Unser dreiteiliger Guide führt Sie schrittweise durch die Welt der Manufacturing Execution Systeme – von den Grundlagen bis zur Cloud-Technologie.
Definition, Kernfunktionen und Einsatzbereiche von Manufacturing Execution Systemen.
Aktueller ArtikelTransparenz und Effizienz in der Fertigung durch moderne MES-Softwarelösungen.
WeiterlesenDie Königsklasse: Wie cloud-native MES Ihre Produktion nachhaltig transformiert.
WeiterlesenDefinition
Ein Manufacturing Execution System (MES) ist ein computergestütztes Informationssystem, das Fertigungsprozesse in Echtzeit überwacht, dokumentiert, steuert und optimiert. Als zentrales Bindeglied zwischen der ERP-Ebene und dem Shopfloor verbindet ein MES die Maschinenebene (OT) mit der Unternehmensebene (IT) und hilft Unternehmen, ihre Produktionseffizienz zu maximieren, Qualität zu sichern und Kosten zu senken.
"Ein dynamisches Informationssystem, das die effektive Ausführung von Fertigungsoperationen ermöglicht."
"Ein prozessnah eingesetztes, integriertes Informationssystem zur Unterstützung der Fertigungssteuerung und -überwachung."
Die Evolution von Manufacturing Execution Systems lässt sich in vier charakteristische Entwicklungsphasen unterteilen, die die technologische Reife und Anwendungsbreite dieser Systeme widerspiegeln.
In den 1970er Jahren entstanden die ersten rudimentären Systeme zur Produktionsdatenerfassung (PDE) und Betriebsdatenerfassung (BDE) als Vorläufer heutiger MES-Lösungen. Diese frühen Systeme konzentrierten sich vorwiegend auf die manuelle Erfassung von Betriebs- und Maschinendaten und arbeiteten weitgehend isoliert ohne echte Integration in die Unternehmensinfrastruktur. Diese Systeme hießen damals CIM.
Ein entscheidender Meilenstein war die Gründung der Manufacturing Enterprise Solutions Association (MESA) im Jahr 1992, die erstmals ein einheitliches Konzept für Fertigungsmanagementsysteme formulierte. 1997 definierte MESA das erste umfassende MES-Modell mit 11 Kernfunktionen, das die Grundlage für die weitere Standardisierung bildete.
Mit der Entwicklung des ISA-95-Standards (IEC 62264) ab 2000 wurde ein international anerkanntes Referenzmodell für die Integration von Unternehmens- und Produktionssystemen geschaffen. Parallel dazu veröffentlichte der VDI in Deutschland 2007 die Richtlinie 5600, die ein spezifisch deutsches MES-Verständnis kodifizierte.
Mit dem Aufkommen von Industrie 4.0 haben sich MES-Systeme grundlegend gewandelt. Moderne MES-Lösungen nutzen Cloud Computing, Industrial Internet of Things (IIoT), Big Data Analytics und künstliche Intelligenz zur Prozessoptimierung. Die aktuellste Evolution sind cloud-native MES-Plattformen, die eine beispiellose Skalierbarkeit, Flexibilität und Implementierungsgeschwindigkeit bieten.
Fazit: Die Entwicklung von MES-Systemen spiegelt die fortschreitende Digitalisierung der Fertigungsindustrie wider. Von isolierten Datenerfassungssystemen haben sich MES-Lösungen zu integralen Bestandteilen des digitalen Unternehmens entwickelt, die zunehmend cloud-basiert, datengetrieben und intelligent agieren.
In der klassischen Automatisierungspyramide nimmt das MES eine zentrale Position ein. Diese strategische Position zwischen der operativen Ebene (Feld- und Steuerungsebene) und der Unternehmensebene (ERP-Systeme) macht das MES zum entscheidenden Bindeglied, das vertikale Integration ermöglicht und eine durchgängige Informationsversorgung sicherstellt.
Mit Industrie 4.0 wandelt sich das klassische Modell der Automatisierungspyramide. Die strikte Hierarchie weicht zunehmend flexibleren, netzwerkartigen Strukturen, bei denen Informationen horizontal über Wertschöpfungsketten hinweg fließen. Moderne MES-Systeme entwickeln sich entsprechend zu offenen Plattformen, die nicht nur vertikale, sondern auch horizontale Integration unterstützen und damit zum Rückgrat der Smart Factory werden.
Hinweis: Die Automatisierungspyramide bildet die Grundlage für die Integration von Geschäfts- und Produktionsprozessen. MES-Systeme fungieren dabei als kritisches Bindeglied zwischen ERP und Shopfloor-Ebene.
Mit Industrie 4.0 wandelt sich das klassische Modell der Automatisierungspyramide. Die strikte Hierarchie weicht zunehmend flexibleren, netzwerkartigen Strukturen, bei denen Informationen horizontal über Wertschöpfungsketten hinweg fließen. Moderne MES-Systeme entwickeln sich entsprechend zu offenen Plattformen, die nicht nur vertikale, sondern auch horizontale Integration unterstützen und damit zum Rückgrat der Smart Factory werden.
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KOSTENLOSE DEMO STARTEN!Die VDI-Richtlinie 5600 gilt im deutschsprachigen Raum als maßgebliches Referenzwerk für MES-Funktionalitäten. Im Gegensatz zum MESA-Modell, das historisch 11 (später 8) Funktionen definierte, strukturiert die VDI-Richtlinie die MES-Funktionalitäten in 10 Kernbereiche, die nachfolgend mit ihren wesentlichen Vorteilen beschrieben werden.
Die Feinplanung transformiert die grobgranulare Planungsvorgabe aus dem ERP-System in eine detaillierte, ressourcengenaue Ablaufplanung. Die Feinsteuerung überwacht und steuert anschließend die Ausführung in Echtzeit und reagiert dynamisch auf Abweichungen.
Messbare Vorteile:
Das Betriebsmittelmanagement umfasst die Verwaltung aller Produktionsressourcen wie Maschinen, Werkzeuge, Vorrichtungen und Personal. Es stellt sicher, dass die richtigen Betriebsmittel zum richtigen Zeitpunkt verfügbar sind.
Messbare Vorteile:
Das Materialmanagement steuert den Materialfluss in der Fertigung von der Bereitstellung bis zum fertigen Produkt. Es umfasst bedarfsgerechte Materialbereitstellung, Bestandsverfolgung und Materialrückverfolgbarkeit.
Messbare Vorteile:
Das Personalmanagement umfasst die Planung, Steuerung und Dokumentation des Personaleinsatzes in der Fertigung, einschließlich Personalzeiterfassung, Schichtplanung und Qualifikationsverwaltung.
Messbare Vorteile:
Die Datenerfassung bildet das Fundament jedes MES-Systems und umfasst die systematische Sammlung aller fertigungsrelevanten Daten – von Maschinenzuständen über Qualitätsdaten bis zu Personalzeiten und Materialverbräuchen.
Messbare Vorteile:
Die Leistungsanalyse wertet die erfassten Fertigungsdaten systematisch aus, um Leistungskennzahlen (KPIs) zu ermitteln und Optimierungspotenziale zu identifizieren. Sie umfasst die Berechnung und Visualisierung wichtiger Produktionskennzahlen wie OEE, Durchlaufzeiten oder Ausschussquoten.
Messbare Vorteile:
Das Qualitätsmanagement im MES umfasst die Planung, Steuerung, Überwachung und Dokumentation aller qualitätsrelevanten Aspekte. Es integriert Prüfpläne, Prüfmittelverwaltung, Statistical Process Control (SPC) und Fehleranalyse.
Messbare Vorteile:
Das Informationsmanagement sorgt für die zielgruppengerechte Bereitstellung aller produktionsrelevanten Informationen. Es umfasst die Verwaltung von Dokumenten wie Arbeitsanweisungen, Prüfvorschriften und Zeichnungen sowie kollaborative Funktionen für den Informationsaustausch.
Messbare Vorteile:
Das Auftragsmanagement steuert den kompletten Lebenszyklus von Fertigungsaufträgen von der Übernahme aus dem ERP-System bis zur Rückmeldung nach Fertigstellung. Entscheidend ist die Echtzeit-Transparenz über den aktuellen Auftragsstatus.
Messbare Vorteile:
Das Lifecycle-Management umfasst die Verwaltung produktionsrelevanter Stammdaten und deren Änderungen über den gesamten Produktlebenszyklus. Besondere Bedeutung hat das Änderungsmanagement für Produkte und Prozesse.
Messbare Vorteile:
Die Entscheidung für die richtige MES-Architektur beeinflusst maßgeblich die Flexibilität, Skalierbarkeit und Zukunftsfähigkeit der Fertigungssteuerung. Drei grundlegende Architekturansätze haben sich etabliert: Cloud-native MES, Cloud-hosted MES und On-premises MES. Im folgenden Vergleich zeigen wir die wesentlichen Unterschiede, Stärken und Schwächen der jeweiligen Ansätze auf.
Cloud-native MES-Systeme stellen die modernste Architekturvariante dar. Sie wurden von Grund auf für Cloud-Umgebungen konzipiert und nutzen fortschrittliche Technologien wie Microservices, Container-Orchestrierung und verteilte Datenarchitekturen für höchste Leistung und Flexibilität.
Cloud-native MES-Systeme bieten als einzige Architekturvariante die nötige Agilität und Skalierbarkeit, um mit der rasanten Entwicklung der Fertigungsindustrie Schritt zu halten. Sie ermöglichen die nahtlose Integration neuer Technologien wie KI, Machine Learning und Advanced Analytics, um aus Produktionsdaten echte Wettbewerbsvorteile zu generieren.
On-premises MES-Systeme werden auf der unternehmenseigenen IT-Infrastruktur installiert und betrieben. Sie stellen den traditionellen Ansatz der MES-Implementierung dar, der in vielen Unternehmen noch dominiert.
Cloud-hosted MES-Systeme (auch als "Lift-and-Shift" bekannt) basieren auf herkömmlichen MES-Anwendungen, die in einer Cloud-Umgebung wie AWS, Azure oder Google Cloud betrieben werden. Dabei handelt es sich häufig um tradierte MES-Architekturen mit minimalen Anpassungen.
| Kriterium | On-Premises | Cloud-Hosted |
Cloud-Native EMPFEHLUNG
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| Anfangsinvestition |
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| Skalierbarkeit |
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| Time-to-Value |
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| Flexibilität |
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| Kostenmodell |
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| Aspekt | ERP-System | MES-System |
|---|---|---|
| Hauptfunktion | Unternehmensweite kaufmännische Ressourcenplanung | Operative Fertigungssteuerung und -optimierung |
| Zeithorizont | Langfristig (Wochen, Monate, Jahre) | Kurzfristig (Sekunden, Minuten, Stunden) |
| Planungsfunktion |
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| Datenerfassung |
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| Qualitätsmanagement |
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| Materialmanagement |
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| Dokumentation & Reporting |
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| Personalmanagement |
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| Anlagenverwaltung |
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| Primäre Zielgruppe | Management, Controlling, kaufmännische Abteilungen | Produktion, Qualitätssicherung, Werker, Meister |
| ISA-95 Funktionsbereich | ERP | MES |
|---|---|---|
| 1. Produktdefinition | Grundlegende Produktstammdaten, Stücklisten, Grobplanung | Detaillierte Arbeitspläne, Prozessparameter, Prüfpläne |
| 2. Produktionsplanung | Grobplanung, Kapazitätsplanung auf Wochenebene | Feinplanung auf Stunden-/Minutenbasis, Reihenfolgeoptimierung |
| 3. Produktionsdurchführung | Auftragsfreigabe, Materialbereitstellungsanforderungen | Auftragssteuerung, Ressourcenzuweisung, Prozessüberwachung |
| 4. Datenerfassung/-analyse | Verdichtete Kennzahlen für Management-Reporting | Echtzeitdatenerfassung, detaillierte Prozessanalyse, OEE-Berechnung |
Die erfolgreiche Integration von MES und ERP-Systemen bietet erhebliche Vorteile, stellt jedoch auch komplexe Herausforderungen dar.
Durchlaufzeiten
-20-40%
Liefertermintreue
+15-25 PP
Bestandsreduktion
-15-30%
OEE-Steigerung
+10-20%
Ein modernes und cloud natives Manufacturing Execution System (MES) bietet zahlreiche Hebel zur signifikanten Steigerung der Produktivität in Fertigungsunternehmen, die sich durch objektive Kennzahlen nachweisen lassen.
Funktionsmechanismus:
Das MES erfasst kontinuierlich Maschinendaten, analysiert Stillstandsursachen und optimiert die Auftragsreihenfolge.
Messbare Ergebnisse:
Funktionsmechanismus:
Durch digitalisierte Arbeitsanweisungen und optimierte Arbeitsabläufe minimiert das MES unproduktive Tätigkeiten.
Messbare Ergebnisse:
Funktionsmechanismus:
Das MES synchronisiert Materialbereitstellung mit Produktionsaufträgen und reduziert Material-Suchzeiten.
Messbare Ergebnisse:
Ein modernes Manufacturing Execution System bietet umfassende Funktionalitäten zur systematischen Verbesserung der Produktqualität und Prozessstabilität.
Funktionsmechanismus:
Das MES integriert digitale Prüfpläne, automatisierte Messgeräte und Echtzeit-SPC direkt in den Produktionsablauf.
Messbare Ergebnisse:
Funktionsmechanismus:
Kontinuierliche Überwachung kritischer Parameter mit frühzeitigen Alarmmeldungen.
Messbare Ergebnisse:
Funktionsmechanismus:
Digitale Fehlerverhinderungsmechanismen durch geführte Prozesse und Validierungen.
Messbare Ergebnisse:
Ein modernes Manufacturing Execution System birgt erhebliche Potenziale zur nachhaltigen Senkung der Fertigungskosten in verschiedenen Dimensionen.
Funktionsmechanismus:
Präzise Prozesssteuerung, frühzeitige Fehlererkennung und optimierte Materialbereitstellung.
Messbare Ergebnisse:
Funktionsmechanismus:
Optimale Personaleinsatzplanung und Reduzierung administrativer Tätigkeiten.
Messbare Ergebnisse:
Funktionsmechanismus:
Energieoptimierte Produktionsplanung und Vermeidung von Leerlaufzeiten.
Messbare Ergebnisse:
Funktionsmechanismus:
Optimierte Materialflüsse und höhere Prozesssicherheit.
Messbare Ergebnisse:
Funktionsmechanismus:
Zustandsbasierte Instandhaltung und präventive Wartungsmaßnahmen.
Messbare Ergebnisse:
Die zunehmende Integration verschiedener Systeme in modernen Fertigungsumgebungen macht standardisierte Ansätze im MES-Bereich unverzichtbar. Die wichtigsten Standards bieten einen Rahmen für Interoperabilität und Compliance.
Die ISA-95 definiert ein Referenzmodell für die Integration von Unternehmens- und Steuerungssystemen:
Vorteile:
Das MESA-Modell der Manufacturing Enterprise Solutions Association definiert die funktionalen Kernaspekte von MES-Systemen:
MESA-Kernfunktionen:
Moderne MES-Systeme müssen branchenspezifische Regularien unterstützen:
Manipulationssichere Aufzeichnungen und validierte Unterzeichnungsprozesse
Lückenlose Rückverfolgbarkeit und vollständige Änderungshistorie
IQ, OQ, PQ-konforme Validierungskonzepte für regulierte Umgebungen
Automatische Alarmierung bei Abweichungen von definierten Grenzwerten
Manufacturing Execution Systems haben sich von reinen Produktionsdatenerfassungssystemen zu strategischen Lösungen entwickelt, die Unternehmen entscheidende Wettbewerbsvorteile verschaffen. Die Integration eines modernen MES ist nicht nur eine IT-Initiative, sondern eine umfassende Transformation der Fertigungsprozesse.
Die Investition in ein modernes MES zahlt sich in der Regel innerhalb von wenigen Monaten aus und bietet danach kontinuierliche Verbesserungen. Dabei ist der ROI nicht nur auf direkte Kosteneinsparungen beschränkt, sondern umfasst auch strategische Vorteile wie höhere Marktagilität, bessere Kundenbindung und neue Geschäftsmöglichkeiten.
Fertigungsunternehmen, die auf ein modernes, cloud-natives MES setzen und dieses als strategische Plattform für die digitale Transformation nutzen, werden in einem zunehmend dynamischen und anspruchsvollen Marktumfeld signifikante Wettbewerbsvorteile erzielen. Die Frage ist nicht, ob ein Unternehmen ein MES benötigt, sondern wie es das volle Potenzial dieser Schlüsseltechnologie optimal ausschöpfen kann.
Testen Sie die Macht eines cloud-nativen MES und transformieren Sie Ihre Produktion noch heute. Starten Sie mit einem kostenlosen Trial und sehen Sie die Ergebnisse selbst!
30 Tage kostenlos testen!ERP-Systeme (Enterprise Resource Planning) und MES (Manufacturing Execution Systems) erfüllen unterschiedliche, sich ergänzende Funktionen:
Während ERP-Systeme das "Was" und "Wann" definieren, kümmert sich das MES um das "Wie" der Produktion.
MES-Systeme bieten Vorteile für Unternehmen verschiedener Größen und Branchen:
Entscheidend ist nicht die Unternehmensgröße, sondern die Komplexität der Fertigung und der Bedarf an Prozessoptimierung.
Die Kosten für eine MES-Implementierung variieren stark je nach Umfang, Komplexität und gewähltem Lösungsansatz:
Entscheidend für eine realistische Kostenschätzung sind Faktoren wie Anzahl der Produktionslinien, Integrationsumfang, Customizing-Bedarf und regulatorische Anforderungen.
Die Dauer einer MES-Implementierung hängt von verschiedenen Faktoren ab:
Ein phasenweiser Ansatz mit schnellen Erfolgen (Quick Wins) hat sich bewährt, wobei strukturierte Onboarding-Prozesse (Provisioning, Onboarding, Practice, Upscaling) einen besonders effizienten Implementierungspfad bieten - vom Pilot-Werk zum globalen Rollout in Eigenregie.
Ein MES muss sowohl mit übergeordneten Systemen (vertikal) als auch mit der Automatisierungsebene (horizontal) kommunizieren:
Moderne MES-Systeme bieten umfangreiche Konnektivitätsoptionen und vorkonfigurierte Integrationen für gängige ERP-Systeme und Automatisierungskomponenten.
Cloud-basierte MES-Lösungen bieten mehrere Vorteile:
Die Herausforderungen liegen in Bereichen wie Datenhoheit, Internetabhängigkeit und bei kritischen Prozessen, wo Edge-Computing-Lösungen zusätzlich implementiert werden sollten.
Das MES nimmt eine zentrale Rolle in Industrie 4.0-Initiativen ein:
Ein modernes MES bildet das Fundament für Smart Manufacturing und ermöglicht eine schrittweise digitale Transformation der Produktion.
Der Erfolg eines MES-Projekts sollte anhand klar definierter KPIs gemessen werden:
Diese Kennzahlen sollten vor der Implementierung als Baseline erfasst und nach der Einführung regelmäßig überprüft werden, um den tatsächlichen Nutzen zu quantifizieren.
Die MES-Landschaft entwickelt sich kontinuierlich weiter mit Integration von:
Diese Technologien werden MES-Systeme zunehmend intelligenter, autonomer und anpassungsfähiger machen.
Häufige Fallstricke bei MES-Projekten umfassen: