Manufacturing Execution System: Alles, was Sie über MES wissen müssen
Was ist MES?
Ein Manufacturing Execution System (MES) steuert, überwacht und dokumentiert den gesamten Produktionsprozess in Echtzeit. Die Fabriksoftware verbindet das System der Planungsebene (ERP – Enterprise Ressource Planning) mit den Maschinen und Terminals auf der Produktionsebene. So sorgt es dafür, dass Maschinendaten erfasst, Produktionsfortschritte sichtbar gemacht und Arbeitsaufträge präzise umgesetzt werden. Wichtige MES-Funktionen sind Maschinen- und Betriebsdatenerfassung (MDE/BDE), Feinplanung, Rückverfolgbarkeit (Track&Trace) sowie das Management von Personal, Material und Qualität. Das MES sorgt für Transparenz, reduziert Stillstände, steigert die Qualität und sorgt für eine effizientere und fehlerfreie Produktion. Für Produktionsmitarbeiter ermöglicht es eindeutige Aufträge, bessere Übersichten und effektivere Arbeitsweisen.
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. Wie sich ein MES vom ERP-System unterscheidet, erklären wir ausführlich im Beitrag MES vs. ERP: Der Unterschied einfach erklärt.
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.
Wichtige Funktionalitäten eines MES-Systems
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- 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 organisatorische Betriebsdaten bspw. die Arbeitsplätze und Personaldaten, die zur Erfüllung eines Fertigungsauftrages nötig sind. Andererseits beinhalten die technischen Betriebsdaten Informationen über die Maschinen, Prozesse, Betriebszustände und ausgebrachten 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 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 vom MES-System. 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 wurde. Infolgedessen können regulatorische 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.
Wie funktioniert ein MES im Alltag? Ein Beispiel aus der Praxis
Wie ein MES den Fertigungsalltag verändert, zeigt die MPS Micro Precision Systems AG aus Biel in der Schweiz. Das Unternehmen fertigt mikromechanische Präzisionssysteme für die Medizintechnik, die Uhrenindustrie sowie die Luft- und Raumfahrt. Tausende Produkte und Varianten durchlaufen dabei unterschiedlichste Fertigungsschritte, viele davon als Einzelstück auf Kundenauftrag.
Vorher: Daten von Hand, Planung nach Gefühl
Produktionsdaten wurden manuell ins System eingegeben. Das kostete Zeit und war fehleranfällig. Wo genau Leistung verloren ging, war nicht sichtbar.
Start dort, wo es am meisten hakt
Prozessingenieure und Meister haben zuerst die Maschinen identifiziert, an denen am häufigsten Störungen auftraten. Genau diese wurden in der Pilotphase mit MES FLEX verbunden. Die Leistungsdaten erscheinen seitdem in Echtzeit an den Werkerterminals. Heute sind mehr als 357 Maschinen angebunden.
Was die Daten sichtbar gemacht haben
Schon der erste Shopfloor-Bericht brachte drei klare Erkenntnisse:
- Die Auslastung der Maschinen lag nur zwischen 30 und 40 Prozent.
- Die tatsächlichen Stückzeiten lagen 20 bis 50 Prozent über den Planwerten.
- Aufträge starteten regelmäßig zu spät, weil nicht alle Ressourcen rechtzeitig an der Maschine waren.
Als zentrale Kennzahl wählte das Team die OEE, die Verfügbarkeit, Leistung und Qualität einer Anlage zusammenführt.
Planung mit echten Werten statt Schätzungen
Im nächsten Schritt wurde MES FLEX mit SAP synchronisiert. Seitdem plant MPS mit realistischen, im Shopfloor gemessenen Stück- und Rüstzeiten. Aufträge und Personaleinsatz lassen sich dadurch deutlich genauer planen. Raynald Richard, Manager Information Systems bei MPS, beschreibt MES FLEX als flexibles Werkzeug mit nahtloser Echtzeit-Verbindung zu SAP.
Neue Routinen im Alltag
Kennzahlen und Berichte sind heute fester Bestandteil des Arbeitstags. Die Teams prüfen ihren Erfolg anhand der Daten, legen Schwerpunkte fest, diskutieren Verbesserungsideen offen und setzen sie zeitnah um. Ein integriertes Ticketsystem sorgt dafür, dass Probleme nicht untergehen, sondern systematisch abgearbeitet werden.
Das Ergebnis: die Kapazität einer zweiten Fabrik
Nach dem ersten Jahr hatte sich die Auslastung der Arbeitsplätze auf 60 Prozent fast verdoppelt. MPS hat damit die Kapazität einer zweiten Fabrik gewonnen, ohne eine zu bauen. Aufträge starten heute wie geplant, die Liefertreue ist gestiegen und die Stückkosten sind gesunken.
Zur vollständigen Success Story von MPS
Wie viel Kapazität steckt in Ihrer Fertigung?
MPS hat mit MES FLEX die Auslastung fast verdoppelt, mit den Maschinen, die schon da waren. MES FLEX macht sichtbar, wo Ihre Produktion Leistung verliert, und liefert realistische Planwerte direkt in Ihr ERP-System.
Warum sind MES-Funktionalitäten essenziell für Fertigungsunternehmen?
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 in 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 Vorschriften und Richtlinien verschiedener Branchen wie der Pharmaindustrie oder der Luft- und Raumfahrt zu erfüllen, beispielsweise durch die vorgestellte Rückverfolgbarkeit von Produkten. Ein MES kann 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 verändern grundlegend, wie Unternehmen ihre Produkte und Prozesse verwalten. Für viele Hersteller liegt der Schlüssel zum Erfolg 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 aufzudecken. So lässt sich erkennen, ob es Probleme in der Verfügbarkeit, im Leistungsgrad oder in der Qualität gibt.
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.
Ein MES integriert außerdem unterschiedliche „Informationsinseln“ und fügt sie zu einem praktischen Bild der Produktivität zusammen. 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.
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 wirken sich direkt auf die Fähigkeit eines Herstellers aus, seine Abläufe zu erneuern und zu verbessern. Mit einem MES lassen sich die üblichen Herausforderungen in der Fertigung deutlich leichter bewältigen.
Zu diesen Vorteilen gehören unter anderem:
- Verbessertes Qualitätsmanagement und Kontrolle: Ein MES liefert die Datengrundlage, um die Maschineneffizienz zu steigern und Verlustquellen zu adressieren.
- Einhaltung gesetzlicher Vorschriften: Ein MES sorgt dafür, dass das Risiko von Rückrufaktionen oder Auseinandersetzungen mit Aufsichtsbehörden über Produktqualität und Defekte deutlich geringer ist.
- Schnelles und genaues Management-Reporting: Ein MES stellt sicher, dass jeder im Unternehmen die benötigten Einblicke jederzeit abrufen kann.
- Erhöhte Sichtbarkeit und Effizienz: Ein MES liefert Dashboards mit relevanten Informationen über das Geschehen in Echtzeit, sodass Sie Probleme frühzeitig erkennen und den Betrieb reibungslos aufrechterhalten können.
- Effiziente Maschinenauslastung: Die Overall Equipment Effectiveness (OEE) zeigt, wo Maschinen Leistung verlieren.
- Geringere Kosten: Ein MES erzielt direkte Einsparungen, indem es die für die Produktion benötigte Zeit reduziert.
- Verbesserte Zusammenarbeit in der Lieferkette: Ein MES stellt sicher, dass 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 Interoperabilität, also die Fähigkeit, mit Drittsystemen zusammenzuarbeiten. Daten aus der Produktion können somit anderen Systemen zur Verfügung gestellt werden und liefern so einen wichtigen Beitrag zur Industrie 4.0. Herkömmliche MES-Systeme hingegen sind meist monolithisch und bieten keine Möglichkeit, die Betriebs- oder Maschinendaten an andere Systeme zu kommunizieren. Daraus resultieren Herstellerabhängigkeit, Investitionsrisiken 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 Systemkomponenten geschieht über offen dokumentierte Webservices auf Basis gängiger Internettechnologien (Open API). Klassische MES-Anbieter bieten dies in der Regel nicht. Wie sich Maschinendaten dabei zentral und einheitlich organisieren lassen, zeigt unser Beitrag zum Unified Namespace.
Das Industrial IoT kann als die moderne Weiterentwicklung klassischer MES-Software gesehen werden. So lassen sich bestehende Manufacturing Execution Systeme beispielsweise nahtlos in heutige IIoT-Plattformen 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: Die 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
- Vorausschauende 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 erforderlichen Informationen versorgt
Dem gegenüber steht das monolithische Manufacturing Execution System, das sich durch folgende 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, die 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 sind die Folge.
In der Ära des industriellen Internets der Dinge (IIoT) geht es für fertigende Unternehmen um die richtige Technologie-Strategie für die kommenden Jahre. Datensilos müssen durch passende Lösungen aufgebrochen werden, um die Produktivität und Rentabilität zu steigern. Warum ist eine offene Plattform besser? Weil fertigende Unternehmen 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. Sie erzeugt umfassende Transparenz und Klarheit durch ein einheitliches Produktionsdaten-Modell für alle Abteilungen. Und sie 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 im Unternehmen. Starter-Kits und Pilotprojekte helfen, schon die ersten Schritte effizient zu gestalten.
EINFACH – Für Fertigungsleiter im ersten Schritt am wichtigsten: Die Plattform-Lösung muss die einfache Vernetzung von Maschinen auf einer IT-Plattform sowie die Vernetzung von Shopfloor und Top-Floor (ERP – Enterprise Resource Planning) ermöglichen.
SCHNELL – Für alle Beteiligten wichtig ist die Echtzeit-Schnelligkeit des digitalen Fabrik-Monitorings. Die Plattform-Lösung muss 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 Anwendungsschnittstellen (Open API) bietet. So können Unternehmen ihre ganz eigene Fabrik-IT-Architektur schaffen und bleiben 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 – ergibt die IT-Fertiglösung, mit der Unternehmen sofort loslegen können und gleichzeitig flexibel bleiben, um aktuelle und künftige IT-Lösungen zu integrieren.
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