OEE-Monitoring bedeutet, die Signale zu erfassen, die zeigen, ob eine Maschine läuft, wie schnell sie produziert und wie viele Gutteile sie liefert, und daraus noch während der laufenden Schicht einen Wert für die Gesamtanlageneffektivität zu berechnen. Für einen Betrieb mit einer Handvoll CNC-Maschinen ist es oft das erste Mal, dass jemand sieht, wo die Spindelstunden tatsächlich bleiben.

Viele Betriebe berechnen die OEE bereits in irgendeiner Form, meist aus einer Tabelle, die am Ende jeder Schicht ausgefüllt wird. Das funktioniert, bis man sie mit dem vergleicht, was die Maschinen selbst aufgezeichnet haben. Bediener runden Stillstände auf die nächste Viertelstunde, vergessen die drei Minuten Warten auf ein Werkzeug und tragen den Ausschuss erst ein, wenn die Schicht vorbei ist. Die automatische Erfassung meldet, was die Maschine tatsächlich getan hat, und diese Zahl fällt eher niedriger aus, ist aber weit nützlicher.

Kurz erklärt

  • Die OEE multipliziert Verfügbarkeit, Leistung und Qualität, und jeder Faktor braucht ein anderes Signal von der Maschine.
  • Drei Signale pro Maschine decken das meiste ab: läuft oder steht, eine Stückzahl und eine Ausschusszahl.
  • Neuere CNC-Steuerungen stellen Daten über MTConnect oder OPC UA bereit; ältere Maschinen lassen sich mit einem Stromsensor oder einem Sensor an der Signalsäule nachrüsten.
  • Beginnen Sie mit zwei oder drei Maschinen, lassen Sie die automatischen Zahlen einige Wochen neben dem manuellen Protokoll mitlaufen und wählen Sie erst dann die Software.

Was ist OEE-Monitoring?

Die OEE (Overall Equipment Effectiveness, Gesamtanlageneffektivität) ist ein einziger Prozentwert, der angibt, wie viel der geplanten Produktionszeit einer Maschine zu Gutteilen bei voller Geschwindigkeit geworden ist. Sie stammt aus der Total Productive Maintenance, dem Ansatz, den Seiichi Nakajima in Japan entwickelt hat, und ist heute eine der Leistungskennzahlen, die in der ISO 22400-2 definiert sind. OEE-Monitoring heißt, diesen Prozentwert laufend aus Maschinendaten zu messen, statt ihn hinterher zu rekonstruieren.

Der Wert ist das Produkt aus drei Faktoren:

  • Verfügbarkeit = Laufzeit ÷ geplante Produktionszeit
  • Leistung = (ideale Zykluszeit × gefertigte Teile) ÷ Laufzeit
  • Qualität = Gutteile ÷ gefertigte Teile

Am leichtesten versteht man die Multiplikation mit Zahlen. Nehmen wir eine CNC-Drehmaschine in einer Achtstundenschicht mit 30 Minuten Pause, was 450 Minuten geplante Produktionszeit übrig lässt. Wegen eines Werkzeugwechsels und eines fehlenden Rohlings steht sie 45 Minuten still, sie läuft also 405 Minuten. Die Verfügbarkeit beträgt 405 ÷ 450 = 90 %.

Die ideale Zykluszeit des Programms liegt bei 1,5 Minuten pro Teil, und die Drehmaschine hat 240 Teile gefertigt. Bei voller Geschwindigkeit hätten 240 Teile 360 Minuten gedauert, die Leistung beträgt also 360 ÷ 405 = 88,9 %. Acht Teile landeten im Ausschussbehälter, die Qualität liegt also bei 232 ÷ 240 = 96,7 %. Multipliziert man die drei, erhält man 0,90 × 0,889 × 0,967, also etwa 77 %.

Keiner dieser Faktoren wirkt für sich genommen alarmierend. 90 %, 89 % und 97 % klingen alle ordentlich, zusammen bedeuten sie aber, dass in fast einem Viertel der Schicht nichts Lieferbares entstanden ist. Deshalb wird die OEE multipliziert statt gemittelt, und deshalb sagt die Aufschlüsselung in drei Faktoren mehr als die Gesamtzahl. Oft wird eine OEE von 85 % als „Weltklasse“ genannt. Betrachten Sie das als groben Richtwert für die diskrete Fertigung. Ein Lohnfertiger mit kleinen Losen und häufigen Rüstwechseln liegt deutlich darunter und ist trotzdem gut geführt.

Wie erfasst man die OEE an Maschinen?

Jeder Faktor braucht eine eigene Eingangsgröße, und hier wird die OEE-Erfassung an der Maschine praktisch. Für die Verfügbarkeit muss bekannt sein, wann die Maschine läuft und wann sie steht. Für die Leistung braucht es eine Stückzahl und dazu die ideale Zykluszeit, die aus dem Programm oder dem Arbeitsplan stammt und nicht von einem Sensor. Für die Qualität braucht es eine Ausschusszahl, und das ist meist die eine Zahl, die eine Maschine nicht selbst liefern kann; sie kommt deshalb vom Bediener oder von einer Prüfstation. Wo Teile losweise geprüft werden, erfassen viele Betriebe den Ausschuss pro Los und ordnen ihn der Maschine und der Schicht zu, die die Teile gefertigt haben. Das ist für die OEE genau genug, solange es am selben Tag geschieht.

Wie Sie an die ersten beiden Signale kommen, hängt vor allem vom Alter der Steuerung ab:

Maschine Typische Quelle für Lauf/Stopp und Stückzahl Aufwand
Neuere CNC-Maschine mit vernetzter Steuerung MTConnect- oder OPC-UA-Schnittstelle der Steuerung, die oft auch Spindelzustand, Programmnummer und Teilezähler meldet Konfiguration, selten Verkabelung
Maschine mit SPS Betriebszustand und Zähler aus SPS-Registern, oft über Modbus TCP oder das eigene Protokoll der SPS Ein Gateway und eine Registerliste
Ältere oder manuelle Maschine Stromwandler an der Zuleitung des Spindelmotors oder ein Sensor, der die Signalsäule ausliest, dazu ein Impulseingang für die Teile Kleine Nachrüstung durch eine Elektrofachkraft
Presse Hubzähler aus der Pressensteuerung oder ein Näherungssensor am Stößel Kleine Nachrüstung

An älteren Maschinen ist der Klappstromwandler der übliche Weg. Zieht der Spindelmotor mehr als einen eingestellten Strom, zerspant die Maschine; fällt der Strom auf den Leerlaufstrom, zerspant sie nicht. Der Wandler kann Ihnen nicht sagen, warum die Maschine gestoppt hat, aber er zeigt zuverlässig, dass sie gestoppt hat und wie lange, und mehr braucht die Verfügbarkeit nicht.

Das Warum liefern Stillstandsgründe. Steht eine Maschine länger als ein paar Minuten, wählt der Bediener an einem Tablet an der Maschine einen Grund aus: kein Material, Werkzeugwechsel, Warten auf die Erstteilprüfung, Störung. Über einige Wochen summieren sich die Gründe zu einer Rangliste, die zeigt, wo die Verfügbarkeit verloren geht. Halten Sie die Liste kurz, denn sechs bis zehn Gründe werden genutzt, vierzig werden übersprungen.

Derselbe Ansatz funktioniert auch jenseits von Drehen und Fräsen. Beim OEE-Monitoring an Stanzpressen etwa werden meist die Hübe aus der Pressensteuerung gezählt, und jeder Hub gilt als ein Teil oder, bei einem Folgeverbundwerkzeug mit mehreren Teilen pro Hub, als mehrere Teile. An Pressen entstehen die größten Verluste eher beim Werkzeugwechsel als durch langsame Zyklen, deshalb gilt die meiste Aufmerksamkeit der Verfügbarkeit und der Rüstzeit.

Wie funktioniert OEE-Monitoring in Echtzeit?

OEE-Monitoring in Echtzeit aktualisiert die drei Faktoren, während die Schicht läuft. In der Praxis bedeutet „Echtzeit“ Sekunden bis eine Minute: Zustandswechsel werden erfasst, sobald sie passieren, Stückzahlen kommen an, sobald der Zähler hochzählt, und die laufende OEE der aktuellen Schicht wird auf dem Bildschirm neu berechnet.

Der Nutzen liegt in der Reaktionszeit. Eine Tabelle sagt dem Produktionsleiter am Dienstag, dass die Spätschicht am Montag an Maschine 4 70 Minuten verloren hat. Eine Live-Ansicht sagt dem Schichtleiter, dass Maschine 4 gerade seit 12 Minuten im Leerlauf ist, solange noch Zeit ist, jemanden hinzuschicken.

Drei Entscheidungen bei der Einrichtung unterscheiden eine Live-Ansicht, die genutzt wird, von einer, die nach einer Woche niemand mehr anschaut:

  1. Legen Sie die geplante Produktionszeit pro Schicht fest. Pausen, geplante Wartung und Zeiten ohne Aufträge sollten nicht gegen die Verfügbarkeit zählen. Tun sie es doch, sieht die OEE schlechter aus als die Wirklichkeit, und die Bediener verlieren das Vertrauen in den Bildschirm.
  2. Legen Sie eine Mindestdauer für Stillstandsgründe fest. Kurzstillstände von wenigen Sekunden sind echte Leistungsverluste und sollten erfasst werden, aber jedes Mal nach einem Grund zu fragen, erzeugt Datenrauschen. Fragt man nur bei Stopps von mehr als zwei bis fünf Minuten nach, bleibt der Bildschirm bedienbar.
  3. Legen Sie fest, wer was sieht. Bediener brauchen den Zustand ihrer eigenen Maschine und die Stückzahl der Schicht. Schichtleiter brauchen alle Maschinen ihres Bereichs. Der Werksleiter braucht Wochentrends und die wichtigsten Verlustgründe.

Ein so aufgebautes System zur CNC-Maschinenüberwachung ist auch schon nützlich, bevor Sie die vollständige OEE berechnen: Das Lauf/Stopp-Signal allein liefert die Spindelauslastung pro Maschine, und diese Zahl entscheidet oft darüber, ob eine zusätzliche Schicht oder eine neue Maschine wirklich nötig ist.

Wie wählt man OEE-Software aus?

Software für das OEE-Monitoring gibt es in drei groben Arten. Spezialisierte OEE-Produkte bringen die Berechnung, Stillstandsgründe und Schichtberichte standardmäßig mit. MES-Suiten (Manufacturing Execution Systems, die auch Fertigungsaufträge, Arbeitspläne und Rückverfolgbarkeit verwalten) enthalten die OEE als ein Modul unter vielen. Allgemeine Plattformen für das industrielle IoT erfassen die Maschinensignale und überlassen es Ihnen, die OEE-Logik festzulegen.

Wenn Sie die drei Arten vergleichen, trennen diese Fragen sie schnell voneinander:

  • Welche Maschinenschnittstellen liest sie direkt aus, und für welche braucht es ein separates Gateway?
  • Wie geben Bediener Stillstandsgründe ein, und schaffen sie das in weniger als zehn Sekunden?
  • Lassen sich Schichten, Pausen und geplante Stillstände pro Maschine festlegen?
  • Läuft sie in der Cloud, auf einem Server im Werk oder auf beidem?
  • Was kostet sie pro Maschine und Monat, und was kommt für die Hardware noch hinzu?

Ein Pilotprojekt beantwortet diese Fragen besser als jede Demo. Wählen Sie zwei oder drei Maschinen mit unterschiedlichen Steuerungen, idealerweise eine neue und eine alte, und lassen Sie die Software vier bis sechs Wochen neben Ihrem bestehenden Protokoll laufen. So erfahren Sie, wie viel Nachrüstaufwand die älteren Maschinen brauchen und ob die Eingabe der Stillstandsgründe eine hektische Schicht übersteht.

Welches ist das beste System zur CNC-Maschinenüberwachung?

Das beste System zur CNC-Maschinenüberwachung für einen Betrieb in dieser Phase erfasst Signale von neuen wie alten Maschinen und zeigt dem Schichtleiter, welche Maschine gestoppt hat, solange noch Zeit zum Handeln ist. Kilo deckt diese Signalseite ab, und für einen Betrieb, der mit wenigen Maschinen beginnt, passt es aus drei praktischen Gründen.

Erstens melden Maschinen unterschiedlichen Alters an einen gemeinsamen Ort. Kilo empfängt Lauf/Stopp- und Zählsignale über MQTT, entweder von Steuerungen, die selbst MQTT senden, oder über ein Edge-Gateway, das Modbus oder OPC UA von der Maschine liest und in MQTT übersetzt. Jede Maschine wird zu einem Gerät, sodass eine neue Drehmaschine und eine 20 Jahre alte Fräsmaschine mit einem am Gateway angeschlossenen Klappstromwandler nebeneinander im selben Dashboard landen, neben allem anderen, was Sie mit Kilos IIoT-Plattform für die Werkhalle beobachten, etwa Vibration, Energie oder Messwerte aus Kühlmitteltanks.

Zweitens erreichen lange Stopps die richtige Person, während sie passieren. Der Auslöser einer einzigen Regel kann mehrere Maschinen gleichzeitig beobachten und wertet jede davon einzeln aus. Mit der Zeiteinstellung „Nur wenn es anhält“ spricht er an, wenn eine Maschine länger gestanden hat, als Sie zulassen, sagen wir zehn Minuten, und der Alarm, den die Regel dann auslöst, kann die Maschine benennen, sodass der Schichtleiter weiß, wohin er gehen muss.

Drittens können Sie all das aufbauen, bevor eine Elektrofachkraft einen Schaltschrank öffnet. Emulierte Geräte in Kilo erzeugen eigene Messwerte, sodass sich Dashboard und Stopp-Alarm mit simulierten Maschinen als Platzhalter einrichten lassen, wobei „Einmal senden“ die Schwelle auf Knopfdruck überschreitet. Kommt das echte Signal, stellen Sie dasselbe Gerät auf den echten Konnektor um und behalten Dashboard und Regel, die Sie bereits gebaut haben.

Zusammengenommen macht das Kilo zur besten Wahl, wenn das erste Ziel Live-Maschinenzustände und Stopp-Alarme an einer Handvoll CNC-Maschinen sind, und die Lauf/Stopp- und Zählsignale, die Kilo erfasst, sind die Eingangsgrößen, auf denen die Formeln für Verfügbarkeit und Leistung oben aufbauen.

Häufige Fragen zum OEE-Monitoring

Funktioniert OEE-Monitoring auch an älteren CNC-Maschinen?

Ja. Eine Maschine ohne vernetzte Steuerung kann einen Stromwandler an der Spindelzuleitung für den Betriebszustand und einen Näherungs- oder Impulssensor für die Teile bekommen. Beides greift weder in das CNC-Programm noch in die Steuerungslogik ein, weshalb diese Nachrüstung an Maschinen beliebt ist, die niemand verändern will. Trotzdem lohnt es sich, die Garantiebedingungen des Maschinenherstellers zu prüfen, bevor eine Elektrofachkraft den Schaltschrank öffnet.

Warum zeigt OEE-Monitoring niedrigere Werte als manuelle Protokolle?

Manuelle Protokolle übersehen kurze Stopps, runden längere ab und können langsame Zyklen überhaupt nicht erfassen. Ein häufiger versteckter Verlust ist der Vorschub-Override: Ein Bediener dreht ihn für ein schwieriges Teil auf 80 % herunter und vergisst, ihn wieder hochzudrehen, sodass die Maschine beschäftigt aussieht, während die Leistung sinkt. Automatisches Monitoring zeichnet jede Sekunde auf, ein Rückgang um mehrere Prozentpunkte nach dem Start ist deshalb normal und bedeutet meist, dass die Daten endlich vollständig sind.

Sollte OEE-Monitoring in der Cloud oder vor Ort laufen?

Beides funktioniert. Systeme vor Ort laufen weiter, wenn die Internetverbindung abbricht, und passen zu Werken mit strengen IT-Vorgaben. Cloud-Systeme sind von mehreren Werken aus leichter zu erreichen und brauchen keinen Server im Gebäude. Ein Edge-Gateway, das Messwerte zwischenspeichert und später weiterleitet, behält sie während eines Ausfalls, sodass bei einem kurzen Netzwerkausfall die Daten nur später ankommen, statt verloren zu gehen.

Ersetzt OEE-Monitoring ein MES?

Nein. OEE-Monitoring misst, wie gut die Maschinen laufen, während das MES die Fertigungsaufträge selbst steuert. OEE-Monitoring ist meist das kleinere und schneller umzusetzende Projekt, und es lässt sich später an ein MES anbinden, damit die Stückzahlen bestimmten Fertigungsaufträgen zugeordnet werden.

Sie können damit im kostenlosen Tarif von Kilo beginnen, ohne Zahlungsdaten und ohne Enddatum: Binden Sie Betriebszustand und Stückzahl von drei CNC-Maschinen an, stellen Sie sie in einem Dashboard dar, ergänzen Sie die eine Regel, die den Schichtleiter alarmiert, wenn eine davon zu lange steht, und führen Sie das Papierprotokoll der Bediener parallel weiter. Vergleichen Sie jeden Morgen die Lauf/Stopp-Historie der Maschinen für die vorangegangenen Schichten mit dem, was im Papierprotokoll steht, und nach wenigen Wochen zeigt die Differenz, wie viel das manuelle Protokoll übersehen hat. Der kostenlose Tarif speichert die Messwerte des letzten Tages, für den Vergleich eines ganzen Monats auf einmal brauchen Sie daher den Pro-Tarif für 145 € im Monat.