Fertigungssteuerung: Definition, Aufgaben und MES

Was ist Fertigungssteuerung?

Fertigungssteuerung ist die operative Lenkung von Fertigungsaufträgen durch die Produktion. Sie beginnt dort, wo die Planung endet: Ein Auftrag ist geplant, das Material ist verfügbar, die Kapazität ist vorgesehen. Ab jetzt übernimmt die Fertigungssteuerung. Sie entscheidet, wann ein Auftrag an welcher Maschine gestartet wird, in welcher Reihenfolge die Aufträge abgearbeitet werden, wie auf Störungen reagiert wird und wann ein Auftrag als abgeschlossen gemeldet wird.

In der diskreten Fertigung bedeutet das konkret: Welcher Fertigungsauftrag wird als nächstes auf der Spritzgussmaschine eingelastet? Wie wird die Reihenfolge angepasst, wenn Maschine 3 ungeplant ausfällt? Wann wird der Rüstvorgang ausgelöst, und wie wird sichergestellt, dass die richtige Werkzeugkombination eingesetzt wird?

Die Fertigungssteuerung ist keine Planung. Die Produktionsplanung bestimmt, was in welcher Menge und in welchem Zeitraum produziert werden soll. Die Fertigungssteuerung bestimmt, wie und in welcher Reihenfolge die geplanten Aufträge tatsächlich durch die Maschinen laufen. Die Planung arbeitet mit Tagen und Wochen, die Steuerung mit Minuten und Schichten.

Planung vs. Steuerung: Wo endet das ERP, wo beginnt das MES?

Die häufigste Fehleinschätzung in der Praxis: Das ERP steuert die Fertigung. Das ERP plant die Fertigung. Es erstellt Fertigungsaufträge, disponiert Material und berechnet Kapazitätsbedarfe. Aber es weiß nicht, was auf dem Shopfloor gerade passiert. Es weiß nicht, dass Maschine 7 seit 40 Minuten steht, dass der Rüstvorgang auf Linie 3 länger dauert als geplant oder dass der aktuelle Auftrag 12 % mehr Ausschuss produziert als erwartet.

Die Fertigungssteuerung im MES schließt diese Lücke. Sie nimmt die geplanten Aufträge aus dem ERP entgegen und steuert sie in Echtzeit durch die Maschinen:

Ein ERP, das den Auftrag am Schichtende zurückgemeldet bekommt, arbeitet mit 8 Stunden alten Daten. Eine Fertigungssteuerung, die den Auftrag pro Takt überwacht, arbeitet mit Daten, die Sekunden alt sind. Das ist der Unterschied zwischen Planung und Steuerung.

Die fünf Kernaufgaben der Fertigungssteuerung

In der Praxis scheitert die Fertigungssteuerung am häufigsten an Aufgabe 4: Störungsreaktion. Solange alles nach Plan läuft, funktioniert jede Steuerung. Die Frage ist: Was passiert, wenn der Plan nicht mehr stimmt? Ohne Echtzeit-Daten über den Maschinenstatus erfährt die Steuerung erst verspätet, dass ein Problem vorliegt. Und ohne einen digitalen Überblick über alle Maschinen gleichzeitig kann sie nicht entscheiden, wohin der Auftrag umgeleitet werden soll.

Batch-Steuerung vs. JIT/JIS-Steuerung: Zwei Welten der Fertigungssteuerung

Fertigungssteuerung funktioniert in der diskreten Fertigung grundsätzlich unterschiedlich, je nachdem ob der Betrieb auftragsbasiert in Losen (Batch) oder sequenzgesteuert in Kundenreihenfolge (JIT/JIS) produziert:

Die Batch-Steuerung ist der häufigere Fall: Ein Fertigungsauftrag über 5.000 Teile wird auf Maschine 7 eingeplant, produziert, fertiggemeldet und eingelagert. Die JIT/JIS-Steuerung ist der anspruchsvollere Fall: Der OEM sendet per EDI einen Abruf mit der exakten Reihenfolge der Varianten (Perlenkette). Jede Station muss genau diese Variante in genau dieser Reihenfolge produzieren. Ein vertauschtes Teil bedeutet einen Bandabriss beim OEM mit Konventionalstrafen von mehreren tausend Euro pro Minute.

Rechenbeispiel: Was kostet eine Stunde fehlende Fertigungssteuerung?

Eine Fertigungslinie mit 4 Maschinen produziert Metallgehäuse. Die geplante Produktionszeit pro Schicht beträgt 480 Minuten. Ohne digitale Fertigungssteuerung (manuell auf Papier):

90 Minuten von 480 Minuten geplanter Produktionszeit sind 18,75 % Verlust, der direkt auf fehlende Fertigungssteuerung zurückgeht. Bei einem Maschinenstundensatz von 120 Euro sind das 180 Euro pro Schicht, 540 Euro pro Tag (3 Schichten), 135.000 Euro pro Jahr (250 Arbeitstage). Und das ist nur eine Linie.

Wie Echtzeit-Daten die Fertigungssteuerung verändern

Die Fertigungssteuerung auf Papier arbeitet mit der Vergangenheit: Der Schichtleiter erfährt am Ende der Schicht, was passiert ist. Die Fertigungssteuerung mit Echtzeit-Daten aus der Maschinendatenerfassung arbeitet mit der Gegenwart: Der Schichtleiter sieht sofort, was gerade passiert.

Bei Schmiedetechnik Plettenberg (Umform- und Schmiedeprozesse, metallverarbeitender Mittelstand) hat die Einführung einer automatischen Betriebsdatenerfassung mit bidirektionaler ERP-Anbindung (InforCOM) die Fertigungssteuerung grundlegend verändert. Vorher: Maschinenzustände waren nur begrenzt sichtbar, Abweichungen wurden erst im Nachgang erkannt, die Verbindung zwischen Planung und Ausführung war nicht konsistent. Nachher: Echtzeittransparenz über Maschinen, Schichten und Aufträge, weniger Stillstände durch schnellere Ursachenanalyse, effizientere Schichtwechsel durch gemeinsame Datenbasis.

Bei Meleghy Automotive (Umform-, Füge- und Beschichtungsprozesse in 6 Werken) hat die bidirektionale Anbindung an SAP R3 über ABAP IDoc die Fertigungssteuerung über Werksgrenzen hinweg vereinheitlicht: Maschinenzyklen werden automatisch Fertigungsaufträgen zugeordnet und zurück ins ERP gespielt. Das Ergebnis: 10 % weniger Stillstandszeiten, 7 % mehr Ausbringung und 5 % bessere Verfügbarkeit innerhalb von 6 Monaten.

Bei Brita (vollautomatische Montagelinien für Filtertechnologie) wurden digitale Maschinensignale zur Erfassung der tatsächlichen Ausbringung übernommen, Stillstandssignale transparent dargestellt und moderne Linien über OPC UA an Linienleitrechner angebunden. Das Ergebnis: 5 % weniger Stillstandszeiten, 7 % mehr Ausbringung und 3 % bessere Verfügbarkeit.

Fertigungssteuerung und OEE: Die Steuerung beeinflusst alle drei Faktoren

Die OEE (Verfügbarkeit x Leistung x Qualität) wird oft als reine Kennzahl betrachtet. Aber die Fertigungssteuerung beeinflusst alle drei Faktoren direkt:

Die Fertigungssteuerung ist der operative Hebel, mit dem OEE-Verluste nicht nur gemessen, sondern aktiv reduziert werden. Die Kennzahl zeigt, wo der Verlust liegt. Die Steuerung sorgt dafür, dass er nicht wieder auftritt.

Häufige Fragen zur Fertigungssteuerung

Was ist der Unterschied zwischen Fertigungssteuerung und Produktionsplanung?
Die Produktionsplanung bestimmt, was in welcher Menge und in welchem Zeitraum produziert werden soll (Wochen, Tage). Die Fertigungssteuerung bestimmt, wie und in welcher Reihenfolge die geplanten Aufträge tatsächlich durch die Maschinen laufen (Schicht, Minuten). Die Planung arbeitet mit dem ERP, die Steuerung mit dem MES.

Was macht ein MES in der Fertigungssteuerung?
Ein MES nimmt geplante Aufträge entgegen, gibt sie an die Maschine frei, überwacht den Fortschritt in Echtzeit, reagiert auf Störungen und meldet Stückzahlen, Zeiten und Qualitätsdaten automatisch an das ERP zurück. Es schließt die Lücke zwischen Grobplanung und Shopfloor-Realität.

Was ist der Unterschied zwischen Batch-Steuerung und JIT/JIS-Steuerung?
Batch-Steuerung arbeitet mit Fertigungsaufträgen in Losen (z. B. 5.000 Teile). Die Reihenfolge ist optimierbar. JIT/JIS-Steuerung arbeitet mit Kundenabrufen in fester Sequenz (Perlenkette). Die Reihenfolge ist unveränderbar. Ein Fehler in der JIT/JIS-Sequenz kann zu einem Bandabriss beim OEM führen.

Warum funktioniert Fertigungssteuerung auf Papier nicht?
Weil Papier keine Echtzeit-Daten liefert. Der Schichtleiter erfährt am Ende der Schicht, was passiert ist, nicht während es passiert. Ohne Echtzeit-Daten über Maschinenstatus, Stückzähler und Qualität kann die Steuerung nicht auf Störungen reagieren, solange sie noch lösbar sind.

Wie beeinflusst die Fertigungssteuerung die OEE?
Sie beeinflusst alle drei Faktoren: Verfügbarkeit (weniger Rüstzeit, schnellere Störungsreaktion), Leistung (kein Leerlauf zwischen Aufträgen, kein Warten auf Freigabe) und Qualität (richtige Parameter pro Auftrag, Werkzeugvalidierung vor Start).

Über den Autor:

Uwe Kobbert

Gründer und CEO der symestic GmbH. Seit über 30 Jahren in der Fertigungsindustrie. Dipl.-Ing. Nachrichtentechnik/Elektronik.
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