Energieverbrauch, Auslastung und Taktzeiten sind wichtige Maschinen-KPI. Sie lassen sich mit einer Industrial-IoT-Lösung ohne Eingriffe in bestehende Systeme überwachen. Durch die Nutzung industrietauglicher IT/IoT-Komponenten entsteht eine durchgängige Dateninfrastruktur, die sich nahtlos in bestehende Produktionsumgebungen integriert und neue Potenziale für Effizienz, Nachhaltigkeit und Wartungsplanung erschließt.
Experte für diese Aufgabe ist die Perinet GmbH, die auf Basis von Standards eine durchgängige Infrastruktur von der Feldebene bis zur IT (auch in der Cloud) verwirklicht. Sie bietet damit eine direkte, smarte und sichere Anbindung von Sensoren und Aktoren an Cloud, Internet und Firmen-IT.
Die Herausforderung: Informationsdefizit durch fehlende Maschinen-KPI
Produzierende Unternehmen stehen unter dem ständigen Druck, ihre Maschinen effizienter zu betreiben und gleichzeitig den Energieverbrauch zu senken. Für fundierte Entscheidungen zur Prozessoptimierung fehlen jedoch oft die richtigen Maschinen-KPI. Sie können über das Sammeln von Daten aus Maschinen, Anlagen und ihren Steuerungssystemen gewonnen werden. Doch das ist aus drei Gründen nicht immer möglich:
- Eingriffe in laufende Prozesse sind aus Sicherheitsgründen nicht möglich oder untersagt.
- Eingriffe in interne Funktionen der Systeme sind von den Herstellern vertraglich verboten oder werden technisch verhindert.
- Die Systeme besitzen keine IT-Schnittstellen, die aktuellen Standards folgen. Oft gibt es in solchen Fällen auch keine frei verfügbare Dokumentation der technischen Interna.
Eine kontinuierliche Überwachung und Auswertung dieser Daten ist wichtig, um Störungen frühzeitig zu erkennen – etwa ungewöhnlich hohe Energieverbräuche, häufige Stillstände einzelner Anlagen oder ineffiziente Taktzeiten im Vergleich zum Sollwert.
Produzierende Unternehmen benötigen eine praxistaugliche Lösung, mit der diese Maschinen-KPI präzise und sicher erfasst werden können. Zusammen mit dem Partnerunternehmen Zentinel MDS hat Perinet eine Lösung entwickelt, mit der eine Überwachung und Analyse von Maschinen-KPIs in Rekordzeit umgesetzt werden kann – ohne Änderungen an der Maschinensteuerung oder komplexe Systemintegration.
Herausforderungen im Überblick
- Zugriffe auf Maschinendaten oft nicht möglich
- Fehlende Schnittstellen erschweren die Datenintegration
- Prozessrelevante Maschinen-KPI bleiben dadurch ungenutzt
- Früherkennung von Störungen ohne geeignete Datenbasis kaum möglich
Die Lösung: Analyse ohne Eingriff in bestehende Systeme
Die Softwarelösung von Perinet und Zentinel erfasst Energieverbrauch, Auslastung und Taktzeiten, ohne in bestehende Steuerungssysteme einzugreifen. Sie arbeitet unabhängig von der Maschinenarchitektur und bereitet Betriebsdaten strukturiert auf. Die Lösung fügt sich deshalb nahtlos in bestehende Produktionsumgebungen ein und ist auf zukünftige Anforderungen ausgelegt.
Architektur aus Netzwerkkomponenten und Edge-Server
Das umgesetzte Konzept kombiniert Single Pair Ethernet (SPE), einen Netzwerkadapter, einen Edge-Server und ein zentrales Dashboard zur Visualisierung.
Der ZentNode-Netzwerkadapter eignet sich für die Digitalisierung industrieller Produktionsprozesse. Er erfasst Signale von vorhandenen oder nachgerüsteten Sensoren, verarbeitet sie lokal und überträgt sie sicher via Single Pair Ethernet (SPE) in IT-Systeme. Seine Stärke ist die einfache Implementierung. Er kann ohne Modifikation an bestehenden Maschinen installiert werden. Zudem erfordert er keine SPS-Programmierung und keine komplexe Netzwerkkonfiguration.
Der ZentEdge-Server ist ein robuster Edge-Computer, der die Maschinendaten sammelt, speichert und verarbeitet – in einer SQL-Datenbank. Sie sind dann über Standard-IT-Protokolle für bestehenden Anwendungen zugänglich. ZentEdge nutzt Single Pair Ethernet (SPE), sodass komplexe Gateways überflüssig sind. Er erlaubt die Integration der Betriebstechnologie (OT) in IT-Netzwerke mit HTTPS, MQTT oder REST.
Visualisierung, Anbindung und Zugriffskontrolle
Ein intuitiv bedienbares Dashboard stellt die Maschinen-KPI sowohl in Echtzeit als auch in Form historischer Verläufe dar. Es bietet umfangreiche Filterfunktionen nach Zeiträumen, Maschinen und Kennzahlen sowie verschiedene Visualisierungsarten wie Liniendiagramme, Balkendiagramme und Heatmaps.
Zudem bietet es Trendkurven – etwa der Vergleich des Energieverbrauchs gleicher Maschinen über verschiedene Schichten. Muster und Abweichungen werden so schnell erkannt. Zusätzlich sind automatische Benachrichtigungen möglich, die bei Überschreitung definierter Schwellenwerte informieren. Ein integrierter Event-Log dokumentiert alle Vorfälle mit Zeitstempel und Dauer, was die Ursachenanalyse von Stillständen vereinfacht.
Das Dashboard integriert sich nahtlos in die bestehende IT. Über REST-APIs übermittelt es Daten an MES/ERP-Systeme wie SAP S/4HANA. MQTT bindet IIoT-Plattformen an. Eine rollenbasierte Zugriffskontrolle legt fest, welche Nutzergruppen (z.B. Schichtleiter, Instandhalter) bestimmte Daten einsehen oder Steuerbefehle senden dürfen.
Branchenübergreifende Einsatzmöglichkeiten
Die Lösung lässt sich in vielen Bereichen produktiv einsetzen, zum Beispiel:
- Schwerindustrie: Überwachung energieintensiver Prozesse, etwa in der Stahl- oder Zementherstellung.
- Logistik: Erfassung von Betriebszeiten und Energieverbräuchen zur Vermeidung von Leerlauf und zur vorausschauenden Wartung.
- Lebensmittelindustrie: Überwachung temperatur- und zeitkritischer Prozesse wie Pasteurisierung oder Kühlung.
- Maschinenbau: Nutzung detaillierter Laufzeitdaten zur Qualitätssicherung und zur Früherkennung von Abweichungen in Serienproduktionen.
- Weitere Branchen: Einsatz in der Chemie, Kunststoffverarbeitung oder Verpackungsindustrie zur Kontrolle und Dokumentation von Produktionsparametern.
Das Ergebnis: Transparenz und Optimierung
Die Perinet-Lösung zeigt, wie durch den gezielten Einsatz von IoT-Technologie Maschinenprozesse transparenter gemacht und Maschinen-KPI ermittelt werden – selbst unter schwierigen Rahmenbedingungen. Der modulare Aufbau erleichtert die nachträgliche Integration zusätzlicher Maschinen oder Sensoren, ohne den laufenden Betrieb zu beeinträchtigen.
Der Mehrwert geht weit über die reine Datenvisualisierung hinaus. Die kontinuierliche Analyse der Maschinen-KPI ermöglicht eine gezielte Optimierung des Energieverbrauchs und offenbart Einsparpotenziale. Gleichzeitig erfassen Unternehmen damit Auslastung und Leistungsfähigkeit einzelner Maschinen. Sie gewinnen dadurch eine belastbare Datenbasis beispielsweise für wichtige geschäftliche Entscheidungen.
Der gewonnene Überblick erleichtert die Ressourcenplanung, verbessert die Auslastung bestehender Kapazitäten und fördert einen bewussteren Umgang mit Energie und Betriebskosten. In Kombination mit weiteren Digitalisierungsvorhaben entsteht daraus ein zentraler Baustein für eine zukunftsgerichtete Produktionsstrategie, die technologische Innovation mit betrieblicher Effizienz verbindet.
Ergebnisse im Überblick
- Maschinendaten kontinuierlich erfassen
- Transparente Visualisierung von Maschinen-KPI wie Energieverbrauch und Auslastung
- Schnelle Integration in bestehende IT-Umgebungen
- Datenbasis für Wartung, Effizienzsteigerung und ESG-Berichte
