Manufacturing Execution Systems (MES): Der kritische Link für termingerechte Lieferungen

Sie haben eine populäre ERP-Software implementiert. Ihr PLM-System läuft wie ein fein abgestimmter Sportwagen. CAD/CAM, TMS und Werkzeugbahnsimulation sind im Einsatz, alle Mitarbeiter geschult. Sie haben Unsummen in Software und Berater investiert, alle richtigen Systeme stehen – und trotzdem haben Sie letzte Woche einen wichtigen Liefertermin verpasst und laufen mehrmals täglich in die Fertigung, um Jobs zu prüfen. Warum?

Gute Chance, dass der nächste große Schritt Richtung Produktions-Optimum ein Manufacturing Execution System (MES) ist. Betrachten Sie es als das fehlende Bindeglied zwischen ERP, Shopfloor und allen anderen Softwaresystemen zur Steuerung eines Fertigungsunternehmens. MES bietet höhere Produktions-Transparenz und Job-Tracking als ERP. Es macht Echtzeit-Terminierung wirklich echtzeitfähig. Es bietet zuvor unerreichbaren Zugriff auf Leistungs- und Qualitätsdaten samt Analysetools zur Verbesserung beider.

Die vielen Facetten

MES tut all das und mehr, lässt sich aber in keine saubere, leicht definierte Softwarekategorie pressen. Eine Google-Suche nach MES-Software liefert „Beste MES-Software“-Ergebnisse, einige führen zu Anbietern, die MES vielleicht buchstabieren können – das war's. Suchen finden lange MES-Feature-Listen: Datenerfassung, Hauptproduktionsplanung, Arbeitszeiterfassung u. v. m. – Funktionen, die jedes ERP wahrscheinlich schon macht. Selbst Software-Experten finden MES manchmal verwirrend.

Andrew Robling, Senior Product Manager bei Epicor Software Corp. (Austin, TX), navigiert dieses trübe Terrain souverän. Für ihn gibt's nichts Verwirrendes an MES oder seinen Nutzen für Unternehmen jeder Größe.

„MES bedeutet vielen Leuten vieles, aber im Kern geht's um Datenerfassung direkt von Anlagen und Werkzeugmaschinen, um bessere Entscheidungen zu treffen. Das können Basisdaten sein: Maschinenstatus, wie viele Teile heute schon produziert – bis hin zu echtem Prozessmonitoring: Maschinentemperatur, Druck, oder Bauteilqualitätsdaten für SPC (statistische Prozesskontrolle).“

Datenerfassung kann automatisch sein (Integration zu maschinenmontiertem SPS) oder vollständig manuell (Shopfloor-Touchscreens, mobile Geräte). Diese Flexibilität erklärt, warum viele in der Branche keine klare MES-Definition bieten können und warum Fähigkeiten vendor-abhängig variieren. Aber alle sind sich einig: Wer Transparenz in die inneren Abläufe der Produktion bringen und Fertigungseffizienz steigern will, ist mit MES hervorragend bedient.

Echtzeit bekommen

Eine der wichtigsten Shopfloor-Management-Aktivitäten: präzise Job-Terminierung. Laut Robling hält MES die Räder am Produktionsbus, statt herauszufinden, dass er gestern Nachmittag gecrasht ist. „Shops brauchen Mechanismus, Job-Informationen in Echtzeit anzuzeigen – damit Leute wissen: Anlage läuft nicht wie sie sollte, oder Schneidwerkzeug steht vor Ausfall.“

MES erreicht das auf verschiedene Weise: Management-Dashboard, das rot wird bei Problemen, Andon-Displays (visuelle Steuergeräte) am Shopfloor mit aktuellem Maschinenstatus, Produktionslevel, Nichtkonformitätswarnungen. Manche Shops senden Alerts über die Werksdurchsage. „Egal welcher Ansatz: Diese Systeme geben Leuten Chance, sofort Korrekturmaßnahmen zu ergreifen – möglicherweise Stunden ineffizienten Maschinenbetriebs vermeidend.“

MES ist nicht nur für Automotive-Produktionsvolumen. Robling stimmt zu: MES ist häufiger bei größeren Herstellern, aber auch kleine Jobshops profitieren erheblich – oft sogar am meisten.

„Wir arbeiteten mit einem Shop in Pennsylvania, der seine OEE (Overall Equipment Effectiveness) auf Mitte 60 % schätzte. Nach MES-Implementierung stellte sich heraus: Die paar Maschinenstillstände, die sie manuell pro Tag erfassten, waren in Wirklichkeit viel höher – hunderte kleine Unterbrechungen pro Schicht, die der Bediener nicht meldete. Resultat: OEE war ~15 % niedriger als erwartet. MES lieferte nicht nur Transparenz für dieses Problem, sondern auch Daten zur Behebung.“

Was ist mit MOM?

Recherchen zu MES führen oft zu Manufacturing Operations Management (MOM). Subba Rao, Innovation Officer für MOM bei Siemens Digital Industries Software (Plano, TX), erklärt: MES kann als kleinere, weniger umfassende Version von MOM gesehen werden – zumindest aus Siemens-Sicht.

„MOM ist breiter. Wo MES auf Echtzeit-Datenerfassung fokussiert, nutzt MOM diese Daten für Qualitätsmanagement, Wartung, Closed-Loop-Kollaboration an Engineering-Informationen für den Shopfloor und Orchestrierung der Prozesse für Qualitätsprodukte. Wir nennen es das digitale Gehirn für Produktionsoperationen – liefert Einblick und Transparenz für alle Beteiligten.“

Verglichen mit vor fünf Jahren sind MES und seine große Schwester MOM dank Industry 4.0 und IIoT (Industrial Internet of Things) einfacher denn je zu implementieren. Heutige CNC-Werkzeugmaschinen und andere Industrieanlagen sind vollgepackt mit Sensoren – von Achslasten bis Spindelschwingungen. Diese Sensoren lassen sich einfach anbinden und teilen Daten bereitwillig mit externen Systemen – ermöglichen predictive maintenance, Prozessmonitoring, Verbesserungen.

Vereinfachte Konnektivität ist gut, aber was mit den Daten passiert, zählt. „Operatoren, Maschinenprogrammierer, Produktionssteuerer und alle Beteiligten wollen wissen: Was wird gerade bearbeitet? Wie performt der Shop? Wie können Prozesse für aktuelle und zukünftige Produktinnovationen verbessert werden? Aber das ist nur ein kleiner Ausschnitt von MOM. Jeder im Unternehmen sucht bessere Wege für bestimmte Aufgaben – Quality-Team analysiert statistische Trends, Logistik-Manager muss Material bereitstellen. MOM und in geringerem Maße MES ermöglichen Koordination und Orchestrierung für wirklich effiziente Fertigung.“

Optimierte Ergebnisse

Aber: Was wenn Liefer- und Qualitätsniveau seit zwei Jahren bei 98 %+ liegen? Rüstzeiten so gut wie möglich, besonders in Low-Volume-High-Mix? Shopfloor-Terminierung und „Orchestrierung“ im Griff? Warum das System ändern?

Gute Frage. Möglich, dass ein Maschinenbau- oder Blechbearbeitungsbetrieb die hier diskutierte erweiterte Funktionalität nicht braucht – und die Datenerfassung und Job-Tracking, die die meisten ERP-Systeme standardmäßig mitbringen (was viele in der Branche tatsächlich als MES bezeichnen), ausreichen, um das aktuelle „Home-Run“-Niveau zu halten.

Aber bedenken Sie diese Info von ECI Software Solutions (Fort Worth, TX): MES hebt Produktionseffizienz auf ganz neue Ebene.

Viele ERP-Systeme machen auf Makroebene einen guten Job beim Terminieren. Aber was, wenn ein Shop 20-gauge-Edelstahlblech biegt oder Nuten in Titan mit 1/2-Zoll-(12,7-mm)-Schaftfräser fräst – und alle anderen Jobs wissen will, die diese Attribute teilen, um dasselbe Setup und Werkzeug zu nutzen? MES optimiert Arbeitsplätze basierend auf beliebigen Shop-Werten und kommuniziert den aktualisierten Plan zurück ans ERP – alles harmonisch zusammenarbeitend, so ECI.

Die meisten ERP-Systeme können das nicht allein, weil ihnen Maschinenanbindung und Zugriff auf Engineering-Informationen fehlen. MES aber kann – Resultat: weit höhere Maschinenauslastung, weniger Ausschuss, kürzere Rüstzeiten. Und weil richtig implementiertes MES In-Prozess-Daten wie Anlagenlasten und Prüfergebnisse erfasst, entstehen substanzielle Prozessverbesserungschancen, die sonst unerreichbar blieben. Fazit: MES ist guter Startpunkt für Industry-4.0-Initiative.

Abschied vom Stammeswissen

Maschinenoptimierung setzt voraus, Engineering-Daten sind verfügbar, sauber, organisiert, an einem Ort. Für viele Shops – besonders ohne formale Engineering-Abteilung – sind diese Infos verstreut auf Werkzeugblättern und Programmiersystemen oder in den Köpfen der erfahrenen Zerspaner und Blechbearbeiter, die seit 30 Jahren Shopfloor-Magie wirken. Was passiert, wenn diese wertvollen Mitarbeiter in Rente gehen oder kündigen?

In vielerlei Hinsicht ist das MES' wahrer Wert. Es fungiert als zentrales Repository für alle Dokumente, Zeichnungen, Anweisungen zum Einrichten und Betreiben von Fertigungsanlagen. Es überwacht Anlagenleistung, managt Produktions- und Qualitätsdaten, speist diese zurück in andere Softwaresysteme des Unternehmens und gibt Menschen die Chance, Prozess- und Maschinenauslastungsverbesserungen zu identifizieren.

Kurz: MES tut, was Menschen tun, seit es Knöpfe und Hebel gibt. Es eliminiert Intuition und Bauchgefühl, auf die zu viele Shops täglich setzen, und wandelt Stammeswissen in Unternehmensasset um, so ECI.

Der große Poka-Yoke

Im Kern geht es bei MES um Kontrolle und Fehlervermeidung (Poka-Yoke) – und durch diese Fehlervermeidung Produktionsprobleme vermeiden, so Mike Hart, Director Product Strategy Manufacturing & Industrial IoT bei Plex Systems Inc. (Troy, MI). „Es geht ums Verbinden der Punkte.“

Diese Punkte umfassen Werkzeug- und Rohmaterialanforderungen eines Jobs, Planungs- und Qualitätskontrollerwartungen. Was läuft jetzt, heute Nachmittag, nächste Woche – und welchen Einfluss auf Lagerbestände? MES verknüpft diese oft disparaten Informationsquellen zu einer vernetzten Organisation. Operatoren erhalten einfachen Zugriff auf Tools für effektive Arbeit, Management erhält kohärenteren Blick auf Business-Systeme samt Infos für smarte Entscheidungen.

Mehr Transparenz ist gut, aber wie macht MES Prozesse fehlersicher? „Weil man weiß, wer einen bestimmten Prozess ausführt oder Maschine bedient, kann man prüfen: Welche Schulung hat er? Ist er qualifiziert? Aber noch mehr: MES stellt sicher, dass alle richtigen Kontrollpläne vorliegen und Leute ‚Haken setzen‘ zu richtigen Zeiten und Orten. Wenn nicht: sofort rote Flaggen – nicht morgen, nicht bei Jobende, sondern JETZT.“

Gangwechsel

Wenn MES so toll ist, warum haben nicht mehr Shops investiert? Warum so viel Branchenfokus auf ERP, wo die echten Vorteile bei MES-Implementierung liegen? Offensichtlich: ERP ist für praktisch jedes Fertigungsunternehmen Pflicht – oder zumindest für jedes mit mehr als einer Handvoll Mitarbeitern und Wachstumsambition.

Einfach: ERP bezahlt die Rechnungen. Buchhaltungsfunktionen – Verbindlichkeiten, Forderungen, Steuerreporting u. v. m. – wären ohne ERP extrem schwierig, ebenso Bestandsführung, Versand/Wareneingang, Auftragsmanagement, Einkauf, das allwichtige MRP. ERP-Systeme bieten auch gewisses Terminierungs- und Shopfloor-Control-Level, auch wenn die meisten das Innenleben nicht managen. Daher der Bedarf an MES.

„Wir haben beides gesehen, aber ja, manche Shops wählen MES-Strategie zuerst“, sagt Hart. „Kommt auf Pain Points an. Probleme z. B. bei Materialrückverfolgbarkeit oder Qualitätsherausforderungen – Licht auf Geschehen werfen – dann starten sie typischerweise mit MES. Aber: Schlüsselvorteil MES ist potenzielle Integration mit ERP und anderen Fertigungssystemen – das im Blick behalten.“

Hallo Kaiser

MES-Implementierung wirft ähnliche Überlegungen und Fallstricke auf wie ERP. „Kein Sinn, wenn Daten nicht stimmen“, sagt Jim Errington, EVP Sales & Service bei Fujitsu Glovia Inc. (El Segundo, CA). „Ich sag das ERP- und MES-Kunden gleichermaßen: Egal wie toll das System oder seine Tools – mit schlechten Daten füllt man es, kommen nur schlechte Antworten raus.“

Errington erzählt von einem Kunden: Nach monatelanger Bereinigung von Stücklisten und Arbeitsplänen schalteten sie die Werksplanungsseite ihrer MES-Software frei – nur um einen kritischen Arbeitsplatz zu überlasten. Problem? Niemand bemerkte ungenaue Rüstzeiten. „Wie viele Shops hatten sie nie ein echtes Terminierungssystem, diese Werte wurden nie geprüft. Alle wussten: Man kann einen 2-Tonnen-Guss nicht instantan bewegen – aber genau das sagte man dem System.“

Der Versehens brachte sie um mehrere Tage in Verzug, Wochen zur Erholung von einem simplen Fehler. Deshalb: Ingenieure, Planer, Kalkulatoren in JEDE Implementierung – MES oder sonstwas – einbinden, um solche Situationen zu vermeiden. „Viele sagen: Daten sind König; vielleicht. Aber das macht Datengenauigkeit zum Kaiser.“

Das Terminierungsbeispiel illustriert einen weiteren wichtigen MES-Punkt: Im Gegensatz zu ERP ist MES ein Elefant, den man in kleinen Häppchen essen kann. Z. B. nur Terminierungsfunktion implementieren (wie Glovias Kunde), oder MES mit Wartungssoftware für OEE-Tracking integrieren, oder Produktionsdaten am neuen automatisierten Laserschneider erfassen, oder Montagelinie besser informieren – die Liste geht weiter. Ja, Datenintegrität und Hausmeisterei sind genauso wichtig, aber Aufwand ist fast sicher kleiner und ROI viel schneller.

Botschaft ist klar: Low-hanging-fruit gibt's selbst in bestgeführten Unternehmen – MES ist die Leiter, sie zu pflücken. „Das wird zunehmend klarer, je mehr wir in Industry 4.0 gehen und mehr Firmen Daten von Werkzeugmaschinen sammeln und analysieren wollen. MES verbindet Fabrik mit Rest des Business – Echtzeitdaten, präzisere Terminierung, höhere Maschinenauslastung, verbesserte Kontrolle über jeden Aspekt des Shopfloors. Für uns ist MES kein Nice-to-have – es ist Must-have für jeden Hersteller, der wettbewerbsfähig bleiben will.“