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Manufacturing Execution Systems (MES) sind das Bindeglied zwischen den Maschinensteuerungen und den Systemen der Unternehmensleitebene. Die produktionsnahen IT-Systeme sind in der Praxis der Fertigungsindustrie angekommen, wie auch die Anwender-Workshops des MES D.A.CH-Verbands zeigen werden. In der Zukunft wird die Bedeutung der MES noch zunehmen.

„Die produzierende Industrie steht aktuell vor dem vierten gewaltigen Umbruch“, stellt Prof. Dr.-Ing. Markus Glück von der Hochschule Augsburg [1], Geschäftsführer der Technologie Centrum Westbayern GmbH, heraus. Auf dem Weg zur intelligenten Fabrik, der über eine intelligente Vernetzung der Produktion führt, wurde die vierte industrielle Revolution – die Innovationsoffensive „Industrie 4.0“ – ausgerufen. Ein Eckpfeiler seien dabei sogenannte „Cyber-Physical Systems“ (CPS), autonome und sensorgestützte Produktionssysteme, die in naher Zukunft die klassische, zentrale Produktionshierarchie ablösen werden. Seiner Meinung nach kann man von einer MES-Plattform dieses Ziel schnell erreichen.

Primär wichtig seien die Flexibilisierung der Fertigung und die Steigerung der Produktivität durch den dezentralen Einsatz vernetzter maschineller Intelligenz. Durch konsequenten MES-Einsatz lasse sich die Produktivität im zweistelligen Prozentbereich steigern.

Wertschöpfung in Unternehmen erhöhen

„Der Einsatz von MES ist eine strategische, kostengünstige Art, die Wertschöpfung in Unternehmen dauerhaft zu erhöhen“, ist Angelo Bindi, Division Chassis & Safety bei Continental in Frankfurt/M. [2] und 2. Vorstand des MES D.A.CH Verbands [3], überzeugt. Seiner Meinung nach können Fertigungsprozesse kontinuierlich, nachhaltig und messbar optimiert werden.

Um sich auch in Zukunft erfolgreich positionieren zu können, müssen alle internen und unternehmensübergreifenden Geschäftsprozesse konsequent durch den Einsatz der heute verfügbaren Informationstechnologien und Systeme optimiert werden. Dabei spiele die Online-Verfügbarkeit der validierten, vollständigen und transparenten Daten eine entscheidende Rolle. Den daraus resultierenden Nutzen für die Unternehmen zeigen bereits realisierte Praxisbeispiele, weiß Jürgen Wolf von der IBS AG [4]. So werden Uwe Wonsack und Patrick Schick von der Blechwarenfabrik Limburg von mehr Transparenz in den einzelnen Prozessen und Abläufen anhand der integrierten MES-Lösung von IBS berichten. Die strukturierte Erfassung, Auswertung und Visualisierung aller Qualitätsdaten bildet hier die Grundlage für einen kontinuierlichen Verbesserungsprozess. Des Weiteren wird die Integration in das vorhandene Produktionsplanungssystem erläutert. Letztlich sorgt die Anbindung der Produktionslinien mit MDE und BDE für zeitnahe und Ist-bezogene Kennzahlen als Basis für weitere Effizienzsteigerungen.

Die Fragen, wie moderne MES mit den Anforderungen der Konzernkunden von der Serienfertigung bis hin zur Sondereinzelfertigung umgehen, was in Hinblick auf Internationalität und Rolloutfähigkeit zu leisten ist und wie eine zielgruppengerechte Skalierung von MES aussehen muss, wollen Dipl.-Ing. (FH) Eckhard Winter und Ing. Peter Obermaier von der Industrie Informatik GmbH [5] anhand von Beispielen vom KMU bis zum internationalen Großkonzern beantworten.

Ein Beispiel für erhöhte Wirtschaftlichkeit zeigt Dipl.-Ing. (FH) Johann Hofmann von der Maschinenfabrik Reinhausen [6]. Ein MES in der zerspanenden Fertigung fungiert dort als Bindeglied sowohl zwischen dem ERP-System und der physischen Fertigung, als auch zwischen den einzelnen, den Fertigungsprozess ausführenden, Einheiten. Das vorgestellte MES sei das einzige in der Praxis entwickelte Fertigungsdaten-Managementsystem, das von einem produzierenden Unternehmen in über 25 Jahren entwickelt und in der Praxis erprobt wurde. Der Nutzen wirke in den Wertschöpfungsketten und erzeuge einen positiven „Kulturwandel“ in der Fertigung.

Schlüsselrolle in der Fabrik der Zukunft

Dr. Olaf Sauer vom Fraunhofer Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung (IOSB) [7] zeigt mit der Vorstellung aktueller Fraunhofer-Projekte, dass in der Fabrik der Zukunft MES eine Schlüsselrolle spielen werden, wenn auch vermutlich nicht mehr in Funktionspaketen zusammengefasst wie heute. MES werden seiner Einschätzung nach unter anderem für Datenübernahme und permanenten Abgleich mit den Planungsdaten zum Einsatz kommen, um in Echtzeit auf Änderungen reagieren zu können und um die durchgängige vertikale Integration zu erzielen. Weitere Anwendungen seien

Weitere Anwendungen seien

  • der konsistenter Datenaustausch mit anderen Anwendungen, zum Beispiel Logistikanwendungen, im Sinne einer durchgängigen horizontalen Integration,
  • übergreifende Auswertungen von Datenbeständen mit Hilfe von Data Mining-Verfahren, um die Produktion im Sinne eines selbstoptimierenden Systems zu realisieren, zum Beispiel durch Verfolgung von Zusammenhängen zwischen Qualitätsdaten und Prozessparametern und ggfs. Regelung von Prozessparametern,
  • sowie die Suche von zusammenhängenden Daten in unterschiedlichen, meist proprietären, Datenbeständen, so dass beispielsweise Informationen zu einem Sachverhalt verknüpft werden können.

„Jeder Engineer-to-Order-Fertiger hat komplexe Montageprozosse in von einander abhängigen Auftragsnetzen zu koordinieren“, weiß Karl Schneebauer von der MPDV Mikrolab GmbH [8]. „Zusätzlich wird durch einen hohen manuellen Arbeitsanteil der einzelnen Schritte eine exakte Zeiterfassung flexibler Teams gefordert.“ Je nach gesamter Auftragslast wird mit Leasingpersonal gearbeitet, die an die Personaleinsatzplanung hohe Anforderungen stellt. „Mit Hydra MES als zentralem Planungsinstrument werden die Durchlaufzeiten verkürzt und die Prozessstörungen effizient gehandhabt, so K. Schneebauer weiter. Als Beispiel führt er die Feinplanung und den Leitstand für Einzelfertiger bei der ThyssenKrupp HDW Werft in Kiel an.

Mit der MES-Lösung „mHub“ werden in Echtzeit Daten für das Produktionscontrolling zur Verfügung gestellt. So können Durchlaufzeiten verringert und Kapazitäten besser ausgelastet werden. Die Qualitätssicherung bekommt verlässlichere Daten. Rudolf Weiß von der Nuveon GmbH [9] erläutert die webbasierte Produktionsoptimierung am Beispiel eines Automobilzulieferers. Aus IT-Sicht wird dargestellt, wie sich diese Technologie reibungslos in jede vorhandene Produktionsinfrastruktur integrieren lässt.

Alle benötigten Produktionsmittel nutzen

„Durch welche Prozessmerkmale die geforderten Produktmerkmale im Rahmen der gesetzten Genauigkeit entstehen, dass wissen die Betriebe für jeden Arbeitsgang ganz genau“, meint Sven O. Rimmelsbacher von der Pickert & Partner GmbH [10]. „Ausschuss entsteht nur, weil wir die Prozessmerkmale für jedes Teil, in jedem Arbeitsgang, im gesamten Fertigungsplan nicht durch Prozesskontrolle erzwingen.“ Große Serien werden in Fertigungslinien produziert, die eigens für dieses Produkt gebaut werden, und mit einem FPY (First Pass Yield) von über 99% schon sehr nah an der Null-Fehler-Produktion stehen. Im Vergleich zu einer auftragsbezogenen Fertigung sind Linien und Zellen nicht nur fehlerlos gerüstet und starr, sondern auch viel umfassender automatisiert.

Für kleine Stückzahlen, immer neue Produkte und immer mehr Varianten brauchen die Betriebe jedoch andere Lösungswege, brauchen mehr Flexibilität und viel mehr Autonomie.

Ein Werker muss in der Lage sein, selbständig – und doch kontrolliert und überwacht – Rezepturen und Steuerungen in die Produktion zu laden“, setzt S. Rimmelsbacher fort. „Dabei werden an der richtigen Maschine und an den zugehörigen Sensoren, Aktoren und anderen Feldgeräten alle SPS- und CNC-Programme geladen, die passenden Varianten ausgewählt, die richtigen Parameter gesetzt und die korrekten Einstellungen vorgenommen. In der laufenden Produktion erfasst ein Leitrechner die Rückmeldungen der Sensoren, Identsysteme und Maschinen, verarbeitet und bewertet die Daten und steuert dann die Maschinen und Aktoren an, oder setzt die Variablen in den SPS-/CNC-Programmen. Gelingt dies ohne Verzögerung, im Takt der Produktion und für jeden einzelnen Arbeitsgang, dann erscheint aus Sicht des Bauteils die Abfolge der Arbeitsgänge wie in einer Fertigungslinie.“ Zu den Softwarepaketen, die solch eine Funktionalität bieten, zählt er die Lösung von von Pickert & Partner GmbH. In deren Lösung wird die Ablaufsteuerung grafisch konfiguriert und nicht mehr programmiert. Für die Steuerungen und Rezepte werden ganze SPS-/CNC-Programme und die dazugehörenden Maschinen und Systeme als Entwurfsobjekte, genauso wie alle anderen erreichbaren Sensoren, Aktoren, Identsysteme, Feldgeräte usw., genutzt Im Ergebnis wirken die einzelnen Maschinen wie in einem Fertigungsplan zusammen, als wären sie in einer Linie verbaut (Bild).

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Für eine Produktionssteuerung in realen Betrieben muss der Leitrechner über die Grenzen hinweg, die üblicherweise durch Hersteller, Bussysteme oder Schnittstellen gesetzt werden, alle benötigten Produktionsmittel erreichen und nutzen

 

Für globale Produktionsnetzwerke besonders attraktiv ist das Zusammenwirken lokal getrennter Produktionen in einem verteilten, werksübergreifenden Fertigungsplan. Somit können Bauteile die Fertigung in mehreren Werken nacheinander durchlaufen und werden dabei von einem Fertigungsplan und einem übergreifenden Rezept gesteuert, als würden sie in einem Werk durch eine Fertigungslinie laufen.

In vielen kleinen und mittelständischen Unternehmen besteht eine im Lauf der Zeit gewachsene IT-Welt mit den verschiedensen Schnittstellen zwischen den einzelnen Systemen und/oder zur Produktion. Ziel des „e-F@ctory“-Konzepts von Mitsubishi Electric ist es, die Produktion auf einfachem und sicheren Weg mit einer, von allen IT Systemen gemeinsam benutzten Schnittstelle (Datenbank) zu verbinden.

Zwei dieser vorhanden ‚e-F@ctory‘-Lösungen sind das MES Interface IT und der C Connector“, so Ralf Lichte von Mitsubishi Electric Europe B.V. [11]. „Beide Module basieren auf einer industrieerprobten, langlebigen Hardware, die nicht mehr programmiert, sondern nur noch parametriert wird.“ Der Integrationsaufwand für notwendige Anbindungen auch an komplexe Enterprise-Lösungen, wird auf ein Minimum reduziert.

Literatur

[1] Technologie Centrum Westbayern GmbH, Nördlingen:
www.tcw-donau-ries.de
[2] Continental Teves AG & Co. oHG, Frankfurt/M.:
www.conti-online.com
[3] MES D.A.CH Verband e. V., Ilsfeld-Auenstein:
www.mes-dach.de
[4] IBS AG, Höhr-Grenzhausen:
www.ibs-ag.de
[5] Industrie Informatik GmbH, Linz/Österreich:
www.industrieinformatik.com
[6] Maschinenfabrik Reinhausen GmbH, Regensburg:
www.MR-CM.com
[7] Fraunhofer Institut für Optronik, Systemtechnik und
Bildauswertung (IOSB), Karlsruhe: www.mes.fraunhofer.de
[8] MPDV Mikrolab GmbH, Mosbach:
www.mpdv.de
[9] Nuveon GmbH, Reutlingen:
www.nuveon.de
[10] Pickert & Partner GmbH, Pfinztal:
www.pickert.de
[11] Mitsubishi Electric Europe B.V. Niederlassung Deutschland, Ratingen: www.mitsubishi-automation.de

 

MES D.A.CH Verband:
Workshop-Programm am 21. und 22. März 2013


21. März 2013 mehr infos

  • Industrie 4.0 – Mit MES als Startbasis und ersten Cyber-Physical Systems auf einem Entwicklungspfad zur flexiblen Automation in der Produktion 2020
    Hochschule Augsburg und Technologie Centrum Westbayern, Prof. Dr.-Ing. Markus Glück
  • MES in der Metallverpackungsindustrie – Papierlose Fertigung erfolgreich umgesetzt
    Blechwarenfabrik Limburg, Uwe Wonsack und Patrick Schick 
  • MES in der Auto-/Zulieferindustrie am Beispiel Endmontage
    Continental/Division Chassis & Safety, Angelo Bindi 
  • Software in der Elektronikferigung – ein Anwenderbericht
    DE software & control GmbH, Friedrich Steininger
    Loewe AG, Helmut Gebelein 
  • Productivity Advantage in der digitalen Fabrik – Integration von PLM, MES und CAQ-Software
    IBS AG, Jürgen Wolf 
  • Entscheidend für den Unternehmenserfolg: MES in der Praxis – Vom KMU bis zum internationalen Großkonzern
    Industrie Informatik GmbH,
    Dipl.-Ing. (FH) Eckhard Winter und Ing. Peter Obermair
     
  • Fertigung in der Zukunft – Mit MES wirtschaftlicher
    Maschinenfabrik Reinhausen GmbH, Dipl.-Ing. Johann Hofmann 
  • Entscheidungs- und Prozesssicherheit für MES Anwender mit SAP-Integration von der Maschine bis ins ERP
    SAP Deutschland AG & Co. KG, Stefan Krämer


22. März 2013 mehr infos

  • Industrie 4.0 – Bedeutung für MES
    Fraunhofer IOSB, Dr. Olaf Sauer 
  • MES in der Auto-/Zulieferindustrie am Beispiel Endmontage Bremssysteme
    Continental, Division Chassis & Safety, Angelo Bindi 
  • Der Utility-Film im praktischen Einsatz – Der nächste Schritt in die papierlose Fertigung
    memex GmbH, Robert Rothenberger 
  • MES in der Hightechindustrie – Entscheidungen in Echtzeit durch Daten in Echtzeit
    Mitsubishi Electric Europe B.V., Ralf Lichte 
  • MES im Schiffsbau am Beispiel der Einzelfertigung
    MPDV Mikrolab GmbH, Karl Schneebauer 
  • Webbasierte Produktionsoptimierung am Beispiel eines Automobilzulieferers
    nuveon GmbH, Rudolf Weiß 
  • Vermeiden statt Entdecken – Qualität produzieren durch volle Integration von Planung, MES und Shop Floor
    Pickert & Partner GmbH, Sven O. Rimmelspacher

 

Autor: Ronald Heinze