Mit MES langfristig effizienter produzieren

Dass Manufacturing Execution Systeme (MES) sowohl Transparenz als auch Effizienz in der Produktion steigern, ist mittlerweile unbestritten. Aber welche Rolle spielen moderne MES-Lösungen in Zukunft? Welche Herausforderungen meistert Fertigungs-IT heute schon und wie werden sich die Anforderungen mit Blick auf Industrie 4.0 ändern?

Was ändert sich mit Industrie 4.0?

An der Schwelle zur vierten industriellen Revolution müssen alle fertigungsnahen Systeme beweisen, dass sie mit den hoch gesteckten Erwartungen und ständig wechselnden Anforderungen an die Produktion umgehen können. Neben der kurzfristigen Flexibilität ist nun auch Wandlungsfähigkeit gefragt, um langfristige Trends aufgreifen zu können. Zudem wird die Standardisierung mit Blick auf mehr Vielfalt im Maschinenpark immer bedeutender. Egal, wie intelligent dezentrale Systeme werden, MES-Lösungen werden als Datendrehscheibe benötigt. Gerade der Umgang mit großen Datenmengen und eine umfassende Vernetzung von vielen unterschiedlichen produktionsnahen Systemen werden in Zukunft wichtige Themen sein. Prinzipiell berücksichtigt MES diese Anforderungen bereits, so dass es die beste Startposition im Rennen um Industrie 4.0 hat.

Effizienter Produzieren mit MES

MES-Lösungen sind aus einem modernen Fertigungsunternehmen nicht mehr wegzudenken und genießen immer häufiger den Status eines strategischen Systems – neben dem übergelagerten ERP-System (Enterprise Ressource Planing). MES steht allerdings nicht in Konkurrenz zur ERP-Ebene, sondern ergänzt die dort angesiedelte langfristige Planung durch einen echtzeitfähigen Blick und die Steuerungsmöglichkeiten der Produktion. Die Zielsetzung eines MES ist je nach Unternehmen breit gefächert und reicht von „Nutzgrade erhöhen und Energiekosten senken“ über „Qualität und lückenlose Dokumentation sichern“ bis hin zur Erhebung belastbarer produktionsnaher Kennzahlen (KPI) fürs Controlling. Die Aufgaben eines MES orientieren sich dabei an der VDI-Richtlinie 5600 und decken im Idealfall neben der Fertigung an sich auch die Bereiche Personal und Qualität ab. Zusammengefasst lässt sich feststellen, dass MES in Fertigungsunternehmen für mehr Effizienz und Transparenz sorgen.

Typische und spezielle Herausforderungen

Zwar bringt der Einsatz einer bewährten Standardsoftware viele Vorteile mit sich, jedoch kommt in Zeiten individueller Kundenanforderungen kaum mehr ein Unternehmen um die Abbildung spezieller Abläufe herum. Ausschlaggebend ist hierbei, wie flexibel eine MES-Lösung ist. Beispielsweise kann der für bestimmte Kunden erforderliche, spezifische Umgang mit Materialchargen bereits dazu führen, dass kundenspezifische Anpassungen nötig werden. Außerdem müssen MES sowohl auf kurz- als auch langfristige Veränderungen reagieren. Neben systemseitiger Programmierung, die mit Kosten und Aufwand verbunden ist, ermöglichten MES-Lösungen unter dem Oberbegriff „Customizing“ vielerlei Anpassungsmöglichkeiten durch Scripting (User Exits), Konfiguration, durch den Anwender nutzbare Entwicklungstools, Benutzerdatenfelder und erweiterte Benutzereinstellungen (Extended Parameter Setting) – oftmals sogar ohne Eingriff des Herstellers. Mit Blick auf Industrie 4.0 werden Customizing und einfache Konfigurierbarkeit signifikant an Bedeutung zunehmen, um die immer flexibleren Fertigungskonzepte abbilden zu können. Eine wechselnde Anordnung und Konfiguration von Maschinen und Anlagen, welche in der Industrie 4.0 an der Tagesordnung sein wird, kann nur in einem modernen MES abgebildet werden, dass diese Veränderungen ohne großen (Programmier-)Aufwand unterstützt.

Heterogener Maschinenpark

Zusätzlich zur Variabilität innerhalb des Maschinenparks wird auch die Vielfalt der Maschinen an sich zunehmen. Bereits heute sehen sich MES vor der Herausforderung, mit Maschinen auf unterschiedlicher Art zu kommunizieren, um Daten für die Planung im Leitstand bzw. für Auswertungen abzugreifen. Je nach Maschinengattung ist auch die Übertragung von Einstelldaten bzw. NC-Programmen von Bedeutung. Selbst in klassischen Branchen (z. B. Kunststofffertigung oder Metallverarbeitung) kommen moderne Fertigungsunternehmen nicht mehr mit Maschinen eines Typs bzw. eines Herstellers aus. Beispielsweise nutzen sie zur Verkettung einzelner Fertigungsschritte immer mehr automatische Transportmechanismen und Roboter, die mit den produzierenden Maschinen synchronisiert werden müssen. Zudem bieten viele Maschinen deutlich mehr Daten an, als ein MES zur sinnvollen Auswertung benötigt. Hier gilt es im Vorhinein abzuschätzen, welche Informationen genutzt werden sollen. Die Erfahrung hat gezeigt, dass Maschinenschnittstellen grundsätzlich von einer Standardisierung profitieren und daher einer Individuallösung vorzuziehen ist. Moderne MES-Lösungen kommunizieren mit Maschinen und Anlagen genauso wie mit Messmitteln, Waagen und sonstigen Erfassungshilfsmitteln über eine Bibliothek standardisierter Schnittstellen, deren Datenübertragung der Process Communication Controller (PCC) verwaltet. Je nach Bedarf und Konfiguration greift der PCC die gewünschten Daten direkt an der Maschine ab und überträgt diese in die zentrale Produktionsdatenbank. Daraus werden die Daten für die Weiterverarbeitung in den einzelnen Softwaremodulen abgerufen. Dazu stehen dem PCC neben einfachen Datei-Interfaces und seriellen Schnittstellen auch komplexe Datenprotokolle für bestimmte Branchen wie beispielsweise Euromap 63 für Kunststoffspritzguss oder den Weihenstephaner Standard für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie zur Verfügung. Selbstverständlich verfügt der PCC auch über einen OPC-Client. Um die Standardisierung noch einen Schritt weiter zu treiben, wurde im Forschungsprojekt LUPO [1] gemeinsam mit dem Projektpartner mpdv die universell einsetzbare Maschinenanbindung UMCM (Universal Machine Connectivity for MES) initiiert. Hierbei handelt es sich um eine kompakte Schnittstelle, die nicht nur die Transportschicht (auf Basis von OPC oder anderen Standards) sondern auch die Anwendungsschicht umfasst. Einfache, standardisierte Datentelegramme übergeben Maschinenstatus, Mengen, Zählerstände und Prozessdaten inkl. Zeitstempel an das MES. Ziel dieser Entwicklung ist ein quasi Plug&Work-Standard zur unkomplizierten und zeitsparenden Anbindung von Maschinen und Anlagen an eine MES-Lösungen. Zur Zeit wird UMCM unter Mitwirkung des MES D.A.CH-Verbands auf dem Markt und bei den Maschinen- und Steuerungsanbietern etabliert. Auch unter Industrie 4.0-Gesichtspunkten ist die Standardisierung von Maschinenschnittstellen wichtig – schließlich sollen in Zukunft Maschinen, Werkzeuge und sogar Werkstücke vernetzt werden und dezentral miteinander kommunizieren. Hierfür ist eine gemeinsame „Sprache“ und eine einheitliche Datendrehscheibe unverzichtbar.

Mobiles Produktionsmanagement

Je flexibler Fertigungsprozesse und je großflächiger Produktionsanlagen werden, umso wichtiger wird auch die Mobilität der Mitarbeiter. So gewinnen sowohl Werker als auch Meister und Manager aller Ebenen an Flexibilität, wenn Sie nicht mehr auf ortsgebundene PCs oder Erfassungsterminals angewiesen sind, um mit dem MES zu interagieren. Hierzu bietet sich die Nutzung von gängigen Mobile-Devices wie beispielsweise Smartphones und Tablet-PCs an. Wichtig ist hierbei, dass durch die mobilen Geräte keine zusätzlichen Schnittstellen entstehen, die wiederum erhöhten Pflegeaufwand mit sich bringen. Smart MES Applications (SMA) erweitern die bekannte MES-Lösung um die Möglichkeit, Smartphones und Tablet-PCs dazu zu nutzen, Daten zu erfassen und auszuwerten. SMA greift dabei auf die gleichen Mechanismen wie die ortsgebundenen Clients im Büro bzw. im Shopfloor zu. Ein innovatives Framework stellt sicher, dass sich die Darstellung der Dialoge und Auswertungen sowohl an den Fähigkeiten des Endgeräts als auch den Bedürfnissen der Anwender orientiert. Einfacher gesagt: Die angezeigten Daten resultieren aus den jeweiligen Benutzerberechtigungen und der zur Verfügung stehenden Bildschirmauflösung. Damit hat der mobile Anwender immer die passenden Daten in der richtigen Form zur Hand und kann alltägliche Aufgaben in der Fertigung smarter erledigen. Zahlreiche App-Angebote belegen, dass mobile MES-Anwendungen keine Zukunftsmusik mehr sind, aber in Zukunft nicht mehr aus einer modernen Fabrik und schon gar nicht aus Industrie 4.0 wegzudenken sind.

Ausblick

Auch wenn viele Anbieter von Software und Hardware mittlerweile behaupten, dass sie Komponenten haben, die zu 100% Industrie 4.0-tauglich sind, so ist der Weg bis zur praxisgerechten Nutzbarkeit dieser innovativen Ansätze noch weit. Es sei zudem davor gewarnt, übereilt in vordergründige „Industrie 4.0-Lösungen“ zu investieren, die sich in ein paar Jahren möglicherweise als inkompatibel herausstellen. Vielmehr sollten sich Fertigungsunternehmen nach wie vor auf das hier und jetzt konzentrieren, dabei aber die Zukunft nicht aus den Augen verlieren. Daher empfehlen die MES-Experten, vorhandene MES-Lösungen auszubauen bzw. ein integriertes MES gemäß VDI 5600 einzuführen. Da aber auch die beste Software kein Allheilmittel ist, sollten im Zuge einer MES-Implementierung auch die Prozesse an sich analysiert und im Sinne von Lean Manufacturing optimiert werden. Der Weg zur perfekten Produktion ist kein Hexenwerk, sollte aber dennoch mit Bedacht beschritten werden. Was auch immer Industrie 4.0 bringen wird – mit optimierten Prozessen und einer integrierten MES-Lösung legen Fertigungsunternehmen einen wichtigen Grundstein für die Zukunft. [1]

Zukunftskonzept MES 4.0

• Um den neuen Anforderungen von Industrie 4.0 gerecht zu werden, hat MPDV das Zukunftskonzept MES 4.0 entwickelt und konkretisiert die identifizierten Handlungsfelder nun sukzessive. 
• Dezentralität: Flexibler Umgang mit intelligenten und autonomen Systemen
• Interoperabilität: Standardisierte Synchronisation mit anderen Systemen
• Flexibilität: Konfiguration statt aufwendiger Programmierung
• Online-Fähigkeit: Echtzeitfähigkeit und Überbrückung von Netzwerkausfällen
• Integratives Datenmanagement: zentrale und themenübergreifende Datenhaltung
• Horizontale Integration: Vermeidung von Schnittstellen und Insellösungen
• Management Support: Managemententscheidungen
• auf Basis belastbarer Kennzahlen
• Unified Shopfloor Connectivity: Standardisierte Anbindung des Maschinenparks
• Mobilität: Nutzung mobiler MES-Anwendungen für smarte Prozessabbildung

Schlüsselwörter:

Manufacturing Execution System (MES), Industrie 4.0, Transparenz, Effizienz, Zukunftskonzept MES 4.0

Literatur

1. LUPO – Leistungsfähigkeitsbeurteilung unabhängiger Produktionsobjekte: www.lupo-projekt.de

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