Die Digitalisierung wird für Fertigungsunternehmen kontinuierlich wichtiger. Zumal neu beschaffte Anlagen und Maschinen oft schon ab Werk mit IIoT-Komponenten ausgestattet sind. Doch was leistet das MES in einer zukunftsfähigen Systemlandschaft?
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Das Industrial Internet of Things (IIoT) tritt nicht als Nachfolger der Manufacturing Execution Systems (MES) an. Es handelt sich um zwei unterschiedliche Konzepte und Technologien, die jedoch eng miteinander verbunden sind und sich gegenseitig ergänzen. Gemeinsamkeiten sind zunächst einmal, dass sowohl MES als auch IIoT eine Rolle bei der Erfassung von Daten, ihrer Verarbeitung und der Generierung von Ergebnissen spielen. Beide Systeme sind in der Fertigungsindustrie angesiedelt und zielen darauf ab, die Produktivität zu steigern.
Wesentliche Unterschiede liegen darin, dass im IIoT hauptsächlich technische Echtzeitdaten erfasst werden, wie Temperaturen, Geschwindigkeiten, Vibrationen und Zustandswechsel. Dadurch verfügt das IIoT über technische Einblicke in den aktuellen Zustand von Maschinen und Anlagen. Basierend auf historischen Daten können Verläufe analysiert und Vorhersagen getroffen werden. Diese Perspektive ermöglicht Anwendungen wie Condition Monitoring und Predictive Maintenance auf technischer Ebene der jeweiligen Maschinen und Anlagen. Die Optimierung im IIoT bezieht sich in der Regel auf einzelne Maschinen, Anlagen und deren spezifische Prozessschritte. Die Funktionalitäten von IIoT-Software sind somit meist eng mit den physischen Assets wie Geräten, Maschinen und Anlagen verbunden.
Ein MES hingegen integriert die erfassten technischen Daten sowohl aus dem IIoT, als auch direkt im MES, in einen betriebswirtschaftlichen Gesamtkontext. Durch die Verknüpfung mit Auftrags- und Produktdaten auf dieser übergeordneten Ebene lassen sich entlang des Materialflusses über die gesamte Wertschöpfungskette in der Produktion neue Erkenntnisse gewinnen. Im MES liegt nicht nur die Information ab, dass ein Teil produziert wurde, sondern auch, ob es sich um ein Gutteil oder Ausschuss handelt, zu welchem Auftrag das Teil gehört und wie viele Teile noch für die Fertigstellung des Auftrags benötigt werden. Zudem kann ein MES erkennen, warum eine Maschine nicht läuft, ob es eine Störung gibt oder ob sie gerade für den nächsten Auftrag umgerüstet wird. Diese erweiterte Sichtweise im MES bietet die Grundlage, komplette Herstellungsprozesse und Fertigungsbereiche zu betrachten und zu optimieren. Die Funktionalitäten des MES sind in der Regel nicht auf spezifische Geräte, Maschinen und Anlagen ausgerichtet, sondern arbeiten unabhängig von den technologischen Eigenschaften einzelner Maschinen. Die Sichtweise, die ein entsprechend integriertes MES zur Verfügung stellt, bildet auch die Grundlage für die Aufgaben, die Fertigungsunternehmen in ihren Enterprise Resource Planning-Systemen (ERP) abbilden. Daher sollten die Fabrikbetreiber klare Grenzen zwischen ihren Infrastrukturen definieren.
Ein MES unterstützt bei der operativen Steuerung und Überwachung der Fertigungsprozesse. Es erfasst unter anderem Produktions- und Qualitätsdaten, verarbeitet sie und vermittelt eine detaillierte Sicht auf den Zustand der Produktion, den Fortschritt von Aufträgen und andere prozessbezogene Informationen. Das MES hilft dabei, die Fertigung auf der dritten Ebene, gemäß Definition der IEC62264, über alle Maschinen, Anlagen und Fertigungsbereiche zu optimieren und zu kontrollieren. Im Gegensatz dazu arbeitet das ERP-System auf einer übergeordneten, betriebswirtschaftlichen Ebene. Es verwaltet Ressourcen, plant und steuert Geschäftsprozesse, koordiniert verschiedene Abteilungen und unterstützt die finanzielle und logistische Planung des Unternehmens. Ein ERP-System integriert verschiedene Funktionen wie Finanzbuchhaltung, Einkauf, Vertrieb, Lagerhaltung und Personalwesen. Während das MES spezifische Informationen zur Steuerung der Produktion bereitstellt, nutzt ein ERP-System diese Informationen als Teil seiner betriebswirtschaftlichen Analysen und Prozessoptimierung. Es bietet eine ganzheitliche Sicht auf das Unternehmen, ermöglicht die effiziente Ressourcenplanung, optimiert die Lieferkette und unterstützt die Entscheidungsfindung auf Geschäftsebene.
Das IIoT vermittelt eine detaillierte Sicht auf einzelne Maschinen und Anlagen. So lassen sich klar strukturierte Abgrenzungen zwischen den verschiedenen Systemen schaffen. (Bild: ©Gorodenkoff/stock.adobe.com)
Die moderne Fertigungsindustrie erfordert eine Kombination aus punktueller Optimierung einzelner Maschinen und Prozessschritte sowie einen ganzheitlichen Blick auf das Gesamtsystem. Durch diese Herangehensweise können die verfügbaren Ressourcen bestmöglich genutzt werden. Darüber hinaus ist es wichtig, die zunehmende Komplexität und Variantenvielfalt im heutigen Fertigungsalltag zu bewältigen. Auch bei der Lösung der damit verbundenen Herausforderungen spielen MES-Software und das IIoT eine wichtige Rolle. Werden beide Infrastrukturen integriert, lassen sich sowohl die operativen Abläufe auf Maschinen- und Prozessebene als auch die betriebswirtschaftlichen Aspekte leichter im Blick behalten. Das MES übernimmt die Steuerung der Produktionsprozesse, während das IIoT den Anwenderunternehmen eine Echtzeitdaten-gestützte Sicht auf den Zustand der Maschinen und Anlagen vermittelt. Die bewährte Integration des MES mit dem ERP ist weiter relevant. Durch die nahtlose Zusammenarbeit zwischen MES, IIoT und dem ERP-System können Daten und Informationen ausgetauscht werden, um eine ganzheitliche Sicht auf die Produktion zu ermöglichen, was eine weitreichende Unternehmensführung sicherstellt. Die Integration dieser Systeme ist ein wesentlicher Bestandteil, um den aktuellen Anforderungen in der Fertigungsindustrie gerecht zu werden und bestmögliche Ergebnisse zu erzielen.
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Weitgehend unberührt von dieser Entwicklung bleibt ein weiterer wichtiger Aspekt, der einen wesentlichen Beitrag zur Effizienzsteigerung in der Produktion leisten kann: Lean Production. Obwohl es hier weniger um Technologie geht, spielt Lean Production eine entscheidende Rolle. Mit den Methoden der schlanken Produktion, die auf dem Toyota-Produktionssystem basieren, streben Fertigungsunternehmen nach der Vermeidung jeglicher Art von Verschwendung. Die Produktion steht somit auf vier Säulen, die zur Effizienz und Wettbewerbsfähigkeit beitragen:
1. Das IIoT ergänzt die Steuerungsebene von Maschinen und Anlagen mit weiteren Funktionalitäten zu ihrer Optimierung.
2. Das MES setzt die Daten aus der IIoT-Ebene in einen betriebswirtschaftlichen Kontext und unterstützt die Optimierung und Transparenz der Wertschöpfungskette auf der Durchführungsebene von der Warenanlieferung über alle Produktionsschritte bis zur Auslieferung.
3. Das ERP-System nutzt die Daten aus dem MES zur Unterstützung seiner Geschäftsprozesse wie Einkauf, Vertrieb, Material- und Produktionsplanung sowie Lagerhaltung.
4. Angewandte Lean Production-Methoden profitieren von der Transparenz, die ein MES vermittelt. So werden effizientere Abläufe innerhalb der organisatorischen Zusammenhänge möglich.
Durch das Zusammenwirken dieser vier Säulen wird eine Optimierung der Produktion möglich, bei der technologische, technische, betriebswirtschaftliche und organisatorische Aspekte berücksichtigt werden. Gleichzeitig wird durch die Einführung dieser Systemebenen mit ihren jeweiligen Kompetenzen die Digitalisierung der Produktionsprozesse klar strukturierbar.
In den letzten zwei Jahrzehnten ist der Funktionsumfang vieler MES-Anwendungen erheblich gewachsen. Das passende MES sollte daher bereits von Grund auf einen hohen Integrationsgrad aufweisen, den Anwenderunternehmen beim Kauf eines MES verstehen und nutzen sollten. Mit der Einführung von MES und IIoT wird es daher immer wichtiger, dass Fertiger ihre bestehenden Prozesse standardisieren, um die zunehmende Komplexität zu bewältigen. So kann eine effiziente und stabile Implementierung vieler digitaler Teilnehmer und deren Interaktionen in Projekten sichergestellt werden. Dieses Vorgehen unterstützt auch eine reibungslose und kosteneffiziente Umsetzung von Digitalisierungsprojekten.
Insgesamt bieten MES und IIoT weitreichende Lösungen, um Produktionsprozesse zu optimieren, die Qualität zu verbessern und die Wettbewerbsfähigkeit zu steigern. Durch die Kombination dieser Systeme und die Standardisierung von Prozessen können Unternehmen effizienter arbeiten, Kosten reduzieren und eine höhere Flexibilität in der Produktion erreichen. Es ist wichtig, diese Technologien strategisch einzusetzen und kontinuierlich weiterzuentwickeln, um den sich ständig wandelnden Anforderungen der Fertigungsindustrie gerecht zu werden.
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