Mit MES 4.0 zur horizontalen Integration

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Eine allgemeine Handlungsempfehlung für die Vorbereitung auf Indus­trie 4.0 könnte lauten: „Führen Sie ein MES ein.“ Aber welches? Welche Eigenschaften und Funktionen muss ein MES mitbringen, um als zentrale Informations- und Datendrehscheibe fungieren zu können? Was laut VDI-Richtlinie 5600 für ein MES-System gilt, ist auch für Industrie 4.0 von großer Bedeutung: Ohne horizontale Integration geht es nicht. Daraus folgt, dass MES-Systeme schon heute eine wesentliche Rolle bei der praktischen Umsetzung von Industrie 4.0 einnehmen.
Aktuelle Marktübersichten zeigen, dass der Markt der MES zwar recht breit aufgestellt ist, aber nur sehr wenige Systeme alle Anforderungen der VDI 5600 auch wirklich erfüllen. Während die Onlinefähigkeit weitestgehend umgesetzt ist, machen viele Systeme sowohl bei der Funktionsbreite als auch bei der horizontalen Integration Abstriche. Zahlreiche Anbieter decken nur einen Teil der geforderten MES-Aufgaben ab und müssen andere Funktionen durch Partner-Angebote ergänzen. Dass immer mehr Anbieter ihr eigenes Funktionsportfolio erweitern, belegt die Relevanz der VDI 5600. Die in der horizontalen Integration geforderte Vermeidung von internen Schnittstellen wird damit aber meist nicht erfüllt.

Horizontal integriert

Dazu hat MPDV das Zukunftskonzept MES 4.0 entwickelt. Es versteht unter „horizontaler Integration“ die Verknüpfung aller Funktionen und Daten sowohl über die Wertschöpfungsketten hinweg als auch über alle Aufgaben eines MES. Wesentliche Merkmale der horizontalen Integration sind der Verzicht auf interne Schnittstellen sowie der modulare Aufbau eines Gesamtsystems aus einer Hand.
In der Praxis heißt das beipielsweise, dass sowohl Auftragsmeldungen (BDE) als auch Qualitätsprüfungen (CAQ) auf dem gleichen Erfassungsterminal im Shopfloor erfolgen können. Idealerweise werden beide Funktionen auch in vergleichbaren Dialogen dargestellt, was es dem Werker leichter macht, da er nur ein Funktionsprinzip lernen und verstehen muss. Zudem erspart er sich den Weg zu einem anderen, speziellen Prüfarbeitsplatz.
Die horizontale Integration ist auch eine Voraussetzung für den modularen Aufbau einer MES-Lösung. Dies wiederum erleichtert eine sukzessive Einführung des Systems, was gerade bei mittelständischen Unternehmen von großer Bedeutung ist. Zudem kann jeder Anwender selbst entscheiden, welche Funktionen für seinen Anwendungsfall relevant sind und die Auswahl so an seinen konkreten Bedürfnissen ausrichten.
Trotzdem bleibt eine spätere Erweiterung jederzeit möglich. Ganz egal, welche Fertigungsverfahren mit dem MES abgebildet werden sollen und in welchen Ländern und Kulturen das System betrieben wird, eine modulare, horizontal integrierte MES-Lösung erfüllt die gestellten Anforderungen.
Aktuell verfügen nur sehr wenige MES-Systeme über die geforderte Funktionsbreite und die dafür notwendige horizontale Integration. Trotzdem werben viele Anbieter mit der „Industrie-4.0-Tauglichkeit“ ihrer Produkte. Für eine langfristige Einsetzbarkeit ist die horizontale Integration jedoch essenziell. Essenziell für Industrie 4.0 ist auch, dass integrierte Systeme alle Daten bereichsübergreifend verarbeiten und auswerten können.
Je komplexer die Fertigungslandschaften werden, desto mehr nimmt die Bedeutung korrelierender Auswertungen zu, um die Prozesse möglichst übergreifend zu betrachten und effizient zu betreiben. Denn nur durch die kontextbezogene Verknüpfung von Daten werden daraus Informationen und aus Informationen schließlich Wissen. Und nur mit zunehmendem Wissen lassen sich Prozesse weiter optimieren. Dies wiederum ist eine wichtige Voraussetzung für die Wettbewerbsfähigkeit von Fertigungsunternehmen – insbesondere mit Blick auf die Erwartungen an Industrie 4.0.

Energiekosten im Griff

In Zeiten hoher Energiepreise und komplexer Kostenentlastungsmodelle brauchen Fertigungsunternehmen ein Tool zur detaillierten Erfassung und Auswertung des Energieverbrauchs. In einem integrierten MES können Energiedaten zudem mit anderen Informationen aus der Fertigung verbunden (korreliert) werden, etwa mit den abgearbeiteten Aufträgen oder mit dem Maschinenstatus. Daraus ist schnell ersichtlich, welche Arbeitsschritte oder Maschinen besonders energieintensiv sind. Eine energieoptimierte Planung, um Lastspitzen zu vermeiden, gehört zu den aktuellen Königsdisziplinen der Fertigungsplanung und funktioniert nur mit der horizontalen Integration, da es gilt, Daten aus vielen Bereichen miteinander zu verknüpfen. Auch mit Industrie 4.0 bleibt qualifiziertes Personal eine wichtige Ressource. Dank einer integrativen Datenhaltung lassen sich die in der Personalzeiterfassung über Kommt-/Geht-Stempelungen und Schichtpläne erfassten Anwesenheits- und Fehlzeiten mit den Auftrags- und Arbeitsfortschrittsbuchungen in der Fertigung abgleichen. Damit kann das Unternehmen neben vielen Auswertungen auch prämien- beziehungsweise leistungsbasierte Entlohnungssysteme aufbauen.
Durch eine auftragsabhängige Personaleinsatzplanung lassen sich die zur Verfügung stehenden Mitarbeiter gemäß ihrer Qualifikation optimal und effizient einsetzen. Dies ist gerade mit Blick auf immer kleinere Losgrößen von enormer Bedeutung.

Qualität im MES

Mit einem integrierten MES laufen Fertigung und Qualitätssicherung quasi parallel. Nach definierten Intervallen (zeit- oder taktbasiert) werden Prüffälligkeiten automatisch ermittelt und anstehende Prüfungen direkt am BDE-Terminal signalisiert. Zur weiteren Automatisierung von Qualitätsprüfungen können auch erfasste Prozessdaten (wie Temperatur, Druck, Durchflussgeschwindigkeit und Ähnliches) herangezogen werden, die im Zuge einer Maschinenanbindung ebenfalls zur Verfügung stehen. Die Folge ist eine Verbesserung und Stabilisierung der Prozesse und damit auch der Qualität. Eine ganzheitliche MES-Lösung verwaltet alle fertigungsnahen Ressourcen in einem System. Dazu gehören neben den Maschinen auch Werkzeuge und sonstige Fertigungshilfsmittel. Dank einer gemeinsamen Datenbank können alle Ressourcen übergreifend beplant und ausgewertet werden. Beispielsweise ist eine Verfügbarkeitsprüfung für Werkzeuge bei der Einplanung eines Auftrags im Leitstand ebenso möglich wie die Prüfung, ob während der geplanten Nutzung eine Wartung oder Instandhaltung ansteht. Die zentrale Erfassung von Takten und Nutzungszeiten ermöglicht zudem eine bedarfsgerechte und vorbeugende Instandhaltung von Maschinen und Werkzeugen. Dadurch erhöhen sich sowohl Auslastung als auch Standzeiten der Werkzeuge.
Dezentral organisierte Systeme, wie sie Industrie 4.0 vorsieht, brauchen Vorgaben und in gewissem Maße auch eine Planung und Steuerung. Erst durch die direkte Anbindung des Shopfloors wird jedoch aus der reinen Planung eine bedarfsgerechte Fertigungssteuerung. Unerwartete Ereignisse sind mit der Integration offensichtlich und die verantwortlichen Mitarbeiter können zeitnah reagieren.

Ausblick

Die Zukunftsvision Industrie 4.0 wird mit jeder Konkretisierung des Zukunftskonzepts MES 4.0 greifbarer. Die zunehmende Vernetzung, die sich im MES-Umfeld als horizontale Integration auswirkt, rückt mehr und mehr in den Fokus der Fertigungs-IT. Auch technologische Innovationen sorgen dafür, dass die Hürden, die gestern noch unüberwindbar erschienen, sukzessive verschwinden. Beispielsweise wächst der Anteil selbstregelnder Systeme in den Fabrikhallen. Umso wichtiger wird ein ungehinderter Zugriff auf alle relevanten Daten. Dabei agiert das MES als Datendrehscheibe, Mensch-Maschine-Schnittstelle sowie als Planungs- und Steuerungsinstrument. Essenziell für diese Zukunft ist, dass das MES alle in der VDI-Richtlinie 5600 beschriebenen Eigenschaften mitbringt. jbi  

Prof. Dr.-Ing. Jürgen Kletti ist Geschäftsführer von MPDV Mikrolab in Mosbach.

  • In der modernen Fertigung ist das MES Datendrehscheibe, Mensch-Maschine-Schnittstelle sowie Planungs- und Steuerungsinstrument.
  • Beispiel: Die Verbrauchskorrelation bringt Energie- und Auftragsdaten zusammen. Damit weiß der Werkstattleiter, welche Arbeitsschritte und welche Maschinen besonders energieintensiv sind.
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