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MARCODES
Abstraktes Relief aus dunklem Papier: ein schwerer Block, aus dem feine Fäden zu einer schwebenden Scheibe aufsteigen

Maschinendaten ins Web: Fertigungs-Dashboards ohne MES-Großprojekt

Ein Maschinendaten-Dashboard ohne MES besteht aus einem kleinen Rechner im Werksnetz, der Zustand und Stückzahlen aus den Steuerungen liest, einer Zeitreihen-Datenbank und einer Weboberfläche. Begonnen wird mit wenigen Maschinen und Werten, ausgebaut in Stufen.

9 min Lesezeit Branchen und Praxis

Ein Manufacturing Execution System (MES) steuert Aufträge, Rückmeldungen, Qualität und Personal in der Produktion. Die Einführung dauert entsprechend und verändert Abläufe in der ganzen Fertigung. Die Frage vieler Betriebe ist kleiner: Welche Maschine steht gerade, warum, und wie viele Gutteile hat die Schicht geschafft? Dafür genügt ein Dashboard, das Daten liest und anzeigt, ohne in die Steuerung einzugreifen. Seine Daten helfen später auch bei der Entscheidung, ob ein MES nötig ist, weil dann Stillstände und Ausbringung über Monate belegt sind.

Datenauswahl

Welche Daten wirklich gebraucht werden

Ein erstes Dashboard kommt mit vier Werten je Maschine aus: Zustand (läuft, steht, Störung, Rüsten), Stückzahl, Ausschuss und Zeitstempel. Daraus lassen sich Stillstände, Ausbringung und die Gesamtanlageneffektivität berechnen. Hunderte Prozessparameter je Maschine braucht dafür niemand, sie kosten Speicher und Aufmerksamkeit.

Die Gesamtanlageneffektivität (Overall Equipment Effectiveness, OEE) ist in ISO 22400-2 als Kennzahl beschrieben. Sie ist das Produkt aus drei Faktoren: Verfügbarkeit mal Leistung mal Qualität. Eine Beispielrechnung für eine Schicht, alle Werte sind angenommen:

  1. Geplante Produktionszeit: 8 Stunden, also 480 Minuten.

  2. Verfügbarkeit: Die Maschine steht 60 Minuten. Sie läuft damit 420 von 480 Minuten, die Verfügbarkeit beträgt 420 / 480 = 87,5 Prozent.

  3. Leistung: Die ideale Taktzeit beträgt 30 Sekunden je Teil. In 420 Minuten Laufzeit wären 840 Teile möglich, gefertigt wurden 700. Die Leistung beträgt 700 / 840 = 83,3 Prozent.

  4. Qualität: Von 700 Teilen sind 665 gut. Die Qualität beträgt 665 / 700 = 95,0 Prozent.

  5. OEE: 0,875 × 0,833 × 0,95 = 0,693, also rund 69 Prozent.

Zur Kontrolle: 665 Gutteile mal 0,5 Minuten ideale Taktzeit ergeben 332,5 Minuten, geteilt durch 480 Minuten geplante Zeit ebenfalls 0,693. Diese Gegenprobe gehört in jede Implementierung, weil sie Fehler bei Pausen und Taktzeiten sofort zeigt.

Die ideale Taktzeit kommt nicht aus der Maschine, sondern aus dem Arbeitsplan oder dem ERP. Fehlt sie oder ist sie geschönt, wird die Leistung falsch. Ebenso muss feststehen, ob geplante Pausen und Wartungen zur geplanten Produktionszeit zählen. Diese Festlegungen treffen Produktion und Controlling vor dem ersten Diagramm.

Eine Hutschiene im Schaltschrank, die Kabel der Maschinen laufen in die Module, das orange Gateway sammelt die Werte.

Maschinenanschluss

Schnittstellen und Protokolle an der Maschine

Wie die Werte aus der Maschine kommen, hängt von Steuerung und Baujahr ab. Ein Maschinenpark mit Steuerungen aus mehreren Jahrzehnten braucht meist mehrere Wege nebeneinander:

  • OPC UA: Die Open Platform Communications Unified Architecture ist der Standard der OPC Foundation, als Normreihe IEC 62541 veröffentlicht. Er überträgt Werte mit Bedeutung, Einheit und Zeitstempel und bringt Verschlüsselung und Zertifikate mit. Neuere Steuerungen wie die Siemens S7-1500 haben einen OPC-UA-Server eingebaut.

  • Branchenstandards auf OPC UA: Für Werkzeugmaschinen beschreibt umati, getragen von VDW und VDMA, einheitliche Schnittstellen nach den Companion Specifications OPC 40501. Für Spritzgießmaschinen legt EUROMAP 77 (identisch mit OPC 40077) den Datenaustausch mit einem MES fest, mit Maschinenstatus, Auftrags- und Zyklusdaten. Liefert eine Maschine eine dieser Schnittstellen, entfällt die Suche nach Variablennamen.

  • Siemens S7 ohne OPC UA: Ältere S7-Steuerungen lassen sich über die S7-Kommunikation lesen. Bei S7-1200 und S7-1500 muss dafür in der Hardware-Konfiguration der Zugriff über PUT/GET durch entfernte Partner erlaubt sein, und gelesen werden nur nicht optimierte Datenbausteine. Die Freigabe gilt für die ganze Steuerung und muss mit der Instandhaltung abgestimmt werden.

  • Modbus TCP: Die TCP-Variante von Modbus ist verbreitet bei Energiezählern, Temperaturreglern und kleinen Steuerungen. Das Protokoll liest Register über TCP-Port 502 und kennt keine Anmeldung. Die Modbus Organization hat dafür die Variante Modbus/TCP Security definiert, die Modbus in TLS mit Zertifikaten verpackt und Port 802 nutzt; nur wenige ältere Geräte beherrschen sie.

  • MQTT: MQTT ist ein Nachrichtenprotokoll nach OASIS-Standard in den Versionen 3.1.1 und 5.0. Geräte und Gateways veröffentlichen Werte an einen Broker, das Dashboard abonniert sie. MQTT eignet sich für den Transport aus dem Werksnetz heraus.

  • Nachrüsten: Maschinen ohne Netzwerkanschluss bekommen Sensoren. Ein Eingangsmodul liest die Signalsäule, ein Stromsensor an der Zuleitung zeigt, ob die Maschine Last zieht, ein Lichttaster zählt Teile am Auswurf. In die Steuerung selbst greift dabei niemand ein.

Alle Wege enden an einem Gateway, einem kleinen Industrie-PC im Werksnetz. Er liest die Maschinen, puffert die Werte bei Verbindungsabbruch und schickt sie nach außen. Die Verbindung wird nur von innen nach außen aufgebaut, aus dem Internet führt kein Weg in die Steuerungen. Die Normreihe IEC 62443 beschreibt dafür das Prinzip von Zonen und Übergängen. Das BSI nennt in seinem Papier „Industrial Control System Security: Top 10 Bedrohungen und Gegenmaßnahmen 2022“ unter anderem den Einbruch über Fernwartungszugänge und mit dem Internet verbundene Steuerungskomponenten und empfiehlt, Netze durch Firewalls zu trennen. Das Dashboard liest deshalb nur, und Schreibzugriffe auf Steuerungen sind im Gateway abgeschaltet. Wie wir solche Verbindungen zwischen Werk, Datenbank und weiteren Systemen bauen, beschreibt die Seite Schnittstellen und APIs.

Zeitreihen

Messwerte als Zeitreihen ablegen

Maschinendaten sind Zeitreihen: viele kleine Werte, fast nur angehängt, fast immer nach Zeitraum abgefragt. PostgreSQL trägt solche Daten gut, besonders mit der Erweiterung TimescaleDB, die Tabellen automatisch nach Zeit aufteilt.

Eine zweite Beispielrechnung, ebenfalls mit Annahmen, zur Menge: 20 Maschinen liefern je 10 Werte im Sekundentakt. Das sind 200 Werte pro Sekunde, 720.000 pro Stunde und rund 17,3 Millionen pro Tag. Wer das alles roh behält, hat nach einem Jahr über 6 Milliarden Zeilen. Zwei Maßnahmen halten die Menge beherrschbar:

  • Nur Änderungen speichern: Ein Zustand wie „läuft“ ändert sich wenige Male pro Schicht. Gespeichert wird der Wechsel, nicht jede Sekunde.

  • Verdichten und begrenzen: Kontinuierliche Aggregate in TimescaleDB rechnen Rohwerte zu Minuten- und Stundenwerten zusammen. Eine Aufbewahrungsregel löscht Rohwerte nach einer festen Frist, etwa 30 Tagen, die verdichteten Werte bleiben für Jahresvergleiche.

Stammdaten wie Maschinen, Schichtmodelle und Taktzeiten liegen in derselben Datenbank, was Auswertungen und Rechte erleichtert. Die Datenbank kann im eigenen Rechenzentrum laufen oder bei einem Hoster in Deutschland; das Gateway im Werk puffert die Werte, wenn die Verbindung dorthin unterbrochen ist. Warum PostgreSQL dafür gut passt, begründet der Beitrag MySQL oder PostgreSQL. Wie man doppelte, fehlende und zurückgesetzte Messwerte behandelt, erklärt der Beitrag Messdaten aus Gebäuden sammeln; die Muster gelten für Zählerstände an Maschinen genauso. Welcher Index bei Abfragen nach Maschine und Zeitraum hilft, steht in PostgreSQL-Indexing für Laravel-Apps.

Ein großer Hallenbildschirm auf einem Ständer zeigt ein Raster aus Maschinenkacheln, eine Kachel ist orange.

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Das Dashboard für Werker und Leitung

Werker und Leitung brauchen unterschiedliche Ansichten derselben Daten.

Für die Halle zählt der Moment: ein großer Bildschirm je Linie mit dem Zustand jeder Maschine in Farbe, der Stückzahl gegen das Schichtziel und der Dauer des laufenden Stillstands. Steht eine Maschine länger als einige Minuten, fragt ein Tablet am Arbeitsplatz nach dem Grund, mit wenigen festen Antworten wie Material fehlt, Werkzeugwechsel oder Störung. Ohne diese Eingabe bleibt die Verfügbarkeit eine Zahl ohne Ursache.

Für die Leitung zählt der Verlauf: OEE je Maschine und Schicht im Wochenvergleich, die häufigsten Stillstandsgründe nach Dauer und Ausreißer, die sich vom Durchschnitt abheben. Diese Ansicht lädt verdichtete Werte, nie Rohdaten, damit sie auch über ein Jahr schnell bleibt.

Speichern Sie zu jedem Wert die Maschine, die Schnittstelle und den Zeitpunkt der Erfassung. Zweifelt die Schichtleitung eine Zahl an, lässt sie sich so bis zur Steuerung zurückverfolgen.

Stufenplan

Ausbaustufen statt Großprojekt

Ein Dashboard wächst in Stufen, und jede Stufe liefert für sich einen Nutzen. Welche Systeme wir in Industrie und Fertigung anbinden, zeigt die Seite Software für Industrie und Fertigung.

Die Personentage unten sind eine Schätzung für einen Betrieb mit 20 Maschinen und drei verschiedenen Steuerungstypen, ohne Kenntnis Ihrer Anlagen und kein Ergebnis aus einem bestimmten Projekt. Wir schätzen je Steuerungstyp und nicht je Maschine, weil jeder Typ einmal angebunden und getestet wird und weitere Maschinen desselben Typs danach vor allem Konfiguration sind.

  1. Bestandsaufnahme, 3 bis 5 Personentage: Daten sind die Liste der Maschinen mit Steuerung, Baujahr und vorhandenen Schnittstellen, dazu der Netzplan. Technik: ein Tag Begehung, Testzugriffe je Steuerungstyp, ein Termin mit Produktion und Controlling zu den Kennzahlen, ein kurzes Konzept.

  2. Pilot an einer Linie, 15 bis 25 Personentage: Daten sind Zustand und Stückzahl von zwei bis fünf Maschinen eines Steuerungstyps. Technik: Gateway einrichten (2 bis 3 Tage), Anbindung über OPC UA oder S7 (3 bis 5), Tabellen und Verdichtung in PostgreSQL (3 bis 5), Hallenansicht (4 bis 7), Test und Abstimmung mit der Instandhaltung (3 bis 5). Die Spanne kommt vor allem aus Testzugriffen und Abstimmung, weniger aus dem Programmieren.

  3. Alle Maschinen und Stillstandsgründe, 10 bis 20 Personentage: Daten sind alle Maschinen inklusive nachgerüsteter Altmaschinen, dazu Gründe vom Tablet. Technik: zwei weitere Steuerungstypen zu je 3 bis 6 Tagen, die Eingabemaske für Stillstandsgründe mit 4 bis 8 Tagen.

  4. OEE und Leitungsansicht, 10 bis 15 Personentage: Daten sind Taktzeiten und Schichtmodelle aus dem ERP. Technik: Schnittstelle zum ERP, Berechnung mit Gegenprobe, Berichte. Die Spanne gilt, wenn das ERP eine Schnittstelle hat; kommen die Daten erst aus Exporten, wird es mehr.

  5. Qualität und Prozesswerte: Daten sind Prozessparameter und Prüfergebnisse für ausgewählte Maschinen. Technik: höhere Abtastraten, Grenzwerte, Benachrichtigungen. Der Aufwand hängt an der Zahl der Parameter und lässt sich erst nach Stufe 3 sinnvoll schätzen. Mit den Daten der Stufen 1 bis 4 lässt sich dann auch die Frage nach einem MES beantworten.

Zusammen ergeben die Stufen 1 bis 4 in diesem Beispiel 38 bis 65 Personentage, verteilt über mehrere Monate, weil zwischen den Stufen Rückmeldungen aus der Halle einfließen. Mit unserem Standard-Tagessatz von 1.500 Euro netto gerechnet sind das 38 mal 1.500 Euro gleich 57.000 Euro bis 65 mal 1.500 Euro gleich 97.500 Euro netto, ohne Hardware für Gateway und Sensoren. Den tatsächlichen Satz legt das Angebot fest, je nach Art der Arbeit und Anteil der Einsätze vor Ort.

Erst die Bestandsaufnahme, dann der Pilot

Die erste Stufe gibt es bei uns auch als Festpreis: Der Discovery Sprint (zwei Wochen, 14.900 Euro netto im Shop) liefert Konzept, Roadmap und Backlog für Ihren Maschinenpark. Danach binden wir Steuerungen an und bauen Datenhaltung und Dashboard.

Mehr zu Software für Industrie und Fertigung

Nachweise

Quellen und Stand

Stand: 03.07.2026. Die Rechnungen zu OEE und Datenmenge beruhen auf Annahmen. Die Personentage sind eine Schätzung ohne Kenntnis Ihrer Anlagen, der Preis des Discovery Sprints steht so im Shop von marcodes.com.

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