Manufacturing-Execution-Systeme: Zentraler Motor für Industrie 4.0

Die Produktion wird selbstständig

Das bislang gängige Bild einer industriellen Produktion ist der Mensch an der Maschine, der die Steuerung übernimmt. Zukünftig sollen diese Anlagen die Planung, Steuerung und Kontrolle selbstständig übernehmen – so die Idee hinter dem Projekt „Industrie 4.0“.

Im Rahmen von Industrie 4.0 stellen Steuerungssysteme Daten zu Fertigungszeiten, Maschinenauslastungen, Bauteilqualitäten, Energie- und Materialverbräuchen dezentral und in Echtzeit bereit. So lassen sich Produktionsprozesse jederzeit online einsehen und optimieren.

Im Zentrum der vierten industriellen Revolution steht die Verschmelzung von virtueller und realer Produktionswelt und ersetzt dadurch die bisherige zentrale Steuerung durch eine dezentrale internetbasierte. Diese Erweiterung der Produktionsprozesse umfasst sogenannte „Cyber Physical Systems“ (CPS) – intelligente Bauteile und Maschinen, die durch Kommunikation untereinander selbstständig den optimalen Weg durch die Fertigung finden und damit ohne eine zentrale Steuerung zum fertigen Endprodukt werden und gleichzeitig neues Material oder gar einen Servicetechniker anfordern können. Der Mensch soll dann lediglich regulierend in das System eingreifen. Ziel ist es, die Fertigungsindustrie und das produzierende Gewerbe vollständig mit dem Internet zu verbinden – „Smart Factories“ sollen für eine ressourcenschonende Fertigung bei gleichzeitiger Produktivitätssteigerung sorgen. Hinzu kommen Vorteile wie die Qualitätssteigerung und eine höhere Flexibilität. Aufgrund von Änderungen im Wettbewerbsmarkt soll eine Wandlungs- und Anpassungsfähigkeit der Produktion sowie der Prozessinnovationen vor allem für kleine und mittelständische Unternehmen wichtig sein. Doch sieht der Mittelstand das genauso?

Die deutsche Wirtschaft zumindest setzt laut einer Umfrage des Bitkom große Hoffnungen auf das Zukunftsprojekt „Industrie 4.0“ – rund 81 Prozent der IT-Unternehmen sehen in der Vermischung von Produktion und IT ein wichtiges Geschäftsfeld, und fast jedes dritte misst diesem bereits heute große Bedeutung zu. Das entsprechende Lösungsangebot fällt bislang aber eher gering aus: Erst jedes zehnte Unternehmen bietet überhaupt eine entsprechende Lösung an, während rund 13 Prozent sich noch mit der Entwicklung beschäftigen. Dabei soll das Angebot der IT künftig nicht mehr nur klassische Anwendungen etwa zur Datenverarbeitung umfassen, sondern auch Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M), Cloud- und Virtualisierungslösungen sowie In-Memory-Computing. Die deutsche Bundesregierung hat mit der Umsetzung der „Hightech-Strategie 2020“ dazu ein klares Ziel formuliert: Deutschland soll als Anbieter wie auch als Anwender neuer und zukunftsweisender internetbasierter Technologien für die industrielle Produktion zum Leitmarkt werden.

Industrie 4.0 im Mittelstand noch nicht angekommen


Eine aktuelle Umfrage von Techconsult hat allerdings ergeben, dass rund 60 Prozent der befragten mittelständischen Unternehmen – und damit die Anwender – keine klare Vorstellung von dem Begriff „Industrie 4.0“ haben. Da ist es dann auch nicht erstaunlich, dass 80 Prozent nicht vorhaben, in diesem Jahr finanziell oder mit anderen Maßnahmen aktiv zu werden. Begeisterung oder Interesse an dem Konzept, das deutschen Unternehmen angeblich zu mehr Wohlstand verhelfen soll, sieht anders aus. Hier von Verweigerung zu sprechen, wäre allerdings übertrieben, steht die „Revolution“ doch erst am Anfang. So könnte einer der Gründe für die zurückhaltende Investitionsbereitschaft sein, dass das hinter dem Schlagwort stehende Konzept – die umfassende Vernetzung von Anlagen und Steuerung – für das aktuelle Geschäft der Fertigungsindustrie noch gar nicht relevant ist. Zudem lassen sich nicht in jeder Branche die Abläufe automatisieren. Gewohnheitsgemäß sind Mittelständler neuen Ideen – meist zu Recht – skeptisch gegenüber eingestellt. Das Bewusstsein über die Möglichkeiten, die sich aus dem neuen Konzept ergeben, muss hier also noch geschärft werden.

„Während sich die Politik und die Branche die Köpfe heiß reden zum Hypethema „Industrie 4.0“, reagieren die meisten Unternehmen in der Produktion bisher noch zu zögerlich auf diese Erkenntnis. Was sind die Gründe dafür? Angst davor, Fehler zu machen? Ratlosigkeit, welche Schritte zu unternehmen, welche Maßnahmen umzusetzen sind? Nur wer das Risiko eingeht, eventuell auch Fehler zu machen, kann sich weiterentwickeln. Wer Risiken scheut und auf der Stelle tritt, wird irgendwann dem Wettbewerb hinterherschauen“, beurteilt Gerhard Altmann, international verantwortlich für den Bereich Manufacturing beim Softwarehersteller SAS, das derzeitig zurückhaltende Verhalten der mittelständischen Betriebe.  

In einem sind sich die Wirtschaftsexperten allerdings einig: Als zentraler Motor für Industrie 4.0 gelten vor allem Manufacturing-Execution-Systeme (MES). Als informationstechnische Systeme produktionsnaher IT stellen sie ein Bindeglied zwischen Automatisierungs- und Unternehmensleitebene dar. „MES-Systeme können bereits im Hier und Jetzt die Brücke in die Zukunft bauen und als virtuelle Ebene zum Teil schon Konzepte vorwegnehmen, die essentiell für Industrie 4.0 sein werden. Ob es um die Vernetzung geht oder die Anreicherung von Produkten um ihre Produktinformation oder um die dezentrale Steuerung der Produktionselemente – MES kann jetzt schon oder bald emulieren, was für eine flexible Produktion der Zukunft notwendig ist“, weiß Stephan Birkmann, Kundenberater MES bei GFOS. Dies bestätigt Karl M. Tröger, Head of Product Management bei Psipenta: „MES-Systeme sind ein wichtiger Bestandteil heutiger Produktionssteuerungssysteme und haben mittlerweile einen festen Platz in der Unternehmens-IT eingenommen. Im Zusammenhang mit Industrie 4.0 wird es darauf ankommen, insbesondere die vertikale Integration vom Engineering bis in die Automatisierungstechnik – auf der Basis von Standards – voranzutreiben.“

Umstritten ist noch das Ausmaß, dass ein MES im laufenden Betrieb und der Systemlandschaft einnehmen sollte: Handelt es sich um ein eigenständiges System im Unternehmen oder aber um eine Erweiterung des bestehenden ERP-Systems? Deckt ein ERP-System nur die Managementebene ab und wird es als reaktives Verwaltungs- und Abrechnungssystem verwendet, kann eine Informationslücke zur ausführenden Ebene entstehen, während ein MES sich an den Ergebnissen der Produktion ausrichtet und damit ein proaktives Echtzeitsystem ist. „In einem ERP-System lassen sich die speziellen Anforderungen der Prozessindus­trie inklusive Maschinenanbindung nicht optimal abbilden. Ein MES ist als eigenständiges System und Bindeglied zwischen der Automatisierungstechnik und dem ERP-System zu betrachten“, ist sich Christian Brückmann, Senior Consultant und Projektmanager der UBK GmbH, sicher. Dennoch geht die Tendenz dazu, das Produktionsbetriebsmanagement mit dem betriebswirtschaftlichen Management zu verknüpfen. „MES-Systeme werden vielfach als eigenständige Systemkomponente betrachtet. Zunehmend setzt sich aber das Verständnis durch, dass nur mit einer tiefen Inte­gration von ERP- und MES-Systemen echter Mehrwert entstehen kann. Vielfach wachsen die einzelnen Bestandteile der Systeme zusammen“, erklärt Karl M. Tröger. „Allerdings sollte ein MES-System nie komplett eigenständig sein, sonst ist eine mehrfache Datenpflege notwendig, angefangen von den Materialien, den Stücklisten über die Prüfpläne bis hin zu den Vorgangszeiten. Das ist nicht nur fehleranfällig, sondern reduziert die Flexibilität, Reaktivität und Transparenz. Und auch Änderungen im Auftragseingang müssen manuell übertragen werden. Zudem sind Informationen aus dem Shopfloor im ERP-System nicht bekannt“, gibt Veronika Schmid-Lutz, Chief Product Owner Manufacturing bei SAP, zu bedenken.

Eine optimale Ergänzung


Mit der Eigenschaft als Daten- und Informationslieferant sind daher im MES eine Vielzahl von Schnittstellen notwendig, um als Teil der Produktion nach Möglichkeit nahtlos mit anderen Systemen zusammenarbeiten zu können. „Das MES benötigt also eine gute und verlässliche Integration sowohl mit dem ERP-System als auch mit den ausführenden Maschinen, um eine effiziente Fertigung zu garantieren“, erklärt Veronika Schmid-Lutz. Im besten Fall ist das MES eine optimale Ergänzung zum vorhandenen ERP-System und ergänzt es beispielsweise um fehlende Shop-Floor-Disziplinen wie die prozessnahe Erfassung von Produktions-, Qualitäts- und Personaldaten – sowohl stationär als auch mobil –, die Prozessüberwachung oder die Ermittlung von Kennzahlen. Um Schwachstellen beim MES-Einsatz zu verhindern, gilt es, eine doppelte Datenhaltung und einen hohen Integrations- bzw. Erweiterungsaufwand zu verhindern.

Obwohl Industrie 4.0 die untrennbare Vermischung von IT und Produktion vorsieht und die Kommunikation über das Internet verläuft, ist die Offlinefähigkeit des MES dennoch wichtig. Sollte die Verbindung zu einer Maschine einmal unterbrochen sein, muss die Maschine ohne Unterbrechung weiter produzieren können. „Ein MES sollte in der Lage sein, über einen gewissen Zeitraum unabhängig zu arbeiten. Ist das ERP-System nicht erreichbar, so muss das MES eine Weiterführung der Produktion gewährleisten“, gibt Veronika Schmid-Lutz zu bedenken.

Große Datenmengen bereithalten


Bei derartigen Fertigungskonzepten, wie sie Industrie 4.0 vorsieht, entstehen unweigerlich große Datenmengen, die Auskunft über den Zustand des Gesamtsystems und einzelner Bauteile geben. Zur Speicherung und Verarbeitung dieser Daten lohnt sich ein Blick auf spezielle cloud-basierte Lösungen, denn spätestens wenn ein MES Fertigungsunternehmen mit verteilten Standorten steuern und auswerten soll, kann die Cloud-Nutzung eine Möglichkeit sein. Grundvoraussetzung ist in diesem Zusammenhang allerdings immer ein hoher Sicherheitsstandard, der Betriebssystem-Patches, zuverlässige Authentifizierungsverfahren, Updates sowie eine geschützte Kommunikation vorsieht.

Um die Idee von Industrie 4.0  im Mittelstand etablieren zu können, fehlt es bislang an konkreten Umsetzungskonzepten und (Sicherheits-)Standards; zudem muss die Nutzung von fertigungsunterstützender IT in Form von Manufacturing Execution Systems – als planende und steuernde Instanz – vorangetrieben werden. Denn sonst bleibt es für alle Zeit ein Zukunftsprojekt.



Die „Industrie 4.0“ …
… ist auf dem Weg, komplexe Fertigungsprozesse auch in mittelständischen Unternehmen zu revolutionieren. Steuerungssysteme stellen Daten zu Fertigungszeiten, Maschinenauslastungen, Bauteilqualitäten, Energie- und Materialverbräuchen dezentral und in Echtzeit bereit. So lassen sich Produktionsprozesse jederzeit online einsehen und optimieren.
Quelle: IHK/Lüneburg-Wolfsburg

Bildquelle: © Thinkstock/iStockphoto

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