Produktionsparameter in der Fertigung: Definition und Praxis

Was sind Produktionsparameter?

Produktionsparameter sind die physikalischen, technischen und organisatorischen Größen, die einen Fertigungsprozess beschreiben und bestimmen. In der diskreten Fertigung umfasst das alle messbaren Variablen, die den Zustand einer Maschine und den Verlauf eines Produktionsprozesses charakterisieren: Temperaturen, Drücke, Drehmomente, Zykluszeiten, Drehzahlen, Vorschübe, Energieverbräuche, Werkzeugstandzeiten und viele mehr.

Der Begriff wird in der Praxis unterschiedlich verwendet. Manche Unternehmen sprechen von "Prozessparametern", wenn sie physikalische Größen meinen (Temperatur, Druck, Kraft), und von "Maschinenparametern", wenn sie Einstellungen der Steuerung meinen (Drehzahl, Vorschub, Programmnummer). Andere fassen beides unter "Produktionsparameter" zusammen. In diesem Artikel verwenden wir "Produktionsparameter" als Oberbegriff für alle messbaren Größen, die den Fertigungsprozess beeinflussen.

Das Grundproblem in vielen Fertigungen: Produktionsparameter werden zwar in der SPS oder in der Maschinensteuerung erfasst und verarbeitet, aber sie verlassen die Maschine nicht. Die SPS regelt den Prozess (Temperatur halten, Druck aufbauen, Zyklus starten), aber sie speichert die Daten nicht langfristig, sie korreliert sie nicht mit Auftragsdaten und sie stellt sie nicht anderen Systemen zur Verfügung. Wenn der Ausschuss steigt, weiß der Qualitätsmanager nicht, ob gleichzeitig ein Prozessparameter abgewichen ist. Wenn die Maschine häufiger steht, weiß die Instandhaltung nicht, ob ein schleichender Parameterverlauf das Problem ankündigt hat.

Ein MES mit Prozessdatenerfassung löst dieses Problem, indem es die Parameter aus der Maschinensteuerung ausliest, speichert und mit Auftrags-, Qualitäts- und Stillstandsdaten verknüpft. Damit wird aus einer isolierten Maschinenregelung eine werksweite Datenbasis für Analyse, Optimierung und Rückverfolgbarkeit.

Welche Produktionsparameter in der diskreten Fertigung relevant sind

Die relevanten Parameter hängen vom Fertigungsverfahren ab. In der diskreten Fertigung, also überall dort, wo zählbare Teile in Serien- oder Chargenfertigung hergestellt werden, gibt es drei Hauptkategorien:

Konkrete Beispiele nach Fertigungsverfahren:

Spritzguss. Massetemperatur, Werkzeugtemperatur, Einspritzgeschwindigkeit, Nachdruck, Nachdruckzeit, Dosierweg, Kühlzeit, Zykluszeit, Schließkraft. Diese Parameter bestimmen direkt die Teilequalität (Maßhaltigkeit, Oberfläche, Verzug, Lunker).

Metallbearbeitung (CNC-Drehen, Fräsen). Spindeldrehzahl, Vorschub, Schnitttiefe, Werkzeugverschleiß (Standzeit), Kühlmitteldruck, Spindelstrom (als Indikator für Schnittkraft), Werkstücktemperatur.

Umformen (Pressen, Stanzen, Schmieden). Presskraft, Hubzahl, Einzugslänge, Werkzeugtemperatur, Schmiedetemperatur. Bei Schmiedetechnik Plettenberg werden Taktzeiten, Mengen und Stillstände an den Schmiedemaschinen in Echtzeit erfasst und an das MES übermittelt.

Montage. Drehmomente (bei Schraubvorgängen), Einpresskräfte, Prüfspannungen (bei elektrischen Tests), Zykluszeiten pro Station, Pick-by-Light-Signale. Bei Brita werden digitale Maschinensignale zur Erfassung der tatsächlichen Ausbringung an hochautomatisierten Montagelinien abgegriffen.

Warum Prozessdaten die Maschine verlassen müssen

In vielen Fertigungen bleiben Prozessparameter in der SPS oder im Bediengerät der Maschine. Der Maschinenbediener kann sie am Display ablesen. Die Maschinensteuerung regelt den Prozess. Aber niemand sonst hat Zugriff auf die Daten, und nach dem nächsten Rüstvorgang sind sie verschwunden.

Die Konsequenzen:

Qualitätsprobleme bleiben unerklärbar. Wenn die Ausschussrate bei Produkt A plötzlich steigt, beginnt die Suche nach der Ursache. War die Werkzeugtemperatur zu hoch? Hat sich die Massetemperatur verändert? War der Nachdruck korrekt? Ohne gespeicherte Prozessdaten gibt es keine Antwort. Der Qualitätsmanager sieht das Ergebnis (Ausschuss), aber nicht die Ursache (Parameterabweichung).

Schleichende Verschlechterungen werden nicht erkannt. Ein Werkzeug verschleißt nicht von einem Zyklus auf den nächsten. Der Spindelstrom steigt langsam über Tage und Wochen, die Oberflächenqualität verschlechtert sich graduell, bis irgendwann die Toleranz gerissen wird. Ohne historische Prozessdaten gibt es keinen Trend, nur den Moment, in dem das Problem offensichtlich wird.

Rückverfolgbarkeit endet an der Maschine. Für viele Kunden in der Automobilindustrie ist die Rückverfolgbarkeit von Prozessparametern Pflicht: Welches Teil wurde mit welchen Parametern gefertigt? Wenn die Daten nicht die Maschine verlassen, gibt es keine teilebezogene Prozessdokumentation. Im Rückruffall fehlt die Grundlage für die Eingrenzung betroffener Chargen.

Korrelationsanalysen sind unmöglich. Die wertvollste Erkenntnis entsteht, wenn Prozessdaten mit anderen Datenquellen verknüpft werden: Prozessparameter + Stillstände (gab es vor dem Stillstand eine Parameterabweichung?), Prozessparameter + Qualitätsdaten (welche Parameterkonstellation führt zu den wenigsten Ausschussteilen?), Prozessparameter + Maschinenstatus (korreliert der Energieverbrauch mit der Zykluszeit?). Ohne eine übergeordnete Datenbasis bleiben diese Zusammenhänge unsichtbar.

Wie ein MES Produktionsparameter nutzbar macht

Ein MES mit Prozessdatenerfassung liest die relevanten Parameter aus der Maschinensteuerung aus, speichert sie zeitlich geordnet und verknüpft sie mit Auftrags- und Qualitätsdaten. Der Ablauf in der Praxis:

1. Datenerfassung an der Maschine. Die Prozessdaten werden über verschiedene Wege ausgelesen. Bei modernen Steuerungen über OPC UA: Die Maschine stellt ihre Datenpunkte als OPC-UA-Knoten bereit, das MES abonniert die relevanten Variablen. Bei älteren Steuerungen über digitale und analoge I/O-Signale: Ein IoT-Gateway (z. B. das SYMESTIC DI-Gateway) liest Spannungen, Ströme und Schaltsignale direkt an der Maschinenverkabelung ab. Bei Klocke sind alle Anlagen über DI-Geräte vernetzt, ohne dass eine LAN-Infrastruktur benötigt wird. Kein SPS-Eingriff, keine Produktionsunterbrechung.

2. Speicherung und Zuordnung. Jeder erfasste Datenpunkt wird mit einem Zeitstempel versehen und, wenn möglich, einem Auftrag, einem Artikel und einem Teil zugeordnet. Damit entsteht eine lückenlose Prozesshistorie: Welches Teil wurde wann mit welchen Parametern gefertigt?

3. Visualisierung und Alarmierung. Auf dem Dashboard sieht der Maschinenbediener die aktuellen Prozesswerte in Echtzeit. Wenn ein Parameter aus dem definierten Toleranzband läuft, löst das System einen Alarm aus. Bei SYMESTIC geschieht das über das Modul Alarme: konfigurierbare Schwellwerte, Eskalationsstufen und Benachrichtigungen per E-Mail oder Smartphone-App.

4. Korrelation mit Produktions- und Qualitätsdaten. Die Prozessdaten werden mit Stillständen, OEE-Daten und Qualitätsinformationen zusammengeführt. Bei Neoperl hat genau diese Korrelation den entscheidenden Durchbruch gebracht: SPS-Alarme wurden mit Stillständen und Qualitätsdefekten korreliert. Das Ergebnis: 15 Prozent weniger Ausschuss, weil die Ursache-Wirkung-Beziehung zwischen Prozessparametern und Qualitätsproblemen zum ersten Mal sichtbar wurde.

Prozessdaten und OEE: Die fehlende dritte Dimension

Die OEE misst Verfügbarkeit, Leistung und Qualität. Sie zeigt, dass die Qualitätsrate gefallen ist oder dass die Zykluszeit langsamer läuft als geplant. Aber sie zeigt nicht warum.

Prozessdaten liefern das "Warum". Wenn die Qualitätsrate bei einer Spritzgussmaschine von 98 auf 94 Prozent fällt, zeigt die OEE den Verlust. Die Prozessdaten zeigen, dass gleichzeitig die Werkzeugtemperatur um 3 Grad gestiegen ist, weil der Kühlkreislauf teilweise verstopft war. Ohne Prozessdaten bleibt der OEE-Verlust eine Zahl. Mit Prozessdaten wird er eine Handlungsanweisung.

Dasselbe gilt für Leistungsverluste. Wenn die Zykluszeit langsam von 2,4 auf 2,7 Sekunden steigt, zeigt die OEE einen Leistungsverlust von 11 Prozent. Die Prozessdaten zeigen, dass der Spindelstrom gleichzeitig gestiegen ist, was auf zunehmenden Werkzeugverschleiß hindeutet. Der Werkzeugwechsel ist überfällig, nicht weil ein fester Intervall abgelaufen ist, sondern weil die Daten es zeigen.

Produktionsparameter in der Praxis

Neoperl (Vollautomatische Montageautomaten). SPS-basierte Alarmerfassung und automatische Stillstandsüberwachung. Die Korrelation von SPS-Alarmen (also Maschinenparametern und Prozesszuständen) mit Stillständen und Qualitätsdefekten wurde zum zentralen KVP-Werkzeug. Ergebnis: 10 Prozent weniger Stillstände, 15 Prozent weniger Ausschuss, 15 Prozent Produktivitätsgewinn.

Schmiedetechnik Plettenberg (Metallverarbeitung). Echtzeit-Transparenz über Taktzeiten, Mengen, Stillstände und Ablaufabweichungen an den Schmiedemaschinen. Die konsistenten und automatisierten Rückmeldungen ersetzen die vorher manuelle, fehleranfällige Datenerfassung. Ergebnis: weniger Stillstände durch schnellere Ursachenanalyse, nachvollziehbare Produktionshistorie für Qualität, Planung und Steuerung.

Klocke (Pharma-Verpackung). Erfassung von Stückzahlen und Stillständen über DI-Gateway im regulierten Umfeld nach GMP. Im Pharma-Bereich ist die lückenlose Dokumentation von Produktionsparametern besonders wichtig: Jede Abweichung muss nachvollziehbar sein. Ergebnis: 7 Stunden mehr Produktionszeit pro Woche, 12 Prozent höhere Ausbringung.

Brita (Vollautomatische Montagelinien). Übernahme digitaler Maschinensignale zur Erfassung der tatsächlichen Ausbringung. Anbindung moderner Linien an den Linienleitrechner über OPC UA, um Alarme aufzunehmen. Stillstandssignale werden über digitale Signale abgegriffen und transparent dargestellt. Ergebnis: 5 Prozent weniger Stillstände, 7 Prozent höhere Ausbringung.

Was SYMESTIC zur Prozessdatenerfassung beiträgt

SYMESTIC erfasst Produktionsparameter über zwei technische Wege:

OPC UA Cloud Connector. Für moderne Steuerungen (Siemens S7-1500, Beckhoff, Wago und andere), die OPC UA unterstützen. Der SYMESTIC OPC UA Cloud Connector liest die konfigurierten Datenpunkte aus und überträgt sie verschlüsselt in die Cloud-Plattform. Kein SPS-Eingriff nötig.

Digitale I/O-Gateways. Für Bestandsanlagen ohne digitale Schnittstelle. Das Gateway wird an die vorhandene Maschinenverkabelung angeschlossen und liest digitale Signale (Maschinenstatus, Stückzähler, Störmeldungen) sowie analoge Signale (4-20 mA, 0-10 V für Temperaturen, Drücke, Ströme) aus. Installation in zwei bis vier Stunden pro Maschine, kein Netzwerkkabel nötig (LTE-Mobilfunk oder WLAN).

Die erfassten Prozessdaten werden im Modul Prozessdaten gespeichert, visualisiert und mit den Daten aus Produktionskennzahlen (OEE, Stillstände, Zykluszeiten) und Fertigungssteuerung (Aufträge, Mengen, Qualitätsstatus) verknüpft. Damit entsteht ein vollständiges Bild: Welcher Auftrag lief auf welcher Maschine, mit welchen Parametern, mit welcher OEE und mit welchem Qualitätsergebnis.

Häufige Fragen zu Produktionsparametern

Was ist der Unterschied zwischen Produktionsparametern und Prozessdaten?

In der Praxis werden die Begriffe oft synonym verwendet. Technisch bezeichnet "Produktionsparameter" die Steuerungsgrößen, die den Fertigungsprozess bestimmen (z. B. Solltemperatur 230 °C). "Prozessdaten" bezeichnet die tatsächlich gemessenen Werte (z. B. Isttemperatur 228,7 °C). Im MES-Kontext umfasst "Prozessdaten" meist beides: die Sollwerte aus dem Rezept oder Arbeitsplan und die Istwerte, die die Maschine liefert.

Welche Produktionsparameter sollte ich erfassen?

Als Faustregel: Alle Parameter, die die Teilequalität direkt beeinflussen, und alle Parameter, die auf den Maschinenzustand schließen lassen. Im Spritzguss sind das Massetemperatur, Werkzeugtemperatur, Nachdruck und Kühlzeit. In der CNC-Bearbeitung sind das Spindeldrehzahl, Vorschub und Spindelstrom. Ein guter Startpunkt ist die Frage: "Wenn der Ausschuss steigt, welche Parameter würde ich als erstes überprüfen?" Genau diese sollten erfasst werden.

Brauche ich einen SPS-Eingriff, um Prozessdaten zu erfassen?

In den meisten Fällen nicht. Moderne Steuerungen stellen ihre Daten über OPC UA bereit, das MES liest sie ohne Programmänderung aus. Bei älteren Anlagen werden digitale und analoge Signale über ein IoT-Gateway direkt an der Maschinenverkabelung abgegriffen. SYMESTIC installiert das Gateway in zwei bis vier Stunden pro Maschine, ohne SPS-Eingriff, ohne Produktionsunterbrechung.

Wie hängen Produktionsparameter und Rückverfolgbarkeit zusammen?

Rückverfolgbarkeit bedeutet, für jedes produzierte Teil dokumentieren zu können, mit welchen Parametern es gefertigt wurde. Im Automotive-Bereich und in der Pharma-Industrie ist das oft Pflicht. Das MES ordnet die erfassten Prozessdaten dem jeweiligen Teil oder der jeweiligen Charge zu. Damit lässt sich im Rückruffall exakt eingrenzen, welche Teile von einer Parameterabweichung betroffen waren.

Wie schnell kann ich Prozessdaten mit SYMESTIC erfassen?

Die Maschinendatenerfassung (Produktionskennzahlen/OEE) ist bei 10 Maschinen in unter einem Monat produktiv. Die Prozessdatenerfassung mit OPC UA oder digitalem I/O-Gateway kann parallel aufgesetzt werden. Ab dem ersten Tag der Datenerfassung sind die Prozessparameter auf dem Dashboard sichtbar.

Über den Autor:

Martin Brandel

MES Consultant und Projektleiter bei der symestic GmbH. Über 30 Jahre Erfahrung in industrieller Automatisierung und Maschinenanbindung. Dipl.-Ing. Nachrichtentechnik.