MES (Fertigungsleitsystem)
Kurz gesagt
Ein MES (Manufacturing Execution System, Fertigungsleitsystem) plant und steuert die Fertigung zwischen ERP und Maschinensteuerung in oder nahe Echtzeit (VDI 5600 Blatt 1, Oktober 2016). Es erfasst Ereignisse wie Maschinenstart und Störung und meldet verdichtete Ergebnisse an das ERP. Ein MES ist dort nötig, wo das ERP die Ereignisse der Werkstatt nicht in der nötigen Auflösung verarbeitet.
Das Wichtigste
- Ein MES liegt als Ebene 3 zwischen ERP (Ebene 4) und Maschinensteuerung (Ebene 2).
- VDI 5600 Blatt 1 (Ausgabe Oktober 2016) beschreibt MES aufgabenorientiert, von Auftragsmanagement bis Energiemanagement.
- Zwischen ERP und MES fließen Produktdefinition, Produktionsplan, Produktionsergebnis und Kapazität (IEC 62264-1).
- Ein MES erfasst Fertigungsereignisse zeitnah; das ERP arbeitet mittel- und längerfristig und gröber (VDI 5600 Blatt 1).
- VDI-Richtlinien und IEC-Normen binden nicht durch Gesetz, sondern erst durch Verweis oder Vertrag.
Ein MES (Manufacturing Execution System, deutsch Fertigungsmanagementsystem oder Fertigungsleitsystem) ist die Systemebene zwischen dem ERP und der Maschinensteuerung, auf der ein Betrieb die Fertigung in oder nahe Echtzeit plant, steuert und die Rückmeldungen aus der Werkstatt zusammenführt.
Was ein MES leistet
VDI 5600 Blatt 1 (Ausgabe Oktober 2016) trägt die Aufgabe im Titel als Fertigungsmanagementsystem und beschreibt MES aufgabenorientiert. Abschnitt 5 der Richtlinie führt zehn Aufgaben: Auftragsmanagement, Feinplanung und Feinsteuerung, Betriebsmittelmanagement, Materialmanagement, Personalmanagement, Datenerfassung, Leistungsanalyse, Qualitätsmanagement, Informationsmanagement und Energiemanagement. Dazu kommen Prozesse wie die Rückverfolgung (Abschnitt 6.7).
Die Aufgaben sind eine Beschreibung, keine Pflichtliste. Nach der Einleitung der Richtlinie gibt es keine allgemein akzeptierte Definition darüber, welche Bestandteile ein MES umfassen muss; die Vergleichbarkeit der Angebote leidet darunter. Für die Auswahl heißt das: prüfen Sie die geforderten Aufgaben einzeln und lassen Sie sich jede im Angebot nachweisen. Welche Rückmeldungen die Werkstatt dafür liefern muss, steht in Betriebsdatenerfassung: Welche Daten Sie wirklich erfassen sollten.
Die Ebenen und die ausgetauschten Daten
Die Einteilung in die Ebenen 0 bis 4 geht auf ISA-95 zurück; die internationale Normenfassung ist IEC 62264. Die Tabelle ordnet die Ebenen den Systemen zu und nennt die Daten, die zwischen ihnen fließen.
| Ebene | System | Aufgabe und Zeitbezug | Daten an die Ebene darüber | Daten an die Ebene darunter |
|---|---|---|---|---|
| 4 | ERP (Unternehmensplanung und Logistik) | Aufträge, Materialwirtschaft, Buchhaltung; mittel- und längerfristig | entfällt, oberste hier betrachtete Ebene | Produktionsplan: welches Produkt, welche Menge, welcher Termin |
| 3 | MES (Fertigungsmanagementsystem) | Feinplanung, Feinsteuerung, Datenerfassung, Rückverfolgung; in oder nahe Echtzeit | Produktionsergebnis (was, wie viel, wie und wann gefertigt wurde), Produktionskapazität, Verbrauch von Material, Arbeitszeit und Energie | Arbeitsgänge, Reihenfolge und Vorgaben der Feinplanung für die Maschinenbelegung |
| 2 bis 0 | Maschinensteuerung und Feld: SPS, DCS, Sensoren, Aktoren | Prozess überwachen und steuern; Sekunden und Bruchteile davon | Maschinenzustände wie Start und Stopp, Unterbrechung und Wiederanfahren von Arbeitsgängen, Qualitätsmeldungen, Mengen und Messwerte | Stellgrößen und Programme an Sensoren und Aktoren |
Die Zeilen 3 und 4 folgen dem Datenflussmodell der IEC 62264-1. An der Schnittstelle zwischen Unternehmensebene und Fertigungssteuerung fließen vier Informationskategorien: Produktdefinition, Produktionsplan, Produktionsergebnis und Produktionskapazität (Abschnitt 8 der geltenden Ausgabe). Den Produktionsplan gibt die Unternehmensebene nach unten, Ergebnis und Kapazität meldet die Fertigungssteuerung nach oben (Abschnitt 6 und Tabelle 3 der Erstausgabe von 2003). Die Ebene 2 bis 0 beschreibt ISA-95; die Schnittstelle zwischen Ebene 3 und Ebene 2 behandelt IEC 62264-1 nur kurz (Abschnitt 1 der aktuellen Ausgabe). Die dort anfallenden Daten fallen feiner an, als die Fertigungsorganisation sie braucht.
Für einen Betrieb ist diese Einteilung ein Ordnungsrahmen, kein Produktversprechen. Ob eine Aufgabe in einem eigenen System oder in einem Modul des ERP liegt, entscheidet die Auflösung der Daten und nicht die Bezeichnung im Angebot.
Beispielrechnung
Die Zahlen sind erfunden (Beispielrechnung). Eine Maschine meldet in einer Schicht von 480 Minuten 42 Zustandswechsel: Start, Stopp, Störung, Wiederanlauf. Das MES führt sie zu einer Rückmeldung je Auftrag zusammen und übergibt Rüstzeit, Stückzeit, Gutmenge und Ausschussmenge an das ERP. Aus 42 Ereignissen wird eine Zeile je Auftrag. Für Ereignisse dieser Art gilt dasselbe wie für viele der Ereignisse, die in der Fertigung auftreten: Die Einleitung von VDI 5600 Blatt 1 nennt Start und Stopp von Maschinen sowie Unterbrechung und Wiederanfahren von Arbeitsgängen und stellt fest, dass ERP-Systeme dafür weder passende Datencontainer noch die notwendigen Verarbeitungsmechaniken bieten; die zeitnahe Planung und Steuerung dieser Vorgänge beschreibt die Richtlinie als Aufgabe der MES-Ebene.
Standardbasis
VDI 5600 Blatt 1 (Ausgabe Oktober 2016, 78 Seiten) ist ein Leitfaden für Entscheider; die VDI-Richtlinienseite führt sie als überprüft und bestätigt. Die Inhaltsübersicht und die Einleitung veröffentlicht der VDI frei, der Volltext ist kostenpflichtig.
IEC 62264 legt Modelle und Terminologie für die Integration von Unternehmens- und Steuerungssystemen fest. Die ISA führt die Reihe zusätzlich als ANSI/ISA-95; sie geht auf das Purdue-Referenzmodell zurück. Teil 1 beschreibt die Ebene 3 und ihre Schnittstellen. Geltende Ausgabe von Teil 1 ist die zweite Ausgabe vom 22. Mai 2013 (Ausgabe 2.0, Stabilitätsdatum 2028); die erste Ausgabe von 2003 wurde am 22. Mai 2013 zurückgezogen und durch sie ersetzt.
Verbindlich werden diese Regelwerke nicht durch sich selbst. Nach der Auskunft des VDI sind technische Regeln zunächst zur freiwilligen Anwendung gemacht und erhalten höhere Verbindlichkeit erst durch einen ausdrücklichen Verweis in einem Rechtsdokument oder in einem Vertrag; das Deutsche Institut für Normung beschreibt dieselbe Rechtslage für Normen. Eine Vorschrift, die ein MES vorschreibt, haben wir in den für diesen Artikel geöffneten Quellen nicht gefunden. Für Deutschland, Österreich und die Schweiz ist die Einteilung der Ebenen dieselbe; verbindlich wird der Einsatz eines MES durch Ihre eigene Vorgabe, durch eine Kundenvereinbarung oder durch einen gesetzlichen Verweis.
Braucht Ihr Betrieb ein MES?
Ob Sie eines brauchen, entscheiden vier Größen; die Betriebsgröße allein beantwortet die Frage nicht: wie schnell eine Störung oder Qualitätsabweichung zu einer Umplanung führen muss, wie viele Maschinen einzeln überwacht werden sollen, wie tief die Rückverfolgung über mehrere Arbeitsgänge reichen muss und ob Sie in Schichten oder minutengenau planen. Erfassen Sie Ereignisse nachträglich und planen Sie grob, trägt die Rückmeldung im ERP. Die vier Kriterien mit Orientierungswerten und die Kosten-Nutzen-Analyse nach VDI 5600 Blatt 2 stehen in BDE im ERP oder MES: Ab wann reicht das ERP nicht mehr?.
Nicht zu verwechseln mit
- BDE (Betriebsdatenerfassung): eine Aufgabe innerhalb der MES-Ebene (VDI 5600 Blatt 1, Abschnitt 5.6); sie erfasst Zeiten, Mengen, Ausschuss und Stillstände, plant aber nicht.
- PPS (Produktionsplanung und -steuerung): der Sammelbegriff für Planungs- und Steuerungsaufgaben über alle Ebenen; das MES ist darin die zeitnahe Ebene.
- OEE (Gesamtanlageneffektivität): eine Kennzahl der Leistungsanalyse, die datenseitig auf der MES-Ebene ansetzt.
- ERP: Ebene 4 mit mittel- und längerfristiger Planung und Buchhaltung; ein MES ist nach VDI 5600 Blatt 1 eine funktionale Ergänzung, kein Ersatz.