Bestehende Spritzgießmaschinen digitalisieren und Produktionsdaten nutzen

Viele kunststoffverarbeitende Betriebe nutzen Spritzgießmaschinen unterschiedlicher Hersteller und Generationen. Einige verfügen über moderne industrielle Schnittstellen, andere liefern grundlegende elektrische Signale und interne Aufzeichnungen mit eingeschränktem Zugriff. Diese Vielfalt beeinflusst, was messbar ist, wie die Daten interpretiert werden und wie aufwendig die Integration wird.

Eine modulare Digitalisierungsstrategie untersucht die vorhandenen Anlagen und wählt die Signale aus, die zur Lösung eines Produktionsproblems benötigt werden. Zuerst wird festgelegt, welche Entscheidungen eine bessere Informationsgrundlage brauchen.

Mit den Fragestellungen des Betriebs beginnen

Um Kapazitätsverluste zu verstehen, muss ein Betrieb seine Produktionszeiten, Stillstände und Zyklen kennen. Für Energieanalysen muss Leistung gemessen, über definierte Zeiträume zur Energie integriert und mit Produktion und Peripheriegeräten verknüpft werden. Zur Untersuchung gleichbleibender Bauteileigenschaften werden voraussichtlich Prozessgrößen, Chargenrückverfolgbarkeit und Qualitätsergebnisse benötigt.

Vor der Sensorauswahl sollten die Kennzahl, das zugehörige physikalische Phänomen, die erforderliche zeitliche Auflösung, die Kontextinformationen und die für Maßnahmen verantwortliche Person feststehen.

Welche Signale die Spritzgießmaschine liefern kann

Je nach Generation und Steuerung kann eine Maschine Zustände, Alarme, Zyklen, Rezeptvariablen, Istwerte und Daten über Kommunikationsschnittstellen bereitstellen. Einige Anlagen unterstützen OPC UA oder andere Schnittstellen; bei anderen müssen vorhandene Signale angepasst werden.

Für die Erfassung von Betrieb oder Zyklen können ein validiertes Signal und eine robuste Ereigniserfassung ausreichen. Bei Druck-, Temperatur- oder Bewegungsprofilen gewinnen Abtastfrequenz, Messgenauigkeit und Synchronisation an Bedeutung. Messgröße und Messort bestimmen, welche Schlussfolgerungen möglich sind.

Für Kunststoffmaschinen definiert OPC 40077 ein Datenmodell zum Austausch zwischen Spritzgießmaschinen und Manufacturing Execution Systems. Die Anwendung setzt eine kompatible Unterstützung durch die Steuerung voraus. Lesen Sie unseren Leitfaden zu OPC UA, MQTT und EUROMAP.

Peripheriegeräte einbeziehen, wenn die Fragestellung es erfordert

Produktivität und Verbrauch einer Zelle hängen auch von Kühlung, Trocknung, Materialzuführung, Robotik, Fördertechnik und weiteren Nebenaggregaten ab. Eine Störung an einem Peripheriegerät kann die Produktion beeinträchtigen, obwohl die Spritzgießmaschine weiterhin funktionsfähig ist.

Bei einer Energieanalyse kann die Messung nur eines Stromkreises den Anteil der Peripheriegeräte verdecken. Die getrennte Erfassung ausgewählter Einspeisungen ermöglicht es, den Verbrauch während Produktion, Wartezeiten, Vorheizen und Produktwechseln zu untersuchen.

Diese Anwendung steht im Zusammenhang mit KERN IoP | ENERGY: Cell. Für die Auslegung der Messarchitektur müssen Schaltpläne, Installationsbedingungen und geeignete Sicherheitsmaßnahmen geprüft werden.

Signale in vergleichbare Aufzeichnungen überführen

Dieselbe Zykluszeit kann unterschiedliche Bedingungen beschreiben, wenn Werkzeug, Zahl der aktiven Kavitäten, Material oder Qualität wechseln. Für eine sachgerechte Interpretation müssen Artikel, Fertigungsauftrag, Werkzeug und Prozessbedingungen dokumentiert werden.

Energiekennzahlen erfordern eine entsprechende Normierung. kWh/Zyklus, kWh/kg oder Kosten je Charge sind nutzbar, wenn feststeht, welche Anlagen erfasst wurden, welche Menge in welchem Zeitraum produziert wurde und wie hoch der Gutteilanteil war.

Integration, Cybersicherheit und Instandhaltung

Die Maschine muss weiterhin innerhalb der vom Hersteller und der betrieblichen Risikobeurteilung festgelegten Grenzen arbeiten. Lese- und Schreibzugriffe sind getrennt zu verwalten, industrielle Netzwerke bei Bedarf zu segmentieren, Zugangsdaten zu verwalten und Anschlusspunkte zu dokumentieren.

Die Normenreihe IEC 62443 bietet Grundlagen für industrielle Cybersicherheit. Bei Bestandsanlagen bestimmen die verfügbare Unterstützung, die Netzwerkarchitektur und kompensierende Schutzmaßnahmen das Risiko der Anbindung.

Zur Pflege der Lösung gehören gegebenenfalls Kalibrierung, Sicherung der Konfigurationen, Integrität der Zeitstempel, Softwareaktualisierungen und Versionskontrolle. Ein Pilotvorhaben prüft diese Bedingungen vor der Ausweitung.

Eine praktikable Reihenfolge für die Einführung

1. Ein wiederkehrendes Problem auswählen und seine Auswirkungen anhand vorhandener Daten abschätzen.
2. Schnittstellen, Signale, Peripheriegeräte, Schaltpläne und Sicherheitsanforderungen prüfen.
3. Einen Mindestdatensatz und einen Referenzzustand definieren.
4. Datenerfassung und Kontextzuordnung an einer Maschine oder Zelle umsetzen.
5. Die Aufzeichnungen mit Beobachtungen der Bediener sowie Produktions- und Qualitätsdaten abgleichen.
6. Eine Verbesserung umsetzen und die Ergebnisse überprüfen.
7. Architektur und Voraussetzungen für die Erweiterung dokumentieren.

López Almendros und Aguilar Pérez (2025) beschreiben modulare Anwendungen in vier kleinen und mittleren Unternehmen der Kunststoffverarbeitung. Ein Vergleich der Ergebnisse erfordert die Berücksichtigung des jeweiligen Anwendungskontexts.

PM Tec Engineering entwickelt mit seinem Geschäftsbereich Industrie 4.0, KERN IoP, Lösungen für Datenerfassung mit SMARTPRO, Monitoring mit MONITOR und industrielle Ingenieurleistungen. Der Umfang wird nach Prüfung der jeweiligen Maschine und des Prozesses festgelegt.

Weiterführende Informationen: Digitalisierung von KMU der Kunststoffverarbeitung und Produktivität und OEE.

Literatur

• IEC. (2024). IEC 62443-2-1:2024. Security for industrial automation and control systems — Part 2-1. International Electrotechnical Commission.
• López Almendros, A., & Aguilar Pérez, T. (2025). Real-world validation of a modular digital architecture in plastic manufacturing SMEs. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 141, 1905–1916. DOI.
• OPC Foundation. (2020). OPC 40077: OPC UA interfaces for plastics and rubber machinery—Data exchange between injection moulding machines and MES (Release 1.01).