Was ist ein MES (Manufacturing Execution System)?

In diesem Artikel erhalten Sie ein grundlegendes Verständnis zu Manufacturing Execution System (MES)-Lösungen und erfahren welche unterschiedlichen MES Software Architekturen es gibt. Wir gehen auf die Kernfunktionen ein und stellen den Nutzen, die Einsatzbereiche und primären Nutzer vor. Das Zusammenspiel zwischen MES System und ERP System wird grundlegend betrachtet, bevor wir abschließend Hinweise zur erfolgreichen Einführung einer MES Software geben.

Was ist ein Manufacturing Execution System (MES)?

Als Manufacturing Execution System (MES) bezeichnet man ein Informationssystem, das die gesamte Prozesskette zur Herstellung von Produkten in einem Fertigungsbetrieb, vom Ursprung bis zum fertigen Produkt in Echtzeit überwacht, dokumentiert, steuert und optimiert. Unternehmen in der Fertigungsindustrie verbessern ihre Effizienz und Produktqualität erheblich durch die Implementierung von MES-Systemen (Manufacturing Execution Systems), die eine nahtlose Integration von Produktionsprozessen ermöglichen. MES Informationssysteme werden vorwiegen von der Produktion, aber auch von den angrenzenden Fachabteilungen (Logistik, Arbeitsvorbereitung, Lean Production und Continuous Improvement, Instandhaltung, Quality etc.) sowie dem C-Level Management genutzt.

Mobile MES & Echtzeit-Datenzugriff zwischen OT und IT

Moderne MES Apps für Smartphones erlauben insbesondere dem Management einen Zugriff auf kritische Echtzeit-Informationen aus der Produktion. Als funktionale Schicht zwischen den Maschinen (OT Ebene) und der Verwaltung bzw. dem Enterprise Ressource Planning System „ERP“ (IT Ebene) stellt die MES Software dem Management Daten bereit, welche für zeitnahe Entscheidungen, zur Transparenz in Echtzeit, sowie zur Prozessoptimierung benötigt werden.

Durch ein MES werden Fertigungsprozesse informationsgesteuert geführt. Die Steuerung, Überwachung und Automatisierung der Abläufe im Shopfloor erfolgt zeitgemäß digital. Die stetig wachsenden Anforderungen hinsichtlich Profitabilität und Flexibilität, sowie die sich verändernden Produktionsumgebungen, machen ein MES unerlässlich. Der Wettbewerbsdruck motiviert zur Verbesserung der eigenen Profitabilität, d.h. der Steigerung der Effizienz, Produktivität, Qualität und Liefertreue, Vermeidung von Verschwendung und zur Reduktion der Kosten.

Gesetzliche Compliance & Begriffsdefinitionen im MES-Kontext

Eine weitere Motivation zur Nutzung einer MES Software sind gesetzliche und/oder kundenseitige Auflage, die eine lückenlose Dokumentation des Herstellungsprozesses - insbesondere bei sicherheitsrelevanten Produkten - einfordern. Gelegentlich wird der Begriff MES und dessen Umfang unzutreffend angewendet, u.a. werden Teilfunktionen, wie Betriebsdatenerfassung (BDE) oder Maschinendatenerfassung und Produktionskennzahlen (MDE), bereits als MES bezeichnet.

Eine Abgrenzung dieser Begriffe finden Sie in unserem Artikel zur Betriebsdatenerfassung.

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Was für MES Architekturen gibt es?

MES Lösung mit einer klassischen Client-Server-Architektur stellten über viele Jahre den Standard am Markt dar. Die Vorteile von MES Produkten, die auf einer Cloud-Architektur beruhen und die neuen Cloud-Technologien nutzen, setzen sich seit 2020 zunehmenden am Markt durch.

Ein Bericht von Data Bridge Market Research prognostiziert, dass der globale MES-Markt bis Ende 2029 einen Umsatz von 39,67 Milliarden US-Dollar erreichen wird.

In der Praxis lassen sich drei MES Hosting-Architekturen unterscheiden:

• On-premises MES

  MES Software, die seit einiger Zeit als Client/Server System auf dem Markt ist, und funktional im Laufe der Jahre weiterentwickelt wurde. Installiert in einem Rechenzentrum innerhalb des Firmengeländes des Endbenutzers.

• Cloud hosted MES (Lift and shift MES)

  Im Prinzip handelt sich hier um eine traditionelles MES, wie unter on-premises MES beschrieben. Das Hosting erfolgt hier jedoch auf einer Cloud-Infrastruktur außerhalb des Unternehmens.

• Cloud native MES

  Modernste Form eines MES, das speziell für die Nutzung in Cloud-Umgebungen konzipiert und optimiert ist. Es nutzt Mikroservices, um eine flexible, skalierbare und resilientere Produktionssteuerung und -Überwachung zu ermöglichen.

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MES Software-as-a-Service (SaaS) - die Revolution für die Fertigung

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MES als Software-as-a-Service aus der Cloud

Cloud-native MES Informationssysteme bieten enormen Vorteile! Als Software-as-a-Service (SaaS) ist das MES umgehend verfügbar, einfach an die Bedürfnisse anpassbar, global in Eigenregie skalierbar und kostengünstig im Rahmen eines Software-Abonements - vergleichbare mit Office365 von Microsoft - zu erwerben.

Bei traditionellen On-premises und Cloud-hosted MES Informationssystemen fallen vorab hohe Investitionskosten (CAPEX) an und anschließend Folgekosten, für den laufenden Betrieb und die Software-Maintenance. Zwischen Projektstart und der ersten initialen Nutzung liegen mehrere Monate.

 

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Was sind die Hauptnutzen eines MES?

In diesem Abschnitt gehen wir darauf ein, welchen prinzipiellen Nutzen MES Lösungen bieten kann. Die Relevanz der jeweiligen Nutzen-Aspekte ist je nach Unternehmen, Branche, Prozess und Anwender höchst unterschiedlich. Wie eingangs erwähnt, ist das übergeordnete Ziel, dass Unternehmen wettbewerbsfähiger werden, indem sie Kosten senken, die Produktqualität verbessern und die Kundenzufriedenheit erhöhen.

Transparenz zur Steigerung der Produktionsleistung

Durch Transparenz und Analysen in Echtzeit hilft ein MES bei der Steigerung der Produktionsleistung, der Produktionseffizienz und spezifisch der Gesamtanlageneffektivität (OEE). Hierbei werden große Datenmengen, wie z.B. Leistung, Verfügbarkeit, Qualität incl. Prozesswerte, in Echtzeit automatisiert erfasst und analysiert. Die OEE (Overall Equipment Effectiveness) ist dabei der wichtigste Produktionskennwert für produzierende Unternehmen, da sie als einzige Kennzahl die drei kritischen Faktoren Verfügbarkeit, Leistung und Qualität in einem Wert vereint und damit unmittelbar Optimierungspotenziale in der Produktion aufzeigt.

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Lean Production, Shopfloor Management und  Kaizen sind möglichen Methoden die dann zur kontinuierlichen Verbesserung genutzt werden können.

 

Verbesserte Entscheidungsfindung

MES bietet detaillierte Daten und Analysen zur Produktionsleistung, die Entscheidungsträgern helfen, fundierte Entscheidungen zu treffen. Erfahren Sie in unserem Blog-Artikel Operational Excellence – eine umfassende Einführung mehr zu dieser modernen Unternehmensführung.

 

Verbesserung der Qualität

Verbesserung aufgrund in Echtzeit vorliegender Qualitätsdaten und digital erfasster Fehlerursachen während des gesamten Fertigungsprozesses. Folge- oder Massenfehler können verhindert bzw. sofort identifiziert werden. Dies reduziert das Risiko kostspieliger Rückrufaktionen und Ausschuss. Der Verbrauch von Ressourcen wird durch ein aktives Traceability merklich reduziert.

Eine Methodik die von produzierenden Unternehmen gerne zur Qualitätsverbesserung eingesetzt wird, ist Six Sigma. Zusätzlich unterstützt das MES das Shopfloor Management, indem es eine nahtlose Kommunikation und Echtzeit-Koordinierung zwischen den Fertigungsteams und der Managementebene ermöglicht, was essentiell für eine agile und effiziente Produktionsumgebung ist.

 

Reduktion des Lagerbestands

Dies kann durch automatisierte Meldungen vom Manufacturing Execution System an das Enterprise Resource Planning ( ERP ) zu produzierten Stück, sowie Ausschuss und Qualität erreicht werden. Somit können die Verwaltungsabteilungen wie Logistik oder Einkauf jederzeit wissen wie der Produktionsfortschritt ist und welche Anzahl an Materialien noch benötigt werden. Durch diese Schnittstellen und den Gewinn an Transparenz kann der „Work in Process“ Bestand (WIP) besser verwaltet werden und es ergeben sich Einsparungen in den Bereichen Fertigung, Transport und Lagerung. Auch die Bestandsüberwachung, welche teilweise noch manuell durchgeführt wird, kann nahezu eingespart werden.

 

Steigerung der Effizienz durch eine papierlose Produktion

Über eine digitale Werkerführung können Produktionsaufträge mit Ihren Arbeitsgängen und Aktivitäten an allen Arbeitsschritten, digital und teilweise auch verknüpft mit Fertigungshilfsmitteln, bereitgestellt werden. Ein Ausdruck der gesamten Auftragspapiere kann eingespart werden.

 

Einhaltung von Compliance-Anforderungen, Rückverfolgbarkeit und Traceability

Über die im MES verfügbaren Daten auf Basis von Zeit, Auftrag, Produkt oder Serialnummer kann im MES eine digitale Produktlebensakte, mit allen relevanten Informationen wie Bearbeitungszeiten, Prozesswerten oder Maschinenzuständen sowie Qualitätsdaten, erstellt und bei Bedarf zur Analyse der Rückverfolgung und Nachweis des Herstellungsprozesses herangezogen werden.

 

 

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Was sind die Kernfunktionen eines MES?

Die VDI Richtlinie VDI-5600 beschreibt die 7 Kernfunktionen eines MES als Grundlage für den Betrieb an fast jeder Art von Anlage und sollten integrale Bausteine eines heutigen Fertigungssystems sein. Wenngleich heute durch SaaS Dienste kein monolithisches System mehr die Voraussetzung ist. Ein modernes MES agiert auch als Produktionsleitsystem, das die Feinplanung und -steuerung der Produktionsabläufe optimiert und eine umfassende Kontrolle über die Produktionsprozesse gewährleistet.

• Feinplanung und Feinsteuerung
  Erledigung des Arbeitsvorrats unter Berücksichtigung der vorherrschenden Produktionsrestriktionen.

• Betriebsmittelmanagement
  Termin sowie bedarfsgerechte Bereitstellung von technisch funktionsfähigen Betriebsmitteln.

• Materialmanagement
  Termin- und bedarfsgerechte Ver- und Entsorgung der Fertigung mit Material, sowie das Führen von Umlaufbeständen (Materialien außerhalb der bestandsgeführten Lager = WiP).

• Personalmanagement
  Personal mit geeigneter Qualifikation termingerecht für den Produktionsprozess bereitzustellen. Dabei sind personalbezogene Kapazitätsdaten (z.B. Wochenarbeitszeit/Schichtplan) zu berücksichtigen.

• Datenerfassung
  Ereignisgesteuerte Erfassung der Daten aus dem Prozess. Neben dem automatischen Datentransfer sind halbautomatische (z.B. Scanner) und manuelle Erfassungen der Daten möglich.

• Qualitätsmanagement
  Umfasst die Aktivitäten, die den unmittelbaren Produktionsprozess betreffen und dient der Sicherstellung der Produkt- und Prozessqualität.

• Informationsmanagement
  Ist eine Schaltstelle zur Integration anderer MES-Aufgaben und der Durchführung aller Workflows bei der Abarbeitung des Auftragsvorrats und der Prozessoptimierung. 

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MES Systeme und ERP Systeme als unverzichtbares Duo

Wichtig ist in Zeiten der Digitalisierung, die Wichtigkeit beider Systeme, d.h. sowohl das Manufacturing Execution System als auch das Enterprise Resource Planning System ( ERP ), im Zusammenspiel miteinander zu begreifen. Während die MES Lösung für den Prozess der Fertigung (Fertigungssteuerung) von wesentlicher Bedeutung ist, dient das ERP System der Erstellung, Verwaltung und Organisation von Plänen, die die Entscheidung betreffen, welche Produkte in welcher Menge überhaupt produziert werden sollen.

Beide Systeme bilden im Zusammenspiel ein für Fertigungsunternehmen zukunftsrelevantes und unverzichtbares Ökosystem, mit dem eine ganzheitliche Übersicht über den Fertigungsprozess, die Dokumentation des Herstellungsprozesses (Traceability), die Qualitätskontrolle, das Lieferantenmanagement, die Herstellkosten und finanzielle Situation, die Logistik und Termintreue, die Produktionsprozesse und diverse weitere relevante Bereiche einhergeht.

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Welche Schnittstellen und Ebenen gibt es?

Die ISA 95 definiert im MES Umfeld die Schnittstellen zwischen OT und IT. Hier werden weiter die unterschiedlichen Ebenen zwischen der Technologie und des Geschäftsprozesses berücksichtigt. 

• Ebene 4 - ERP: Business planning and logistics
• Ebene 3 - MES: Manufacturing operations management
• Ebene 2 - Process control systems: Batch control
• Ebene 1 - Process control systems: Continuous control
• Ebene 0 - Process control systems: Discrete control

Die Hauptschnittstelle zu Drittsystemen stellt die Schnittstelle zwischen einer MES Software und einem ERP System dar. Hier werden Stamm- sowie Bewegungsdaten zu Produkten, Arbeitsplänen, Stücklisten und Aufträgen vom ERP an das MES übergeben. Im Gegenzug übergibt das MES typischerweise Auftragsrückmeldungen und Bewegungsdaten zu den einzelnen Objekten.

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Moderne Technologien und Trends

Moderne MES Systeme sind auf fortschrittlichen Cloud-Technologien modular aufgebaut. Das MES ist serviceorientiert sowie vernetzt mit anderen Diensten und Systemen. Darüber hinaus ist bei der Auswahl eines maßgeschneiderten MES-Systems zu beachten, dass es eine effektive Integration von Shopfloor Management-Funktionen ermöglicht, um die direkte Steuerung und Überwachung der Fertigungsprozesse auf Werksebene zu optimieren und eine stärkere Vernetzung zwischen der operativen Ebene und der strategischen Planung zu gewährleisten. Themen wie Analytics, Datenstreaming und Künstliche Intelligenz verschmelzen mit den Daten und Diensten eines modernen MES zum Rückgrat einer modernen „smart factory“. 

MES-Systeme, auf die dies zutrifft, werden oft auch als Manufacturing- oder auch IIoT-Plattform bezeichnet. IIoT steht für "industrielles Internet der Dinge". Im Gegensatz zu einer herkömmlichen MES Lösung sind Sie bei der Nutzung einer IIoT-Plattform weniger abhängig von dem Hersteller, weil diese die Möglichkeit zur Kommunikation mit Drittsystemen bietet.

Ein bestehendes on-premises MES lässt sich in der Regel in eine Manufacturing-Plattform integrieren, da die Plattform eine MES Evolution darstellt und über entsprechende Schnittstellen zu MES Legacy-Systemen verfügt. Im Vergleich zu einem Legacy-MES profitieren Unternehmen von folgenden Vorteilen bei der Nutzung eines Cloud-native MES bzw. einer Manufacturing IIoT-Plattform:

• Unternehmen behalten den vollen Zugriff auf ihre Daten.
• Die Daten sind in allen Ebenen und Abteilungen des Unternehmens verfügbar (Operational Excellence). In der Produktion, den angrenzenden Abteilungen sowie dem Management.
• Weil die Daten in alle Systeme des Unternehmens integriert werden, ergibt sich ein höheres Potenzial hinsichtlich der Produktivität, Effizienz und Kostenersparnis im Unternehmen.
• Die Vermeidung von Verschwendung (Lean Production) und die Vorbeugung von Fehlern (Predictive Maintenance) wird im Rahmen der Produktions-Software unterstützt, da ein höherer Datenbestand zur Analyse von Fehlern aus der Vergangenheit vorliegt.
• Unternehmen profitieren von einem hohen Maß an Flexibilität und Skalierbarkeit, da die Plattform mit jedem Baustein und jeder Software der Smart Factory kompatibel ist und beliebig erweitert werden kann.

Weitere Informationen dazu finden Sie auch in unserem Beitrag zum Thema "Industrie 4.0".

Wie gelingt eine reibungslose MES Einführung?

Die Entscheidung für und die Einführung eines Manufacturing Execution System (MES) sind kritische Schritte, die sorgfältig geplant und durchgeführt werden sollten, um den größtmöglichen Nutzen für ein Unternehmen zu erzielen und das Risiko einer Fehlentscheidung zu minimieren.

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Hier sind einige Empfehlungen, die Unternehmen beachten sollten:

1. ---

   Klare Definition der Ziele und Anforderungen
   

   Identifizieren Sie für Ihr Unternehmen die spezifischen Bedürfnisse und Ziele, die das MES erfüllen soll, einschließlich Effizienzsteigerung, Qualitätsverbesserung, Compliance-Einhaltung, etc. . Führen Sie eine gründliche Anforderungsanalyse durch, um die Funktionen und Fähigkeiten zu bestimmen, die das MES bieten muss.

2. ---

   Einbeziehung aller Stakeholder

   Binden Sie alle relevanten Stakeholder (z.B. Produktionsmanagement, Qualitätssicherung, Lean Management, Instandhaltung, Logistik, ... ) frühzeitig in den Entscheidungsprozess ein, um deren Bedürfnisse und Anforderungen zu verstehen und Unterstützung zu sichern. Bestimmen Sie einen verantwortlichen "MES Key User".

3. ---

   Entscheidung zur MES Architektur
   

   Fällen Sie zuerst die grundlegende Entscheidung, welche MES Architektur für Ihr Unternehmen in Frage kommt und berücksichtigen Sie dabei wirtschaftlichen und zeitlichen Aspekte sowie die vorhandenen Kapazitäten in Ihrem Unternehmen.
   
   Wählen Sie ein MES, das sich leicht an veränderte Geschäftsprozesse und Wachstum anpassen lässt!
   

4. ---

   Markt- und Anbieterbewertung

   Führen Sie eine umfassende Marktuntersuchung durch, um die verfügbaren MES-Lösungen und -Anbieter zu bewerten. Berücksichtigen Sie dabei nicht nur die Funktionalität, sondern auch den Support, die Skalierbarkeit und die Integrationsfähigkeit des Systems.
   

5. ---

   Evaluierung, Pilotprojekt und schrittweise Einführung

   Planen Sie eine schrittweise Einführung, um Risiken zu minimieren und das Personal nicht zu überfordern. In Abhängigkeit von der MES Architektur-Entscheidung sollten Sie mit einer Evaluierung starten (Cloud-native MES) oder mit eine Pilot-Installation (On-Premises bzw. Cloud-Hosted MES) in einem begrenzten Bereich starten, um ein Gefühl für die Funktionalität und Leistung des MES zu bekommen.
   

6. ---

   Schulung und Change Management

   Organisieren Sie durch ihren MES Key User zielgerichtete Schulungsprogramme für alle Nutzer, um sicherzustellen, dass diese mit dem System vertraut sind und es effektiv nutzen können. Implementieren Sie Change-Management-Strategien, um Widerstände zu minimieren und die Akzeptanz des Systems zu fördern.
   

7. ---

   Datenmanagement und -integration

   Stellen Sie sicher, dass das MES effektiv mit anderen Unternehmenssystemen (wie ERP Systeme oder WHM Systeme) integriert werden kann, um Datenkonsistenz und -zugriff zu gewährleisten. Legen Sie klare Richtlinien für das Datenmanagement fest, einschließlich Datenerfassung, -speicherung und -sicherheit.
   

8. ---

   Operational Excellence, Lean Production und Kontinuierliche Verbesserung

   Nutzen Sie die durch das MES bereitgestellten Daten und Analysen für kontinuierliche Verbesserungsprozesse, Lean Production und Operational Excellence. Nutzen Sie bereitgestellte neuen MES Funktionen (gilt nur für Cloud-native MES), um ihren Optimierungsprozess weiter voranzubringen. 

Durch die Beachtung dieser Empfehlungen können Unternehmen die Wahrscheinlichkeit eines erfolgreichen MES-Auswahl- und Einführungsprozesses erhöhen, was zu verbesserten Betriebsabläufen und gesteigerter Wettbewerbsfähigkeit führt. Lassen Sie sich von unseren Experten bei einer individuellen Web-Session zeigen, wie einfach, reibungslos und schnell eine MES Einführung heutzutage gelingen kann. 

MES - weiterführende Informationen

• Cloud-native MES - Evolution und Paradigmenwechsel
• Cloud-native MES vs Microsoft Power BI zur Digitalisierung der Produktion
• MES Software-as-a-Service (SaaS) - die Revolution für die Fertigung
• SAP DMC vs. Best-of-Breed MES
• MES und Cyber Security
• ESG-Ziele leichter erreichen mit Cloud-MES in der Produktion!