren), indem Infrarotstrahlung als Ausgleich abgegeben wird. Durch Treibhausgase, hauptsächlich Ozon, Wasserdampf und Kohlendioxid, wird die emittierte Wärmestrahlung der Erde nicht vollständig durchgelassen, sondern zurück an die Erdoberfläche gesendet. In der Folge wärmt sich diese zusätzlich auf – der sogenannte Treibhauseffekt entsteht.

Ein sehr bekanntes Sankey-Diagramm stellt die Energiebilanz im System Sonne-Erde-Atmosphäre dar. Es zeigt, wie viel Sonnenstrahlung (in Watt pro Quadratmeter, W/m2) auf die Erdoberfläche trifft und wie viel davon wieder in die Atmosphäre austritt. Ein Teil der Solarstrahlung wird noch auf dem Weg zur Erdoberfläche absorbiert, ein größerer Teil davon an der Oberfläche selbst. Ebenso wird eine bestimmte Menge Sonnenstrahlung schon zuvor (durch Treibhausgase in der Stratosphäre, durch Wolken und Aerosole in der Troposphäre) wieder reflektiert, eine bedeutend kleinere Menge an der Erdoberfläche (insbesondere durch Schnee und Wasser am Boden). So teilt sich entsprechend der Pfeil, der die empfangene Sonneneinstrahlung darstellt, in vier dünnere Pfeile auf: ein Pfeil für die Menge an Solarstrahlung, die durch Absorption in der Atmosphäre wegfällt und zwei Pfeile für die durch Reflektion zurückgegebene Strahlung – diese laufen wiederum zu einem Pfeil zusammen, der die reflektierte Sonnenstrahlung insgesamt anzeigt. Somit zeigt ein „verbleibender“ Pfeil, wie viel Energie tatsächlich auf der Erde ankommt (die Menge, die an der Erdoberfläche absorbiert wird). Auch die von der Erdoberfläche sowie von der Atmosphäre emittierte Infrarot-Wärmestrahlung wird in einem Sankey-Diagramm zur Strahlungsbilanz der Erde dargestellt.

Literatur:

https://de.wikipedia.org/wiki/Sankey-Diagramm
https://de.wikipedia.org/wiki/Treibhauseffekt