Prozessdatenerfassung: Definition, Abgrenzung und Praxis

Was ist Prozessdatenerfassung?

Prozessdatenerfassung bezeichnet die automatische Erfassung von physikalischen und technischen Parametern, die während eines Fertigungsprozesses anfallen. Das sind Werte wie Temperatur, Druck, Drehmoment, Strom, Durchfluss, Schwingung oder Kraft, die direkt an der Maschine gemessen und einem Bauteil, einem Arbeitsgang oder einem Fertigungsauftrag zugeordnet werden.

Prozessdaten unterscheiden sich grundlegend von Maschinen- und Betriebsdaten. Maschinendatenerfassung (MDE) erfasst den Zustand der Maschine: läuft sie, steht sie, wie schnell taktet sie? Betriebsdatenerfassung (BDE) erfasst den organisatorischen Kontext: welcher Auftrag, welcher Mitarbeiter, welches Produkt? Prozessdatenerfassung geht tiefer. Sie erfasst, was physikalisch im Prozess passiert: Wie hoch war das Drehmoment beim Verschrauben? Welche Temperatur hatte die Schmelze beim Einspritzen? Wie groß war die Presskraft beim Umformen?

Diese Daten haben zwei Funktionen: Sie dienen der Qualitätssicherung (stimmen die Prozessparameter mit den Vorgaben überein?) und der Prozessoptimierung (welche Parameterkombinationen führen zu den besten Ergebnissen?). In regulierten Umgebungen wie der Automobilindustrie oder der Pharmaverpackung sind Prozessdaten zudem die Grundlage für die Rückverfolgbarkeit: Sie beweisen, dass ein Bauteil unter definierten Bedingungen hergestellt wurde.

MDE, BDE und Prozessdaten: Was erfasst was?

Die drei Begriffe werden in der Praxis häufig vermischt. Sie beschreiben aber unterschiedliche Datenebenen mit unterschiedlichem Nutzen.

In der Praxis braucht ein Fertigungsunternehmen alle drei Ebenen. Die MDE liefert die Grundlage für OEE-Kennzahlen. Die BDE stellt den Bezug zu Aufträgen und Personal her. Die Prozessdatenerfassung liefert die Tiefe, die für Qualitätsanalysen und Rückverfolgbarkeit nötig ist.

Welche Prozessdaten in der Praxis erfasst werden

Welche Parameter relevant sind, hängt vom Fertigungsverfahren ab. Es gibt keine universelle Liste. Aber es gibt typische Muster, die in den meisten diskreten Fertigungen vorkommen.

Spritzguss: Einspritzdruck, Nachdruck, Massetemperatur, Werkzeugtemperatur, Zykluszeit, Dosierweg, Umschaltpunkt. Diese Parameter bestimmen die Teilequalität. Wenn der Nachdruck um 5 Prozent abweicht, kann das zu Einfallstellen oder Gratbildung führen.

Umformtechnik (Pressen, Stanzen): Presskraft, Hubposition, Geschwindigkeit, Werkzeugtemperatur. Bei Schmiedetechnik Plettenberg werden diese Daten genutzt, um Abweichungen im Umformprozess frühzeitig zu erkennen und die Prozessstabilität zu sichern.

Montage und Verschraubung: Drehmoment, Drehwinkel, Einschraubtiefe. In der Automobilindustrie sind diese Werte sicherheitsrelevant. Jede Verschraubung muss dokumentiert und dem verbauten Teil zugeordnet werden.

Schweisstechnik: Schweissstrom, Schweissspannung, Drahtvorschub, Schutzgasdurchfluss. Die Kombination dieser Parameter bestimmt die Nahtqualität.

Verpackung (Pharma, Lebensmittel): Siegeltemperatur, Siegeldruck, Füllmenge, Kontrollwaage, Etikettierdaten. Bei Klocke (Pharma) werden Stückzahlen und Stillstände automatisch erfasst, um die Anlagenverfügbarkeit zu optimieren und die Prozessdokumentation im regulierten Umfeld sicherzustellen.

Wie Prozessdaten technisch erfasst werden

Die technische Erfassung von Prozessdaten ist anspruchsvoller als die Erfassung von Maschinenstatus oder Stückzahlen. Prozessdaten fallen in hoher Frequenz an (oft mehrere hundert Werte pro Sekunde), sie kommen aus unterschiedlichen Quellen (SPS, Sensoren, Messgeräte), und sie müssen einem konkreten Bauteil oder Arbeitsgang zugeordnet werden.

Es gibt drei grundlegende Erfassungswege:

1. Direkte SPS-Anbindung über OPC UA. Wenn die Maschinensteuerung (SPS) die Prozessdaten bereits erfasst und über eine OPC-UA-Schnittstelle bereitstellt, können diese Daten direkt vom MES abgeholt werden. Das ist der sauberste und zuverlässigste Weg. Bei modernen Steuerungen (Siemens S7-1500, Beckhoff TwinCAT, B&R) ist OPC UA in der Regel verfügbar.

2. Sensorbasierte Erfassung über IoT-Gateways. Wenn die SPS die gewünschten Prozessdaten nicht bereitstellt, können externe Sensoren (Temperatur, Druck, Strom, Schwingung) über IoT-Gateways angebunden werden. Die Gateways wandeln die analogen oder digitalen Signale in digitale Daten um und übertragen sie an das MES. Dieser Weg ist besonders bei Bestandsanlagen relevant, die keine digitale Schnittstelle haben.

3. Protokollbasierte Übernahme aus Subsystemen. Verschraubungssysteme (Atlas Copco, Bosch Rexroth), Schweisssteuerungen (Fronius, Bosch) oder Messgeräte liefern ihre Prozessdaten über eigene Protokolle. Das MES übernimmt diese Daten über standardisierte Schnittstellen und ordnet sie dem Fertigungsauftrag zu.

Bei Neoperl wird die SPS-basierte Alarmerfassung und automatische Stillstandsüberwachung genutzt, um technische Stillstände ohne Eingriff der Mitarbeitenden zu begründen. Die Korrelation von SPS-Alarmen mit Stillständen und Qualitätsdefekten hat zu 15 Prozent weniger Ausschuss und 15 Prozent Produktivitätsgewinn geführt.

Warum Prozessdatenerfassung ohne MES wenig bringt

Viele Maschinen erfassen Prozessdaten bereits intern. Eine Spritzgussmaschine speichert ihre Zyklusparameter, eine Schweisssteuerung protokolliert ihre Nähte, ein Verschraubungssystem dokumentiert jedes Drehmoment. Das Problem ist nicht die Erfassung. Das Problem ist der Kontext.

Ohne ein MES bleiben Prozessdaten in der Maschine isoliert. Sie sind nicht mit dem Fertigungsauftrag verknüpft, nicht mit dem Bauteil, nicht mit der Schicht, nicht mit dem Maschinenzustand. Wenn ein Qualitätsproblem auftritt, muss jemand manuell in der Maschinensteuerung nachsehen, die richtigen Daten finden und sie mit dem betroffenen Los abgleichen. Das dauert Stunden und ist fehleranfällig.

Ein MES löst dieses Problem, indem es die Prozessdaten in den Produktionskontext einbettet. Es weiss, welcher Auftrag auf welcher Maschine läuft, welches Bauteil gerade gefertigt wird und welcher Mitarbeiter die Schicht fährt. Wenn die Prozessdaten in diesen Kontext einfliessen, werden sie nutzbar: für die Qualitätsanalyse, für die Rückverfolgbarkeit, für die Korrelation mit Stillständen und Ausschuss.

Bei Carcoustics hat SYMESTIC auf über 500 Anlagen in 6 Monaten genau diese Verbindung hergestellt: Maschinenzyklen werden automatisch zu Fertigungsaufträgen gemappt, Prozessdaten fliessen in die konzernweite Analyse, und die Rückmeldungen gehen automatisch ins SAP-System zurück. Das Ergebnis: 4 Prozent weniger Stillstände, 3 Prozent höhere Ausbringung, 8 Prozent bessere Verfügbarkeit.

Was SYMESTIC zur Prozessdatenerfassung beiträgt

SYMESTIC bietet ein eigenes Modul Prozessdaten, das die Erfassung, Speicherung und Auswertung von Prozessparametern in der Cloud abdeckt. Es ergänzt die Module Produktionskennzahlen (MDE/OEE) und Fertigungssteuerung (BDE/Aufträge).

Was das konkret bedeutet:

• Prozessparameter pro Bauteil oder Arbeitsgang. SYMESTIC ordnet Prozessdaten dem Fertigungsauftrag und dem Arbeitsgang zu. Damit ist jederzeit nachvollziehbar, unter welchen Bedingungen ein Teil gefertigt wurde.
• Flexible Anbindung. Die Plattform unterstützt OPC UA für moderne Steuerungen, digitale I/O-Gateways für Bestandsanlagen und MQTT für IoT-Szenarien. Bei Brita wurden moderne Linien über OPC UA an den Linienleitrechner angebunden, um Alarme und Prozessinformationen automatisch zu erfassen.
• Korrelation mit Maschinen- und Betriebsdaten. Prozessdaten werden nicht isoliert gespeichert, sondern mit OEE-Kennzahlen, Stillständen und Auftragsdaten verknüpft. Wenn der Ausschuss an einer Maschine steigt, lässt sich prüfen, ob gleichzeitig ein Prozessparameter abgewichen ist.
• Alarmierung bei Grenzwertüberschreitungen. Über das Modul Alarme können Schwellenwerte für Prozessparameter definiert werden. Wenn ein Wert den Grenzwert überschreitet, wird sofort eine Benachrichtigung ausgelöst.
• Langzeitanalyse und Trendüberwachung. Prozessdaten werden in der Cloud gespeichert und stehen für Trendanalysen zur Verfügung. Wenn sich ein Drehmoment über Wochen schleichend verändert, wird das sichtbar, bevor es zu einem Qualitätsproblem führt.

Prozessdaten und Rückverfolgbarkeit

In vielen Branchen ist die Rückverfolgbarkeit kein optionales Feature, sondern eine Anforderung der Kunden oder der Regulierung. In der Automobilindustrie verlangen OEMs den Nachweis, dass sicherheitsrelevante Verschraubungen mit dem richtigen Drehmoment angezogen wurden. In der Pharmaverpackung muss dokumentiert sein, unter welchen Bedingungen ein Blister versiegelt wurde.

Prozessdaten sind die Grundlage dieser Rückverfolgbarkeit. Sie dokumentieren nicht nur, dass ein Teil gefertigt wurde (das kann die BDE), sondern wie es gefertigt wurde. Wenn ein Kunde eine Reklamation einreicht, lässt sich anhand der Prozessdaten nachvollziehen, ob der Fertigungsprozess innerhalb der Spezifikation lag oder ob eine Abweichung vorlag.

SYMESTIC speichert Prozessdaten auftragsbezogen und teilebezogen. In Verbindung mit der bidirektionalen ERP-Anbindung (SAP, proAlpha, Infor, Navision und andere) entsteht ein durchgängiger Datenfluss vom Auftrag bis zum Prozessparameter und zurück.

Häufige Fragen zur Prozessdatenerfassung

Was ist der Unterschied zwischen Prozessdaten und Maschinendaten?

Maschinendaten beschreiben den Zustand der Maschine (läuft, steht, Zykluszeit, Stückzahl). Prozessdaten beschreiben, was physikalisch im Fertigungsprozess passiert (Temperatur, Druck, Drehmoment, Kraft). Maschinendaten zeigen, ob eine Maschine effizient arbeitet. Prozessdaten zeigen, ob der Prozess innerhalb der Spezifikation liegt.

Brauche ich Prozessdatenerfassung, wenn ich schon MDE habe?

Das hängt vom Anwendungsfall ab. Für die OEE-Berechnung und Stillstandsanalyse reicht die MDE. Wenn Qualitätsanalysen, Rückverfolgbarkeit oder Prozessoptimierung gefordert sind, braucht es zusätzlich Prozessdaten. In der Praxis starten die meisten Unternehmen mit MDE und ergänzen Prozessdaten schrittweise, wenn der Bedarf wächst.

Können auch alte Maschinen Prozessdaten liefern?

Ja. Die SPS selbst muss die Daten nicht bereitstellen. Externe Sensoren (Temperatur, Druck, Strom, Schwingung) können über IoT-Gateways angebunden werden, ohne in die Maschinensteuerung einzugreifen. Bei SYMESTIC werden digitale I/O-Gateways genutzt, die in zwei bis vier Stunden pro Maschine installiert werden, ohne Produktionsunterbrechung.

Wie viele Datenpunkte fallen bei der Prozessdatenerfassung an?

Das variiert stark. Eine einfache Anlage mit drei Sensoren erzeugt einige hundert Datenpunkte pro Stunde. Eine komplexe Spritzgussmaschine mit 20 überwachten Parametern kann zehntausende Werte pro Stunde liefern. Die SYMESTIC Cloud-Plattform ist auf diese Datenmengen ausgelegt und skaliert automatisch.

Kann SYMESTIC Prozessdaten erfassen?

Ja. Das Modul Prozessdaten erfasst physikalische Parameter über OPC UA, digitale I/O-Gateways oder MQTT und ordnet sie Fertigungsaufträgen und Arbeitsgängen zu. Die Daten werden in der Cloud gespeichert, mit Maschinen- und Betriebsdaten verknüpft und stehen für Trendanalysen, Alarmierung und Rückverfolgbarkeit zur Verfügung.

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.