Pilotprojekt Zustandsüberwachung: So läuft es von innen ab

Bevor ein Betrieb eine Zustandsüberwachung für seine CNC-Spindeln einführt, will er zu Recht wissen, worauf er sich einlässt. Wer kommt ins Haus, was passiert an der Steuerung, wer muss was vorbereiten, und wie kommt man wieder heraus, wenn es nicht passt. Dieser Artikel beschreibt ein Pilotprojekt zur Zustandsüberwachung bei uns von innen: vom ersten Telefonat über die Generalprobe in unserem Labor und den Tag an Ihrer Maschine bis zum Abschluss mit Datenexport oder nachweisbarer Löschung. Wir nennen dabei nur die Zeitangaben, die wir auch zusagen können.

Erstgespräch und Vorabklärung: Passt Ihr Maschinenpark?

Am Anfang steht ein Erstgespräch von etwa 20 Minuten per Telefon oder Video. Es dient einer einzigen Frage: Lassen sich Ihre Maschinen anbinden. Entscheidend sind Steuerung, Softwarestand und freigeschaltete Optionen, nicht die Größe Ihres Betriebs.

• Siemens: SINUMERIK 840D sl, 828D und ONE mit der Option für OPC UA.
• HEIDENHAIN: TNC 640, TNC 620 und TNC7 mit dem OPC UA NC Server. Jeder verbundene Client belegt dort eine Lizenz.
• Ausnahmen: iTNC 530 und TNC 320 haben keinen OPC UA NC Server. Dort ist nur die Schwingungsmessung möglich. FANUC folgt in einer späteren Phase.

Überwacht werden heute Spindel und Spindellager. Wenn Sie eher Probleme an Vorschubachsen, Werkzeugwechsler oder Kühlmittel haben, sagen wir Ihnen im Erstgespräch, dass das noch nicht zum Angebot gehört. Passt es nicht, erfahren Sie das in diesem Gespräch und nicht erst nach dem Termin vor Ort. Welche Maschinen wir anbinden, steht auch auf der Seite CNC-Fräszentren.

Vorabklärung je Maschine

Nach dem Erstgespräch erhalten Sie ein Datenblatt je Maschine und das IT-Sicherheitsblatt. Je Maschine brauchen wir eine Zeile mit Hersteller, Typ, Baujahr, Seriennummer, Steuerung und NC-Softwarestand. Dazu Fotos vom Typenschild und vom Options- oder Lizenzbildschirm der Steuerung. Diese Fotos sparen vor Ort viel Zeit, denn erst sie zeigen, ob die nötige OPC-UA-Option tatsächlich freigeschaltet ist.

Wir fragen außerdem nach:

• anderen Programmen, die bereits per OPC UA auf die Steuerung zugreifen, etwa Betriebsdatenerfassung, MES oder Fernwartung des Herstellers. Bei HEIDENHAIN zählt jeder davon gegen die verfügbaren Lizenzen.
• Ihrem Wartungsvertrag. Behält er Eingriffe dem Maschinenhersteller vor, etwa das Anlegen von Benutzern oder Zertifikaten an der Steuerung, klären wir das vorher gemeinsam.
• dem Netzwerk: IP-Adresse der Steuerung, Netzsegment, Ansprechpartner der IT, Standort und Stromversorgung für die Box.

Parallel gibt Ihre IT die ausgehenden Verbindungen frei: TCP-Port 8883, ersatzweise 443, von der Box zu unserer Plattform in Deutschland und Port 443 für signierte Updates. Eingehende Verbindungen sind nicht nötig. Prüft eine Firewall verschlüsselte Verbindungen durch Aufbrechen, braucht die Box dort eine Ausnahme, weil sonst die Zertifikatsprüfung fehlschlägt. Details dazu stehen unter Datensicherheit.

Organisatorisch klären wir vorab Geheimhaltungsvereinbarung und Auftragsverarbeitungsvertrag. Wir erfassen Maschinendaten, keine Bedienerdaten. Ob Ihr Betriebsrat informiert werden muss, klären Sie bitte vorab.

Generalprobe mit unserem Steuerungssimulator

Bevor wir zu Ihnen fahren, proben wir den Termin. Dafür haben wir einen eigenen Simulator gebaut, der sich wie eine abgesicherte SINUMERIK verhält. Er stellt einen OPC-UA-Server mit Drehzahl, Spindellast, Werkzeug, Programmzustand und Alarmen bereit. Eine virtuelle Messkarte liefert dazu passende Schwingungssignale. Beide lesen aus demselben Maschinenmodell, damit Drehzahl und Schwingung immer zusammenpassen. Im Simulator lassen sich gezielt Lagerschäden einbauen und wachsen lassen, um die ganze Kette bis zur Meldung zu prüfen.

In der Generalprobe läuft der Simulator im verschlüsselten Modus. Er akzeptiert dann nur verschlüsselte Verbindungen mit einem eigenen Lesebenutzer, so wie es an Ihrer Steuerung sein wird. Wir üben damit den Austausch der Zertifikate, das Auslesen des Adressraums und den Start der Box. Alle Variablen im Simulator sind nur lesbar, Schreibversuche werden abgelehnt. Eine nachgebildete Methode zählt jeden Aufruf. So belegen wir in unserem Gesamttest, dass die Box nie eine Methode aufruft.

Der Tag vor Ort

Der Termin an Ihrer Maschine dauert einen Tag. Ziel ist eine belastbare Grundlage, nicht alles an einem Tag fertig zu haben. Die Produktion läuft dabei weiter. An der Steuerung bedienen nur Ihr Personal oder der Service des Maschinenherstellers. Wir sagen, was wir brauchen, schauen zu und dokumentieren. Der Ablauf folgt einer festen Checkliste:

1. Ankommen: Sicherheitsunterweisung, ein fester Begleiter aus Bedienung oder Instandhaltung, Fotos von Typenschild, Versions- und Optionsbildschirm.
2. Netzwerk prüfen: Box mit Ihrer IT ins Maschinennetz bringen, Erreichbarkeit der Steuerung prüfen, ausgehende Verbindung zur Plattform testen.
3. Adressraum auslesen: Die Box liest den Adressraum der Steuerung in eine Tabelle. Dabei gilt dieselbe Lesesperre wie im Betrieb: Nur Durchsuchen und Lesen sind erlaubt.
4. Zertifikate austauschen: Das Zertifikat der Steuerung wird in der Box hinterlegt, das Zertifikat der Box an der Steuerung von Hand als vertrauenswürdig markiert. Den Fingerabdruck vergleichen wir mit einem Ausdruck.
5. Lesebenutzer anlegen: Mit Ihrer Freigabe richtet Ihr Personal einen Benutzer ein, der nur lesen darf. Bei Siemens mit den Rechten zum Lesen von Daten und Alarmen, ohne jedes Schreibrecht.
6. Signale festlegen: Nur Signale, die in der Tabelle gefunden und bei laufender Spindel live geprüft wurden, kommen in die Konfiguration. Die Spindeldrehzahl ist Pflicht.
7. Box starten und prüfen: Kommen die Werte auf der Plattform an? Reagiert die Bedienoberfläche der Steuerung genauso schnell wie ohne Box? Die Box fragt standardmäßig einmal pro Sekunde ab und nie öfter als alle 0,1 Sekunden.
8. Verbindungsabbruch testen: Wir trennen die Internetverbindung der Box, nicht die zur Steuerung. Die Box puffert, und nach dem Wiederverbinden müssen die Daten lückenlos auf der Plattform ankommen.
9. Messstellen festlegen: Gemeinsam mit Ihnen bestimmen wir die Montagepunkte für den Schwingungssensor am Spindelgehäuse und dokumentieren sie mit Fotos.
10. Abschluss: Box beschriften, Einbauort fotografieren, kurzes Gespräch über Stand, offene Punkte und nächste Schritte.

Einige Dinge tun wir an diesem Tag grundsätzlich nicht: Maschinenparameter, NC-Programme, Werkzeugdaten oder PLC-Werte ändern, auch nicht auf Bitte. Schreibversuche „zum Testen“ unternehmen. Eingehende Ports öffnen oder Fernwartungssoftware installieren. Netzwerkscans ohne Freigabe der IT durchführen. Warum die Box technisch gar nicht schreiben kann, erklärt der Artikel Nur lesen: Schreibschutz an der CNC-Steuerung.

Einlernphase: Die Normallage Ihrer Spindel

Nach dem Termin beginnt der Pilotbetrieb. Zuerst lernt das System die Normallage Ihrer Spindeln. Für jede Kombination aus Maschine, Messstelle und Drehzahlklasse sammelt es Kennwerte, bis genügend Messungen für eine robuste Statistik vorliegen. Solange eine Drehzahlklasse noch lernt, erzeugt sie keine Meldungen. Drehzahlen, die Ihre Maschine selten fährt, brauchen entsprechend länger.

Eine feste Dauer für die Einlernphase nennen wir nicht. Sie hängt davon ab, wie oft und in welchen Drehzahlbereichen Ihre Spindeln laufen. Eine Voraussetzung ist wichtig: Die Einlernphase geht davon aus, dass die Spindel gesund ist. Ist bereits ein Schaden vorhanden, wird er Teil der Normallage. Nach einem Lagertausch oder einer Spindelreparatur lässt sich die Normallage deshalb neu lernen. Diese Aktion wird im Protokoll vermerkt. Mehr dazu im Artikel Normallage lernen.

Meldungen, Rückmeldung und Monatsbericht

Sobald eine Normallage steht, wird jede neue Messung mit ihr verglichen. Es gibt vier Stufen: Normal, Auffällig, Warnung und Alarm. Eine Meldung entsteht erst, wenn eine Abweichung über mehrere aufeinanderfolgende Messungen bestehen bleibt. Jede Meldung nennt Maschine, Messstelle und Drehzahl, den betroffenen Kennwert im Vergleich zur Normallage, die Dringlichkeit und eine Prüfempfehlung. Bei einem Lagerbefund nennt sie das vermutete Bauteil, etwa den Außenring. Eine Restlaufzeit nennt sie bewusst nicht.

Ihre Rückmeldung ist im Pilot der wichtigste Beitrag. Zu jeder Meldung können Instandhalter oder Administrator festhalten, ob sie stimmt, ein Fehlalarm war oder unklar ist. Die Schwellen für die Stufen sind Startwerte. Mit Prüfstandsdaten und Ihren Rückmeldungen werden sie kalibriert. Ohne Rückmeldung bleibt eine Meldung offen und ist in der Übersicht als offen sichtbar.

Einmal im Monat erhalten Sie einen Bericht je Maschine. Wie eine einzelne Meldung im Dashboard aussieht, zeigt der Artikel Meldung mit Begründung.

Was Ihr Betrieb vorbereiten sollte

Abschluss: Datenexport oder nachweisbare Löschung

Ein Pilot endet entweder mit dem Übergang in den regulären Betrieb oder mit einem sauberen Ausstieg. Für den Ausstieg gibt es zwei Werkzeuge.

Datenexport: Ein Administrator Ihres Betriebs kann jederzeit alle Daten exportieren: Maschinen, Kennwerte, Steuerungswerte, Ereignisse, Normallagen und Meldungen mit Ihren Rückmeldungen. Das Format ist JSON Lines, eine Textdatei mit einem Datensatz pro Zeile, die jedes Analysewerkzeug lesen kann. Jeder Export wird im Protokoll vermerkt.

Löschung: Die vollständige Löschung eines Kunden folgt einer festen Reihenfolge, die sich nicht abkürzen lässt:

1. Zuerst wird ein vollständiger Export aller Daten des Kunden in eine Datei geschrieben.
2. Dann muss die Löschung ausdrücklich bestätigt werden, indem der exakte Kundenname eingegeben wird. Stimmt er nicht, wird nichts gelöscht.
3. Die Löschung aller Tabellen läuft in einer einzigen Transaktion: Entweder wird alles gelöscht oder nichts.

Das Ergebnis ist ein Bericht mit der Zahl der exportierten Zeilen und der gelöschten Zeilen je Tabelle. Damit ist die Löschung nachweisbar. Ausgeführt wird sie von Forbach & Partners, nie über die Kundenschnittstelle. Die Box wird abgebaut, ihre Zugangsdaten auf der Plattform sind mit gelöscht. Wenn Sie wissen möchten, ob Ihre Steuerung anbindbar ist, beginnt alles mit dem Erstgespräch. Den öffentlichen Ablauf finden Sie unter Ablauf und Voraussetzungen, den Kontakt unter Kontakt.

Häufige Fragen