Produktions-IT

Die Rolle der MES in der Industrie 4.0

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Die Bedeutung der IT-Systeme wird im Industrie 4.0-Umfeld zunehmen. Welche Rolle werden Manufacturing Execution Systeme (MES) dabei zukünftig spielen? Antworten liefert das Positionspapier des ZVEI „Industrie 4.0: MES – Voraussetzung für das digitale Betriebs- und Produktionsmanagement“.

Michael Grupp, Freier Journalist aus Remshalden

Industrie-4.0-Konzepte basieren auf konsequenter digitaler Vernetzung. Diese startet auf Sensorebene und führt über die Unternehmensgrenzen hinaus. Die Folge sind immer mehr Datenquellen, Systeme und Teilnehmer im Netzwerk. Oft aber ist die heutige Firmensoftware wie vor 20 Jahren noch in Industrie 3.0 aufgebaut: eine Prozessebene mit Feld- und Steuerungsebene, darüber Leitsysteme und für prozessnahe Aufgaben Lösungen wie MES/QS-Anwendungen, überlagert von ERP/CRM-Software.

Die smarte Fabrik erfordert eine Kombination aller Systeme und einen Informationsaustausch über alle Schnittstellen. Die virtuellen Strukturen brauchen neue Ansätze in der Software-Architektur, auch wenn viele ERP- und/oder MES-Anbieter nach wie vor auf Modulkonzepte setzen. Aber der Markt bewegt sich: 70 % der ERP-Hersteller und -Reseller entwickeln ihre Softwarelösungen gezielt Richtung Industrie 4.0. Allen voran SAP mit einem Marktanteil von rund 20 %, gefolgt von Oracle (14 %), Microsoft (10 %) sowie Infor und Epicor. Der Markt beschränkt sich aber nicht nur auf Global Player. Konzerne können heute unter rund 250 ERP-Lösungen wählen. Es geht von kostenlosen Standardprogrammen bis zur investitionsintensiven professionellen Lösung. Mehr Erfolg haben kleinere Anbieter, die im „persönlichen Kontakt vor Ort“, auf den gerade KMUs Wert legen, punkten. Kleinere Softwarehäuser konzentrieren sich oft auf eine bestimmte Branche und bringen so Verständnis für unternehmensspezifische Kontexte mit. Beides bemängeln Anwender in Bezug auf die Marktführer oft. Sicher ein Aspekt für den halbierten SAP-Marktanteil in der letzten Dekade. Das heißt aber nicht, dass große Anbieter zwangsläufig große Kunden bedienen. Microsoft Dynamics NAV nutzen sowohl kleineren Firmen als auch der gesamte Mittelstand, während SAP R/X auch der gehobene Mittelstand einsetzt. Die Oracle E-Business Suite wird im gesamten Spektrum des Marktes eingesetzt. Die aktuelle Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrum Dortmund-Studie in Kooperation mit dem Team ERP Logistics des Fraunhofer-Instituts für Materialfluss und Logistik IML zählen die Trends in der Software-Entwicklung für zukünftige Industrie 4.0-Architekturen auf. Zur Ausrichtung ihrer künftigen Lösungen wurden 40 deutsche, überwiegend mittelständische ERP-Anbieter befragt. 85 % befassen sich mit Business-Intelligence-Anwendungen und wollen eine schlankere und einfachere Auswertung operativer Daten unterstützen. Dazu kommen die Entwicklung von Standardschnittstellen, Supply-Chain-Management-Funktionen, Big Data und die Integration von MES-Funktionen. Die Funktionsweiterentwicklung für Prozesssimulation oder Social-ERP rücken dafür zurück.

ERP und MES Hand in Hand

Rund zwei Drittel der Anbieter entwickeln laut der Studie ihre ERP-Lösungen zu einem ganzheitlichen System. Hier übernimmt die Software weitere Funktionen. Gefragt sind die MES-Integration sowie Shopfloor-Funktionen. Der Prozess zum ganzheitlichen System, das ERP und MES vereint, ist nicht mehr aufzuhalten und wird die Industrie 4.0-Architektur prägen. Voraussetzung ist jedoch die Einführung standardisierter Schnittstellenformate. Im Wege steht die Vielzahl proprietärer Industrie-4.0-Entwicklungen. Dazu zählen Cyber-Physische Systeme (CPS), die auf Produktionsebene ein hohes Datenvolumen erzeugen. Einen analogen Trend sieht die Bitkom im Positionspapier „Die Zukunft von ERP im Kontext von Industrie 4.0“. Der Verband stellt fest, dass ERP-Systeme als Produktionsplanungs- und -steuerungskomponente (PPS) schon das Advanced-Planning-and-Scheduling (APS)-System oder – je nach IT-Architektur – den Fertigungsleitstand führen. So verzahnen planende und ausführende Produktionsprozesse noch enger. Auch die Bitkom erwartet eine höhere Effizienz durch die Digitalisierung der klassischen industriellen Produktions- und Logistikprozesse sowie eine steigende Produkt- und Serviceindividualisierung. Tauschen sich Produktionsanlagen und Cyber Physical Systems (CPS) mit den Produkten über Status und nächste Arbeitsschritte aus, steht am Ende die „Smart Factory“. Darin finden die mit CPS oder ID-Systemen versehenen Werkstücke und Betriebsmittel autonom den optimalen und wirtschaftlichsten Fertigungsweg. Das Positionspapier vertritt auch die These, dass ERP-Software künftig alle horizontalen, vertikalen sowie unternehmensinterne und -übergreifende Business-Software-Anwendungen plant. Dazu zählen die vertikale Integrationsleistung sowohl nach oben in die Connected World und zu PLM-Funktionen, als auch nach unten zu den MES-Systemen auf Fertigungsebene. Je nach Branche und Anwendungsfall des Unternehmens erfolgen verschiedene Integrationstiefen: Entweder erfasst das ERP-System Aufgaben des Manufacturing Execution Systems selbst, oder ein MES wird mit dem ERP-System synchronisiert.

Die Rolle der MES-Lösungen

Wird MES künftig überflüssig oder zum zentralen Element der Wertschöpfungskette? Wenn ja, wie muss es sich verändern, um dieser Rolle gerecht zu werden? Eine Analyse der deutschen Anbieter zeigt den Unterschied der Angebote in Leistungs- und Funktionsumfang. Das ist keine Überraschung. Der gemeinsame Nenner ist eine monolithische Architektur. Die MES-Daten landen in einer Datenbank, die wegen des proprietären Systemaufbaus für keine weitere Anwendung verfügbar ist. Das Vorgehen wird damit verteidigt, dass ein MES keine offenen Schnittstellen benötigt, da es alle nötigen Funktionen in sich vereint. Das kann stimmen, steht jedoch dem späteren Ausbau zu einer homogenen IT-Infrastruktur im Wege. Welche Rolle nehmen MES unter Industrie 4.0 ein? Der ZVEI gibt im Positionspapier „Industrie 4.0: MES – Voraussetzung für das digitale Betriebs- und Produktionsmanagement“ Antworten. Sie lauten von „keine, da sich die Strukturen von PLS, MES, ERP auflösen werden“, über „eine immer geringere, weil sich erweiterte PLS- und ERP-Funktionen kannibalisieren“ bis zu „eine zentrale, weil MES das Bindeglied zur Organisation der optimalen Wertschöpfungskette sein wird“. Der ZVEI erklärt darin auch das Fortschreiten von MES-Lösungen in Industrie-4.0-Strukturen und sagt eine Wandlung der heutigen MES hin zum Manufacturing Operations Management (MOM) voraus. Basis dafür ist, dass MES vermehrt modular konzipiert werden. Möglich sind horizontale und vertikale Koordination. Bei der horizontalen Variante werden die Maschinen durch das MES digital vernetzt. Eine Aufgabe liegt in der Bereitstellung der Schnittstellen, um einen mühelosen Austausch zwischen den mit proprietären Datenformaten arbeitenden Anlagen zu ermöglichen. Durch die direkte Weitergabe der Maschinendaten werden zeitintensive und fehlerhafte Mehreingaben vermieden. Bei der vertikalen Version übernimmt das MES einen vom ERP-System erzeugten Fertigungsauftrag und steuert diesen auf Fertigungsebene (Shopfloor) bis zum Abschluss. Während das ERP-System die Aufträge gemeinsam abstimmt, überwacht das MES das Abarbeiten derselben.

Die gebietsübergreifende Verzahnung kann aber nicht von einem monolithischen Softwaresystem geleistet werden, sondern nur durch das Teilsystemzusammenspiel. Sie bilden das spezielle MOM eines Fertigungskonzerns oder Anlagenbetreibers. Systembrüche zu vermeiden ist nötig. Im Industrie-4.0-Umfeld reicht es nicht, nur Datensätze zwischen den Systemen auszutauschen – künftig müssen diese interaktiv zusammenarbeiten. Denn nur auf Basis einer generellen Semantik können Daten in Echtzeit, intelligent und praxisgerecht interpretiert und veredelt werden.

MES, MOM und Big Data

„Big Data“ wird häufig kritisch betrachtet. Eine der Folgen: Nach Schätzungen des 2016 Global Databerg Report sind mehr als die Hälfte der gespeicherten Informationen „Dark Data“ – Inhalt und Wert vollkommen unbekannt. Viele Daten sind unstrukturiert, redundant und/oder liegen in einem proprietären Format vor. Big-Data-Analysen, wie sie Logistikunternehmen oder auch soziale Netzwerke durchführen, sind den meisten Herstellern fremd. Der Leitfaden des Bitkom „Big Data und Geschäftsmodell“ definiert: „Big Data unterstützt die wirtschaftlich sinnvolle Gewinnung und Nutzung relevanter Ergebnisse aus qualitativ vielfältigen und unterschiedlich strukturierten Informationen, die einem schnellen Wandel unterliegen und in noch ungekanntem Umfang zu Verfügung stehen.“ Auch dafür müssen die heutigen MES über den Tellerrand der Shopfloor-Ebene hinausblicken. jke

Details zu IT-Systemen im Industrie-4.0-Umfeld:

http://hier.pro/8EK9S


„Mehr als die Hälfte sind ‚Dark Data‘“

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