Manufacturing Execution System: Alles, was Sie über MES wissen müssen
Das MES im Wandel: Vom monolithischen System zur offenen Plattform
Manufacturing Execution Systeme (MES) sind heute mehr als nur Tools für die Fertigungsindustrie. Diese entwickeln sich zu integralen Fabrik-IT-Lösungen im Zeitalter des industriellen Internets der Dinge (IIoT). Die Digitalisierung und der Übergang vom traditionellen MES sollen die Wettbewerbsfähigkeit und Standortsicherheit erhöhen. Offene Plattform-Lösungen setzen sich auch im industriellen B2B-Bereich immer stärker durch.
Die heutige Fertigung ist trotz Fortschritten unberechenbar und wettbewerbsintensiv. Effizienzsteigerung und transparente Prozesse sind entscheidend für Qualität, Produktionsraten und Gewinnmaximierung. Eine offene MES-Plattform automatisiert basierend auf präzisen Daten Produktions- und Qualitätskontrollen, Maschinenintegration, Anlagenwartung und Echtzeit-Analysen. Das bietet Unternehmen entscheidende Wettbewerbsvorteile und langfristigen Erfolg.
Was ist ein Manufacturing Execution System (MES)?
Ein Manufacturing Execution System (MES) ist ein Fertigungsmanagementsystem, das komplexe Fertigungsprozesse abbildet, überwacht und steuert.
Die Ziele eines MES
Ein Manufacturing Execution System (MES) verfolgt mehrere zentrale Ziele, die dazu beitragen, die Effizienz, Qualität und Kontrolle in der Fertigung zu verbessern:
- Effizienzsteigerung: Durch die Automatisierung und Optimierung von Fertigungsprozessen trägt ein MES zur Reduzierung von Durchlaufzeiten, zur Minimierung von Stillstandszeiten und zur Verbesserung der Gesamtanlageneffektivität (OEE) bei.
- Qualitätsmanagement: Ein MES ermöglicht eine präzise Überwachung und Kontrolle der Produktionsprozesse in Echtzeit. Dadurch werden Fehler minimiert, die Rückverfolgbarkeit verbessert und die Einhaltung von Qualitätsstandards sichergestellt.
- Bestandsmanagement: Durch genaue Datenerfassung und -verarbeitung unterstützt ein MES die Optimierung von Lagerbeständen und Materialflüssen. Dies führt zu reduzierten Beständen, geringeren Lagerkosten und besserer Planbarkeit.
- Nachhaltigkeit und Compliance: MES-Lösungen helfen dabei, Umweltstandards einzuhalten und gesetzliche Vorgaben zu erfüllen. Sie ermöglichen eine genauere Ressourcenplanung und -nutzung, was zu einer Verringerung des ökologischen Fußabdrucks beiträgt.
- Echtzeit-Datenanalyse und Entscheidungsfindung: Durch die Bereitstellung aktueller Daten und aussagekräftiger Analysen unterstützt ein MES das Management bei der schnellen Entscheidungsfindung. Dadurch können Probleme frühzeitig erkannt und behoben sowie Chancen zur Optimierung genutzt werden.
- Integration und Skalierbarkeit: Ein MES fungiert als zentrale Plattform, die verschiedene Fertigungssysteme und -prozesse integriert. Dadurch ist es skalierbar und kann an die spezifischen Anforderungen und Veränderungen in der Fertigung angepasst werden.
Insgesamt zielt ein MES darauf ab, die gesamte Fertigungsleistung zu optimieren, Kosten zu senken, die Produktqualität zu steigern und die Wettbewerbsfähigkeit eines Unternehmens zu stärken. Dies gelingt, indem es genaue Echtzeitdaten über den gesamten Produktionslebenszyklus hinweg sammelt und aufbereitet.
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. Einerseits umfassen organisatorischen Betriebsdaten bspw. die Arbeitsplätze und Personaldaten, die zur Erfüllung eines Fertigungsauftrages nötig sind. Anderseits 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 und auf drohende Lieferverzüge flexibel reagiert werden.
- Das Track and Trace (Rückverfolgbarkeit) ermöglicht eine Produktrückverfolgung, wodurch jederzeit ermittelt werden kann, wie, wo und wann ein 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 kritischen Situationen 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. Ebenso 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.
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, sodass Sie Probleme frühzeitig erkennen und den Betrieb reibungslos aufrechterhalten können.
- Overall Equipment Effectiveness (OEE) für eine effiziente Maschinenauslastung.
- 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, sodass 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 MES-Plattform so wichtig?
Im Gegensatz zu herkömmlichen Manufacturing Execution Systemen bietet eine MES-Plattform die Interoperabilität, die Fähigkeit, mit Drittsysteme zusammenzuarbeiten. Gewonnene Daten auf der Produktion 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 Maschinendaten an andere Systeme zu kommunizieren. Daraus resultierten eine Herstellerabhängigkeit, Investitionsrisiko und Transaktionskosten.
Offene MES-Plattformen wurden dazu konzipiert, die mit dem MES verbundene Herstellerabhängigkeit aufzulösen. Eine Plattform gewährleistet den uneingeschränkten Zugriff auf die erfassten Daten. Hierzu ist eine strikte Trennung zwischen den Erfassungssystemen der 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 Eigenschaften 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 lizenzierte Herstellerprogramme 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 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 MES-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 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 Plattform-Lösung 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 Unternehmen sofort loslegen können, gleichzeitig, aber flexibel bleiben, um aktuelle und künftige IT-Lösungen zu integrieren.
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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