Schwer und Kopka GmbH - effiziente Prozess- und  Werkzeugüberwachung Ihrer Produktionsmaschinen

Was genau ist eigentlich OEE? Was ist der Unterschied zwischen Maschinen- und Betriebsdaten? Was sind KPI's, Kennzahlen oder Score Cards?

Die folgenden Definitionen zeigen unsere Interpretation der einzelnen Fachbegriffe.

 

Die Betriebsdatenerfassung verbindet die Maschinendatenerfassung mit den betrieblichen Ressourcen.

So werden die Maschinendaten mit den gefertigten Aufträgen und Artikeln verbunden. Dazu ist in jedem Fall ein Maschinenterminal erforderlich, über das die erforderlich Meldungen wie Auftragsstart, Auftragsende oder Auftragsunterbrechung getätigt werden. Optional lassen sich weitere Daten melden wie Störgründe, Personalanwesenheit, Chargenwechsel, Werkzeugwechsel oder Ausschuss.

In der Regel erfolgen die üblichen Rückmeldungen an das ERP-System automatisiert. Ein BDE-System setzt voraus, dass das erfassende System fest mit der IT-Landschaft des produzierenden Unternehmens vernetzt ist. Schnittstellen zu den verwendeten ERP-, CAQ-, FEM- oder PZE-Systemen bilden die Grundlage für diese Vernetzung. Darüber hinaus können auch Reparatur- und Instandhaltungsaufgaben erfasst und ausgewertet werden.

CAQ-Systeme sind EDV-gestützte Einrichtungen zur Qualitätssicherung. Viele Anwender verlangen von ihren Lieferanten eine umfassende Dokumentation der Maßnahmen, die im Unternehmen zur Sicherstellung der Qualität getroffen werden. In der Serienfertigung sind meistens die sogenannten SPC-Prüfungen vorgeschrieben, wo in regelmäßigen, vorgegebenen Zeitabständen stichprobenartig die gefertigten Produkte vermessen bzw. geprüft werden müssen. Die Messergebnisse wiederum werden in Form von Regelkarten dokumentiert und mit statistisch berechneten Eingriffsgrenzen verglichen. Werden die Eingriffsgrenzen verletzt, muss korrigierend in den Fertigungprozess eingegriffen werden.

Durch geeignete Schnittstellen zwischen CAQ und MES kann in jedem Fall sichergestellt werden, dass die Prüfungen auch zu den tatsächlichen Fälligkeiten erfolgen und nicht vergessen werden. Andererseits werden unnötige Prüfungen vermieden bzw. erst gar nicht fällig gestellt, wenn z. B. die Maschine im aktuellen Prüfzeitraum nicht oder nur zeitweise produziert hat. Die direkte Vernetzung mit der Maschine erlaubt auch ein automatisches Anhalten der Anlagen, wenn fällige Prüfungen nicht erfolgen oder wenn die erfassten Messwerte ausserhalb der einzuhaltenden Grenzen liegen. Unsere MES-Software SK-go! hat zu allen führenden CAQ-Systemen passende Schnittstellen realisiert.

Als Charge wird das Rohmaterial oder Produkt bezeichnet, welches einem Ursprung im Herstellungsprozess entstammt und für die Weiterverarbeitung als fest definierte Menge verwendet werden kann.

In vielen Fertigungen st vorgeschrieben, dass die Verwendung einzelner Chargen und insbesondere Chargenwechsel genau erfasst und dokumentiert werden müssen.

Im Sinne der vollständigen Rückverfolgbarkeit von auftragsbezogenen Produktionsdaten muss in der Regel auch erfasst werden, mit welchen Materialchargen der Auftrag gefertigt wurde. Wird für einen Produktionsauftrag mehr als eine Charge verwendet, muss jede eindeutig identifiziert sein. In diesem Fall werden im MES neben den Auftragsdaten zusätzlich die eindeutigen Chargendaten erfasst. Dabei wird oft auch geprüft, ob die verwendete Charge überhaupt für den anstehenden Auftrag freigegeben ist.

Auf diese Weise lassen sich die Maschinen- und Produktionsdaten im Nachgang auch chargenbezogen analysieren. Im Falle von Qualitätsmängeln am Material ermöglicht die Chargenzuordnung außerdem eine Rückverfolgung, ob weitere Produktionsaufträge ebenfalls von diesem Mängel betroffen sein könnten.

Das ERP-System generiert Produktionsaufträge, vor- und nachkalkuliert diese, plant sie ein in die Produktion und übernimmt betriebswirtschaftliche Funktionen wie FiBu, Rechnungswesen und Bilanzverwaltung. ERP-Systeme benötigen exakte und zeitnahe Rückmeldungen über die aktuellen Auftragsfortschritte aus der Produktion, um die Geschäftsprozesse optimal zu steuern. Über konfigurierbare ERP-Schnittstellen wird in der Regel der erforderliche bi-direktionale Datenaustausch zwischen dem ERP-System und dem MES garantiert.

MES bekommt vom ERP umfassende Informationen zu den geplanten Aufträgen wie Auftragsnummer, zu fertigender Artikel, benötigte Auftragsmenge und geplante Maschinengeschwindigkeit/Ausbringung. In der Rückmeldung informiert MES das ERP-System permanent über den aktuellen Auftragsfortschritt sowie am Auftragsende über die tatsächlichen Lauf- und Stillstandszeiten, die effektiv produzierten Mengen und ggf. weitere benötigte Daten.

Unsere MES-Software SK-go! hat zu allen führenden ERP-Systemen praxiserprobte Schnittstellen.

Die Erfassung des Maschinenzustandes erfolgt in der Regel automatisiert über die Maschinensteuerung oder vorhandene Stückzahlimpulse. Hieraus lassen sich eindeutig die exakten Lauf- und Stillstandzeiten, die gefertigten Mengen und die Produktionsgeschwindigkeit ermitteln. Ein Maschinenterminal ist hierzu nicht erforderlich. Die Datenerfassung läuft automatisiert im Hintergrund ab und benötigt keine manuellen Eingaben seitens des Maschinenpersonals.

Die erfassten Daten lassen eine Auswertung des zeitlichen Nutzens (Nutzungsgrad) einer Maschine zu, ermöglichen die Analyse der Maschinenausbringung (Leistungsgrad) und zeigen präzise das Stop/Go-Laufzeitverhalten der jeweiligen Maschine

Der Leistungsgrad einer Maschine spiegelt das Verhältnis der "Leistung Soll" und der reell erfassten "Leistung Ist" prozentual wieder. Die Formel hierfür lautet also Leistungsgrad [%]=Leistung Ist/Leistung Soll. Üblicherweise erhält das BDE-System über die ERP-Schnittstelle eine auftrags- bzw. artikelbezogene Leistungsvorgabe, so dass der Leistungsgrad jeweils dynamisch abhängig vom laufenden Auftrag errechnet wird.

Alternativ kann eine feste Maschinenleistungsvorgabe als Rechengrundlage verwendet werden, wenn z. B. die Maschine sich nicht in ihrer Geschwindigkeit regeln lässt.

In jedem Fall bekommt der Maschinenbediener bei modernen MES automatisch einen Hinweis an seinem Terminal, wenn die aktuelle Maschinenausbringung nicht der geplanten Leistung entspricht.

Die Maschinendatenerfassung (MDE) umfasst nach gängiger Definition alle Informationen, die die aktuelle Leistung der Maschine beschreiben. Als Basisinput für die Maschinendaten werden die Lauf- und Stillstandszeiten, die Taktrate bzw. Maschinengeschwindigkeit und die produzierte Menge benötigt. Diese Informationen sind einfach aus dem Einlesen von Stückimpulsen z. B. aus der Maschinensteuerung oder über die Anbindung geeigneter Sensoren abzuleiten.

Ergänzt werden diese Informationen bei einer typischen MDE zumindest mit den Störgründen, die die Ursachen von Maschinenstillständen in vorgegebene Kategorien einordnen. Zur Eingabe der Störgründe ist in der Regel ein Maschinenterminal erforderlich. Auch eine automatische Abfrage von digital verfügbaren Störmeldungen aus der Maschinensteuerung ist oft üblich.

Generell wird bei der Maschinenschnittstelle unterschieden zwischen einer physikalischen Schnittstelle mit digitalen I/O‘s und einer Softwareschnittstelle.

Die Erfassung des Maschinenzustandes über digitale I/O’s bietet den Vorteil, dass oft bereits Signale in der Steuerung für eine eindeutige Beschreibung des Maschinenzustandes vorhanden sind, oder mit geringem Aufwand nachgerüstet werden können. Gängige MES-Terminals verfügen über mehrere entsprechende Ein- und Ausgänge und bedürfen keiner weiteren Softwareschnittstelle. Auch sind viele Maschinen bereits mit einem passenden I/O-Modul von Werk aus für diese Form der Anbindung vorbereitet.

Als internationaler Standard hat sich die sogenannte OPC-UA Schnittstelle etabliert, die einen sicheren und eindeutig definierten Austausch von Daten zwischen den technischen Systemen unterschiedlicher Hersteller ermöglicht. Die OPC-UA Schnittstelle wird als Voraussetzung gesehen für zukunftsichere Datenkommunikation im Sinne von Industrie 4.0 und dem Internet of Things (IoT). Sie wurde entwickelt von der OPC Foundation, das UA steht dabei für Unified Architecture.

Unsere aktuellen MES-Terminals und Prozessüberwachungssysteme verfügen über eine OPC-UA Schnittstelle.

Der Nutzungsgrad einer Maschine spiegelt das Verhältnis der "Produktionszeit Soll" gemäß Vorgabe aus dem Schichtkalender und der reell erfassten "Produktionszeit Ist" prozentual wieder. Die Formel hierfür lautet also Nutzungsgrad [%]=Produktionszeit Ist/Produktionszeit Soll.

Ein schlechter Nutzungsgrad resultiert daher zwangsläufig aus häufigen Stillständen der Maschinen z. B. wegen technischer oder organisatorischer Störungen.

Die OEE Kennzahlen sind in vielen Fertigungen unverzichtbarer Bestandteil zur Bewertung der Wirtschaftlichkeit von Produktionsanlagen und werden auch international als Vergleichsmaßstab benutzt. Die Gesamtanlageneffektivität (OEE = Overall Equipment Effectiveness) errechnet sich aus der Multiplikation der folgenden prozentualen Anteile:

Verfügbarkeit: wie lange hat die Anlage im Betrachtungszeitraum produziert bzw. gestanden?.  Diese Zahl entspricht in der Regel dem klassischen Nutzungsgrad und spiegelt die Verluste durch Stillstandszeiten wieder.

Leistungseffizienz: hat die Anlage mit der geforderten Ausbringung pro Zeiteinheit gearbeitet?  Die Leistungseffizienz oder auch der Leistungsgrad beschreibt die Verluste durch zu geringe Maschinenausbringung (Teile pro Zeiteinheit).

Qualitätsrate: wie hoch ist der Anteil der einwandfreien Produkte (produzierte Menge abzüglich des Ausschussanteils im Betrachtungszeitraum)?  Sie gibt die Verluste durch entstandenen Ausschuß wieder.

Der OEE-Faktor ist somit die Kennzahl schlechthin, in der alle Elemente enthalten sind, die Produktivität oder Nicht-Produktivität von Produktionsanlagen beschreiben.

Die Qualitätsrate zeigt den Anteil der produzierten Gutstücke/-menge an der Gesamtmenge. Zur Berechnung der Qualitätsrate ist also die Erfassung der angefallenen Ausschußmenge erforderlich. Das kann z. B. durch manuelle Eingaben direkt am Maschinenterminal erfolgen, oder durch einen Abgleich der erfassten Gesamtproduktionsmenge mit eventuell vorliegenden Wiegungen der tatsächlichen Gutmenge.

Der zeitliche Nutzen (Nutzungsgrad) einer Maschine wird anhand der erfassten Produktionszeit im Verhältnis zur geplanten Produktionszeit ermittelt. Die geplante Produktionszeit gibt dabei der jeweils gültige Schichtkalender wieder. Die theoretisch mögliche Stückleistung einer Maschine je Schicht, Tag, Woche, Monat und Jahr wird ebenfalls aus der geplanten Gesamt-Produktionszeit, einer erwarteten Durchschnittsnutzung und der auftragsabhängigen Leistungsvorgabe errechnet.

Der Schichtkalender kann hierbei je Maschine, Maschinengruppe, Abteilung, Werk und Mandant hinterlegt werden. Im Sinne einer möglichst praxisgerechten Ermittlung der tatsächlich verfügbaren Produktionszeitzeiten ist ein zeitnahes, regelmäßiges Pflegen des Schichtkalenders in der MES-Software immens wichtig.

Grundvoraussetzung für eine Pareto-Fehleranalyse und die Auswertung von Störquellen und Ereignissen ist die korrekte Erfassung von Störgründen. Durch vordefinierte Listen je Maschine lassen sich die Störungen einer Anlage begründen, normieren und archivieren. Moderne MES-Lösungen verlangen bei Maschinenstillstand zwangsläufig die Eingabe der Störursache, um möglichst vollständige Daten gemeldet zu bekommen.

Über eine geeignete Schnittstelle (z. B. in Form von Binärcodes) können Störmeldungen, wo sinnvoll, direkt aus der Maschinensteuerung übernommen werden. Eine zusätzliche Eingabe durch den Maschinenbediener ist in diesem Fall nicht erforderlich.

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