Was ist MES in der Fertigung?

Ihr Enterprise Resource Planning (ERP)-System informiert Sie über den Arbeitsplan für die nächste Woche. Die Maschinen geben Auskunft darüber, wie schnell sie derzeit laufen. Doch wer kommuniziert zwischen den beiden und wer weiß wirklich, was im Moment in der Fabrik vor sich geht, ob die richtigen Materialien an den richtigen Stellen sind, ob die Qualität gut ist und wo die Engpässe höchstwahrscheinlich liegen? Hier kommt ein Manufacturing Execution System (MES) ins Spiel. Mit dem Manufacturing Execution System können Sie das Geschäftsmanagement und die Maschinenebene verbinden, Produktionspläne in die Realität umsetzen und umgekehrt. Nutzen Sie unseren Leitfaden für weitere Informationen darüber, wofür MES steht, was es tut, wie es sich von ERP oder SCADA unterscheidet, wann Sie MES benötigen, was es kostet und welche Vorteile sich aus seiner Nutzung ergeben.

MES steht für Manufacturing Execution System, eine Softwareanwendung zur Verwaltung und Überwachung von Produktionsprozessen auf der Werksebene in Echtzeit. Es kann als Level 3 des ISA-95-Standards klassifiziert werden, der zwischen ERP auf Level 4 und SCADA auf Level 2 angesiedelt ist. Das bedeutet, dass MES an der Ausführung von Arbeitsaufträgen, der Verwaltung von Materialien und Arbeitskräften, der Qualitätssicherung, der Maschinenüberwachung, der Messung der Gesamtanlageneffektivität (OEE) und der Nachverfolgung von Produktionsprozessen beteiligt ist.

Was ist ein Manufacturing Execution System?

Ein Manufacturing Execution System (MES) ist ein Softwareprogramm, das die Produktion auf der Werksebene verfolgt. MES umfasst die vier Hauptkomponenten jeder Produktionslinie – Menschen, Maschinen, Materialien und Methoden – und dokumentiert alles, was es tut.

Betrachten Sie MES als digitale Darstellung des tatsächlichen Produktionsprozesses in Ihrer Werkstatt. MES weiß, welcher Arbeitsauftrag in welcher Produktionslinie bearbeitet wird, welcher Bediener in welcher Phase des Produktionsprozesses arbeitet, welche Komponentencharge zur Herstellung eines Fertigprodukts verwendet wurde, wo der Engpass in der Produktion liegt und so weiter. Es gibt keine Vermutungen, keine Tafeln und keine Tabellenkalkulationen mehr; MES ersetzt sie durch saubere Daten und geschlossene Prozesskreise.

MES verbindet sowohl die Geschäftsebene (ERP – “Wir benötigen 10.000 Teile bis Freitag”) als auch die Steuerungsebene (Maschinen – “Ich arbeite mit 42 Zyklen pro Minute”). Es verwandelt einen Produktionsplan in reale Produktionsaktionen und übermittelt reale Ergebnisse zurück an das Unternehmen.

Der ISA-95-Rahmen: Wo MES angesiedelt ist

Diese Diskussion über MES beginnt natürlich mit dem Thema ISA-95 (IEC 62264), einem international anerkannten Standard, der die Definition für Informationssysteme in der Fertigung hinsichtlich ihrer fünf Existenzebenen liefert.

Somit arbeitet MES auf Ebene 3 des ISA-95-Rahmens, da es Produktionsprozesse wie Disposition, Ausführung, Datenerfassung, Qualitätskontrolle und andere verwaltet.

Kernfunktionen von MES

Die Eigenschaften von MES-Systemen weisen viele Ähnlichkeiten auf, unabhängig von der Branche, in der sie eingesetzt werden.

• Die Verwaltung von Arbeitsaufträgen umfasst folgende Aktivitäten: Planung und Überwachung von Arbeitsaufträgen vom Zeitpunkt ihrer Erstellung bis zum Abschluss der Arbeit, Änderung von Anweisungen und Genehmigung durch elektronische Mittel.
• Materialmanagement besteht darin sicherzustellen, dass das spezifizierte Materiallos in der richtigen Phase des Prozesses verwendet wird. Zu diesem Zweck werden Schritte wie RFID- oder Barcode-Scannen und Materialabruf eingeführt.
• Gemäß den Anforderungen des Qualitätsmanagements müssen Systeme die Überwachung der Qualität einschließlich Prozesskontrolle und Fehlererkennung gewährleisten.
• Rückverfolgbarkeit kann als ein umgekehrter Weg vom Produkt zum für dessen Herstellung verwendeten Material sowie zu allen Parametern des Herstellungsprozesses erklärt werden.
• Die Arbeitsüberwachung besteht darin, Informationen darüber zu sammeln, wer für jeden Auftrag verantwortlich war und wie viel Zeit für dessen Bearbeitung aufgewendet wurde.
• Die Steuerung der Ausrüstung umfasst die Überwachung ihres Betriebszustands sowie die OEE, die als Produkt aus kleinen Verlusten, Leistung und Qualität berechnet wird.
• Auslöser für Wartungsarbeiten werden verwendet, um Probleme mit der Ausrüstung zu erkennen.

Obwohl nicht jedes MES die Fähigkeit besitzt, alle genannten Aktivitäten auszuführen, ist es dennoch relevant für Benutzer, die einen Vergleich von MES-Systemen suchen.

Was MES liefert: Die Vorteile

Das, was die Fabriken dazu bewegt, in MES zu investieren – Ergebnisse in Zahlen dargestellt:

Häufig berichtete Erfolge: Steigerung der Gesamtanlageneffektivität zwischen 10 % und 25 %, Reduzierung des Ausschusses zwischen 15 % und 40 %, Steigerung der Termintreue mit einer Amortisationszeit des Projekts zwischen 12 und 24 Monaten. Speziell im Bereich der Produktionstests gilt dieselbe datengetriebene Logik: Automatisierte Testsysteme – ob eigenständig oder vom MES gespeist – zeigen die messbare Amortisation, die in unserem automatisierten vs. manuellen Test-Rentabilitätsanalyse, und die Qualitätsprüfungen in unserem Leitfaden für Leistungsschaltertests analysiert werden. sind genau die Art von In-Prozess-Verifikation, die ein MES aufzeichnet und nachverfolgt.

MES vs ERP: Die wichtigsten Unterschiede

Die häufigste Verwechslung in der Fertigungssoftware ist ERP vs MES. Die klare Unterscheidung:

Kurz gesagt, ERP entscheidet, welche Produkte hergestellt werden, während MES bestimmt, wie sie hergestellt werden. ERP ohne MES formuliert Pläne basierend auf kulturellen Annahmen und benötigt das Wissen, wie der Plan in die Realität umgesetzt wird; während MES, das unabhängig von ERP arbeitet, Transparenz auf der Werksebene schafft, aber die verschiedenen Stufen der Wertschöpfung nicht verbindet. Die effektivste Lösung ist eine, die beide Systeme integriert und den ISA-95 B2MML-Standard dafür verwendet.

MES vs SAP: Was die Leute wirklich meinen

Im Bereich “MES im Vergleich zu SAP” kann die Situation treffend als “MES vs weltweit führender ERP-Anbieter” beschrieben werden. Als ERP-basiertes Unternehmen hat SAP seine Hauptprodukte (nämlich S/4HANA und früher R/3) entwickelt, die die wichtigsten Werkzeuge für Finanzen, Lieferkette, Fertigungsplanung und Beschaffung sind. Obwohl SAP als ERP und nicht als typisches MES betrachtet wird, bietet es dennoch folgende Module im Zusammenhang mit der Fertigung:

• SAP PP (Produktionsplanung) – Ein ERP-basiertes Planungswerkzeug für Produktionsaufträge und Kapazitätsplanung.
• SAP Digital Manufacturing (SAP DMC) – In diesem Fall wird die MES-Leistung von SAP als “Studio” zwischen SAP ERP und der Produktionstechnik dargestellt, das einige MES-Funktionen bereitstellt (Disposition, Bedienungsanleitungen für Maschinen, OEE-Berechnung, Qualitätsmanagement) und in S/4HANA implementiert ist.

Es gibt eine Vielzahl von MES-Systemen, die SAP unterstützen – zum Beispiel können Siemens Opcenter, AVEVA oder Rockwell B2MML und/oder ABAP IDocs anstelle von APIs verwenden, um die Verbindung zu SAP herzustellen. Die Entscheidung “SAP vs MES” wird somit zur Notwendigkeit, ein MES-System zu wählen, das mit dem ERP kompatibel ist, da in den meisten Fällen dasselbe SAP-System unter den ERP-Alternativen verwendet wird. Ein Werk, das SAP nutzt, prüft typischerweise die Kompatibilität mit MES-Lösungen, anstatt nur ERP einzusetzen.

MES vs SCADA: Signale vs Informationen

SCADA und MES sind benachbart, aber unterschiedlich:

In einfachen Worten: SCADA liefert Signale und MES hilft bei der Nutzung dieser Signale. SCADA stellt keine Daten wie OEE, verschiedene Gründe für Ausfallzeiten oder Produktionskostenabweichungen bereit, jedoch sammelt MES Maschinendaten und verknüpft sie mit Einkäufen, Produkten und Qualität, um die oben genannten Fragen zu beantworten. Darüber hinaus versuchen die meisten MES-Lösungen, die Maschineninformationen über SCADA oder direkt über OPC UA/IOT-Konnektoren zu erhalten.

MES vs MOM: Der größere Rahmen

MOM steht für Manufacturing Operations Management und umfasst alle Systeme, die in den Betriebsabläufen eines Herstellers verwendet werden. Dazu gehören MES, Qualitätsmanagement, Instandhaltungsmanagement, Laborinformationssysteme und Lagerverwaltung. Wenn MOM das Gesamtbild der Anlagenbetriebe darstellt, ist MES das Zentrum: das System, das den gesamten Betriebsprozess verbindet.

Wann benötigen Sie ein MES?

Kriterien zur Bestimmung, wann ein MES in Betracht gezogen werden sollte:

• Echtzeit-Transparenz auf der Werksebene ist keine Option — Produktionsdaten sind 24 Stunden alt und werden manuell in Tabellen eingegeben.
• Rückverfolgbarkeit ist unverzichtbar, wenn regulatorische Anforderungen erfüllt werden müssen und Standards wie Automotive (IATF 16949), Luftfahrt (AS9100), Pharmazeutika (21 CFR Teil 11 Änderungsaufzeichnungen), Lebensmittel (HACCP-Allergenrückverfolgbarkeit) eingehalten werden müssen.
• Es ist unklar, wie OEE gemessen werden soll — Ausfallursachen und Qualitätsverluste bleiben ein Rätsel.
• ERP-Kostenrechnung ist ungenau — Standardzeitannahmen können eine Untertreibung von 15-30% darstellen, da die tatsächlichen Daten nie verfügbar sind.
• Wachsende Komplexität bedeutet größere Vielfalt an Produkten und Produkttypen — Tabellenkalkulationen werden obsolet.
• Die Skalierung der Betriebe über mehrere Standorte hinweg erfordert überall dieselben Kennzahlen.

Ein reales Beispiel für MES im Einsatz

Eine Fabrik, die Automobilkomponenten herstellt, hat vom ERP-System den Auftrag erhalten, am Freitag 10.000 Teile zu liefern. Folgendes beschreibt, was das Manufacturing Execution System bezüglich des Auftrags tun wird:

• Einsatzplanung: Das Manufacturing Execution System findet eine geeignete Maschine, die den Auftrag ausführen kann.
• Digitale Anweisungen: Die Bediener auf der Werksebene können die digitalen Anweisungen sehen, wie sie bei der Herstellung der Komponenten vorgehen sollen, wodurch die Verwendung papierbasierter Anweisungen entfällt.
• Materialprüfung: Das MES scannt den Barcode der gelieferten Komponenten, um zu überprüfen, ob die richtigen Komponenten in Bezug auf das Hochlaufniveau an die Werksebene geliefert werden.
• Echtzeitverfolgung: Das MES stellt sicher, dass die Zykluszählungen, Ausfallzeiten und Qualität in Echtzeit gemeldet und im OEE-Dashboard dargestellt werden.
• Qualitätskontrollen: Das MES sorgt dafür, dass der Herstellungsprozess zu Beginn auf mögliche Probleme geprüft und kontrolliert wird, um den während des Herstellungsprozesses entstehenden Ausschuss zu begrenzen.
• Rückverfolgbarkeit: Die fertigen Komponenten werden bis zu den Rohmaterialien oder Komponenten zurückverfolgt, aus denen sie gewonnen wurden, einschließlich der in den Produktionsprozess eingesetzten Maschine.
• Rückmeldung an ERP: Am Ende sendet das MES eine Rückmeldung an das ERP-System, in der die erreichten Mengen und Produktionszeiten aufgeführt sind.

Was kostet ein MES?

Die Preise für MES variieren enorm je nach Architektur — der größte Kostentreiber:

Wichtige Tatsache: Traditionelle Anbieter berechnen für Implementierungsleistungen zwei- bis dreimal so viel wie für ihre Softwarelizenz. Bei einer echten Cloud-nativen Plattform basiert es auf Konfiguration statt auf kundenspezifischer Entwicklung, was diese Dynamik ändert. Es ist auch erwähnenswert, dass etwa 40-70 % der Projekte nicht liefern, hauptsächlich aufgrund von Problemen wie Scope Creep, Behandlung von MES als ERP-Upgrade, falschen Stammdaten und fehlender Berücksichtigung des Change Managements (rechnen Sie mit einem Ausgabenverhältnis von 1:3 für Schulung/Change Management gegenüber Technik).

Die wichtigsten MES-Anbieter

Die drei wichtigsten Plattformen nach Stärke sind:

• Prozessindustrien (Chemie, Lebensmittel & Getränke, Raffinerie): AVEVA MES, Honeywell, Siemens Opcenter Execution Process.
• Diskrete Industrie (Automobil, Maschinenbau): Siemens Opcenter Execution Discrete, Rockwell FactoryTalk, Dassault Apriso.
• Pharmazeutische und biotechnologische Industrie: Werum PAS-X, Siemens Opcenter Pharma, Rockwell Pharma Suite.
• Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigung: iBASEt Solumina, Dassault Apriso.
• Halbleiter: Critical Manufacturing cmNavigo, Siemens Opcenter Semiconductor.
• ERP-nativ: SAP Digital Manufacturing (für SAP-zentrierte Werke).
• IoT/OEE-first Plattformen: TeepTrak und ähnliche Lösungen sind effektive Lösungen für schnelle IoT-Einführung und maschinenunabhängige Sensoren zu SaaS-Konditionen.

Alle Anbieter in diesem Bereich halten sich an die ISA-95-Richtlinien bezüglich Konnektivität, Time-to-Market, einfache Integration mit ERP-Systemen und Compliance.

Implementierung: Der Fahrplan & Risiken

Bestätigtes Implementierungsmuster:

• Strategie & Business Case (Monate 1-2) — Definieren Sie Ihre KPIs und den Umfang.
• Anbieterauswahl (Monate 2-4) — Bewerten Sie anhand Ihrer sieben Auswahlkriterien.
• Architekturgestaltung (Monate 3-6) — Definieren Sie die Grenzen der ISA-95-Standards, Integrationspunkte und Zonen.
• Konfiguration & Aufbau (Monate 5-12) — Verwenden Sie Standardkonfigurationen statt kundenspezifischer Produktion, wo immer möglich.
• Integration & UAT (Monate 8-15) — Stellen Sie Maschinen mit Konnektivität (OPC UA/IoT) bereit und integrieren Sie sie mit dem ERP-System (B2MML).
• Validierung & Schulung (Monate 12-18) — Validieren Sie bei Bedarf die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften und schulen Sie die Bediener für ein echtes Änderungsmanagement.
• Go-live & Optimierung (Monate 15-24+) — Starten Sie mit dem Pilotfall (eine Linie, 5-10 Maschinen), beweisen Sie den Nutzen und wenden Sie die Vorlagen für Rollouts an (30-50 % Zeitersparnis bei anderen Standorten).

Potenzielle Ausfallszenarien umfassen Scope Creep, verschwommene Grenzen zwischen ERP- und MES-Systemen, schlechte Stammdaten und Vergesslichkeit im Hinblick auf das Änderungsmanagement der Bediener. Gehen Sie alle diese Punkte zu Beginn des Projekts an.

Häufig gestellte Fragen

Was sind die Hauptunterschiede zwischen MES und SAP?

SAP ist ein ERP-Unternehmen, dessen Hauptprodukte Geschäftsplanung, Finanzen, Beschaffung und Lieferkette abdecken. MES hingegen ist eine andere Softwarekategorie, die zur Steuerung der Echtzeitausführung auf der Werksebene verwendet wird. Der Hauptunterschied zwischen diesen beiden Softwareprogrammen besteht darin, dass ERP/SAP entscheidet, welche Produkte hergestellt werden, während MES den Produktionsprozess steuert. SAP bietet Fertigungsmodule an, zum Beispiel SAP PP für die Planung und SAP Digital Manufacturing, ein MES-bezogenes Modul, aber viele Werke entscheiden sich dafür, SAP zusammen mit dedizierter MES-Software von Siemens, AVEVA, Rockwell zu verwenden, die über B2MML funktioniert, da SAP ERP nur Planungsmodule enthält und keine Fähigkeit besitzt, Echtzeit-Ausführungsdaten von Maschinen bereitzustellen.

Was ist ein Beispiel für MES?

In einem Fall erhält eine Automobilfertigungsanlage Produktionsanforderungen über das ERP-System; das MES-System sendet diese an die richtige Produktionslinie, stellt elektronische Anweisungen für die Arbeiter bereit, überprüft Materialien durch Scannen von Barcodes, verfolgt Produktionsvolumen und unproduktive Zeiten, registriert Produktionsergebnisse mittels SPC, vergleicht gefertigte Teile mit dem Produktionsauftrag und sendet Berichte über die physische Produktion zurück an das ERP. Einige der gebräuchlichsten MES-Systeme sind Siemens Opcenter, Rockwell FactoryTalk, AVEVA MES, Werum PAS-X und SAP Digital Manufacturing.

Was ist der Unterschied zwischen MES und ERP?

ERP (Level 4 in ISA-95) ist verantwortlich für die Planung von Geschäftsprozessen und die Ausführung von Transaktionen wie Verkaufsaufträgen, MRP, Beschaffung und Finanzen täglich oder wöchentlich, was die Frage aufwirft: “Was müssen wir herstellen?”. MES (Level 3) steuert Produktionsprozesse auf Werksebene, wie Arbeitsauftragsverteilung, Materialien, Personal, Qualität, OEE und Rückverfolgbarkeit in Sekunden und Minuten und stellt die Frage: “Wie wird die Produktion gerade ausgeführt?”. ERP ist theoretisch, während MES praktisch ist. Sie stehen nicht im Konflikt zueinander, sondern ergänzen sich.

Was ist MES vs SCADA?

SCADA (Ebene 2) ist verantwortlich für die Überwachung von Maschinen und Prozessen. Es erfasst Echtzeitdaten (z. B. Temperatur, Druck, Geschwindigkeit und Betriebszeit) und reagiert entsprechend den erhaltenen Informationen. Gleichzeitig steuert MES (Ebene 3) die Produktionsprozesse. Es verknüpft die erfassten Informationen mit Aufträgen, Materialien, Arbeitskräften und Standards, um OEE, Qualität, Rückverfolgbarkeit und Berichtswesen zu erreichen. Kurz gesagt, SCADA liefert Signale, während MES nützliche Daten generiert. SCADA kann Ihnen keine OEE liefern, MES hingegen schon.

Referenzen

1. ISA-95 / IEC 62264 — Standard zur Integration von Unternehmens- und Steuerungssystemen
2. MESA International — MES-Modell und B2MML-Standards
3. Siemens — Opcenter MES-Produktfamilie
4. Rockwell Automation — FactoryTalk ProductionCentre
5. SAP — SAP Digital Manufacturing und PP-Module
6. AVEVA — MES-Lösungen für Prozessindustrien

Abschluss

Das Manufacturing Execution System, oder MES, ist ein System, das Produktionsberichte während der Durchführung verarbeitet. MES ist die dritte Ebene der ISA-95-Pyramide, die zwischen Enterprise Resource Planning (ERP) und Steuerungssystemen angesiedelt ist. MES generiert Aufträge, überprüft die Mengen der Eingangsmaterialien und der Arbeitskräfte, steuert die Qualität, berechnet die Gesamtanlageneffektivität (OEE) und gewährleistet die Produkt-Rückverfolgbarkeit. Die gewonnenen Daten werden an das ERP-System gesendet. Das ERP definiert, was hergestellt werden soll; MES definiert die Art der Herstellung und Überwachung (SCADA analysiert Maschinensignale). Die Implementierung von MES ist notwendig, wenn die Produktionsanlage als Blackbox fungiert, direkte Produkt-Rückverfolgbarkeit erforderlich ist oder Effizienzberechnungen ungenau sind. Die Kosten für durchschnittlich große Betriebe variieren bei traditionellen Anwendungen zwischen 500.000 und 5 Millionen, und die Preise für Cloud-Anwendungen liegen zwischen 200 und 800 pro Jahr und Maschine. Der Implementierungsprozess dauert durchschnittlich ein bis zwei Jahre.