MES - Begriff und Historie

Der Begriff Manufacturing Execution System (MES) entwickelte sich Mitte der 1990er Jahre in den USA. Die zunehmende Fertigungskomplexität einerseits und wechselnde Zielvorgaben andererseits führten zur Forderung nach einem integrierten System zur reaktionsschnellen Unterstützung produktionsnaher Routineaufgaben.

Begriffsverständnis MES

Das heutige MES-Verständnis ist im Wesentlichen von vier Einflussfaktoren geprägt (vgl. Abbildung):

• MES soll Produktionsdaten erfassen und überwachen. Systeme der Betriebsdaten-, Maschinendaten- und Personalzeiterfassung führen die Datenerfassung und -über­wachung durch. Die Prozessindustrie setzt vornehmlich Produktions- und Prozessleitsysteme ein.
• MES soll die Planung und Steuerung verbessern. Begrifflichkeiten und Gedankengut der PPS (Produktionsplanung und -steuerung) der Leitstände oder elektronischen Plantafeln, der Personaleinsatzplanung (PEP) wurden schrittweise weiterentwickelt und heute unter dem Begriff APS (Advanced Planning and Scheduling) diskutiert. Sie zielen auf eine verbesserte Logistikleistung.
• Der Begriff Computerintegrierte Produktion (CIM) umfasst alle Funktionen, die mit dem ersten Aufkommen und der Verwendung von Computern (um 1960) in den Unternehmen zusammenhängen - sie sind als CAx weithin geläufig. Hierzu gehören für die Konstruktion CAD (Computer Aided Design) und für den Projektentwurf CAE (Computer Aided Engineering), für die Arbeitsplanung CAP (Computer Aided Planning) und für die Prüfplanung CAQ (Computer Aided Quality Assurance). Für die Programmierung und die Ansteuerung von CNC-Maschinen und Transportmitteln findet sich der Begriff CAM (Computer Aided Manufacturing).
• Schließlich prägen unternehmensbezogene Ansätze Ziele und Anforderungen. Dazu gehören sowohl ERP-Systeme als auch Managementkonzepte der Unternehmensführung. Dabei werden unterschiedliche Themen fokussiert – die Lieferkette (Supply Chain Management - SCM), der Kunde (Customer Relationship Management - CRM) oder das Produkt (Product Lifecycle Management - PLM) – und eine integrierte Informationsbereitstellung und -verarbeitung gefordert.

Daraus ergeben sich verschiedene grundlegend denkbare Ausgestaltungsmöglichkeiten: MES als erweiterte Prozessautomatisierung, MES als eigenständiges System sowie MES als ERP-Zusatzfunktion (vgl. Abbildung).

Aufgaben und Funktionen von MES

Zur Befragung der MES Aufgaben und ihrer Schwerpunkte bietet die VDI-Richtlinie 5600 einen guten Überblick. Diese unterscheidet 8 Aufgaben (vgl. Abbildung):

Das Ziel der Feinplanung und -steuerung ist es, die Erledigung des Arbeitsvorrats unter Berücksichtigung der Produktionsrestriktionen gemäß einer vorgegebenen Zielausrichtung der Produktion zu unterstützen.

Das Betriebsmittelmanagement soll die termin- und bedarfsgerechte Verfügbarkeit und technische Funktionsfähigkeit der Betriebsmittel sicherstellen.

Das Materialmanagement soll die Fertigung termin- und bedarfsgerecht mit Material ver- und entsorgen, sowie Umlaufbestände (WIP) führen.

Ziel des Personalmanagements ist es, Personal mit geeigneter Qualifikation termingerecht für den Produktionsprozess bereitzustellen. Dabei sind personalbezogene Kapazitätsdaten (z.B. Wochenarbeitszeit / Schichtplan) zu berücksichtigen.

Die Datenerfassung soll Daten aus dem Prozess ereignisgesteuert erfassen. Neben dem automatischen Datentransfer ist eine halbautomatische oder manuelle Datenerfassungen möglich. Sie leistet die Eingangsverarbeitung und die Vorverarbeitung, bzw. Verdichtung der Daten und stellt Statusinformationen bereit. Eine zwischengeschaltete Plausibilitätsprüfung vermeidet Erfassungsfehler.

Ziel der Leistungsanalyse ist es, im Fertigungsumfeld Regelkreise zur Verbesserung zu realisieren: Ein kurzzyklischer Regelkreis (Stunde / Schicht) beeinflusst den Prozess aufgrund festgestellter Soll-/ Ist-Abweichungen operativ. Ein längerzyklischer Regelkreis (Wochen, Monate, Jahre) soll organisatorische und technische Prozessverbesserungen anstoßen.

Das Qualitätsmanagement unterstützt die Sicherstellung der Produktqualität und der Fähigkeit des Prozesses (Prozessqualität). Typischerweise sind die Teilaufgaben Qualitätsplanung, Qualitätsprüfung, sowie Prüfmittelmanagement enthalten.

Das Informationsmanagement integriert die anderen MES-Aufgaben zur Durchführung aller Workflows bei der Abarbeitung des Auftragsvorrats und der Prozessverbesserung im Sinne einer papierlosen Fertigung.

Aus den beschriebenen Aufgaben resultieren typische Betrachtungsobjekte eines MES (vgl. Abbildung):

• An der Schnittstelle zum Shop Floor entstehen Rückmeldedaten aus der Produktion, wie Auftragsforschritt, Prozess- oder Qualitätsinformationen oder Anwesenheitszeiten. Betriebs- und Maschinendatenerfassung (BDE/MDE), Personalzeiterfassung (PZE) oder Qualitätsdatenerfassung (QDE) werden meist unterschieden.
• Eigentliche Betrachtungsobjekte und damit Gegenstand von Beobachtung und Entscheidung sind Fertigungs- und Fertigungshilfsmittel (Arbeitsplatz, Transportmittel, Personal, Werkzeuge), sowie Material. Sie werden mit Blick auf den Logistikaspekt geplant und gesteuert. Die Instandhaltung beeinflusst die Verfügbarkeit der Ressourcen.
• Aus technologischer Sicht sind Dokumente, Qualitäts- oder Prozessdaten genauso wichtig, wie die Produktrückverfolgung.

Die gewonnenen Einzelinformationen werden zur Beschreibung der Produktionsleistung verdichtet und bilden die Schnittstelle zur ERP-Ebene.

Die gewonnenen Einzelinformationen werden zur Beschreibung der Produktionsleistung verdichtet und bilden die Schnittstelle zur ERP Ebene.

Abgrenzung ERP - MES

Eine präzise Abgrenzung zwischen ERP  und MES Ebene scheint auf den ersten Blick schwierig. Tatsächlich gibt es viele mögliche Überschneidungen bei Aufgaben und Detaillierungsgraden von MES und ERP Systemen. Zur allgemeinen Einordnung kann man jedoch sagen, dass MES innerhalb eines Unternehmens das Bindeglied zwischen der kommerziellen Unternehmenssoftware (z.B. ERP Lösung) und der Ausführungsebene des Produktionsprozesses (Shop Floor) darstellen.

Die Produktion stellt Produkte gemäß vorgegebener Aufträge aus Materialien mit Hilfe von Ressourcen her. Zur Planung und Überwachung haben sich in der Praxis drei Ebenen herauskristallisiert, die jeweils durch Software Lösungen unterstützt werden. Aufträge, Ressourcen und Material werden mit jeweils unterschiedlicher Genauigkeit betrachtet [VDI5600]:

Die Enterprise Resource Planning Software (ERP) ist der Unternehmensleitebene zugeordnet:

• Aufträge Sie bestimmt die Art und den Umfang der Aufträge, die in einem bestimmten Zeitraum zu produzieren sind (Produktionsprogramm, Produktionsprogramm­planung), sowie deren spätere Abrechnung.
• Ressourcen Sie verwaltet die Ressourcen i.W. nach kaufmännischen Gesichtspunkten und führt eine grobe, durchschnittliche Kapazitätsbetrachtung durch.
• Material Sie bestimmt den Materialbedarf und löst Bestellvorgänge (Auftrags­erzeugung für Eigenfertigung und Fremdbezug) aus; führt Lagerbestände.

Das Manufacturing Execution System (MES) ist der Fertigungsleitebene zugeordnet:

• Aufträge Sie bestimmt die Bearbeitungszeitpunkte, die Zuordnung zu Ressourcen und die Reihenfolge für die Auftragsabwicklung im Produktionsprozess (Produktionsprozessplanung) auf der Ebene der Arbeitsgänge oder der darunter liegenden Teilschritte und sorgt für deren Durchführung.
• Ressourcen Sie verwaltet die Ressourcen nach aktuellen und tatsächlichen Verfüg­barkeiten und Zuständen und ordnet diese zeitnah für die Auftragsabwicklung zu.
• Material Sie bestimmt die konkrete Materialverwendung, organisiert die logistische Kette zur Materialbereitstellung und verwaltet die Umlaufbestände.

Die Automatisierungsebene ist der Fertigungsebene zugeordnet:

• Aufträge Sie setzt die Arbeitsgänge gemäß der Vorgaben auf weiter detailliertem Niveau um (Operationen, Schrittketten).
• Ressourcen Sie bedient sich der vorgegebenen Ressourcen um die Arbeitsgänge durchzuführen.
• Material Sie verarbeitet das Material in den vorgegebenen Arbeitsgängen zu Zwischen- oder Endprodukten.

Eine präzise Abgrenzung der Aufgaben und ihres Detaillierungsgrades ist nur unternehmensspezifisch sinnvoll. Deshalb werden die Unternehmen ihre Aufgaben in unterschiedlichen Software-Werkzeugen ansiedeln.