Maschinendatenerfassung (MDE)

Die Aufnahme der Daten erfolgt dabei systematisch, automatisiert und in Echtzeit. Die ermittelten Werte und strukturierten Informationen werden anschließend in ein rechnergestütztes Verarbeitungssystem zur Analyse und Auswertung weitergeleitet bzw. diesem zur Verfügung gestellt. Die Maschinendatenerfassung ist damit die Schnittstelle zwischen den Produktionseinrichtungen und der Informationsverarbeitung.

Art der Daten

Zu den Maschinendaten gehören alle Parameter, die beim Einsatz einer technischen Anlage gemessen oder über eine entsprechende Sensorik aufgenommen werden können. Werden Daten bei Fertigungsanlagen oder Produktionseinrichtungen erhoben, kann zwischen maschinenspezifischen Prozessdaten und outputbezogenen Produktdaten unterschieden werden.

1. Prozessdaten umfassen sowohl die Angaben, die für den Einsatz einer Maschine erforderlich sind, als auch die Informationen, die von dieser im laufenden Betrieb generiert werden. Neben Prozessparametern wie Steuerungs- und Verbrauchsdaten werden auch Qualitätsfaktoren wie Zustandswerte erhoben. In Kombination ermöglichen sie eine kontinuierliche Prozessüberwachung in Echtzeit.
2. Produktdaten sind Informationen, die bei der Herstellung oder Fertigung von Sachgütern anfallen. Sie werden an den produzierten oder verarbeiteten Sachgütereinheiten gemessen und bilden den Produktionsverlauf sowie die Qualität der produzierten Teile oder Mengen ab.

Zu den relevanten Maschinendaten zählen u. a.:

• Produktionsmenge bzw. Stückzahl oder Anzahl (Gut-)Teile;
• Produktmaße und -gewichte;
• Geschwindigkeit oder Taktzeit;
• Lauf- und Stillstandszeit;
• Auslastung;
• Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit;
• Maschinenstatus und -zustand;
• Energieverbrauch.

Nutzung der Daten

Die mit der Maschinendatenerfassung gewonnenen Informationen lassen sich auf vielfältige Weise nutzen. Sie dienen u. a. zur:

• Steuerung und Überwachung der Anlagen in Echtzeit („Maschinen-Monitoring“);
• Erfassung der Produktionsmengen;
• Qualitätskontrolle;
• Analyse von Fertigungsprozessen;
• Meldung von Maschinenstörungen;
• Auswertung von Maschinenstillständen und Ursachenanalyse;
• Bereitstellung von Daten für den kontinuierlichen Verbesserungsprozess (KVP);
• Optimierung von Maschinenlaufzeiten.

Die mit der MDE erhobenen Daten können in verschiedene Software-Anwendungen einfließen, etwa zur statistischen Prozessregelung (SPC) oder zur Planung, Steuerung und Überwachung der Fertigung. Die Bandbreite der Letzteren reicht vom Produktionsplanungs- und -steuerungssystem (PPS) und Enterprise-Resource-Planning- (ERP-)System sowie Advanced Planning and Scheduling- (APS-)System zur Unterstützung der Planungsfunktionen bis hin zum Manufacturing Execution System (MES) als Produktionsleitsystem.

Dabei können – und sollten – Maschinendaten weit über den Bereich der Produktionsplanung und Fertigungssteuerung hinaus genutzt werden. Dazu ist die MDE als Teil der Betriebsdatenerfassung (BDE) anzusehen und in diese einzubinden. Zusammen mit den (organisatorischen) Informationen aus allen Bereichen des Unternehmens ergeben die (technologischen) Daten aus der MDE ein ganzheitliches Bild vom Zustand des Unternehmens. Maschinendaten können so als Grundlage für die Personal- und Auftragsplanung sowie die Kalkulation von Angeboten dienen.

Vorteile der MDE

Die Nutzung von Maschinendaten trägt wesentlich zur Transparenz der Herstellungsprozesse bei, da die Maschinendatenerfassung Parameter in Echtzeit erhebt. So lassen sich Produktionsprozesse auch automatisch überwachen, steuern und optimieren – und auch vernetzen. Damit ist die MDE eine der Grundlagen zur Steigerung der Effizienz und der Qualität in der Produktion oder Fertigung von Sachgütern und Grundbaustein der Industrie 4.0 mit dem Ziel der „smarten Produktion“. Sichtbar werden die Verbesserungen dann u. a. an der Kennzahl „Gesamtanlageneffektivität“ (GAE, englisch: Overall Equipment Effectiveness, OEE).

Die Vorteile, die die Maschinendatenerfassung Unternehmen in wirtschaftlicher und organisatorischer Hinsicht bietet, zeigen sich in folgenden Aspekten:

• Echtzeit-Überwachung. Die MDE ermöglicht es Unternehmen, den Status jeder technischen Einrichtung in der Produktion oder der Fertigungslinie in Echtzeit zu verfolgen. Dies erlaubt eine sofortige Reaktion bei Unstimmigkeiten, Störungen oder Ausfällen. Stillstands- und Ausfallzeiten können dadurch minimiert werden, die Produktivität steigt.

• Datengetriebene Entscheidungen. Die bei der MDE erhobenen und akkumulierten Daten erhöhen die Transparenz des Produktionsprozesses. Fach- und Führungskräfte können diese Angaben nutzen, um in Bezug auf die Produktionsplanung und Steuerung sowie den Ressourceneinsatz (Material, Maschinenbelegung, Personal- und Zeitplanung) oder Wartung und Instandhaltung fundierte Entscheidungen zu treffen.
• Qualitätssicherung. Die kontinuierliche Überwachung der Anlagen und Produkte im Rahmen der MDE machen Unstimmigkeiten sofort sichtbar. Leistungseinbußen und daraus resultierende Qualitätsprobleme können frühzeitig erkannt und behoben werden.
• Kosteneffizienz. Die MDE ermöglicht eine Erhöhung der GAE bzw. OEE durch die Minimierung von Stillstands- sowie Ausfallzeiten und die Gewährleistung der geforderten Qualität. Zusammen mit dem schonenden Einsatz von wertvollen Ressourcen ergeben sich Kosteneinsparungen und eine höhere Effizienz in der Produktion.
• Integration in größere Systeme. Wird die MDE in die BDE integriert, ist dies ein Schritt in Richtung ganzheitliche Betrachtung der Organisation. Hier können zwei Ansätze greifen, die sich untereinander nicht ausschließen. Dies ist einerseits die Etablierung eines integrierten Management-Systems (IMS), in dem verschiedene Management-Systeme (wie z. B. Personal-, Produkt-, Qualitäts-, Arbeitsschutz-, Umweltschutz-, Energie-, Finanzmanagement) einheitlich strukturiert und systematisch zusammengefasst werden. Andererseits ist so die Umsetzung der Lean-Philosophie möglich. Dies bezieht sich nicht nur auf die Produktion, die als Lean Production ausgestaltet werden kann, sondern auf das gesamte Unternehmen und Lean Management als Führungsstil.

MDE als Basis der Smart Factory

Ausgangspunkt der Smart Factory sind digital gesteuerte Maschinen und Anlagen. Werden sie miteinander vernetzt, können sie zentral betrieben und überwacht werden. Grundlage dafür ist die automatische Erfassung und Verarbeitung der relevanten Maschinendaten. Die MDE ermöglicht die Speicherung und Bereitstellung von Informationen über den Fertigungsprozess. Damit stehen die Daten für Analysen und Bewertungen sowie die transparente Visualisierung von Zuständen, Abläufen und Ergebnissen bereit. Eine solche MDE ist damit die Grundlage eines effizienten Produktionsmanagements. Wird die MDE in ein übergeordnetes System wie die Betriebsdatenerfassung (BDE) eingebunden, ist sie auch die Basis für über die Herstellung hinausgehende Managementansätze und -systeme wie Lean Management oder IMS.

Die Digitaltechnik und die Vernetzung der einzelnen Stationen in der Wertschöpfungskette ermöglichen eine nahtlose Kommunikation zwischen Maschinen, Anlagen und übergeordneten Systemen, auch über das eigene Unternehmen hinaus. Grundlage dieser Kommunikation ist die MDE, denn die Erfassung und Analyse von Maschinendaten wird dazu genutzt, um Prozesse zu optimieren, Kosten zu reduzieren und die Wettbewerbsfähigkeit zu stärken. Das Ziel ist die Smart Factory, die über das Industrial Internet of Things (IIoT) mit den internen und externen Stakeholdern des Unternehmens vernetzt ist und in der viele Prozesse automatisch oder sogar autonom ablaufen – unter maximaler Einsparung von Ressourcen und damit hoher Effizienz.

Die Maschinendatenerfassung an allen Stationen in der Wertschöpfungskette liefert dabei eine Unmenge an Daten, die durch den Einsatz von künstlicher Intelligenz (KI) und Big-Data-Analytik aufbereitet und ausgewertet werden müssen. Damit werden Unternehmen in die Lage versetzt, nicht nur reaktive, sondern auch proaktive Ansätze in Bezug auf immer individuellere Kundenanforderungen zu verfolgen. Dies spiegelt sich in der Nutzung von modernen Systemen zur Prozesssteuerung ebenso wider wie in der vorausschauenden Wartung und Instandhaltung (Predictive Maintenance), die erst mit der MDE realisiert werden kann.

Die digitale Transformation ermöglicht es, den gesamten Lebenszyklus von technischen Einrichtungen zu optimieren und die Vision einer zunehmend vernetzten Industrie 4.0 Wirklichkeit werden zu lassen. Die Maschinendatenerfassung ist damit die Voraussetzung für eine moderne und digitalisierte Fertigung in einer smarten Fabrik.