Produkteinblick: Wie Sie mit Maschinenmonitoring Produktivität und Kundenzufriedenheit steigern
Maschinenmonitoring – was für den Maschinenhersteller die Erneuerung der eigenen Servicestrategie bedeutet, bringt bei Fabrikbetreibern, als Softwarelösung zur Datenerfassung, Licht ins Dunkel der Produktion. Zwei unterschiedliche Perspektiven im Maschinen- und Anlagenbau, die durch eine Bestrebung vereint sind: Transparenz und Effizienz schaffen sowie Qualität durch quantifizierbare Daten sicherstellen. Mit der Einführung eines Maschinenmonitoring geht der Maschinen- und Anlagenbau einen wichtigen ersten Schritt Richtung Industrie 4.0 und macht sich die fortschreitende Digitalisierung gezielt zunutze.
Was bedeutet das konkret für Fabrikbetreiber?
Produzierende Unternehmen mit verteilten und teils manuellen Herstellungsschritten stehen vor der Herausforderung, dass Bestandsmaschinen selten über Datenschnittstellen verfügen. Darüber hinaus ist der Maschinenpark durch eine hohe Diversität hinsichtlich Technologie und Alter gekennzeichnet, entsprechend gilt es viele unterschiedliche Schnittstellenprotokolle zu unterstützen. Häufig sind auch schwer anpassbare oder historisch gewachsene Speziallösungen vorzufinden, welche die Maschinenintegration nicht einfacher machen. Um Einzelmaschinen oder Handarbeitsplätze dennoch digitalisieren zu können, hat sich die Etablierung von sogenannten Werker-Terminals zur manuellen Erfassung von Maschinenzuständen, Fehlerquellen sowie NIO- and IO-Teilen durchgesetzt.
Maschinen- und Datenintegration – aber wie?
Was bei Handarbeitsplätzen der Bediener per manueller Eingabe leistet, übernimmt bei komplexen oder modularen Anlagen eine Steuerung oder Integrationslösung mit gängigen industriellen Schnittstellen wie OPC UA, MQTT oder TCP/IP. Aber auch hier ist eine flexible Konfiguration der Anlagenschnittstelle für eine schnelle Inbetriebnahme das Ziel, ebenso wie eine einfache Verbindung von Bestandsanlagen mit IT-Systemen.
Handshake zwischen SPS, Leitrechner und MES
Von der Feldebene (Signale und Aktoren) über die Steuerungsebene (SPS, Automatisierung) und Prozessleitebene (SCADA, Leitrechner) bis hin zu Betriebsleitebene (MES, Monitoring) sowie Unternehmensleitebene (ERP) – Schnittstellen sind überall und entsprechend groß sind die Herausforderungen bei der nahtlosen Integration. Der Wunsch nach mehr Konfiguration anstatt aufwändiger Programmierung ist daher naheliegend und kann durch passende Frameworks wie Node-RED oder FabEagle®Connect intelligent gelöst werden.
Maschinenmonitoring in Echtzeit – so profitiert der Maschinen- und Anlagenbau
Unternehmen möchten sich in erster Linie von der mangelnden Prozesstransparenz in der Produktion wie der Ermittlung von Stückzahlen und Stillstandzeiten, den unbekannten Mengen und Ursachen für Ausschuss oder gar den Engpässen und schwer erkennbaren Abhängigkeiten befreien.
Von der Einführung des Maschinenmonitoring beim Fabrikbetreiber profitiert vorrangig eine einzelne Produktionsstätte:
- Verkürzte Stillstandzeiten von teuren Maschinen
- Auswertbare und vergleichbare Produktionskennzahlen
- Motivierte Mitarbeitende durch sachliches Feedback zum Fertigungsstatus
- Standortweite Transparenz
Aus Sicht der Maschinenherstellers, der sich jederzeit und schnell einen umfassenden Überblick über alle global verteilten Maschinen und Anlagen seiner Kunden verschaffen möchte und darum das Maschinenmonitoring als Service zu seiner Anlage verkauft, ergeben sich ebenfalls positive Effekte:
- Nachweisbare datenbasierte Akzeptanzkriterien bei der Inbetriebnahme
- Reduzierte Service- und Supportfalle durch vorausschauende Wartung
- Höheres Optimierungspotential durch Feedback zur Maschinennutzung
- Auswertbare und vergleichbare Performance
- Typenübergreifende Transparenz
Auch wenn die Vorteile von Maschinenmonitoring klar auf der Hand liegen, stellen sich Produktionsleiter, Prozessingenieure oder Teamleiter aus Sicht der Produktion und Betrieb bei der Auswahl eines entsprechenden Systems zurecht die Frage, was Maschinenmonitoring leisten kann und muss. Auch aus Sicht des Herstellers sehen sich Serviceleiter, Produktmanager und Digitalisierungs-Verantwortliche mit der gleichen Herausforderung konfrontiert. Die Leistungen lassen sich in drei Kernelemente kategorisieren
1. Visualisieren
Maschinendaten zu visualisieren, bedeutet korrekte Zustandswechsel (Produktiv-Geplanter, Stillstand-Ungeplanter, Stillstand-Engineering) oder auftretende Alarme nach Häufigkeit oder Dauer über die Zeit sichtbar zu machen und zu klassifizieren, ob es sich hierbei um Nachrichten, Warnungen oder kritische Fehler handelt. Auch charakterisierende Prozesswerte über die Zeit nachzuverfolgen oder Stückzahlen in Gut- oder Schlechteile einordnen zu können, sorgt für eine einheitliche Visualisierung über alle Anlagen hinweg.
Dargestellt als anschauliche Graphen oder komprimierte und dynamische Dashboards können Informationen gut aufbereitet abgerufen und weiterverarbeitet werden.
2. Analysieren
Die Analyse von Maschinendaten greift eine Ebene tiefer. Hier unterstützt das Maschinenmonitoring dabei die Daten zu korrelieren, um Zusammenhänge besser erkennen zu können. So z.B. die Korrelation von Status und Alarmen oder Durchsätzen sowie die Korrelation von bestimmten Prozesswerten. Letzteres geht so weit, dass relevante Parameter als Profile vordefiniert angelegt werden können. So stehen die wichtigsten Parameter zeitsparend mit einem Klick dem gesamten Team als auch dem Endkunden zur Verfügung. Funktionen wie Zoomen, Ein- und Ausblenden von Werten oder deren Live-Anzeige entlang der dargestellten Kurven erleichtert das Eintauchen in die visualisierten Datensätze und speziell auffälligen Anomalien.
Dank der Abbildung branchen- oder gar kundenspezifischer Kennzahlenmodellen kann die Gesamtanlageneffizienz (OEE), Verfügbarkeit oder Prozessleistung von Maschinen unternehmensspezifisch ermittelt werden können. Dies erhöht zum einen die Vergleichbarkeit von Maschinen, auf der anderen Seite gibt es dem Maschinen- und Anlagenbau die Möglichkeit, für den Betrieb oder Kunden etablierte Kennzahlen individuell festzulegen. Das System passt sich dem Unternehmen an, nicht umgekehrt.
3. Vorausschauend agieren
Vorausschauendes Agieren setzt voraus, dass Anwender alle erforderlichen Informationen gut aufbereitet zum richtigen Zeitpunkt vorliegen haben, um klare Entscheidungen zu treffen und effizient handeln zu können. Das Maschinenmonitoring kann auch hierbei unterstützen, indem wichtige Maschinendaten genutzt werden, um Anwender frühzeitig über Abweichungen oder Auffälligkeiten (z.B. Grenzwertüberschreitungen, kritische Alarme oder Zustandswechsel) per E-Mail oder Push-Benachrichtigung über mobile Endgeräte zu informieren.
Außerdem können Maschinendaten in Echtzeit ein hilfreicher Auslöser für notwendige Wartungen und Instandhaltungen sein. Nicht selten kommt es zu unvorhergesehenen Entwicklungen wie abweichende Prozesswerte oder Alarme, tatsächlich erreichte Betriebszeit oder das Überlaufen eines Zählers oder Schaltzustands. Diese werden neben zyklischen Wartungen vorrausschauend abgefangen und können direkt als anstehende Wartung eingeplant werden.
On-Premise oder Cloud Hosting?
Hier scheiden sich die Geister. Obwohl die Akzeptanz und Verbreitung von Cloudanwendungen (Public, Private & Hybrid) kontinuierlich wächst und das über alle Branchen hinweg, haben On-Premise gehostete Anwendungen weiterhin ihren festen Platz in der IT-Infrastruktur. Auch zwischen Fabrikbetreiber und Maschinenhersteller werden unterschiedliche Anforderungen ans Hosting des Maschinenmonitoring gestellt. Die Unterschiede betreffen meist Datenschutz, Kosten, Wartung, Skalierbarkeit, Time-to-Market und mobile Verfügbarkeit.
| Kriterien/Hosting | On-Premise | Cloud |
|---|---|---|
| Datenschutz | Verantwortung liegt im eigenen Unternehmen, Nutzung im eigenen Netzwerk | Cloud-Provider stellt Datensicherheit während des Transfers über das Internet und den laufenden Betrieb sicher |
| Kosten | Hohe initiale Anschaffungskosten für Infrastruktur und IT sowie Know-how in Cybersecurity | Abo-Modell Software-as-a-Service erzeugt planbare, wiederkehrende Kosten |
| Wartung | Erfolgt durch eigene IT bzw. aus der Ferne durch externe Dienstleister | Updates sind automatisch verfügbar, Service-Verfügbarkeit wird durch den Provider sichergestellt |
| Skalierbarkeit | Beschaffung zusätzlicher Hardware und Lizenzen langwierig | Zusätzliche Funktionen und Clouddienste können einfach gebucht oder abbestellt werden |
| Mobile Verfügbarkeit | Sind alle Anwender hauptsächlich an einem Ort tätig, bieten sich on-premise Server an, da ein mobiler Zugang für Fabrikbetreiber nicht notwendig ist. | Für Maschinen oder IoT-Geräte, die 24/7 aktiv und verbunden sein müssen oder im Service eine Zusammenarbeit in Echtzeit den Unterschied macht, ist eine mobile Verfügbarkeit von überall und jederzeit über PC oder mobiles Endgerät essenziell. |
| Time-to-Market | On-Premise Projekte brauchen in der Regel deutlich länger, abhängig von verfügbaren Ressourcen. | Neue Funktionalitäten können deutlich schneller und in hoher Taktrate ausgerollt werden, da Cloud-Dienste für kontinuierliche Änderungen ausgelegt sind. |
Wo Fabrikbetreiber bevorzugt auf On-Premise Hosting setzen, ziehen Maschinenhersteller das Cloudhosting vor, entsprechend kommen entweder das FabEagle®Monitoring oder die EquipmentCloud® zum Einsatz. Beide Produktevarianten verbindet die gleiche Datenbankstruktur, aber das Hosting und der Funktionsumfang variieren. Darüber hinaus sind kundenspezifische Anpassungen und die Nutzung einzelner Funktionen bei FabEagle®Monitoring fester Bestandteil des Angebots, wohingegen die EquipmentCloud® als agile Ready-to-Use Lösung überzeugt.
Egal für welche Lösung sich Unternehmen aus dem Maschinen- und Anlagenbau entscheiden, eins ist klar: Maschinenmonitoring steigert die Produktivität durch Transparenz in der Fertigung, wovon Hersteller wie Betreiber der Anlagen gleichermaßen profitieren. Damit ebenen Hersteller wie Betreiber den Weg zu vorausschauender Wartung und maschinellem Lernen – zwei Bereiche in denen noch viel Potential steckt. Ein Grund mehr also, dass sich beide Seiten auf Augenhöhe begegnen und einen sicheren, aber offenen Austausch von Maschinendaten forcieren.