DDAS Machine Insight Suite – Ihre Daten verstehen

Über diesen Leitfaden

Die Library-Manuals beschreiben jeden Funktionsbaustein, jeden Eingang und jeden Ausgang. Dieser Leitfaden beantwortet eine andere Frage: Was sagen Ihnen die Zahlen? Er erklärt die Informationen, die Sie von der Machine Insight Suite erhalten, zeigt an Rechenbeispielen, wie die Werte zusammenhängen, und nennt, was zu prüfen ist, wenn ein Wert unerwartet aussieht.

Er richtet sich an Maschinenbauer, die die Suite integrieren, und an alle, die die Ergebnisse auf einem Dashboard lesen: Produktionsleiter, Prozessingenieure und Bediener.

Die OEE-Begriffe und Formeln folgen den verbreiteten Definitionen von oee.com (Vorne Industries). Die englischen Fachbegriffe stehen beim ersten Vorkommen in Klammern, weil sie auch in den Namen der Ausgänge stecken. Wo die Suite abweicht oder mehr liefert, sagt es dieser Leitfaden.

Dokumenthistorie

Die Informationen im Überblick

Die Suite braucht nur wenige Signale von der Maschine. Daraus leitet sie alle Informationen ab:

Alle Werte werden auf der Steuerung berechnet, in jedem SPS-Zyklus. Sie stehen ohne Datenbank und ohne Cloud-Verbindung zur Verfügung und lassen sich in einer Visualisierung anzeigen oder an ein übergeordnetes System weitergeben.

Alles wird je Schedule gezählt

Ein Schedule ist der Zeitraum, für den die Suite Daten sammelt und auswertet. Das kann sein:

• eine Schicht aus dem Wochen-Schichtkalender,

• ein Batch, den das Maschinenprogramm startet und stoppt, oder

• ein Produktlauf, wenn eine zweite Instanz jedes Produkt einzeln auswertet.

Beginnt ein Schedule, starten alle Zähler bei null. Endet er, wird das Ergebnis eingefroren, kann in der Historie gespeichert werden, und der nächste Schedule beginnt wieder bei null. Jeder Wert in diesem Leitfaden beantwortet deshalb die Frage „Wie läuft diese Schicht (oder dieser Batch) bisher?“ und nicht „Wie läuft die Maschine allgemein?“. Kapitel 10 zeigt, wie mehrere Schedules zusammengefasst werden.

Eine Pause beendet einen Schedule nicht. Sie hält ihn an: Während einer geplanten Pause wird kein Stopp gezählt, und die Zeit gehört nicht zur geplanten Produktionszeit.

Gut zu wissen

• Teile, die die Maschine produziert, während kein Schedule aktiv ist, gehen nicht verloren. Sie werden der Stückzahl des nächsten Schedules zugerechnet und zählen für dessen Qualität, verbessern aber weder seine Leistung noch seinen Durchsatz.

• Zwei Schichten, die ohne Lücke aufeinander folgen, werden getrennt ausgewertet.

• Ein Schedule kann bis zu 49 Tage lang ausgewertet werden.

Das Zeitmodell

OEE teilt die Zeit eines Schedules Schritt für Schritt in das, was produktiv war, und das, was verloren ging. Die Suite liefert jeden Schritt als Wert.

Wo die Suite mehr Detail liefert als das Standardmodell

Das Standardmodell kennt einen Leistungsverlust. Die Suite teilt ihn in Kurzstopps (als Zeit gemessen) und Geschwindigkeitsverlust (gerechnet: der Teil der Laufzeit, der weder Kurzstopp noch Nettolaufzeit ist). Sie sehen sofort, ob die Maschine Ausbringung verliert, weil sie kurz steht oder weil sie langsam läuft. Der Leistungsverlust des Standardmodells ist die Summe aus beiden.

Das Zeitmodell geht auf: tRunTime = tPerformanceLoss + tSpeedLoss + tNetRunTime. Der Geschwindigkeitsverlust wird mit jedem gezählten Teil aktualisiert; zwischen zwei Teilen kann die Summe deshalb um bis zu eine Zykluszeit abweichen. Seine Verhältnisse lassen sich direkt nachrechnen: Leistung ist tNetRunTime / tRunTime, Qualität ist tFullyProdTime / tNetRunTime, und OEE ist tFullyProdTime / tPlannedProdTime.

OEE und ihre drei Faktoren

Formeln

Die ideale Zykluszeit ist die Zeit für ein Teil bei Sollgeschwindigkeit: 60 s / Teile pro Minute. Bei 60 Teilen pro Minute ist sie 1 s. In der Suite heißt sie rProductTime.

Rechenbeispiel

Eine Schicht, mit denselben Zahlen wie in der Grafik von Kapitel 4:

Die Suite schneidet die Prozentwerte nach einer Nachkommastelle ab, sie rundet nicht auf. 90,47 % wird als 90,4 % angezeigt.

Gegenprobe: In diesem Beispiel lässt sich die OEE auch direkt rechnen als (Gutteile × ideale Zykluszeit) / geplante Produktionszeit = 19.551 s / 25.200 s = 77,5 %. Beide Wege liefern dasselbe Ergebnis, und die drei Faktoren zeigen zusätzlich, wo die 22 % verloren gingen.

Diese Abkürzung gilt nur, solange die ideale Zykluszeit gleich bleibt. Sobald während eines Schedules das Produkt wechselt und das neue Produkt eine andere Sollgeschwindigkeit hat, gibt es keine einzelne Zykluszeit mehr, mit der man die Stückzahl multiplizieren könnte. Die Suite verwendet die Abkürzung deshalb nicht. Sie gewichtet jedes Teil mit der Zykluszeit, die bei seiner Herstellung galt, und rechnet die Leistung aus dieser Summe (Kapitel 5.4). Das Ergebnis stimmt für ein Produkt und für beliebig viele Produktwechsel.

Beispiel: Eine Schicht läuft 200 Minuten mit Produkt A (60 pro Minute, Zykluszeit 1 s) und produziert 10.800 Teile, danach 180 Minuten mit Produkt B (30 pro Minute, Zykluszeit 2 s) und produziert 4.860 Teile. Die Nettolaufzeit ist 10.800 × 1 s + 4.860 × 2 s = 20.520 s = 342 min. Bei einer Laufzeit von 380 min ist die Leistung 342 / 380 = 90,0 %. Würde man die Summe von 15.660 Teilen mit einer der beiden Zykluszeiten multiplizieren, kämen 68,7 % oder 137,4 % heraus, beides falsch.

So lesen Sie das Ergebnis

• OEE ist ein Produkt. Drei Faktoren von je 90 % ergeben nur 73 % OEE. Eine niedrige OEE bei drei „guten“ Faktoren ist normal.

• Achten Sie auf den Verlauf, nicht auf den absoluten Wert. oee.com nennt 85 % als „world class“ für die Stückfertigung (90 % Verfügbarkeit, 90 % Leistung, 99 % Qualität) und rund 60 % als typisch. Diese Zahlen sind eine Orientierung, kein Ziel für jede Maschine. Realistisch ist ein Ziel, das Sie in wenigen Monaten erreichen können.

• OEE und TEEP beantworten verschiedene Fragen. OEE bewertet die Zeit, in der Produktion geplant war. TEEP rechnet der Maschine auch Pausen und „kein Auftrag“ an und zeigt, wie viel Kapazität noch frei ist. In der Suite ist die Gesamtzeit die Zeit seit Beginn des Schedules. TEEP ist damit die Auslastung innerhalb dieser Schicht oder dieses Batches; die Zeit zwischen zwei Schedules gehört nicht dazu.

• Eine Leistung über 100 % bedeutet, dass die Sollgeschwindigkeit niedriger eingestellt ist als die Geschwindigkeit, die die Maschine tatsächlich erreicht. Prüfen Sie den Wert der Teile pro Minute.

Was die Suite zusätzlich tut

Stopps und Verluste

Welcher Zustand welchen Verlust verursacht

Das Maschinenprogramm meldet zu jeder Zeit genau einen Produktionszustand. Die Suite ordnet ihn einem Verlust zu:

Wie Ihre Maschinenzustände auf diese Zustände abgebildet werden, legen Sie einmal im Maschinenprogramm fest (Funktion StateConverter im Application Template). Diese Abbildung entscheidet, wie aussagekräftig das Ergebnis ist. Wird zum Beispiel jeder Stopp als NotReady gemeldet, stimmt die OEE trotzdem, aber Verlustanalyse und Top-States können Ihnen nichts sagen.

Bezug zu den „Six Big Losses“ (oee.com):

Vier der sechs Verluste weist die Suite als eigenen Wert aus. Das Zeitmodell von oee.com fasst „Idling and Minor Stops“ und „Reduced Speed“ zu einem Leistungsverlust zusammen; in der Suite ist das tPerformanceLoss + tSpeedLoss. Der Geschwindigkeitsverlust ist gerechnet, nicht gemessen: Alles, was die Maschine langsamer macht und nicht als Stopp gemeldet wird, landet dort. Zwischen zwei Teilen steigt er leicht und fällt zurück, wenn das nächste Teil gezählt wird.

Kurzstopps

Eine Maschine, die vierzigmal für fünf Sekunden steht, hat ein anderes Problem als eine Maschine, die einmal drei Minuten steht. Die Suite trennt deshalb Kurzstopps von langen Stopps.

• Die Grenze legen Sie fest: tShortStopTimePerfLoss für Starved, Blocked und NoMaterial (Vorgabe 10 s) und tShortStopTimeAvailLoss für OperatorStop (Vorgabe 30 s).

• Jeder Stopp wird einmal gezählt, mit einem Ereignis und seiner ganzen Dauer, entweder als Kurzstopp oder als langer Stopp.

• Solange ein Stopp läuft und die Grenze noch nicht erreicht hat, sehen Sie ihn als Kurzstopp. An der Grenze wandert er zum langen Stopp, zusammen mit der bis dahin vergangenen Zeit. In diesem Moment sinkt der Leistungsverlust, und der Verfügbarkeitsverlust steigt um denselben Betrag. Das ist so gewollt.

• EquipmentFailure und NotReady sind immer lange Stopps.

Die Grenze wählen: oee.com beschreibt Kurzstopps als Stopps von ein bis zwei Minuten, die der Bediener ohne Instandhaltung behebt. Die Vorgaben der Suite sind niedriger, weil eine Steuerung viel kürzere Stopps erfasst, als ein Mensch notieren kann. Setzen Sie die Grenze auf die Dauer, unter der in Ihrer Fertigung niemand einen Grund aufschreiben würde.

Was Sie zu jeder Stoppart erhalten

Für jede der zehn Stopparten (sechs lange, vier kurze), für Pausen, NoDemand und den Zustand None liefert scProductionLossDetails die Gesamtdauer und die Anzahl der Ereignisse. tUnplannedDowntime und uiUnplannedOccurrence sind die Summen der zehn Stopparten.

Dauer geteilt durch Anzahl ergibt die mittlere Länge eines Stopps. Ein langer Mittelwert deutet auf ein Reparatur- oder Versorgungsproblem, ein kurzer Mittelwert mit vielen Ereignissen auf eine chronische Störung.

Ziele, Durchsatz und Verluste in Stück

Zeit ist genau, aber „wir haben 40 Minuten verloren“ bleibt abstrakt. Die Suite drückt das Ergebnis deshalb auch in Stück aus.

Ziele

Die Ziele wachsen mit der Zeit. Sie zeigen, wo der Schedule jetzt stehen sollte, nicht an seinem Ende. Vergleichen Sie sie mit lrQuantity: Liegt die Stückzahl über dem OEE-Ziel, ist die Schicht dem Plan voraus. Die Ziel-OEE ist der Eingang rOEEpercent.

Durchsatz

Der Plan-Durchsatz enthält alle Stopps und beantwortet „Wie viel bekommen wir wirklich je Stunde?“. Der Netto-Durchsatz lässt die langen Stopps weg und beantwortet „Wie schnell ist die Maschine, wenn sie läuft?“.

Verluste in Stück

Das Beispiel in Stück

Lesart: Die Schicht liegt 5.250 Teile unter dem Ideal. 2.400 gingen durch lange Stopps verloren, 600 durch Kurzstopps und 2.250, weil die Maschine langsamer lief als geplant. Bei einem Ziel von 85 % sollte die Schicht 21.420 Teile haben und liegt 1.470 zurück.

Top 10 der Stillstandsgründe

Die Top-State-Analyse sortiert die zehn Stopparten des laufenden Schedules in zwei Ranglisten:

• nach Dauer (scTopStateDur): Platz 0 ist der Stopp, der die meiste Zeit gekostet hat,

• nach Häufigkeit (scTopStateOcc): Platz 0 ist der Stopp, der am häufigsten auftrat.

Jeder Eintrag enthält den Zustand, seine Dauer oder seine Anzahl und seinen Anteil an der Summe in Prozent.

So lesen Sie es

• Die beiden Ranglisten sehen meist verschieden aus, und genau dieser Unterschied ist die Information. Im Beispiel kosten Störungen die meiste Zeit (36 % der Stillstandszeit in zwei Ereignissen), während kurzes Leerlaufen am häufigsten vorkommt (16 von 41 Stopps), aber nur 8 % der Zeit kostet.

• Die Rangliste nach Dauer zeigt, wo die meiste Zeit zu holen ist. Die Rangliste nach Häufigkeit zeigt, was Prozess und Bediener am häufigsten stört.

• Die Prozentwerte beziehen sich auf die ungeplante Stillstandszeit dieses Schedules, nicht auf die Schichtlänge. Pausen und NoDemand gehören nicht zur Rangliste.

• Zustände ohne Stopp werden nicht aufgeführt; die übrigen Plätze bleiben leer.

Die Rangliste ist so fein wie Ihre Zustandsabbildung (Kapitel 6.1). Brauchen Sie den Grund hinter einem Zustand, zum Beispiel welche Störung ein EquipmentFailure ausgelöst hat, zeichnen Sie ihn im Maschinenprogramm neben dem Zustand auf.

Batch-Endzeit-Prognose

Für einen Batch mit einer Zielstückzahl schätzt die Suite, wann er fertig sein wird. Das geschieht in zwei Schritten.

Schritt 1: Restbauzeit

Beispiel: Ziel 5.000, gebaut 1.400, Sollgeschwindigkeit 60 pro Minute, OEE 80 %: (5.000 − 1.400) × 1 s / 0,8 = 4.500 s = 75 Minuten.

Das Teilen durch die OEE macht die Prognose realistisch: Eine Maschine, die 80 % erreicht, braucht ein Viertel mehr Zeit als im Idealfall. Welche OEE Sie anschließen, bestimmt, wie sich die Prognose verhält:

Schritt 2: Endzeit mit Schichten und Pausen

Die Bauzeit allein berücksichtigt nicht, dass die Maschine in Pausen und außerhalb der Schichten nicht produziert. Der zweite Schritt legt die Bauzeit in den Schicht- und Pausenkalender.

So lesen Sie es

• Die Prognose wird laufend neu berechnet. Sie verschiebt sich nach hinten, wenn die Maschine steht, und nach vorn, wenn sie besser läuft als die angeschlossene OEE.

• Es ist eine Prognose aus der Sollgeschwindigkeit und einem OEE-Wert. Einen Stopp, der noch nicht eingetreten ist, kennt sie nicht.

• Die Prognose reicht eine Woche voraus. Ein Batch, der später endet, wird als Fehler gemeldet statt mit einer Uhrzeit.

• Ist das Ziel erreicht, wird xTargetReached gesetzt.

Historie und Ergebnisse über mehrere Schedules

Historie. Am Ende eines Schedules speichert EP_History sein Ergebnis. Die letzten 21 Schedules stehen bereit, der neueste bei Index 0. Sie können Schichten oder Batches miteinander vergleichen und die Datensätze an eine Datenbank weitergeben.

Gesamtergebnis. EP_Result fasst mehrere Schedules zu einem Ergebnis zusammen, zum Beispiel die drei Schichten eines Tages oder die letzten fünf Batches, mit oder ohne den laufenden Schedule.

• Zeiten, Stückzahlen, Verluste und Häufigkeiten werden addiert.

• Die Kennzahlen werden aus den Summen neu gerechnet. Sie sind nicht der Mittelwert der Kennzahlen.

• Die Top-States werden aus den summierten Stopps neu sortiert.

Warum nicht einfach der Mittelwert? Zwei Schichten:

Der Mittelwert behandelt die kurze Schicht wie die lange. Das Ergebnis aus den Summen ist die Verfügbarkeit, die die Maschine in diesen neun Stunden wirklich hatte.

Wenn ein Wert unerwartet aussieht

Begriffe

Quellen

• OEE-Definitionen und Berechnung: https://www.oee.com/calculating-oee/

• OEE-Faktoren und Zeitmodell: https://www.oee.com/oee-factors/

• Six Big Losses: https://www.oee.com/oee-six-big-losses/

• TEEP: https://www.oee.com/teep/

• World-Class OEE: https://www.oee.com/world-class-oee/

• Funktionsbausteine, Strukturen und Fehlercodes: DDAS Date Time, Scheduler und Equipment Performance Library Manual (englisch), https://ddas.cloudet.digital

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