MES in der Zerspanung: Was CNC-Betriebe wirklich messen sollten

In einer Zerspanung laufen teure Maschinen, aber sie laufen selten so lange, wie der Schichtplan erwarten lässt. Die Zeit geht beim Rüsten verloren, beim Warten auf das Programm oder das Material, bei der Erstteilprüfung und bei Störungen, die niemand aufschreibt. Ein MES soll diese Zeit sichtbar machen. In der Zerspanung gelten dafür eigene Regeln: kleine Lose, ein gemischter Maschinenpark mit Steuerungen aus mehreren Jahrzehnten und Arbeitsgänge, deren Vorgabezeit oft nur geschätzt ist.

Dieser Beitrag zeigt, welche Daten ein CNC-Betrieb wirklich braucht, woher sie kommen und was ein MES in der Zerspanung leistet und was nicht.

Warum die Zerspanung anders gemessen werden muss

In einer Serienfertigung mit langen Losen ist der Leistungsverlust oft der größte Hebel. In der Zerspanung ist es meist die Verfügbarkeit. Drei Gründe:

• Rüsten dominiert. Bei Losgrößen von wenigen bis einigen hundert Teilen kann der Rüstvorgang einen großen Teil der Belegungszeit ausmachen. Wer Rüstzeiten nicht getrennt erfasst, sieht nur „Maschine steht“.
• Die Maschine wartet auf Menschen. Programm einfahren, Werkzeug voreinstellen, Erstteil messen, Freigabe durch die Qualität: Die Maschine ist technisch bereit, produziert aber nicht. Diese Zeiten tauchen in keiner Störmeldung auf.
• Vorgabezeiten sind Schätzungen. Der Leistungsgrad der OEE vergleicht die tatsächliche mit der geplanten Bearbeitungszeit. Stimmt die geplante Zeit nicht, stimmt auch die Kennzahl nicht. Ein MES liefert hier zuerst Ist-Zeiten, aus denen sich realistische Vorgaben ableiten lassen.

Welche Daten ein CNC-Betrieb braucht

Für den Einstieg reichen wenige Signale. Entscheidend ist, dass sie automatisch kommen und dass jeder Stillstand einen Grund bekommt.

Programmname, Vorschub oder Spindellast sind nützlich, aber für den Anfang nicht nötig. Wer zuerst weiß, wie viel Zeit am Tag wirklich zerspant wird und wohin der Rest geht, hat die wichtigste Frage beantwortet.

Woher die Daten kommen: neue und ältere Maschinen

Der typische Maschinenpark einer Zerspanung ist gewachsen: ein neues Bearbeitungszentrum neben Drehmaschinen, die seit zwanzig Jahren laufen. Für beide gibt es einen Weg.

Neuere Werkzeugmaschinen bieten oft eine OPC-UA-Schnittstelle. Für Werkzeugmaschinen gibt es dafür eine eigene Beschreibung, die OPC 40501-1 „OPC UA for Machine Tools – Part 1: Machine Monitoring and Job Management“. Die Initiative umati („universal machine technology interface“) arbeitet mit Maschinenbauern und Softwareanbietern daran, dass solche Schnittstellen herstellerübergreifend gleich funktionieren. Wie viel davon an einer konkreten Maschine freigeschaltet ist, hängt von Steuerung, Ausstattung und Hersteller ab.

Ältere Maschinen haben diese Schnittstelle nicht. Dann reicht ein digitales Signal, etwa von der Signalleuchte: Läuft, steht, Störung. Zusammen mit einem Zählimpuls und dem Stillstandsgrund vom Bediener ergibt das bereits Verfügbarkeit, Stückzahl und die wichtigsten Verlustgründe. In SYMESTIC laufen solche Signale über das DI Cloud Gateway, ohne Eingriff in die SPS. Hat eine Maschine eine netzwerkfähige Schnittstelle wie OPC UA oder Modbus, ist in der Regel kein zusätzliches Gerät nötig (siehe Preise, Abschnitt Hardware). Mehr zu den Wegen steht in Maschinendatenerfassung.

Die Verluste, die in der Zerspanung zählen

Ein Stillstandskatalog für eine CNC-Fertigung sollte kurz sein, sonst wählt der Bediener immer „Sonstiges“. Bewährt haben sich Gründe, die eine Zuständigkeit haben:

• Rüsten, getrennt nach Umrüsten und Werkzeugwechsel im Los. Das ist die Grundlage für jede Arbeit nach SMED.
• Warten auf Programm oder Freigabe (Arbeitsvorbereitung, Programmierung, Qualität).
• Warten auf Material oder Rohteil (Logistik).
• Messen und Erstteilprüfung, wenn die Maschine dafür stillsteht.
• Technische Störung (Instandhaltung).
• Kein Auftrag (Planung). Dieser Grund gehört nicht in die OEE, sondern zeigt Kapazität, die nicht genutzt wird.

Nach einigen Wochen zeigt die Auswertung, welcher dieser Gründe die meiste Zeit kostet. Erst dann lohnt die Frage, ob Rüstzeiten, Programmierung oder Materialfluss der erste Hebel sind. Wie Rüstzeiten gemessen und gesenkt werden, beschreibt Rüstzeiten.

Was ein MES in der Zerspanung leistet und was nicht

Ein MES erfasst, was an der Maschine passiert, ordnet es dem Auftrag zu und meldet es zurück. Drei Aufgaben, die in der Zerspanung oft mit dem MES verwechselt werden, sind eigene Disziplinen. Klären Sie im Auswahlgespräch, ob ein Anbieter sie selbst abdeckt oder an ein bestehendes System anbindet:

SYMESTIC bietet keine eigene Feinplanung, sondern bindet bestehende APS-Systeme bidirektional an. Die Feinplanung bekommt damit die Ist-Zeiten aus der Fertigung, und ihr Plan wird nicht mehr gegen geschätzte Zeiten gerechnet. Was Feinplanung leisten muss, steht im Glossar.

Aus unseren Vertriebsgesprächen

So fangen Sie an

1. Zwei bis drei Engpassmaschinen wählen, am besten eine neue und eine ältere. So sehen Sie beide Anbindungswege.
2. Stillstandskatalog mit höchstens acht Gründen festlegen, jeder mit einer zuständigen Stelle.
3. Vier Wochen messen, ohne etwas zu ändern. Die erste Auswertung ist der Ist-Zustand, nicht das Ergebnis.
4. Den größten Verlustgrund angehen und danach die Vorgabezeiten mit den gemessenen Ist-Zeiten abgleichen.

Wer wissen will, wie das an der eigenen Maschine aussieht, kann das in einer kostenlosen Live-Demo am eigenen Anwendungsfall durchgehen. Wie SYMESTIC in der Metallverarbeitung eingesetzt wird, zeigt die Seite Metallverarbeitung.

Häufige Fragen

Lohnt sich ein MES für eine kleine Zerspanung?

Das hängt weniger von der Zahl der Maschinen ab als von den Kosten einer Stillstandsstunde. Bei teuren Bearbeitungszentren kann sich Transparenz schon an wenigen Maschinen rechnen. Wann ein MES nicht sinnvoll ist, beschreibt Wann lohnt sich ein MES nicht?

Kann man alte CNC-Maschinen ohne Eingriff in die Steuerung anbinden?

Ja. Über ein digitales Signal, etwa von der Signalleuchte, lassen sich Lauf, Stillstand und Störung erfassen, ohne die SPS zu verändern. Prozesswerte wie Spindellast liefert dieser Weg nicht.

Ist die OEE in der Einzel- und Kleinserienfertigung aussagekräftig?

Verfügbarkeit und Qualität ja. Der Leistungsgrad nur, wenn die Vorgabezeiten stimmen. Deshalb lohnt es sich, die Vorgaben nach einigen Wochen mit den gemessenen Ist-Zeiten abzugleichen.