MES – Industrie 4.0-ready

Hanna Teuer

Manufacturing Execution Systeme (MES) dienen der Durchführung produktionsrelevanter Aufgaben in Unternehmen. Sie sind an der Schnittstelle zwischen ERP-Lösungen und Produktionsprozessen angesiedelt und ermöglichen so eine vertikale Integration von Unter- nehmensprozessen. Klassische MES sind durch zentrale Planungs- und Steuerungsmechanismen charakterisiert. Im Zuge von Industrie 4.0 steigt die Relevanz dezentraler Koordinierungsmechanismen an. Es stellen sich daher folgende Fragen: Wie können MES den neuen Anforderungen gerecht werden? Und wie steht es um die Umsetzung der Anforderungen in MES-Lösungen?

Das Center for Enterprise Research (CER) der Universität Potsdam führte einen Marktüberblick zum Thema „MES – Industrie 4.0-ready“ durch. Hierzu wurden Anwender im deutschsprachigen Raum angeschrieben. Insgesamt sind Antworten zu 29 Lösungen eingegangen. Die Ergebnisse werden nachfolgend in Form einer qualitativen als auch quantitativen Auswertung der Schwerpunktbereiche zusammengefasst.

Ein Großteil der teilnehmenden Systeme wird als Stand Alone-Lösung angeboten. Die von den Systemen am häufigsten unterstützten Fertigungstypen sind die Kleinserien- und die Serienfertigung. Eine Abbildung von Prozessen der Massenfertigung werden von den wenigsten Lösungen ermöglicht. Bei den Organisationstypen ergibt sich ein sehr ausgeglichenes Bild: sowohl bei der Fließ-, der Insel- als auch der Werkstattfertigung gaben jeweils 25 Lösungen an, sich an diese Zielgruppe zu richten. Deutliche Unterschiede sind bei der Betrachtung von zehn MES-Aufgaben festzustellen: Während die Datenerfassung von allen Systemen ermöglicht wird, ist das Energiemanagement nur bei 13 Lösungen integrierter Bestandteil. Dies mag sich dadurch begründen, dass das Energiemanagement noch nicht Teil der in der VDI-Richtlinie 5600 definierten MES-Aufgaben ist und die Betrachtung von Energieverbräuchen sowie die Gestaltung von Prozessen mit niedrigen Energieverbräuchen erst in den letzten Jahren – insbesondere durch gesetzliche Regelungen – an Bedeutung gewonnen hat. 


Unternehmensprozesse

Manufacturing Execution Systeme ermöglichen Verbesserungen in verschiedenen für den Unternehmenserfolg relevanten Unternehmensprozessen. Im Rahmen des Marktüberblicks wurden die Unternehmen nach der Unterstützung von Teilprozessen in zehn übergeordneten Unternehmensprozessen befragt. Zusammenfassend lässt sich hier ein hoher Erfüllungsgrad feststellen: In sechs Unternehmensprozessen werden von mindestens 25 Systemen Funktionen angeboten. Unterstützung von Teilprozessen der Produktion ist dabei Teil von allen Lösungen. Mit 17 Nennungen wurden Transportprozesse am seltensten als Bestandteil des Funktionsumfangs genannt. Bild 1 stellt die Unternehmensprozesse sowie die absolute Häufigkeit der Nennungen in einem Diagramm dar.

Die Betrachtung der einzelnen Systeme hinsichtlich der Anzahl der unterstützten Prozesse zeigt, dass sie über große Funktionsumfänge verfügen. 23 Lösungen bieten Möglichkeiten in acht oder mehr, 13 davon in allen zehn Teilprozessen. Im Folgenden werden die meist genannten Geschäftsprozesse detailliert dargestellt. 


Unternehmensprozess Produktion

Der Unternehmensprozess Produktion ist in die Teilprozesse Feinplanung, Vorbereitung und Durchführung gegliedert. Im Rahmen der Feinplanung werden die Aufträge in Abhängigkeit der verfügbaren Ressourcen (Maschinen, Personen, Material und Werkzeuge) geplant. Die Produktionsvorbereitung umfasst u. a. die Erstellung von Stücklisten als auch die Bereitstellung der benötigten Ressourcen. Im Rahmen der Durchführung werden unter anderem Informationen zur Ausführung des zuvor geplanten Produktionsprogramms bereitgestellt. Alle teilnehmenden Systeme bieten Funktion für die Produktionsdurchführung, 27 für die Produktionsvorbereitung und 25 für die Feinplanung an. Da MES-Lösungen Produktionsprozesse fokussieren, ist es nicht verwunderlich, dass bei diesem Unternehmensprozess eine solch hohe Erfüllungsrate vorliegt.


Bild 1: MES-Unternehmensprozesse und absolute
Häufigkeit im Bestandteil des Funktionsumfangs.


Unternehmensprozess Qualitätssicherung

Mit 28 Nennungen gehört die Qualitätssicherung zu den in diesem Marktüberblick am zweithäufigsten genannten Geschäftsprozesse. Sie fokussiert Tätigkeiten, mit denen festgelegte Qualitätsziele von Produkten und Prozessen erreicht werden können. Zu den relevanten Teilprozessen, die durch MES angeboten werden, gehören die Definition von Prüfvorschlägen, die Durchführung von Prüfungen, ihre Dokumentation und Bewertung sowie die Einleitung von Maßnahmen. Mit jeweils 25 Nennungen wurden die beiden Teilprozesse Durchführung und Dokumentation von Prüfungen am häufigsten genannt. Für die Definition von Prüfvorschlägen und die Einleitung von Maßnahmen werden von je 19 Systemen Funktionen bereitgestellt. Dass Prozesse der Qualitätssicherung von einem hohen Anteil der teilnehmenden Systeme angeboten werden, verdeutlicht die hohe Relevanz des Qualitätsmanagements. 


Unternehmensprozess Arbeitsvorbereitung

Zu den Aufgaben der Arbeitsvorbereitung gehören die Erstellung planungsrelevanter Unterlagen wie bspw. Stücklisten, die Termin- und Kapazitätsplanung, die Sicherstellung der Verfügbarkeit von Ressourcen und die Durchführung von Analysen inkl. Auswertungen. Auch in diesem Bereich zeigt sich eine Erfüllungsrate der vier Teilprozesse. 27 Systeme bieten Möglichkeiten der Analyse von Maßnahmen der Arbeitsvorbereitung an, 23 Systeme (seltenste Nennung) ermöglichen die Erstellung relevanter Dokumente.


Unternehmensprozess Rückverfolgbarkeit

Der Unternehmensprozess Rückverfolgbarkeit fokussiert Maßnahmen, um für ein Produkt jederzeit feststellen zu können, wann es mit welchen Rohmaterialien auf welchen Maschinen hergestellt wurde und wo es gelagert und transportiert wurde. Insbesondere in der Medizin- und Lebensmittelbranche kommt der hohen Transparenz eine enorme Bedeutung zu. Die US-amerikanische Behörde für Lebens- und Arzneimittel (FDA – Food and Drug Administration) zertifiziert Lösungen, die den hohen Anforderungen entsprechen. 


MES-Kennzahlen

Kennzahlen ermöglichen die Quantifizierung produktionsrelevanter Prozesse und damit eine Beurteilung und einen Vergleich von Prozessen. Das VDMA Einheitsblatt 66412-1 nennt und definiert verschiedene Kennzahlen. Im Rahmen dieses Marktüberblicks wurden die teilnehmenden Unternehmen gebeten, anzugeben, welche Kennzahlen dem Nutzer von ihrem System bereitgestellt werden. Die Analyse der zur Verfügung gestellten Kennzahlen ergibt ein sehr heterogenes Bild. Während zehn Systeme alle 26 in diesem Marktüberblick abgefragten Kennzahlen ermitteln können, stellen acht Lösungen null bis zwölf und elf Lösungen 13 bis 25 Kennzahlen zur Verfügung. Am häufigsten wurden die Kennzahlen Beleggrad, Verfügbarkeit und Ausschussquote genannt, am seltensten der Maßnahmen-Index und der Ausschusskosten-Index. 


Industrie 4.0

In der vierten industriellen Revolution werden moderne Technologien zur Verfügung gestellt, durch die dezentral gesteuerte Produktionsanlagen mit intelligenten und selbststeuernden Elementen realisiert werden können. Die dezentrale Aufnahme und Verarbeitung und Entscheidungsfindung stellen neue Anforderungen an die Fabriksoftware, insbesondere auch an Manufacturing Execution Lösungen. Der Marktüberblick liefert Einblicke wie mit diesen Anforderungen umgegangen wird. Dafür wurden den Unternehmen acht Industrie 4.0-
Voraussetzungen genannt und gefragt, welche davon durch ihre Systeme erfüllt werden können. Durch Freitext-Fragen wurden zudem detailliertere Informationen – beispielsweise zur Realisierung der durchgängigen Prozess-Transparenz, standardisierter Kommunikation und der Vernetzung von Produktionsobjekten erhoben.


Bild 2: Industrie 4.0-Voraussetzungen und
absolute Häufigkeit im Bestandteil des Funktionsumfangs.


Industrie 4.0-Voraussetzungen

Zu den Voraussetzungen für intelligente, dezentrale Prozesse im Rahmen von Industrie 4.0 gehören u. a. die dezentrale Datenhaltung, eine Vernetzung der Produktionsobjekte, das Vorhandensein standardisierter Schnittstellen und Kommunikationsprotokolle, die Einbindung mobiler Geräte zur Informationsein- und -ausgabe, Rückkopplungen über den gesamten Produktlebenszyklus und eine durchgängige Transparenz von Prozessen und Daten. Die Auswertung zeigt, dass sich die Unternehmen schon intensiv mit der Thematik  beschäftigt haben. 24 der 29 teilnehmenden Unternehmen erfüllen sieben oder acht von acht genannten Voraussetzungen. Am häufigsten wurde die durchgängige Transparenz, am seltensten die dezentrale Datenhaltung genannt. Bild 2 stellt die Industrie 4.0-Voraussetzungen und die absolute Häufigkeit, mit der sie genannt wurden, dar.

Die Unternehmen wurden ebenfalls gebeten, die Bedeutung dieser Voraussetzungen für die nächsten drei Jahre zu bewerten. Am höchsten gewertet wurden:

die durchgängige Transparenz von Prozessen und Daten, die Vernetzung der Produktionsobjekte und eine standardisierte Kommunikation.

Dass sich diese Beurteilung auch in der Umsetzung der Voraussetzungen widerspiegelt, zeigt, dass die Softwareanbieter sich mit den durch die vierte industrielle Revolution entstehenden Anforderungen auseinandersetzen, um so ihr System Industrie 4.0-ready zu machen. 

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Auszug aus dem aktuellen Marktüberblick.

Schlüsselwörter:

Manufacturing Execution System, MES, Geschäftsprozesse, Industrie 4.0