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MES (Manufacturing Execution System): Alles, was Sie über das MES System wissen müssen

Published: · Last updated: · 13 min Lesezeit

Das MES im Wandel: Vom monolithischen MES zur holistischen industrial IoT Plattform

Fertigende Unternehmen wünschen heute nicht nur ein Manufacturing Execution System mehr, sondern eine Fabrik-IT-Lösung, die sicherstellt, dass sie auch in Zeiten des industriellen Internets der Dinge (IIoT) zukunftsfähig bleiben. Digitalisierung und der Abschied vom herkömmlichen MES ist dabei kein Selbstzweck: Ein modernes digitales Fabrik-Monitoring erhöht letztlich Wettbewerbsfähigkeit und Standortsicherheit. Deshalb setzen sich – wie im B2C-Bereich – auch im industriellen B2B-Bereich offene Plattform-Lösungen immer weiter durch.

Die heutige Fertigung ist trotz großer Fortschritte bei den Mitteln und Wegen immer noch sehr unberechenbar und wettbewerbsintensiv. So sehr, dass der typische Hersteller viel mehr tun muss, als den neuesten Fertigungs-Schnickschnack zu nutzen, wenn er überleben will.

Es ist von entscheidender Bedeutung, dass die Hersteller vielseitig sind und die Effizienz ständig optimieren, um die Qualität und die Produktionsraten zu verbessern und den Gewinn zu maximieren. Dazu ist ein umfassendes Verständnis der Produktion erforderlich, und alles, was es dazu braucht, ist das richtige Maß an Transparenz in kritischen Prozessen. Eine IIoT-Plattform mit integrierten MES Funktionalitäten spielt dabei eine zentrale Rolle, denn es koordiniert und automatisiert – basierend auf präzisen MES-Daten – Produktions- und Qualitätskontrollen, Maschinenintegration, Anlagenwartung und Echtzeit-Analysen. Dies trägt zu größerer Effizienz bei geringeren Kosten, schnellerer Entscheidungsfindung und höheren Gewinnen bei – alles wichtige Faktoren, um einen Wettbewerbsvorteil zu erzielen und im Geschäft zu bleiben

Was ist ein Manufacturing Execution System (MES)?

Ein Manufacturing Execution System (MES) ist ein Fertigungsmanagementsystems, das komplexe Fertigungsprozesse abbildet, überwacht und steuert. Das Hauptziel eines MES ist es, eine effektive Durchführung der Fertigungsvorgänge sicherzustellen und die Produktionsleistung zu verbessern. Hierbei unterstützt es diese Ziele eines Unternehmens zu erreichen. Dies gelingt, indem es genaue Echtzeitdaten über den gesamten Produktionslebenszyklus hinweg sammelt und aufbereitet.

Funktionell beschreibt das Akronym MES- das für Manufacturing Execution System steht – automatisierte Systeme, die die Ausführung von physikalischen Prozessen in Echtzeit verwalten, dokumentieren und synchronisieren, die an der Umwandlung von Rohstoffen in Zwischen- oder Fertigprodukte beteiligt sind. Das Ziel ist es, mit MES-Steuerung und -Funktionalität eine höhere Effizienz bei der Produktausführung und -Produktion zu erreichen.

Manufacturing Execution Systeme leisten weit mehr als nur die Steuerung der Hardware, sie befassen sich auch mit Qualität, Bestand und anderen wichtigen Teilen des Fertigungsprozesses. Aspekte, die normalerweise durch die Einbindung dieser Prozesse durch MES-Software angesprochen werden.

Diese Erweiterungen werden nicht ohne Weiteres als Teil traditioneller MESs kategorisiert. Viele Analysten in der MES-Branche bezeichnen sie stattdessen als Manufacturing Operations Management-Lösungen – oder MOM. Was auch immer der Fachjargon ist, die MES-Software arbeitet daran, Daten zu melden, genaue Informationen über das Geschehen in der Produktion zu geben und die Fertigungsprozesse weniger schwierig zu gestalten. Nachfolgende werden einige wichtige Funktionalitäten eines MES Systems vorgestellt. Dazu gehören die Maschinendatenerfassung (MDE), Betriebsdatenerfassung (BDE), Leistungsanalyse, Feinplanung, Rückverfolgbarkeit und Dokumentenmanagement.

Wichtige Funktionalitäten eines MES Systems

  • Die Maschinendatenfassung (MDE) erfasst die Daten von Anlagen unterschiedlicher Jahrgänge und Steuerungen sowie von verschiedenen Herstellern. Diese Signale werden vereinheitlicht und für die Auswertung nutzbar gemacht. Saubere Daten bilden das Fundament, um korrekte Leistungskennzahlen zu ermitteln wie die Overall Equipment Effectiveness (OEE).
  • Durch die Betriebsdatenerfassung (BDE) werden sowohl organisatorische als auch technische Betriebsdaten ermittelt. Auf der einen Seite umfassen organisatorischen Betriebsdaten bspw. die Arbeitsplätze und Personaldaten, die zur Erfüllung eines Fertigungsauftrages nötig sind. Auf der anderen Seite beinhalten die technischen Betriebsdaten Informationen über die Maschinen, Prozesse, Betriebszustände und aus-gebrachten Mengen. Somit beschäftigt sich die Betriebsdatenerfassung mit der zentralen Frage: Wer hat wann was in der Fabrik in welcher Zeit gefertigt? Dies bildet die Grundlage für die die Kostenträgerrechnung.
  • Die Leistungsanalyse sammelt Daten in der Fertigung und bereitet sie in Reports zu aussagekräftigen Informationen auf. Sowohl Echtzeit-Zustände der Produktion als auch historische Analysen werden übersichtlich visualisiert. Werker können virtuell analysieren und real optimieren.
  • Die Grobplanung wird von einem ERP-System durchgeführt und die Feinplanung wird vom MES System durchgeführt. Die Feinplanung verteilt die Fertigungsaufträge auf die verfügbaren Ressourcen. So werden die nötigen Vorgänge der Fertigungsaufträge terminiert und die entsprechenden Ressourcen bestimmt. Mithilfe von Echtzeitdaten können zudem Engpässe erkannt werden und auf drohende Lieferverzüge flexibel reagiert werden.
  • Das Track and Trace (Rückverfolgbarkeit) ermöglicht eine Produktrückverfolgung, wodurch jederzeit ermittelt werden kann wie, wo und wann eine Produkt oder Bauteil gefertigt wurden. Infolgedessen können regulatorischen Anforderungen erfüllt und Produkthaftungsrisiken minimiert werden.
  • Das Dokumentenmanagement digitalisiert, verwaltet und disponiert alle Informationen, welche die Werker für ihre Arbeitsprozesse benötigen. Die Informationen werden bedarfsgerecht aufbereitet und zeitnah am benötigten Einsatzort zur Verfügung gestellt. Dementsprechend hilft das Dokumentenmanagement dabei das Ziel der papierlosen Fabrik zu erreichen. Zugleich können Fehler reduziert werden, da die digitalen Dokumente nicht zwischen den einzelnen Fertigungsschritten verloren gehen können.

Warum sind MES Funktionalitäten essenziell für Fertigungsunternehmen?

Das MES Funktionalitäten unterstützen Unternehmen dabei ihre Fertigung effizient zu steuern und zu optimieren. Als Brücke zwischen der operativen Unternehmenssteuerung und der Prozessleitebene haben Unternehmen die Möglichkeit, Daten aus dem ERP System direkt mit Echtzeitdaten aus der Fertigung abzugleichen. Dies sorgt für eine noch nie dagewesene Transparenz in der Fertigung. Hinzu kommt der Echtzeiteinblick über Maschinen und Anlagen, mit dessen Hilfe in Problemsituationen oder bei Störungen umgehend eingegriffen werden kann.

Zusätzlich zu diesen Kernfunktionen hilft ein MES den Unternehmen die enormen Herausforderungen die Vorschriften und Richtlinien von verschiedenen Branchen wie der Pharmaindustrie oder der Luft & Raumfahrtbranche zu bewältigen und zu erfüllen, beispielsweise durch die vorgestellte Rückverfolgbarkeit von Produkten. Darüber hinaus kann diese sowohl in der diskreten Fertigung für Branchen wie die Luft- und Raumfahrt, Verteidigungs- und Automobilbranche als auch in der Prozessfertigung genutzt werden. Denn ein Manufacturing Execution System bietet viele grundlegende Vorteile:

  • Erhöhte Kundenzufriedenheit
  • Verbesserte Einhaltung von Vorschriften
  • Bessere Agilität und kürzere Markteinführungszeit
  • Verbesserte Transparenz der Lieferkette
  • Reduzierte Fertigungszykluszeit
  • Eliminierung von Papierkram und manuellen Dateneingabeprozessen
  • Verkürzte Auftragsdurchlaufzeit
  • Geringere Arbeitskosten
  • Reduzierter WIP-Bestand
  • Erhöhte Maschinenauslastung

Damit kann ein MES System dazu beitragen die drei großen Ziele Zeit, Kosten, Qualität zu erreichen.

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Wie können MES Funktionalitäten dazu beitragen den Produktionsprozess zu optimieren?

Manufacturing Execution Systems revolutionieren die Art und Weise, wie Unternehmen, Produkte und der Prozess selbst verwaltet werden. Für viele Hersteller liegt der Schlüssel zum Überleben darin, die richtigen Technologien zu nutzen, um die Fertigung zu verbessern und der Zeit voraus zu sein.

Das Manufacturing Execution System liefert über die Kennzahl OEE die benötigte Transparenz, um Schwachstellen in der Fertigung. So lässt es sich erkennen, ob es Probleme in der Verfügbarkeit, im Leistungsgrad oder auch in der Qualität.

Beispielhafte Themen können dabei sein:

  • Operative Sichtbarkeit und Effizienz;
  • Qualität und Produktkontrolle;
  • Material-/Lohnkosten;
  • Berichtswesen und Entscheidungsfindung.

Ein robustes MES löst diese Kernprobleme, indem es den richtigen Personen zur richtigen Zeit umsetzbare Daten zur Verfügung stellt und ihnen hilft, fundierte Entscheidungen zu treffen und die betriebliche Transparenz zu erhöhen.

MESs würden auch unterschiedliche „Informationsinseln“ integrieren und sie zu einem praktischen Bild der Produktivität interpretieren. Dadurch steigt die Effizienz der einzelnen Funktionen. Diese synchronisierten und koordinierten Informationen fördern letztlich eine strengere Kontrolle über die Fertigungsaktivitäten und damit die Qualität des Endprodukts und die Wiederholbarkeit der Produktion in der ersten Zeit.

Bemerkenswert ist auch die Tatsache, dass ein MES ein automatisiertes System zur Dokumentation und Verteilung von Informationsabläufen einrichtet, das nicht nur die Anforderungen von ISO 9000 erfüllt, sondern auch die Verwirrung und Fehler beseitigt, die in papierbasierten Systemen auftreten.

Die Nutzen von Manufacturing Execution Systemen

Die Vorteile eines Manufacturing Execution Systems können gar nicht hoch genug eingeschätzt werden. Sie wirken sich eindeutig auf die Fähigkeit eines Herstellers aus, seine Abläufe zu erneuern und zu verbessern. Mit einem MES lassen sich die üblichen Herausforderungen in der Fertigung leicht bewältigen.

Zu diesen Vorteilen gehören unter anderem;

  • Verbessertes Qualitätsmanagement und Kontrolle: MES liefert die Datengrundlage, um die Maschineneffizienz zu steigern und Verlustquellen zu adressieren.
  • Einhaltung gesetzlicher Vorschriften: MES sorgen auch dafür, dass das Risiko von Rückrufaktionen oder Auseinandersetzungen mit Aufsichtsbehörden über Produktqualität und Defekte deutlich geringer ist.
  • Schnelles und genaues Management-Reporting: MESs können sicherstellen, dass jeder im Unternehmen die benötigten Einblicke pro Zeit abrufen kann
  • Erhöhte Sichtbarkeit und Effizienz: MESs liefern Dashboards mit relevanten Informationen über das Geschehen in Echtzeit, so dass Sie Probleme frühzeitig erkennen und den Betrieb reibungslos aufrechterhalten können.
  • Overall Equipment Effectiveness (OEE)
  • Geringere Kosten: MES bewirken Wunder für das Endergebnis: Sie erzielen direkte Einsparungen, indem sie die für die Produktion benötigte Zeit reduzieren.
  • Verbesserte MES-Zusammenarbeit in der Lieferkette: MES stellen sicher, dass die Lieferanten Zugang zu genauen Daten haben, so dass sie leichter zusammenarbeiten und ihre Lieferungen auf die Produktionsprozesse abstimmen können.
  • Besseres und einfacheres Systemmanagement: Ein Cloud-Software-MES kann die IT vereinfachen, indem es die Systemwartung an den Cloud-MES-Software-Anbieter auslagert und so den Hersteller von einer enormen IT-Belastung befreit.
  • Bessere Anlagenauslastung.

Warum ist eine offene IIoT-Plattform so wichtig?

Im Gegensatz zu herkömmlichen Manufacturing Execution Systemen bietet eine IIoT-Plattform die Interoperabilität, die Fähigkeit mit Drittsysteme zusammen zu arbeiten. Gewonnene Daten auf dem Shopfloor können somit anderen Systemen zu Verfügung gestellt werden und liefern so einen wichtigen Beitrag im Blick auf die Industrie 4.0. Herkömmliche MES Systeme hingegen sind zumeist monolithisch und bieten keine Möglichkeit die Betriebsdaten oder Maschinen-daten an andere Systeme zu kommunizieren. Daraus resultierten eine Herstellerabhängigkeit, Investitionsrisiko und Transaktionskosten.

Industrial IoT-Plattformen wurden dazu konzipiert, die mit dem MES verbundene Herstellerabhängigkeit aufzulösen. Eine IIoT-Plattform gewährleistet den uneingeschränkten Zugriff auf die in der Produktion erfassten Daten. Hierzu ist eine strikte Trennung zwischen den Erfassungssystemen der IIoT-Plattform und den darauf operierenden Anwendungen unabdingbar. Der wechselseitige Datenaustausch zwischen allen Systemkonstituenten geschieht über offen dokumentierte Webservices auf Basis gängiger Internettechnologien (Open API). Klassische MES Anbieter und Manufacturing Execution Systeme bieten dies in der Regel nicht.

Das Industrial IoT kann als die moderne Weiterentwicklung klassischer MES-Software gesehen werden. So lassen sich bestehende Manufacturing Execution Systeme beispielsweise in heutige IIoT-Plattformen nahtlos integrieren.

Vergleich zwischen IIoT und monolithischen MES Systemen

Die folgenden Eigenschafen zeichnen eine IIoT-Plattform aus:

  • Kunden besitzen den vollen Zugriff auf ihre Betriebsdaten und steuern den Zugriff selbst (heißt: Datenhoheit bleibt im Unternehmen)
  • Betriebsdaten stehen im ganzen Unternehmen zur Verfügung, in der Produktion (Shopfloor) ebenso wie in der Planung (Top Floor – SAP / ERP)
  • Integration der Betriebsdaten in alle Systeme des Unternehmens – der Schlüssel für höhere Produktivität, Ressourceneffizienz und niedrigere Kosten
  • Zugang zu allen verfügbaren Smart-Factory-Anwendungen heute und in der Zukunft
  • Stabile, valide Auftragsfeinplanung durch Big-Data-Analyse aus Betriebsdaten der Vergangenheit
  • Vorhersagende Wartung (Predictive Maintenance): Big Data-Analyse identifiziert Fehlerursachen, bevor der Fehler entstehen kann
  • Investitionssicherheit und Flexibilität, da eine IIoT-Plattform offen gegenüber Drittsystemen ist und jede Smart Manufacturing App herstellerunabhängig mit allen er-forderlichen Informationen versorgt

Dem gegenüber steht das monolithische Manufacturing Execution System, welches durch die folgenden Eigenschaften auszeichnet:

  • Kunden greifen über lizensierte Herstellerprogramm auf ihre Betriebsdaten zu
  • Betriebsdaten stehen nur in der MES-Welt zur Verfügung. Die Produktion ist IT-seitig weitgehend vom Rest des Unternehmens isoliert
  • Datensilos widersprechen dem Konzept der Industrie 4.0 und Smart Factory – einer smarten, digital vernetzten Produktion über Werke und Werkstore hinweg
  • Oft redundante Datenhaltung
  • Nutzung von Smart-Factory- Applikationen nicht möglich
  • Feinplanung mit Durchschnittswerten, welche meist schon nach Stunden hinfällig sind
  • Proaktive Qualitätssicherung ist nur mit hauseigenen Mitteln des MES-Anbieters möglich, falls diese vorhanden sind
  • Die Betriebs- und Maschinendatenerfassung in einem MES führt Kunden in die Herstellerabhängigkeit und in eine technologische Sackgasse. Hohes Investitionsrisiko und hohe Transaktionskosten

In der Ära des industriellen Internets der Dinge (IIoT) geht es für fertigende Unternehmen um die richtige Technologie-Strategie für das nächste Jahrzehnt. Datensilos müssen durch passende Lösung aufgebrochen werden, um die Produktivität und Rentabilität zu steigern. Warum ist eine offene IIoT-Plattform besser? Weil fertigende Unternehmen für das anstehende dritte Jahrzehnt flexible und frei ausbaubare Lösungen brauchen, mit denen Sie heute und in Zukunft ihre Produktivität optimieren können.

Was eine IIoT-Plattform können muss

Bei der Investitionsentscheidung für oder gegen eine Plattform-Technologie sollten drei Dinge ausschlaggebend sein: Die Lösung lässt sich problemlos und schnell in die vorhandene IT-Architektur integrieren, die Lösung erzeugt umfassende Transparenz und Klarheit durch ein einheitliches Produktionsdaten-Modell für alle Abteilungen, die Lösung ist flexibel bei der benötigten IT-Infrastruktur (On-Premise, Edge oder Cloud) sowie offen für die Integration aktueller und künftiger Anwendungen.

Die Einführung einer digitalen Plattform-Lösung für die Fabrik-IT muss dabei weder kompliziert noch teuer sein. Es gilt sogar: je einfacher die Lösung, desto größer die Akzeptanz innerhalb des Unternehmens. Und Starter-Kits sowie Pilotprojekte helfen, schon die ersten Schritte effizient zu gestalten.

EINFACH – Für Fertigungsleiter im ersten Schritt am wichtigsten: Die IIoT-Plattform-Lösung muss erstens die einfache Vernetzung von Maschinen auf einer IT-Plattform sowie die Vernetzung von Shop und Top Floor (ERP – Enterprise Ressource Planning).

SCHNELL – Für alle Beteiligten wichtig ist die Echtzeit-Schnelligkeit des digitalen Fabrik-Monitorings. Die Plattformlösung muss am Computer digitale Spiegelbilder der Produktion erzeugen können, mit denen Fertigungsleiter und Werker Kennzahlen wie die Gesamtanlageneffektivität OEE (Overall Equipment Effectiveness) virtuell analysieren und real optimieren können und das Controlling mit Fakten aus der Fabrik arbeiten kann.

FLEXIBEL – Schließlich bleiben Unternehmen mit einer offenen Industrie-4.0-Plattform heute und künftig flexibel, wenn die Lösung offene Anwendungs-Schnittstellen (OPEN API) bieten kann. So können Unternehmen ihre ganz eigene Fabrik-IT-Architektur schaffen und bleiben heute und in Zukunft offen für neue Apps.

Diese Anforderungen erfüllt eine offene Plattform-Lösung für das IIoT, bei der die wichtigsten MES Lösungen schlüsselfertig vorinstalliert sind. Beides zusammen – offene Plattform-Lösung und vorinstallierte MES Lösungen – ergeben dann die IT-Fertiglösung, mit der Unter-nehmen sofort loslegen können, gleichzeitig, aber flexibel bleiben, um aktuelle und künftige IT-Lösungen zu integrieren.

Sehen Sie im nachfolgenden Video, wie die Firma KOSTAL die IIoT-Plattform von FORCAM als flexiblen Bestandteil eines IIoT-Ökosystems nutzt – Interview mit Patrick Saslona, Lead Manufacturing Digitalization.

Q&A

Case Study

In unserer Case Study gehen wir noch näher auf das Thema ein. Den Leitfaden zur Einführung einer IIoT Plattform, MES out of the box, finden Sie hier.

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Olga Schmid

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