Produktionsverluste messen ohne SPS-Anbindung

Warum die SPS-Anbindung für die meisten KMU keine Option ist

Die meisten Fertigungsunternehmen wissen, dass sie Produktionsverluste messen sollten. Das Problem: Der klassische Weg – die Anbindung an eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) – ist für kleine und mittlere Betriebe schlicht nicht umsetzbar.

Die Gründe sind real und bekannt:

• Heterogene Maschinenparks: In einem typischen KMU-Betrieb stehen Maschinen aus den 1990ern neben modernen CNC-Zentren. Jede hat eine andere Steuerungsarchitektur, oft proprietäre Protokolle.
• Kosten und Aufwand: Eine professionelle SPS-Integration kostet zwischen 5.000 und 25.000 EUR pro Maschine – Ingenieurstunden, Programmierarbeit und Inbetriebnahme inklusive.
• IT-Ressourcen fehlen: Wer soll das betreuen? In einem Betrieb mit 40 Mitarbeitern gibt es keinen OT-Spezialisten.
• Produktionsunterbrechung: Jede SPS-Modifikation bedeutet Stillstand, Risikoabwägung und Genehmigungsprozesse beim Maschinenhersteller.

Das Ergebnis: Produktionsverluste bleiben unsichtbar. Stillstände werden handschriftlich erfasst – oder gar nicht. Die Frage „Was hat uns diese Woche an Produktionszeit gekostet?" lässt sich nicht beantworten.

Dieser Leitfaden zeigt Ihnen einen pragmatischen Weg, wie Sie Produktionsverluste messen ohne SPS-Anbindung – Schritt für Schritt, mit echten Zahlen und ohne IT-Projekt.

Was Sie ohne SPS-Daten trotzdem messen können – und was nicht

Ehrlichkeit ist hier wichtiger als Verkaufsrhetorik. Klären wir zunächst, was realistisch messbar ist:

Was Sie messen können:

• Maschinenlaufzeiten – wann läuft eine Maschine, wann steht sie
• Leerlaufzeiten – Maschine eingeschaltet, aber nicht produzierend
• Ungeplante Stillstände – unerwartete Unterbrechungen während der Schicht
• Verfügbarkeit (Availability) – einer der drei OEE-Faktoren
• Verlustzeiten in EUR – wenn Stundensatz bekannt ist

Was ohne SPS schwieriger zu messen ist:

• Stückzahlen und Taktzeiten – dafür brauchen Sie Zähler oder Kamerasysteme
• Qualitätsverluste (Ausschuss) – erfordert Produktionsdaten aus dem ERP
• Vollständiges OEE – Verfügbarkeit ja, Leistung und Qualität nur mit Zusatzdaten

Aber hier eine wichtige Perspektive: In den meisten KMU-Betrieben verursacht die schlechte Verfügbarkeit den größten Verlustanteil. Ungeplante Stillstände und übermäßige Leerlaufzeiten kosten mehr als Qualitätsprobleme. Wer diesen Faktor in den Griff bekommt, löst das größte Problem zuerst.

Schritt 1: Maschinenliste erstellen und Prioritäten setzen

Beginnen Sie nicht damit, alle Maschinen gleichzeitig zu überwachen. Das führt zu Datenchaos und Überforderung. Stattdessen: eine geordnete Liste, nach wirtschaftlicher Relevanz.

So erstellen Sie Ihre Prioritätsliste:

1. Alle Produktionsmaschinen auflisten – inklusive Baujahr, Steuerungstyp und Schichtmodell
2. Stundensatz schätzen – Was kostet eine Stunde Stillstand dieser Maschine? Denken Sie an Abschreibung, Energie, anteilige Personalkosten und entgangene Deckungsbeiträge.
3. Engpässe markieren – Welche Maschinen blockieren den gesamten Produktionsfluss, wenn sie stehen?
4. Häufigkeit von Störungen einschätzen – Wo hören Sie täglich Klagen vom Schichtführer?

Praxisbeispiel: Ein Metallverarbeitungsbetrieb mit 25 Maschinen identifiziert drei Engpassmaschinen: ein Bearbeitungszentrum, eine Laserschneidanlage und eine Biegemaschine. Deren kombinierter Stundensatz liegt bei rund 380 EUR/Stunde. Eine Stunde ungeplanter Stillstand an allen dreien kostet 380 EUR. Pro Monat – wenn das täglich eine Stunde passiert – sind das über 7.600 EUR Verlust.

Tipp: Starten Sie mit maximal drei bis fünf Maschinen. Verfeinern Sie das System, bevor Sie es ausweiten.

Schritt 2: Energieverbrauch als Proxy für Maschinenzustand nutzen

Das Kernprinzip der SPS-freien Fertigungsüberwachung: Stromverbrauch als indirekter Indikator für den Maschinenzustand.

Jede Maschine hat ein charakteristisches Stromprofil:

• Ausgeschaltet: 0 W oder Grundlast der Steuerungselektronik (50–200 W)
• Leerlauf: Maschine läuft, aber kein Werkzeugeingriff – z. B. 400–800 W bei einer CNC-Fräse
• Aktive Produktion: Spindelmotor, Kühlmittelpumpe, Vorschubachsen unter Last – typisch 3–12 kW je nach Maschine

Diese Unterschiede sind messbar, ohne in die Steuerung einzugreifen. Ein Stromsensor, der an das Zuleitungskabel geclippt wird (sogenannter Current Transformer), erfasst die Leistungsaufnahme in Echtzeit. Keine Verkabelung, keine Programmierung, keine Genehmigung vom Maschinenhersteller nötig.

Wichtig: Sie benötigen keine hochgenaue Leistungsmessung. Für die Zustandserkennung reicht eine Messrate von einer Sekunde, mit einer Genauigkeit von ±5 %.

Schritt 3: AKTIV vs. LEERLAUF erkennen – die entscheidende Unterscheidung

Hier liegt der entscheidende Unterschied zu einfachem Ein/Aus-Monitoring. Eine Maschine kann eingeschaltet sein und trotzdem nichts produzieren. Leerlaufzeiten in der Produktion sind oft der größte versteckte Verlustposten – und werden systematisch unterschätzt.

Das Prinzip der Zustandserkennung funktioniert so:

1. Basislinie messen: Während einer normalen Produktionsschicht zeichnen Sie die Leistungskurve auf. Sie sehen deutlich unterschiedliche Verbrauchsniveaus.
2. Schwellenwerte definieren:
   • Unter X Watt → Ausgeschaltet
   • Zwischen X und Y Watt → Leerlauf (IDLE)
   • Über Y Watt → Aktive Produktion (ACTIVE)
3. Ereignisse protokollieren: Jeder Zustandswechsel wird mit Zeitstempel gespeichert.

Praxisbeispiel: Eine Spritzgussmaschine (120-Tonnen-Schließkraft) zeigt folgendes Profil:

• Ausgeschaltet: < 100 W
• Leerlauf (Heizung an, kein Einspritzzyklus): 1,8–2,2 kW
• Aktiver Zyklus: 8–14 kW (Einspritz- und Schließbewegung)

Mit diesen drei Schwellenwerten erkennen Sie automatisch, ob die Maschine produziert oder nur Strom verbraucht. In der Praxis zeigt sich oft: 20–35 % der Betriebszeit sind Leerlauf – Bediener weg, Material fehlt, Rüstarbeiten, Pausen.

Schritt 4: Verlustzeiten in EUR umrechnen

Daten ohne Geldwert sind für Geschäftsführer und Produktionsleiter nur begrenzt handlungsorientierend. Der entscheidende Schritt ist die Monetarisierung der Verluste.

Formel für ungeplante Stillstandskosten:

Verlustkosten (EUR) = Stillstandzeit (h) × Maschinenstundensatz (EUR/h)

Der Maschinenstundensatz setzt sich zusammen aus:

• Abschreibung: Anschaffungswert ÷ Nutzungsjahre ÷ Jahresstunden
• Energiekosten: kW × EUR/kWh × Laufstunden
• Wartung: Jahresbudget ÷ Jahresstunden
• Anteilige Personalkosten: wenn Bediener an der Maschine gebunden ist
• Entgangener Deckungsbeitrag: oft der größte Posten

Konkretes Rechenbeispiel:

Ein Laserschneider mit einem Maschinenstundensatz von 95 EUR/h steht in einer typischen Woche 4,5 Stunden ungeplant still (dokumentiert durch Strommessung). Das ergibt:

4,5 h × 95 EUR/h = 427,50 EUR Verlust pro Woche

× 48 Arbeitswochen = 20.520 EUR Jahresverlust – an einer einzigen Maschine.

Diese Zahl verändert Gespräche in der Geschäftsleitung. „Die Maschine hat manchmal Probleme" wird zu „Wir verlieren 20.000 EUR pro Jahr an dieser Anlage."

Schritt 5: Schwellenwerte kalibrieren und Alarme einrichten

Die Qualität Ihrer Messung steht und fällt mit der Kalibrierung. Falsch gesetzte Schwellenwerte führen zu Fehlalarmen – und die werden ignoriert.

Kalibrierungsprotokoll (einmalig, ca. 2 Stunden pro Maschine):

1. Tag 1, Schritt 1: Maschine normal einschalten. Leerlauf-Grundlast 10 Minuten messen. Mittelwert notieren.
2. Tag 1, Schritt 2: Normale Produktion starten. Leistungsprofil 30 Minuten aufzeichnen. Minimum und Maximum im aktiven Betrieb notieren.
3. Schwellenwert IDLE→ACTIVE: Setzen Sie diesen 15–20 % über der gemessenen Leerlaufspitze.
4. Schwellenwert AUS→IDLE: Setzen Sie diesen knapp über der Grundlast der Steuerungselektronik.
5. Testlauf 48 Stunden: Überwachen Sie, ob die Zustandserkennung plausibel erscheint. Vergleichen Sie mit dem Schichtplan.

Alarmkonfiguration:

• Ungeplanter Stillstand: Alarm, wenn Maschine während geplanter Produktionszeit länger als X Minuten im Zustand „AUS" oder „IDLE" bleibt (typisch: 10–15 Minuten)
• Verlängerter Leerlauf: Alarm, wenn IDLE-Zeit zusammenhängend > 20 Minuten (möglicher Maschinenfehler oder Materialstau)
• Schichtende-Report: Automatische Zusammenfassung der Verlustzeiten am Schichtende

Tipp: WhatsApp-Benachrichtigungen werden zuverlässiger gelesen als E-Mails. Wenn Ihr System Push-Nachrichten direkt an den Schichtführer senden kann, sinkt die Reaktionszeit deutlich.

Schritt 6: Tagesberichte auswerten und Muster erkennen

Einzelne Alarme zeigen Symptome. Tagesberichte und Wochentrends zeigen Ursachen.

Achten Sie auf folgende Muster in Ihren täglichen Finanzberichten:

Muster und ihre Bedeutung:

• Stillstände immer zu Schichtbeginn: Rüstprozesse dauern zu lange, fehlendes Material, verspäteter Schichtstart
• Leerlaufspitzen um 10:00 und 15:00 Uhr: Pausenzeiten werden ausgedehnt, Maschine wird nicht rechtzeitig wieder angefahren
• Freitagmuster: Produktion läuft freitags statistisch schlechter – ein bekanntes Phänomen, das jetzt messbar wird
• Wachsende Leerlaufzeiten bei einer Maschine: Frühindikatoren für Verschleiß – Werkzeugwechsel dauern länger, Bediener braucht mehr Eingriffe
• Plötzliche Vollstillstände ohne Vorzeichen: Typisch für elektrische Fehler, Sicherungsauslösung oder Materialstau

Diese Muster bilden die Grundlage für ein echtes OEE-Verbesserungsprogramm – auch ohne vollständige OEE-Berechnung. Sie bearbeiten systematisch die Six Big Losses (nach dem TPM-Ansatz): Ausfälle, Rüsten/Einrichten, Kleinststörungen, reduzierte Geschwindigkeit, Anlauf- und Produktionsfehler.

Für KMU ist der pragmatischere Ansatz des TEEP (Total Effective Equipment Performance) oft aufschlussreicher als OEE, weil er auch Zeiten erfasst, in denen Maschinen gar nicht eingeplant waren – und so ungenutzte Kapazitäten sichtbar macht.

Häufige Fehler beim manuellen Erfassen von Produktionsverlusten

Bevor wir zu den erwartbaren Ergebnissen kommen, ein Blick auf die Fallstricke – denn viele Betriebe scheitern nicht am Willen, sondern an der Methodik.

Fehler 1: Papierbasierte Stillstandslisten

Bediener tragen Störungen manuell ein – wenn sie Zeit haben, wenn sie es nicht vergessen, und oft gerundet auf volle 15 Minuten. Studien zeigen, dass manuelle Erfassung 40–60 % der tatsächlichen Verlustzeiten nicht erfasst. Kleine Unterbrechungen unter 5 Minuten werden systematisch ignoriert, obwohl sie sich täglich zu 45–60 Minuten summieren können.

Fehler 2: Alle Maschinen gleichzeitig überwachen wollen

Datenmenge ohne Analyseprozess führt zu Paralyse. Beginnen Sie mit den drei teuersten Engpässen.

Fehler 3: Alarme ohne Eskalationspfad

Ein Alarm, der niemanden erreicht oder den niemand beantwortet, ist wertlos. Definieren Sie klar: Wer reagiert auf welchen Alarm, in welcher Zeit?

Fehler 4: Schwellenwerte nie nachkalibrieren

Saisonale Änderungen (Raumtemperatur beeinflusst Leistungsaufnahme), neue Werkzeuge oder veränderte Produktionsprogramme können die Strombasislinien verschieben. Kalibrieren Sie alle drei Monate nach.

Fehler 5: Verlustzeiten nicht kommunizieren

Wenn die Zahlen nur beim Produktionsleiter bleiben, ändert sich nichts. Teilen Sie Wochenzusammenfassungen mit Schichtführern und – in vereinfachter Form – mit der Geschäftsleitung.

Was Sie nach 30 Tagen erwarten können

Setzen Sie realistische, aber ambitionierte Erwartungen. Hier ist, was Produktionsbetriebe typischerweise nach dem ersten Monat systematischer Verlusterfassung berichten:

Woche 1–2: Das Sichtbarkeitsproblem löst sich auf

Zum ersten Mal sehen Sie in Echtzeit, was auf Ihrem Shopfloor passiert. Die erste Reaktion ist oft Überraschung: „Ich wusste nicht, dass diese Maschine so oft im Leerlauf steht." Erwarten Sie Leerlaufquoten von 18–30 % – das ist in KMU-Betrieben ohne Monitoring der Normalfall, nicht die Ausnahme.

Woche 2–3: Die ersten schnellen Gewinne

Allein durch Transparenz und WhatsApp-Alarme reagieren Schichtführer schneller. Ungeplante Stillstände dauern im Schnitt 25–40 % kürzer, weil das Problem früher bekannt ist. Bei einem Maschinenstundensatz von 80 EUR und durchschnittlich zwei Alarmen pro Tag, bei denen die Reaktionszeit um 20 Minuten sinkt, ergibt das:

2 × (20/60) h × 80 EUR = 53 EUR täglich × 22 Arbeitstage = ~1.160 EUR/Monat allein durch schnellere Reaktion.

Woche 3–4: Muster werden sichtbar und adressierbar

Mit vier Wochen Daten erkennen Sie wiederkehrende Verlustmuster. Ein konkretes Beispiel: Ein Betrieb entdeckte, dass ihre Schweißzelle montags morgens konstant 45 Minuten Anlaufverlust hatte – wegen einer Temperatursensibilität der Schutzgasregelung, die bei Wochenendabkühlung ansprang. Die Lösung (Wochenendheizung auf Minimaltemperatur) kostete 0 EUR und sparte monatlich 6 Stunden Produktionszeit.

Nach 30 Tagen: Ihr erster verlässlicher Verfügbarkeitswert

Sie haben nun eine belastbare Datenbasis für den Availability-Faktor Ihrer Schlüsselmaschinen. Für viele KMU liegt dieser im ersten Monat zwischen 72 und 85 % – deutlich unter der Eigenwahrnehmung von „läuft doch gut". Das ist keine schlechte Nachricht, sondern der Ausgangspunkt für messbare Verbesserung.

Wer heute bei 78 % Verfügbarkeit liegt und diese auf 88 % hebt, gewinnt pro Maschine mit einem Stundensatz von 90 EUR und 16 Betriebsstunden täglich:

(88 % – 78 %) × 16 h × 90 EUR × 22 Tage = 3.168 EUR/Monat – pro Maschine.

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Die gute Nachricht: Sie müssen nicht mit einem großen IT-Projekt starten. Ein nicht-invasiver Stromsensor, der in 30 Minuten installiert ist, liefert Ihnen die Datenbasis, die Sie brauchen, um Produktionsverluste zu messen – ohne SPS-Anbindung, ohne Maschinenhersteller, ohne IT-Abteilung. Der erste Schritt ist zu wissen, was Sie verlieren. Der zweite ist, es zu stoppen.