Produktionsdatenerfassung (PDE): Was erfasst wird und warum

Was ist Produktionsdatenerfassung (PDE)?

Produktionsdatenerfassung (PDE) bezeichnet die systematische Erfassung aller Daten, die während der Fertigung entstehen: Maschinenzustände, Stückzahlen, Stillstände, Auftragsfortschritte, Qualitätsergebnisse, Prozesswerte. PDE ist der Oberbegriff, der im deutschsprachigen Raum Maschinendatenerfassung (MDE), Betriebsdatenerfassung (BDE) und Prozessdatenerfassung zusammenführt.

Das Problem, das PDE löst, ist in jeder produzierenden Firma dasselbe: Ohne systematische Datenerfassung weiß niemand in Echtzeit, was am Shopfloor passiert. Die Maschine steht, aber der Produktionsleiter erfährt es erst am nächsten Morgen. Der Auftrag ist angeblich zu 80 % fertig, aber niemand hat die tatsächliche Stückzahl gezählt. Die Rüstzeit war angeblich 20 Minuten, aber in Wirklichkeit waren es 45. Schmiedetechnik Plettenberg beschreibt den Zustand vor der Einführung von PDE so: "Produktionsdaten wurden überwiegend manuell erfasst, Maschinenzustände waren nur begrenzt sichtbar und Abweichungen wurden oft erst im Nachgang erkannt."

PDE macht den Unterschied zwischen "Wir glauben, unsere Produktion zu kennen" und "Wir wissen es, weil die Daten es zeigen."

BDE, MDE und Prozessdaten: Wer erfasst was?

PDE besteht aus drei Bausteinen, die unterschiedliche Daten auf unterschiedliche Weise erfassen:

Der Wert entsteht, wenn diese drei Bausteine verknüpft werden. Ein Maschinenstillstand (MDE) wird erst dann analysierbar, wenn ein Stillstandsgrund gebucht ist (BDE). Ein Qualitätsdefekt (BDE) wird erst dann erklärbar, wenn die Prozesswerte während der Fertigung bekannt sind (Prozessdaten). Ein Auftrag (BDE) wird erst dann in der OEE bewertbar, wenn Laufzeit, Taktzeit und Stückzahlen automatisch erfasst sind (MDE).

Was ohne PDE passiert: Der typische Alltag

Wie PDE technisch funktioniert: Vom Signal zum Dashboard

Die technische Umsetzung von PDE besteht aus drei Schichten: Signalerfassung an der Maschine, Datenübertragung in die Cloud, Verarbeitung und Visualisierung im MES.

Schicht 1: Signalerfassung an der Maschine. Jede Maschine liefert Signale, auch wenn sie keine moderne Steuerung hat. Das einfachste Signal: Ein digitaler Ausgang, der "Maschine läuft" oder "Maschine steht" meldet. Dazu ein Stückzähler, der bei jedem produzierten Teil einen Impuls gibt. Diese beiden Signale reichen für MDE: Maschinenzustand, Laufzeit, Stillstände, Stückzahl, Taktzeit. Bei Klocke: "Alle Anlagen sind über etliche DI-Geräte vernetzt und benötigen keine LAN-Infrastruktur." Bei modernen Steuerungen kommen über OPC UA weitere Daten: Alarme, Prozesswerte, Programmnummern. Bei Brita: "Anbindung moderner Linien an Linienleitrechner System über OPC-UA, um Alarme aufzunehmen."

Schicht 2: Datenübertragung. Die Maschinensignale werden über ein IoT-Gateway (digitale I/O-Box, Edge-Gateway oder OPC-UA-Connector) an die Cloud gesendet. Die Übertragung läuft über LAN, WLAN oder Mobilfunk (LTE). Bei Carcoustics: "OT-Integration über IXON IoT Geräte und dem MQTT-Protokoll in MS Azure." Das Gateway puffert Daten bei Verbindungsunterbrechungen, sodass keine Datenpunkte verloren gehen. Die Installation eines Gateways dauert typischerweise 2 bis 4 Stunden pro Maschine, ohne SPS-Eingriff und ohne Produktionsunterbrechung.

Schicht 3: Verarbeitung und Visualisierung. Im MES werden die Rohdaten mit Kontext verknüpft: Welcher Auftrag lief, welche Schicht, welcher Werker. Daraus entstehen Kennzahlen (OEE, Verfügbarkeit, Leistung, Qualität), Dashboards (Echtzeit-Shopfloor-Monitor, Linienübersicht, Werksvergleich), Reports (Schichtbericht, Stillstandspareto, Trendanalyse) und Alarme (Benachrichtigung bei Stillstand über Schwellenwert). Bei Schmiedetechnik Plettenberg: "Bereits nach kurzer Zeit konnte das Team an der Linie Echtzeitdaten zu Taktzeiten, Mengen, Stillständen und Ablaufabweichungen einsehen."

Kundenbeispiele: PDE als Einstieg in die Digitalisierung

Schmiedetechnik Plettenberg (Metallverarbeitung): Von manueller Erfassung zu Echtzeit. Vorher: "Produktionsdaten wurden überwiegend manuell erfasst." Die Einführung begann mit einer Maschine, einem Workshop und Live-Dashboards. "Bereits nach kurzer Zeit konnte das Team an der Linie Echtzeitdaten zu Taktzeiten, Mengen, Stillständen und Ablaufabweichungen einsehen." Dann ERP-Integration: "Sobald ein Fertigungsauftrag im ERP freigegeben wird, stehen alle relevanten Arbeitsgänge automatisch in SYMESTIC bereit." Thorsten Manns: "SYMESTIC verschafft uns eine durchgängige Echtzeittransparenz, die wir in dieser Form vorher nicht hatten."

Klocke (Pharma, Verpackung): PDE ohne LAN-Infrastruktur. "Alle Anlagen sind über etliche DI-Geräte vernetzt und benötigen keine LAN-Infrastruktur." Das ist entscheidend für Unternehmen, bei denen eine Netzwerkverkabelung jeder Maschine zu aufwendig oder zu teuer wäre. Die DI-Gateways (Digital Input) erfassen Maschinensignale und übertragen sie drahtlos. "Erfassung von Stückzahlen und Stillständen über DI-Gateway." Ergebnis: "7h mehr Produktionszeit innerhalb einer Woche. 12 % Verbesserung der Ausbringung."

Neoperl (Building, Montagemaschinen): PDE mit automatischer Stillstandsbegründung. Bei den meisten PDE-Implementierungen bucht der Werker den Stillstandsgrund manuell. Bei Neoperl geht das automatisch: "SPS-basierte Alarmerfassung und automatische Stillstandsüberwachung. Begründung technischer Stillstände durch die Anlage ohne Eingriff der Mitarbeitenden." Das erhöht die Datenqualität, weil kein manueller Schritt vergessen oder falsch gebucht werden kann. "Korrelation von SPS-Alarmen mit Stillständen und Qualitätsdefekten." Ergebnis: "10 % weniger Stillstände. 15 % weniger Ausschuss."

Carcoustics (500+ Anlagen, 7 Länder): PDE im Enterprise-Maßstab. "Skalierung innerhalb von 6 Monaten auf 500+ Anlagen in allen Werken." Das zeigt, dass PDE kein Pilotprojekt bleiben muss. Die Anbindung über IXON IoT und MQTT erlaubt die schnelle Skalierung auch auf Brownfield-Anlagen. "Konzernweite Analyse zu Performance Kennzahlen." Ergebnis: "4 % Reduktion von Stillstandszeiten. 8 % Verbesserung der Verfügbarkeit."

Brita (FMCG, Montagelinien): PDE über OPC UA an modernen Linien. "Übernahme digitaler Maschinensignale zur Erfassung der tatsächlichen Ausbringung. Stillstands-Signale werden über Digitale Signale abgegriffen und transparent dargestellt." Bei Brita werden zwei Anbindungswege kombiniert: Digitale Signale für Basisdaten und OPC UA für Alarme und erweiterte Daten. "Anbindung moderner Linien an Linienleitrechner System über OPC-UA, um Alarme aufzunehmen." Ergebnis: "5 % Reduktion von Stillstandszeiten. 7 % Verbesserung der Ausbringung."

Häufige Fragen zur Produktionsdatenerfassung

Ist PDE nur etwas für große Unternehmen?

Nein. PDE ist besonders für mittelständische Unternehmen relevant, weil dort der Hebel am größten ist. Wer bisher mit Papier und Excel arbeitet, erlebt beim Umstieg auf automatische Datenerfassung den größten Transparenzsprung. Klocke hat mit einer Verpackungslinie begonnen und innerhalb von 3 Wochen auf alle Linien skaliert. Der Einstieg erfordert keine IT-Abteilung und kein Großprojekt.

Können auch alte Maschinen angebunden werden?

Ja. Jede Maschine, die ein elektrisches Signal liefert ("Maschine läuft"), kann angebunden werden. Digitale I/O-Gateways erfassen diese Signale ohne SPS-Eingriff und ohne Produktionsunterbrechung. Bei Klocke: "Alle Anlagen sind über etliche DI-Geräte vernetzt und benötigen keine LAN-Infrastruktur." Bei Carcoustics werden "IXON IoT Geräte und das MQTT-Protokoll" genutzt. Die Installation dauert typischerweise 2 bis 4 Stunden pro Maschine.

Was ist der Unterschied zwischen PDE und MDE?

MDE ist ein Baustein von PDE. MDE erfasst automatisch Maschinensignale: Zustand, Stückzahl, Taktzeit, Alarme. PDE umfasst zusätzlich BDE (Auftragsdaten, Stillstandsgründe, Werker-Buchungen) und Prozessdatenerfassung (Temperatur, Druck, Energie). PDE ist die Gesamtheit aller Daten, die für OEE, Qualität und Fertigungssteuerung benötigt werden.

Brauche ich für PDE ein MES?

Für die reine Datenerfassung nicht. Ein IoT-Gateway und ein einfaches Dashboard reichen für den Einstieg. Sobald die Daten mit Aufträgen, Schichtplänen, Stillstandskategorien und ERP-Rückmeldungen verknüpft werden sollen, wird ein MES zum effizienteren Weg. Das MES ist die Anwendungsschicht, die aus PDE-Rohdaten Kennzahlen, Workflows und Entscheidungsgrundlagen macht.

Wie schnell zeigt PDE Ergebnisse?

Der Effekt ist sofort sichtbar. Sobald die erste Maschine automatisch Daten liefert, werden Stillstände, Taktzeitverluste und Leistungsabweichungen sichtbar, die vorher unbekannt waren. Uwe Kobbert (CEO SYMESTIC): "Fast jedes Mal, wenn wir die erste automatische Datenerfassung einschalten, zeigt sich ein anderes Bild als erwartet. Die Verfügbarkeit liegt niedriger, die Mikrostillstände sind häufiger, die Rüstzeiten länger als gedacht." Bei Klocke: "7h mehr Produktionszeit innerhalb einer Woche." Das ist eine Woche nach Go-Live.

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.