Ein Schokoladenhersteller digitalisiert seine Verpackungslinien für eine automatisierte OEE-Überwachung. Er führt dafür eine integrierte IoT-Lösung ein, die präzise Maschinendaten ermittelt und damit für fundierte Entscheidungen sorgt. Die modulare Architektur erlaubt eine flexible Ausweitung und bietet neue Potenziale auch für andere Branchen.
IoT-Experte und Mitentwickler der Lösung 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: Unbekannte Effektivität der Verpackungsmaschinen
Ein mittelständischer Schokoladenhersteller will seine Fertigung optimieren und ergänzt dafür seine Verpackungslinien mit einer OEE-Überwachung in Echtzeit. OEE steht für „Overall Equipment Effectiveness“, auf Deutsch „Gesamtanlageneffektivität“. Unternehmen erkennen an der Kennzahl, wie erfolgreich ihre Produktionsanlagen arbeiten. Die OEE ist das Produkt aus Verfügbarkeit, Leistung und Qualität in Prozent.
OEE = Verfügbarkeit x Leistung x Qualität
- Verfügbarkeit misst, wie oft und wie lange eine Maschine tatsächlich für die Produktion genutzt werden kann.
- Leistung bewertet, ob die Maschine ihre optimale Arbeitsgeschwindigkeit erreicht und aufrechterhält.
- Qualität gibt an, wie viele der produzierten Teile fehlerfrei sind.
Ein Wert von 100 Prozent bedeutet, dass eine Anlage ohne Unterbrechung, mit maximaler Geschwindigkeit und fehlerfrei produziert. Die OEE-Überwachung bietet klare Vorteile:
- Erstens hilft der OEE-Wert dabei, Produktionsverluste sichtbar zu machen, indem er die Ursachen für Stillstände, langsame Prozesse oder Qualitätsprobleme offenlegt.
- Zweitens unterstützt der Wert eine gezielte Verbesserung der Produktionsprozesse, da Schwachstellen präzise erkannt werden.
- Drittens führt eine konsequente Anwendung des OEE zu Kosteneinsparungen, weil Stillstände reduziert, die Produktivität erhöht und Ausschüsse minimiert werden.
Fehlende Transparenz bei Störungen
Durch OEE-Überwachung erhalten Unternehmen verlässliche Kennzahlen für strategische Entscheidungen. Sie können damit sämtliche Produktionsanlagen langfristig optimieren und damit die Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens stärken. Werden die Einzelwerte der OEE nicht hinreichend präzise ermittelt, bleiben Schwachstellen im Produktionsprozess unerkannt. Dafür war es aber notwendig, die entsprechenden Maschinen zu digitalisieren. Eine automatisierte Ermittlung der Basiswerte für die OEE über einen längeren Zeitraum hinweg ermöglicht es, ausreichend Daten zu ermitteln.
Herausforderungen im Überblick
- Fehlende Echtzeitdaten erschweren die Ursachenanalyse
- Unpräzise Kennzahlen verhindern Prozessverbesserungen
- Versteckte Stillstände beeinträchtigen die Auslastung
- Hoher Aufwand bei nachträglicher Datenerhebung
Die Lösung: IoT-gestützte OEE-Überwachung in Echtzeit
Das Unternehmen hat Perinet und Zentinel MDS beauftragt, eine speziell an die Fertigungsanlage angepasste IoT-Lösung zu entwickeln. Die digitale OEE-Überwachung erfasst Maschinensignale in Echtzeit. Dazu zählen die Produktionsgeschwindigkeit, die Anzahl fehlerfreier und fehlerhafter Einheiten sowie Lauf- und Stillstandszeiten. Intuitiv bedienbare Dashboards visualisieren die Kennzahlen und Detailberichte analysieren sie gezielt.
Modularer Aufbau mit Industriekomponenten
Das IoT-System kombiniert einen IoT-Adapter, einen Edge-Server und Single Pair Ethernet (SPE). Die Architektur ist skalierbar angelegt, sodass weitere Maschinen oder zusätzliche Sensoren problemlos eingebunden werden können, auch bei wachsenden Produktionsumfängen.
Der ZentNodeOEE-Adapter ist speziell für die automatische Erfassung von Produktionsdaten in Industrieumgebungen entwickelt worden. Er kann kritische Leistungskennzahlen ohne Eingriffe in bestehende Maschinensteuerungen überwachen, etwa produzierte Einheiten, Ausschussraten, Verfügbarkeit und Ausfallzeiten.
Der ZentEdge-Server ist ein robuster Edge-Computer, der die Maschinendaten aus ZentNode sammelt, speichert und verarbeitet. Sie werden in der SQL-Datenbank von ZentEdge gespeichert und über Standard-IT-Protokolle für Ihre bestehenden Systeme zugänglich gemacht. ZentEdge dient als Brücke zwischen Betriebs- (OT) und Informationstechnologie (IT).
Single Pair Ethernet (SPE) übernimmt die Kommunikation zwischen den einzelnen Komponenten. Es ermöglicht die Datenübertragung mit 100 Mbps und die Stromversorgung über ein einziges Kabel, wodurch der Installationsaufwand erheblich verringert wird. SPE macht komplexe Gateways überflüssig und erlaubt die Integration industrieller Geräte in IT-Netzwerke mit Standardprotokollen wie HTTPS und MQTT oder über eine REST-API. Die gesamte Datenübertragung ist zudem durch mTLS-Zertifikate abgesichert.
Transparente Prozesse und neue Einsatzfelder
Mit der neuen OEE-Überwachung erhält der Hersteller unmittelbare Transparenz über den Zustand seiner Verpackungslinien. Die gesammelten Daten ermöglichen eine fundierte, langfristige Analyse zur kontinuierlichen Verbesserung der Prozesse. Die Verantwortlichen können nun gezielt auf Ursachen für Leistungsverluste reagieren und frühzeitig Gegenmaßnahmen einleiten.
Das System erfordert keine Änderung an der Maschinensteuerung. Es ist modular aufgebaut und lässt sich problemlos auf weitere Maschinen und Anlagen ausweiten. Diese Flexibilität erlaubt eine stufenweise Digitalisierung, angepasst an die Rahmenbedingungen eines Unternehmens. Deshalb eignet sich die OEE-Überwachung für zahlreiche industrielle Anwendungsbereiche:
- Konsumgüterproduktion
- Textil- und Papierverarbeitung
- Logistikzentren
- Elektronik
- Kunststofffertigung
In all diesen Bereichen bietet die kontinuierliche OEE-Überwachung wertvolle Einblicke in die tatsächliche Leistungsfähigkeit der Anlagen. Das System trägt dazu bei, Prozesse transparent zu gestalten und schafft eine Grundlage für datengestützte Entscheidungen.
Das Ergebnis: Verbesserte Entscheidungsgrundlage durch OEE
Die Einführung einer OEE-Überwachung markiert einen wichtigen Schritt in Richtung einer datengestützten, kontinuierlich optimierten Produktion. Die IoT-Lösung zeigt, wie sich mit einem relativ geringen Eingriff in bestehende Strukturen ein digitaler Mehrwert schaffen lässt. Das System erlaubt die präzise Erfassung und Analyse zentraler Kennzahlen wie Verfügbarkeit, Leistung und Qualität. Die klare Visualisierung der Produktionsdaten unterstützen die Verantwortlichen dabei, gezielt zu reagieren und langfristige Verbesserungen umzusetzen.
Ergebnisse im Überblick
- Datenbasierte Reaktion auf Leistungsverluste möglich
- Verpackungslinien lassen sich gezielt verbessern
- IoT-Lösung funktioniert ohne Eingriffe in Maschinensteuerung
- System flexibel auf neue Maschinen erweiterbar
