Was versteht man unter MES?

Roboter-Montagelinie
Roboter-Montagelinie

Was versteht man unter MES (Manufacturing Execution System)?

Manufacturing Execution Systeme (MES) gibt es jetzt schon seit geraumer Zeit und es existieren sprichwörtlich hunderte Möglichkeiten für MES-Lösungen. Da MES eine sehr breite und oft auch nicht miteinander verknüpfte Bandbreite von Themen umfasst, die alle einen Mehrwert haben, gibt es kaum zwei MES-Lösungen, die denselben Funktionsumfang aufweisen. Dies galt in besonderem Maße in den letzten Jahren, wenn man sich vor Augen führt, wie rasant die digitalen Technologien im Zusammenhang mit den Initiativen „Smart Factory“ oder Industrial Internet of Things (IIoT) voranschreiten. Daher ist es wichtig, die Prinzipien und Technologien zu verstehen, die hinter MES stehen, damit es sich Ihren Wünschen und Bedürfnissen anpasst und nicht andersherum.

Die beste Herangehensweise an ein MES

Die beste Herangehensweise an ein MES besteht darin, die wesentlichen Geschäftsziele zu definieren, die erreicht werden müssen und danach erst die weniger wichtigen Punkte in Betracht zu ziehen. Damit kann man sich das planlose Durchforsten von technischen Spezifikationen ersparen, die alle eine schier unüberschaubare Anzahl von Funktionalitäten aufweisen, die solange verwirrend sind, bis geklärt ist, was den eigentlich gebraucht wird.

Tatsache ist, dass viele MES Funktionen für ein unmittelbares bestimmtes Bedürfnis völlig irrelevant sein können. Das ist natürlich im Auswahlprozess eine sehr große Hilfe. Man sollte allerdings nicht aus den Augen verlieren, dass diese Funktionen in Zukunft doch noch an Bedeutung gewinnen könnten. Aber darauf gehen wir später noch genauer ein.

Ihr Ziel bei der Auswahl der passenden MES-Software (und der diese unterstützenden Hardwaretechnologien) sollte den Weg hin zu einer einzigen Plattform ebnen, die auch die Geschäftsziele erfüllen kann, die man sich erst für die Zukunft vorgenommen hat, ohne dass diese dann ersetzt werden müsste. Die Kosten, die hierbei für ein MES System anfallen, bedeuten nicht einfach nur die Kosten der Soft- und der Hardware; vielmehr handelt es ich dabei um eine Investition in diejenigen Veränderungen, die ein Unternehmen mit MES vornimmt, damit das MES effektiv arbeiten kann. Unterschiedliche MES-System schreiben ihre eigenen “Best Practices” vor, deren Prinzipien genau mit Ihren aktuellen als auch mit den angestrebten Geschäftsvorgängen verglichen werden sollten. In den meisten Fällen können die Kosten für diese Veränderungen und die Betriebskosten deutlich höher als die Anschaffungskosten sein.

Das Zusammenspiel von MES und ERP

Ein MES wird, sobald es in Ihrer Fabrik implementiert worden ist, zusammen mit anderen bereits bestehenden oder zukünftigen Fabriksteuerungssystemen arbeiten. In beinahe jeder Fabrik findet sich eine Enterprise Resource Planning (ERP) Lösung, die in vielen Fällen sogar Funktionen aufweist, die sich mit denen von MES überschneiden. Ein ERP-System ist allerdings kein Äquivalent zu MES, da es typischerweise auf logische Planungsvorgänge in der Fabrik ausgerichtet ist, wohingegen sich ein MES-System eher mit den tatsächlichen physischen Vorgängen eines Betriebs befasst. Ein ERP-System an sich hat keinen Einblick in einzelne Fertigungsprozesse und -fähigkeiten. Daher muss es einen Zwischenprozess geben, der den ERP-Plan in etwas “übersetzt”, das dann auch ausgeführt werden kann. Ohne ein MES erfolgt dies oftmals manuell, was zum einen zeitintensiv ist und außerdem wertvolle Ressourcen verbraucht.

Mit Hilfe eines MES-Systems können Informationen aus ERP hinsichtlich bestimmter Anforderungen als Grundlage verwendet werden mit denen dann Produktionsvorgänge erstellt werden, die das MES verwaltet. Das MES wiederum meldet höchst präzise und detaillierte Echtzeitinformationen hinsichtlich aller Vorgänge an das ERP zurück, die dann dazu genutzt werden können, beim nächsten Mal die Planung zu verbessern. Dieses überzeugende Zusammenspiel zwischen dem ERP und dem MES ist, einschließlich der Überlegung an welcher Stelle der Austauschpunkt der beiden Systeme sein soll, ein wesentlicher Schlüsselfaktor. Am einfachsten ist es, die Rollen beider Systeme anhand ihrer Stärken zu definieren. In der Regel übernimmt in den meisten Fabriken ein ERP auf einfache und logische Art und Weise die Planung, wohingegen ein MES die komplexeren physischen Aufgaben, die in der Produktion stattfinden, live und detailliert verwaltet.

Der Ausgangspunkt – Der Wert eines MES

Wenn man MES in Erwägung zieht, beginnt man mit dem Endpunkt der Produktion, und zwar der Fertigstellung eines versandbereiten Produkts. Aus Kundensicht ist hier die rechtzeitige Lieferung der entscheidende Faktor.  Für den Fertigungsbetrieb sind das zum einen die Fertigungskosten und zum anderen die Fabrikkapazitäten. Für die Kapazität ist nicht nur die vorhandene Ausstattung entscheidend, sondern auch deren Nutzung, wenn es irgendwann unvermeidlich zu einem Wechsel der Produktmodelle kommt. Bei einer Fabrik mit hohem Produktmix wird deren Gesamteffektivität an dem Ausmaß an Flexibilität hinsichtlich der automatisierten und manuellen Produktionsvorgänge gemessen.

Es ist eine sehr schwierige Berechnung, wenn insgesamt die Fähigkeit bestimmt werden soll, Lieferziele auch dann einzuhalten, wenn viele unterschiedliche Arten von Produkten gleichzeitig produziert werden. Hier wird der erste potentielle Wert von MES sofort sichtbar. Zugriff auf ein computerbasiertes Modell der digitalen Fabrik schafft jederzeit und in allen Situationen Klarheit über den Status und die Leistung von Prozessen und schafft so Verbesserungsmöglichkeiten im Produktionsfluss und sogar in der Zuweisung von Arbeitsaufträgen. Ein Eckpfeiler von MES ist es, Endprodukte und Unterbaugruppen live zurückverfolgen zu können. Eine eindeutige Kennung, wie beispielsweise ein Etikett oder ein geätzter Barcode kann dazu verwendet werden, jeder Produktionseinheit auf ihrem Weg durch die Fabrik zurückzuverfolgen.

Die Vorteile eines einfachen MES-Vorgangs

Die eindeutige Kennung jeder Produktionseinheit wird an jeder Station gelesen und liefert unterschiedliche Schlüsselwerte. Zuerst verarbeitet das MES Informationen über jedes Ereignis, in diesem Fall das Anzeigen des Standortes jeder Produktionseinheit. Da das MES die Zeitpunkte auswertet, kann es anzeigen, wie die Produktionseinheiten die verschiedenen Stationen durchlaufen. Dies geschieht anhand von Graphen, die die wichtigsten Leistungszahlen (KPI) anzeigen, mit deren Hilfe dem Management in der Produktion und der Entwicklungsabteilung die Fertigungsleistung verdeutlicht wird. Auf diese Weise können Engpässe erkannt werden, bei denen die Produkte vor einer Arbeitsstation in einer Warteschlange stehen. Man spricht von einem Leerlauf, wenn Bediener darauf warten müssen, dass die nächste Produktionseinheit bei ihnen ankommt. Außerdem können Produktionseinheiten angezeigt werden, die bei Test- oder Inspektionsprozessen fehlschlagen und die zu Reparaturstationen ausgeschleust werden müssen, sowie die Störung, die dies für den Hauptprozessfluss bedeutet. Aus der Analyse des Durchlaufs von Produktionseinheiten durch die einzelnen Produktionsprozesse und die Zeit, die dazwischenliegt, können Details hinsichtlich der Effizienz, der Produktivität und der Gesamtanlageneffektivität (GAE) bestimmt werden.

Wenn man Produktionseinheiten auf diese Weise zurückverfolgt, bringt das auch andere Vorteile mit sich. Ein MES kann sicherstellen, dass die Übereinstimmung mit dem Arbeitsauftrag sichergestellt wird, sobald die ID eines Produkts gelesen wird, das bedeutet, dass jede Produktionseinheit nur in einer ganz bestimmten Reihenfolge den Prozess durchlaufen kann. Dies beinhaltet auch etwaige Reparaturschleifen. So kann sichergestellt werden, dass kein Produktionsprozess oder, und das ist noch entscheidender, kein Test und keine Inspektion verpasst werden. So können MES-Systeme, die mit den technischen Daten aus unterschiedlichen Systemen verlinkt sind, beispielsweise auch sicherstellen, dass der passende Standard für einen Vorgang und die Dokumentation über die Vorbereitung von Maschinen, die die Betreiber erhalten, genau mit dem herzustellenden Produkt übereinstimmt. Dies schließt auch abweichende Revisionen oder Materialien mit ein.

Wenn Dokumente elektronisch angezeigt werden können, werden Probleme, die auftreten, wenn Dokumentationen papierbasiert sind, ausgeschlossen. Dies gilt in besonderem Umfang bei Audits, bei denen die Einhaltung von Vorschriften und die Revisionskontrolle ENTSCHEIDEND sind. Daten aus Produktionsprozessen, etwa ein Testergebnis, können gesammelt und jeder Produktionseinheit zugeordnet werden. Auf diese Weise kann in Form von Rückverfolgbarkeit einer Produktionseinheit, eine Produktionshistorie erstellt werden. Der Grad der Komplexität hängt hierbei davon ab, welche Datenmenge von den Maschinen abgerufen werden kann und wieviel Zeit dann für manuelle Eingaben durch den Betreiber zur Verfügung stehen.

Die Konnektivität von Maschinen und die Qualität der Benutzeroberflächen des Systems sind die wesentlichen Faktoren für den Erfolg einer neuen MES-Installation. Hierbei sind die Fähigkeit, Daten von vielen unterschiedlichen Maschinen zu interpretieren sowie manuelle Betreibereingaben konsistent und übersichtlich zu sammeln und zu verwalten, ein klares Unterscheidungsmerkmal für die Fähigkeit eines MES. Bei manuellen Prozessen sind die MES Schnittstellen persönlich auf den Betreiber zugeschnitten und nicht notwendigerweise einem bestimmten Ort zugeordnet. In der Fertigung ist es üblich, dass bestimmte Produkte dedizierte physikalische Prozesse durchlaufen müssen, wie beispielsweise Funktionstests, damit nicht für alle Prozesse gleichzeitig Mitarbeiter eingesetzt werden müssen. Die Fähigkeit von MES, in einer mobilen Umgebung zu funktionieren, anstatt an festen Stationen installiert zu werden, ist in den dynamischen Fabriken von heute von entscheidender Bedeutung.

Dieser schnelle Blick auf die oberste Ebene eines MES liefert grundlegende Transparenz des Vorgangs, Wissen über die Funktionsweise und hebt gleichzeitig hervor, an welcher Stelle Verbesserungen vorgenommen werden können. Es müssen jedoch noch viele weitere Faktoren berücksichtigt werden, um herauszufinden, wie Änderungen angegangen werden können und welche Auswirkungen diese Änderungen haben können. Die Produktion hängt von vielen anderen Aspekten der Vorgänge einer Fabrik ab. Dazu gehören die Vorbereitung von Materialien und Logistik, Qualitätsmanagement, die technische Datenvorbereitung, die Verwaltung wichtiger Instrumente, Ressourcen und selbstverständlich auch der Mitarbeiter.

Der Umfang von MES reicht in die tiefergehenden Aspekte der Fabrikverwaltung hinein, um diese voneinander abhängigen Prozesse unterstützen zu können. So können Symptomursachen, die im Produktionsfluss vorkommen, angegangen werden und die abhängigen Prozesse selbst optimiert und verbessert werden.

Ein tieferer Einblick in MES

Es gibt eine Menge Definitionen was den Umfang eines MES anbelangt, vor allem hinsichtlich dessen, was es beinhaltet und was es nicht beinhaltet etc. Die meisten MES-Systeme sind auf eine maximale Reichweite in allen Branchen ausgelegt und unterstützen viele Branchensegmente. Bestimmte Funktionen sind in einigen Fällen unbedingt erforderlich, wohingegen andere scheinbar bedeutungslos sind. Es ist unwahrscheinlich, dass es jemals eine allgemeingültige Definition darüber geben wird, was ein MES unbedingt enthalten muss oder was es beinhalten sollte. Diskussionen zu diesem Thema entwickeln sich stetig weiter, da sich auch die Erwartungen aufgrund technologischer Fortschritte und dem industriellen Internet of Things (IIOT) verändern. Heute wird von einem MES erwartet, dass es sich bidirektional mit automatisierten Geräten verbindet, damit der Betreiber weniger Unterstützung benötigt und Verzögerungen bei der Erfassung von Daten und der Prozesskontrolle reduziert werden. Das MES sollte eine einzige digitale Plattform bereitstellen, die all diese unterschiedlichen Bereiche miteinander verbindet, damit Sichtbarkeit und Kontrolle hinsichtlich potentieller Ursachen gewonnen werden kann, wenn es in der Endmontage zu Produktionsunterbrechungen kommt.

Abhängigkeiten innerhalb der Fabrik

Produktionsprozesse sind im Allgemeinen so gestaltet, dass sie sich auf den Hauptproduktionsplan konzentrieren, der fertiggestellte Produkte an die Kunden ausliefert. Es wird im Allgemeinen davon ausgegangen, dass jede Unterbrechung des Produktionsplans die termingerechte Lieferung gefährden würde und dies gilt es unbedingt zu vermeiden. Wenn Unterbrechungen toleriert würden, würde dies die Produktivität reduzieren und es könnte zu Verspätungen in der Fertigstellung kommen. Dann würden überschüssige Fertigwarenbestände benötigt, was wiederum erhebliche und unnötige Kosten für den betroffenen Betrieb bedeutete. Daher muss alles worauf die endgültige Produktion angewiesen ist, im Vorfeld bereits perfekt vorbereitet sein, im besten Fall auf “Just In Time” (JIT) Basis, damit alles an Ort und Stelle ist, wenn es gebraucht wird, aber auch nur dann. Zu den wichtigsten zu berücksichtigenden Abhängigkeiten gehören die Materialvorbereitung, technische Daten sowie die Verwaltung wesentlicher Werkzeuge und Ressourcen, einschließlich der Mitarbeiter. Das MES kennt sowohl den laufenden als auch den beabsichtigten Produktionsplan und ist außerdem hinsichtlich des laufenden Produktionsfortschrittes informiert. Daher kann die Reihenfolge für die Bereitstellung von Materialien und die Verwendung von Ressourcen vorhergesagt werden, so dass MES die Ressourcen entsprechend den endgültigen Produktionsanforderungen verwalten kann oder sogar den endgültigen Produktionsplan anpassen kann, falls die Ressourcenkapazitäten erschöpft wären. Ein MES arbeitet aus diesem Grund in einer Live-Umgebung gleichzeitig in vielen Bereichen und mit vielen unterschiedlichen Daten, im Wesentlichen einer „Big Data“ Umgebung. Welchen Wert das MES bringt, hängt viel von dem Design und dem Umfang der Software ab. Die einfachen und grundlegenden Systeme berechnen und bestimmen die benötigten Anforderungen und überwachen anschließend den Leistungsfortschritt. Fortschrittlichere MES-Systeme verwalten die wesentlichen Aspekte voneinander abhängiger Bereiche und bereichern diese hinsichtlich Automatisierung, Verwaltung und Traceability.

MES Internes Supply-Chain Management

ür eine erfolgreiche Produktion sind Materialien das alles entscheidende Element. Wenn ein eigentlich unbedeutendes Teil, wie das richtige Kabel oder der richtige Widerstand, die an sich fast keine Kosten verursachen, fehlen, kann das bedeuten, dass die Produktion nicht abgeschlossen werden oder unter Umständen gar nicht erst gestartet werden kann. Aus diesem Grund wird jedes Material von MES als kritisch angesehen. Ein ERP-System erkennt Materialien einfach nur anhand der Sachnummer und der in der Fabrik vorhandenen Menge; dies beginnt mit der Ankunft der Rohmaterialien bis hin zur Auftragsabwicklung. Dabei wird häufig nur die Anzahl der gefertigten Produkte miteinander multipliziert, die wiederum mit den Materialien aus der Stückliste (BOM) multipliziert werden. Obwohl Materialstandorte in vielen ERP-Systemen unterstützt werden, kann man sich nicht auf den Materialbestand nach dem Standort verlassen, da hierfür umfangreiche manuelle Materialzählung und Dateneingabe zu Stoßzeiten erforderlich sind. Fast ausnahmslos stimmt daher der Überblick eines ERP-Systems über die Materialien nicht mit den tatsächlichen Gegebenheiten überein, aufgrund von Verfallsdaten und anderen nicht berücksichtigten Verlusten. Die Tatsache, dass Materialien bei Bedarf nicht lokalisiert werden können, führt, zusammen mit den oben genannten Ungenauigkeiten, dazu, dass ERP-Systeme angepasst werden müssen, was zu häufigen, kostspieligen und störenden Bestandskontrollen führt. Ein grundlegendes MES-System kann helfen, indem es die Materialbewegungen kennt. Dennoch wird das ERP-System immer noch schlechte Planungsentscheidungen auf Grundlage falscher Annahmen der Materialverfügbarkeit treffen, was die Erstellung von Zeitplänen zur Folge hat, die nicht erfüllt werden können. Ein fortschrittlicheres MES-System übernimmt die vollständige Kontrolle über die Materialien. Dies beginnt mit der eindeutigen Identifizierung von Materialien, entweder einzeln für Schlüsselkomponenten und Unterbaugruppen oder durch Träger für Massenmaterialien, wie zum Beispiel Rollen von SMT-Teilen in der Elektronikfertigung. Das MES-System erstellt und verwaltet dann Logistikaufgaben für die Lagerverwalter, indem es die Lagerorte zuweist und die Materialien anschließend in der gesamten Fabrik verteilt. Dazu gehören auch die Lagerhäuser, lokale Lagerbereiche sowie die Lieferung an die jeweiligen Verbrauchsorte. Mobile Terminals sind ideal, um die Funktionalität von MES überall dort verfügbar zu haben, wo Materialien ein- und ausgescannt werden. Am besten wird der Bedarf an Materialbewegung durch “Schlanke Prinzipien” wie Kanban und JIT Lieferung bestimmt, die auf dem vorausgesagten Bedarf an Materialien zum Zeitpunkt des Verbrauchs beruhen.

MES kennt die Menge jedes Materials, welches für die Produktion benötigt wird, wobei es sowohl den aktuellen als auch den nächsten Zeitplan im Blick hat und zusätzlich gibt es noch ein Live-Feedback über den Fortschritt der Produktionsprozesse selbst ab. Fortschrittlichere MES-Systeme sammeln außerdem Daten zu Fehlmengen und Verbrauchsdaten, so dass eine nahezu perfekte Materialbestandskontrolle zustande kommt. Wenn sie an das ERP-System weitergegeben wird, kann ERP bessere Entscheidungen treffen. Fortgeschrittene MES-Systeme verwalten erweiterte Materialaspekte, einschließlich Anforderungen an die Lagerumgebung, Trocknungszyklen für feuchtigkeitsempfindliche Materialien, Obsoleszenz und Verfallsdatum sowie Materialsubstitutionen gegen die genehmigte Stückliste.

MES-Technologien beseitigen "interne" Materialknappheiten, so dass die Produktion aus Mangel an Materialien nie unterbrochen werden muss. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass aufgeblähte Lagerbestände um 75%, Materiallogistik um 30%, Lagerfläche um 50% reduziert werden können und andere Einsparungen erfolgen, beispielsweise im Hinblick auf Produktionsfläche und Anzahl der benötigten Träger (z. B. Feeder für SMT-Materialien). Allein die potenziellen Einsparungen bei den Materialkosten sind für viele Grund genug, sich ein fortschrittliches MES-System anzuschaffen.

Verwaltung technischer Daten

Es gehört zu den Aufgaben einer modernen MES-Lösung, die elektronische Dokumentation in Produktionsprozessen anzuzeigen. Da immer mehr Prozesse automatisiert werden, richtet sich diese Dokumentation mehr auf den Prozessaufbau, während die Automatisierung einer bestimmten Anweisungsabfolge folgt. Typischerweise werden diese Anweisungen mithilfe von Software formatiert und optimiert, die vom Maschinenhersteller bereitgestellt wird. Die technischen Daten, von denen sie abgeleitet sind, stammen jedoch aus dem Produktdesign und der lokalen Stückliste. Die Umwandlung von Konstruktions- und Stücklistendaten sowie die Arbeitsanweisungen zur Fertigstellung eines Produkts werden, je nach Prozessfähigkeit und Durchsatzmetrik, zwischen den verschiedenen automatisierten und manuellen Prozessen durch MES-Engineering-Systeme aufgeteilt. Ohne die Hilfe eines solchen Tools muss ein Techniker die Konstruktionsdaten aus vielen unterschiedlichen Formaten einlesen, die Einheitlichkeit der Daten bestätigen, Anpassungen vornehmen, wenn die lokale Stückliste geändert wurde und die Daten dann auf die verschiedenen Produktionssysteme verteilen, abhängig von deren Know-how. In der Regel dauert dieser Prozess bei komplexen Fertigungen, wie beispielsweise der Elektronikfertigung, mehrere Tage. Entscheidend ist jedoch, dass dieser Prozess vorschreibt, dass die Techniker die Produktionskonfiguration im Voraus bestimmen, mit der jedes Produkt hergestellt wird. Das lässt kaum Raum für Flexibilität. Dieser Prozess ist in einem dynamischen High-Mix Umfeld einfach nicht mehr zeitgemäß. Mit fortschrittlichen MES-Systemen, die ein digitales Produktmodell erstellen und Daten in elektronischer Form aus den Konstruktionsdaten und der Stückliste übernehmen, die Umwandlung und die Arbeitsanweisung nach technischen Präferenzen automatisiert wird, dauert diese Arbeit nur noch Minuten anstelle von Tagen, sei es für die Einführung neuer Produkte oder die Anwendung technischer Änderungen zur Erstellung einer neuen Revision. Die Möglichkeit, Prozessdaten auf Anforderung effektiv zu erstellen, ermöglicht der MES-Planungsfunktion zu entscheiden, welche Konfiguration für jedes Produkt am besten geeignet ist, je nach dem aktuellen Produktions- und Nachfragezustand. Flexiblere Planung führt zu einer signifikanten Verbesserung der Anlagenauslastung und der Produktivität. Die MES-Planungsfunktion berücksichtigt Durchlaufzeiten in der Produkthierarchie von Unterbaugruppen, optimiert die Ausführung unter Berücksichtigung aller verfügbaren Konfigurationen, Umrüstzeiten sowie Produktgruppierungsstrategien. Dieser schlanke Planungsansatz wird innerhalb von Stunden oder Tagen und nicht mehr in Wochen oder Monaten durchgeführt. Dieses Maß an Flexibilität ermöglicht einen deutlichen Wandel in Bezug auf die Fertigkeiten einer modernen Fabrik, nämlich auf Änderungen der Kundennachfrage zu reagieren, reibungslos Übergänge über einen hohen Produktmix hinweg zu ermöglichen und gleichzeitig die Auslastung auf ein Maximum auszudehnen ohne eine Überproduktion für ein Fertigwarenlager zu erzeugen. Diese Vorgehensweise kann zu einer Produktionsverbesserung zwischen 20% und 50% führen. Dies löst das traditionelle Problem, das ohne MES oder nur mit einem einfachen MES auftritt, wo die Produktivität mit steigendem Produktmix sehr stark abnimmt, was zu erhöhten Kosten und Investitionen führt.

Gründe für die Einführung eines MES

In diesem Abschnitt widmen wir uns abschließend den Funktionalitäten von MES, aufgrund derer die Endproduktion effektiv gestaltet werden kann. Anschließend werfen wir einen genaueren Blick auf die unterschiedlichen Arten von MES und prüfen die wichtigsten Aspekte, die bei der ersten Implementierung oder beim Upgrade eines bereits existierendes Basis-MES auf ein System mit den neuesten digitalisierten Technologien im Sinne des IIoT zu berücksichtigen sind.

Der Fokus einer MES-Lösung liegt primär in der Fähigkeit, den geplanten Produktionsfortschritt und die damit verbundenen Aktivitäten zu verfolgen, um diesen Plan dann an Veränderungen der Kundennachfrage, den verfügbaren Materialien und der Prozessfähigkeit anzupassen. Je nachdem für welches Paket man sich entschieden hat, bietet MES verschiedene Module, welche diese Aktivitäten auf unterschiedlicher Ebene unterstützen. Einige bieten fortschrittliche Kontrolle und Optimierung, die sämtliche Bereiche unterstützender Betriebsverwaltung umfasst. Nachdem wir bereits die Bereiche Material- und Konstruktionsdaten näher erläutert haben, wenden wir uns nun der Frage zu, wie ein MES andere Ressourcen und Abhängigkeiten steuert.

Verwaltung von Ressourcen

Es gibt unterschiedliche Arten von Ressourcen, die für den reibungslosen Ablauf bestimmter Produktionsprozesse unerlässlich sind. Wenn auch nur eine diese Ressourcen fehlt, dann kann der Prozess nicht ausgeführt werden. Ein einfaches Beispiel sind Werkzeuge für die Montage, wie simple Schraubendreher oder Clipper. Auch Prozesse können zu ihrer Unterstützung auf bestimmte Vorrichtungen angewiesen sein, wie zum Beispiel Materialzuführungen auf einer SMT-Maschine. In diesem Fall müssen die Feeder vorbereitet, erstellt und installiert werden, damit sie auch über das zuzuführende Material verfügen. Jeder Fehler hätte verheerende Auswirkungen, da es sich hierbei um einen entscheidenden Prozess handelt. Daher ist es außerordentlich wichtig, dass ein MES die Vorbereitung von Feedern mitbeinhaltet. Weitere Anwendungsbeispiele umfassen das korrekte Einstellen, Kalibrieren und Prüfen von Testgeräten oder Drehmomenttreibern, die vor ihrer Verwendung auf einen bestimmten Wert eingestellt werden müssen. Wenn Arbeitszyklen gezählt und verwaltet werden, die routinemäßige Wartung verursachen, muss auch der Ist-Zustand der aktuellen Ressource, deren Verfügbarkeit und Einstellung geprüft werden. Ein umfassendes MES übernimmt alle diese Aufgaben.

Die Ressource Mensch

Der Mensch ist eine der am schwierigsten zu verwaltenden Ressourcen. Jeder hat einzigartige Fähigkeiten oder verfügt über spezifische Erfahrungen, die darüber bestimmen, ob er in der Lage ist, an bestimmten Produktionsprozessen zu arbeiten oder nicht. Ob jemand in der Lage ist, Produktionsziele zu erreichen, erfolgreich abzuschließen oder überhaupt damit zu beginnen, steht in unmittelbarem Zusammenhang mit dessen Pausenzeiten, Krankheitstagen und Urlaub. Es muss gewährleistet sein, dass Betreiber mit den erforderlichen Fähigkeiten zur richtigen Zeit, in der ein Produktionsauftrag ausgeführt wird, zur Stelle sind. Fortschrittliche MES-Systeme bieten zusätzliche, innovativere Vorteile. Der Bedarf an spezialisierten Arbeitskräften kann durch das operativere Know-how und die Hilfestellung reduziert werden, die sowohl ein MES-System als auch die Prozessautomatisierungssoftware bieten. Die Betreiber können innerhalb des Teams schnell und sicher an unterschiedlichen Positionen eingesetzt werden und so die Produktionsflexibilität dank aktueller elektronischer Dokumentationen signifikant verbessern. Dieses Idealszenario würde den Einsatz mobiler Terminals erfordern, welche die Betreiber überall dort einsetzen, wo sie gerade gebraucht werden.

Aktives Qualitätsmanagement

Wenn qualitätsbezogene Probleme auftreten, wirkt sich das immer negativ auf die Produktion aus. Jeder Fehler, der auftritt, zieht immer zusätzliche unnötige Inspektionen, Reparaturen, Nacharbeit und erneute Testzyklen nach sich. Dadurch entstehen zusätzliche Kosten und es kommt zu Verzögerungen. Fast noch schwerwiegender ist die Tatsache, dass ein Fehler selten allein auftritt. Die Wahrscheinlichkeit ist hoch, dass Fehler solange immer wieder auftreten, bis Gegenmaßnahmen erkannt und eingeleitet werden. In einigen Fällen ist dies so gravierend, dass es besser ist, die Produktion solange zu stoppen, bis die Fehlerursache bekannt ist. Ein MES erfasst zusätzlich zur Verwaltung der Ausschleusung, elektronische Reparaturtickets aus Test- und Inspektionsprozessen, die bei der Fehleranalyse und den Reparaturvorgängen assistieren. Das MES zeichnet sowohl Material- als auch Prozessereignisse auf und reduziert eine Störung der Produktion, durch schnellstmögliche Fehleranalyse und der vollständigen und spezifischen Produktionshistorie der fehlerhaften Einheit auf ein Minimum. Statistiken können bei der Bestimmung der einzigartigen Umstände, die zu diesem Defekt geführt haben, hilfreich sein und identifizieren außerdem eventuell andere Produktionseinheiten, die auf dieselbe Art und Weise hergestellt worden sind. Ein MES liefert lückenlose Traceability-Informationen für die Einhaltung und Konformität jeder Produktionseinheit und stellt durch die Verwaltung von Abhängigkeiten sicher, dass sich alles, was gebraucht wird, an der richtigen Stelle befindet, korrekt konfiguriert und vorbereitet ist. Auf diese Art und Weise schafft ein fortschrittliches MES aktives Qualitätsmanagement sowohl innerhalb der Fabrik als auch für die sich auf dem Markt befindlichen Produkte. So kann schlechte Qualität kostengünstig ausgebessert werden.

Wartungsmanagement

Ein weiteres gravierendes Problem in der Fertigung ist der Ausfall von Geräten. Um das Auftreten dieser unvorhersehbaren Ereignisse zu verhindern, müssen routinemäßige Wartungsarbeiten an allen kritischen Geräten durchgeführt werden. Die Herausforderung besteht jedoch darin, zu wissen, welche Wartungsarbeiten wie häufig durchzuführen sind. Als Folge simpler, zeitbasierter Wartungsprogramme kann es zu Ausfällen der Produktionszeit kommen. Wenn eine Maschine oder Linie beispielsweise nicht so häufig, wie erwartet, eingesetzt wurde, werden viele Wartungsarbeiten unnötigerweise durchgeführt. Durch die Verwendung von Informationen bezüglich der Gesamtarbeit der einzelnen wichtigen Produktionsprozesse, kann MES einen wichtigen Beitrag in der Schaffung anspruchsvollerer Wartungsstrategien leisten. Präventive Wartungsprogramme sind dahingehend ausgelegt, um Wartungsarbeiten auf das Wesentliche zu reduzieren. Dieser Ansatz kann auf aufwendige Wartungsarbeiten angewendet werden, wie das Auswechseln von Motoren, aber zusätzlich auch auf regelmäßige Wartungsaufgaben wie das Reinigen oder Schmieren von Maschinen. Ein MES verwaltet die Wartungsressourcen und bestimmt das Timing von Wartungsarbeiten, beispielsweise zu Zeiten, in denen die Maschine aus irgendeinem Grund nicht genutzt wird oder schließt die Aufgabe in die Gesamtplanung mit ein. MES Wartungsterminals sind immer mobil, was sie für den Wartungstechniker so unverzichtbar machen. Sie ermöglichen eine Interaktion mit MES, welches den genauen Ort und die Art der Wartungsarbeit festlegt, Anpassungen und Einstellungen dokumentiert und die genauen Wartungsabläufe verständlich macht.

Die Bandbreite unterschiedlicher MES-Lösungen

Es gibt heutzutage eine Fülle von MES-Systemen mit unterschiedlicher Bandbreite und Tiefe. Es ist jedoch möglich, MES-Anwendung in Kategorien zu unterteilen. Es gibt zum einen die einfacheren, generischen MES-Systeme, die darauf abzielen viele unterschiedliche Branchen zu unterstützen, deren Funktionalität einfach ist und deren Umfang hinsichtlich Flexibilität und Anpassung begrenzt ist. Obwohl diese Systeme eigentlich nur den aktuellen Produktionsvorgang in dem von ihnen abgedeckten Umfang automatisieren, können sie durchaus nützlich sein. Eine andere Art von MES ist dazu quasi das genaue Gegenteil; es unterstützt komplexe Anforderungen tiefgehend, ist normalerweise auf eine bestimmte Nische ausgelegt und muss häufig stark angepasst werden. Bei diesem MES können die Kosten explodieren, da zusätzliche Softwareanpassungen benötigt werden und laufende Kosten für den Support entstehen. Irgendwo zwischen diesen Extremen findet sich als „Sweet Spot“ der ideale Bereich für MES-Lösungen. Ein MES-System, welches bekannte digitale Technologien verwendet, die die aktuellsten IoT-Standards enthalten, kann Daten aus einer Vielzahl automatisierter Prozesse erfassen und verursacht hinsichtlich Supportes nur minimale Betriebskosten. Die Module folgen den üblichen digitalen Prozessmodellen und bieten relativ tiefgehende Details zu den wichtigsten Bereichen, wobei nur sehr wenige Anpassungen erforderlich sind. Diese qualitativ hochwertigen MES-Systeme sind sehr anpassungsfähig und bieten “Best Practice”-Methoden darüber, wie Produktion, Engineering und andere Prozesse funktionieren und wie sie alle zusammenarbeiten. Das Ergebnis sind die modernsten und technisch fortschrittlichsten MES-Lösungen, die eine entscheidende Rolle dabei spielen, dass die geplanten Geschäftsziele realisiert werden, den erreichbaren ROI voll verstanden haben, der sich in einigen Fällen innerhalb kürzester Zeit, manchmal binnen weniger Wochen, auszahlt.

Zusammenfassung

Wenn die Implementierung eines MES-Systems im Raum steht oder ein bestehendes System auf ein fortschrittlicheres System aufgerüstet werden soll, dann sollte man sich gut überlegen, was man eigentlich erreichen möchte. Ein guter Ausgangspunkt ist der Erfolg geschäftsbezogener betrieblicher Ziele, wobei allerdings beachtet werden sollte, dass zu Beginn mehrere MES-Module hilfreich sein können. Auf der anderen Seite kann die Einführung zu vieler Module Störungen verursachen und die Anschaffungskosten in die Höhe treiben. Außerdem sollten bei der Auswahl eines MES auch zukünftige Ziele mit ins Auge gefasst werden, damit das neue MES auch nach seiner Implementierung zukünftige Bedürfnisse befriedigen kann und nicht ersetzt werden muss. Nach jeder Phase sollte eine Return-on-Investment (ROI)-Analyse für jedes Modul oder jede potentielle Modulgruppe durchgeführt werden. Die potentiellen Auswirkungen der Änderungen auf der Vorteilsseite als Ergebnis der Implementierung des MES sollten berücksichtigt werden. Je nachdem ob es um Kapazitätsprobleme, die Einhaltung von Lieferterminen, Qualitäts- oder Konformitätsanforderungen geht: die Bewertungen hierzu sind von Fertigungsbetrieb zu Fertigungsbetrieb völlig unterschiedlich. Auch immaterielle Faktoren sollten grundsätzlich mit in Betracht gezogen werden.

Die Auswahl eines MES-Systems, welches neben der digitalen Produkt- und Standardprozessmodellierung auch Standardanbindungen an alle Automatisierungsdaten bietet, wird eindringlich empfohlen. Dadurch werden unnötige Kosten und teure Anpassungen vermieden. Ein weiteres Element, welches die Installation eines MES einfach und kostengünstig hält, ist die Kenntnis der Hardwareanforderungen in der Fertigung, insbesondere für Prozesse, die von Menschen bedient werden und die Bediener ständig an unterschiedlichen Positionen arbeiten.