MES Production Software: Funktionen, Vergleich und Auswahlkriterien

Was macht ein MES und wie funktioniert es

Ein Manufacturing Execution System ist ein Fertigungsmanagementsystem auf Ebene 3 des Ebenenmodells nach ISA-95 (IEC 62264): oberhalb der Steuerungen und Leitsysteme, unterhalb des ERP. Es übersetzt Aufträge aus dem ERP in konkrete Arbeitsschritte an Maschinen und Arbeitsplätzen und meldet Mengen, Zeiten, Stillstände und Qualitätsergebnisse zurück.

Der Informationsfluss läuft in vier Schritten:

1. Auftrag übernehmen: Das ERP übergibt Fertigungsauftrag, Stückliste und Termin.
2. Feinplanen und freigeben: Das MES ordnet den Auftrag einer Maschine und einer Schicht zu und stellt Arbeitsanweisungen bereit.
3. Ausführung erfassen: Maschinensignale, Bedienereingaben und Prüfergebnisse werden in Echtzeit aufgezeichnet.
4. Zurückmelden und auswerten: Gutmengen, Ausschuss, Verbräuche und Kennzahlen wie OEE gehen an ERP und Management.

Die Richtlinie VDI 5600 beschreibt die Aufgaben eines MES. Dazu gehören Auftragsmanagement, Feinplanung und Feinsteuerung, Betriebsmittelmanagement, Materialmanagement, Personalmanagement, Datenerfassung, Leistungsanalyse, Qualitätsmanagement, Informationsmanagement und Energiemanagement. Kaum ein Werk braucht alle Aufgaben gleichzeitig, und genau daraus ergibt sich die wichtigste Auswahlfrage.

Leistungsanalyse bedeutet in der Praxis vor allem die Gesamtanlageneffektivität. Die OEE ist das Produkt aus Verfügbarkeit, Leistung und Qualität einer Anlage und in ISO 22400 als Kennzahl der Fertigungssteuerung beschrieben. Wie OEE, Taktzeit und Engpass zusammenhängen, erläutert der Beitrag zu Taktzeit und OEE.

BDE und MDE als Datenbasis

Betriebsdatenerfassung (BDE) ist die Erfassung von Auftrags-, Personal- und Mengendaten, meist über Eingaben der Bediener an Terminals. Maschinendatenerfassung (MDE) ist die automatische Erfassung von Zuständen, Taktsignalen und Stückzahlen direkt an der Anlage, über Sensoren, digitale Eingänge oder Schnittstellen wie OPC UA. Ein MES wertet beide Quellen gemeinsam aus: die MDE liefert den objektiven Zeitpunkt und die Dauer eines Stillstands, die BDE ergänzt den Grund, den nur der Bediener kennt. Fehlt eine der beiden Quellen, entstehen entweder Zeiten ohne Ursache oder Ursachen ohne verlässliche Zeiten.

MES, ERP, APS und SCADA im Vergleich

Die häufigste Verwechslung betrifft MES und ERP. Ein ERP plant in Tagen und Wochen auf Ebene des Unternehmens, ein MES steuert in Minuten und Sekunden auf Ebene der Maschine. Für die Produktionsplanung eignet sich daher meist eine Kombination: Grobplanung und Materialbedarf im ERP, Feinplanung in einem APS-Modul oder im MES, Ausführung und Rückmeldung im MES.

Ein MES ersetzt also weder das ERP noch die Steuerung. Es schließt die Lücke dazwischen, in der heute oft Papier, Tabellen und mündliche Übergaben stehen.

Arten von MES-Lösungen: Beispiele und Einsatzbereiche

Statt einzelner Anbieter lohnt der Vergleich der Lösungstypen, denn die Bauart entscheidet über Einführungsdauer, Aufwand und Nutzen stärker als der Hersteller.

Ein Beispiel für den modularen Weg ist das Angebot von TEEPTRAK: PerfTrak erfasst OEE und Stillstände in Echtzeit, QualTrak digitalisiert Qualitätsprüfungen, PaceTrak misst Taktzeiten an manuellen Arbeitsplätzen, ProcessTrak überwacht Prozessparameter und MoniTrak zeigt die Ergebnisse auf Bildschirmen in der Halle. Diese Bausteine decken die MES-Aufgaben Datenerfassung, Leistungsanalyse und Qualitätsmanagement ab, ohne die Auftragssteuerung des ERP zu ersetzen.

Wann eine modulare Lösung genügt

Ein Komplett-MES ist sinnvoll, wenn lückenlose Rückverfolgbarkeit regulatorisch vorgeschrieben ist oder Aufträge über viele Arbeitsschritte mit wechselnden Ressourcen gesteuert werden müssen. Eine modulare Lösung genügt, wenn die Aufträge bereits im ERP gut gesteuert werden, der größte Verlust aber in ungeklärten Stillständen, langen Rüstzeiten oder Qualitätsabweichungen liegt. In diesem Fall entsteht der Nutzen durch Transparenz an der Linie und nicht durch zusätzliche Planungsfunktionen. Viele Werke beginnen deshalb mit OEE und Stillstandserfassung und erweitern später um Qualitätsprüfungen und Prozessparameter.

Welche Kriterien bei reinen OEE-Lösungen zählen, fasst der Vergleich von OEE-Software zusammen.

Auswahlkriterien und Einführung in sechs Schritten

Die Auswahl einer MES-Software beginnt nicht mit dem Funktionskatalog, sondern mit der Frage, welcher Verlust in der Produktion heute am meisten kostet und welche Daten dafür fehlen.

Bewährt hat sich folgende Reihenfolge:

1. Ziel festlegen: zum Beispiel Stillstände senken, Rückverfolgbarkeit sichern oder Papierprüfungen ersetzen.
2. Ist-Prozess aufnehmen: Welche Daten werden heute wo und wie erfasst?
3. Lastenheft schreiben: Muss-Anforderungen streng von Wunschfunktionen trennen.
4. Pilotlinie wählen: eine Linie mit sichtbarem Problem und engagiertem Schichtleiter.
5. Nutzen messen: Nullmessung vor dem Start, Vergleich nach einigen Wochen.
6. Ausrollen: erst nach belegtem Nutzen weitere Linien und Funktionen ergänzen.

Rechenbeispiel: Nutzen einer MES-Datenerfassung abschätzen

Angenommen, eine Linie hat eine Planbelegungszeit von 480 Minuten pro Schicht und eine ideale Taktzeit von 0,5 Minuten. Die manuelle Erfassung weist 40 Minuten Stillstand aus. Nach Einführung einer automatischen Erfassung zeigt sich, dass zusätzlich 20 Minuten Kurzstillstände pro Schicht anfallen, die nie notiert wurden.

• Laufzeit: 480 minus 60 Minuten Stillstand = 420 Minuten, Verfügbarkeit 420 / 480 = 0,875.
• Leistung: 756 von 840 möglichen Teilen, also 756 / 840 = 0,90.
• Qualität: 718 Gutteile von 756, also 718 / 756 = 0,95.
• OEE: 0,875 × 0,90 × 0,95 = 0,75.

Werden die neu sichtbaren Kurzstillstände durch Abstellmaßnahmen halbiert, gewinnt die Linie 10 Minuten Laufzeit pro Schicht. Bei gleicher Leistung und Qualität sind das rund 17 zusätzliche Gutteile pro Schicht, im Dreischichtbetrieb an fünf Tagen etwa 255 Teile pro Woche, ohne zusätzliche Maschine. Diese Rechnung in Minuten und Teilen ist die belastbarste Grundlage für die Investitionsentscheidung, weil sie sich nach dem Pilot direkt überprüfen lässt.

Methoden zur systematischen Auswertung der Stillstände beschreibt der Beitrag zur Stillstandsanalyse an Maschinen. Die Referenz für Weltklasse bleibt die von Seiichi Nakajima im Rahmen der TPM bekannt gemachte OEE von 0,85, aus Verfügbarkeit 0,90, Leistung 0,95 und Qualität 0,999.

Typische Fehler und Checkliste vor der Entscheidung

Häufige Fehler bei MES-Projekten:

• Funktionsumfang vor Nutzen: ein großes Lastenheft ohne klaren ersten Anwendungsfall verlängert die Einführung um Monate.
• Bediener nicht eingebunden: wenn Ursachen für Stillstände nicht an der Linie zugeordnet werden, bleibt die Analyse leer.
• Keine Nullmessung: ohne Ausgangswert lässt sich der Erfolg des Projekts nicht belegen.
• Uneinheitliche Definitionen: unterschiedliche Behandlung von Pausen und Wartung macht Linienvergleiche wertlos.
• Daten ohne Routine: Kennzahlen, die niemand in der Schichtbesprechung nutzt, verbessern nichts.

Checkliste vor der Entscheidung:

• wichtigster Verlust und Zielkennzahl schriftlich festgelegt;
• Pilotlinie und verantwortliche Person benannt;
• Liste der anzubindenden Maschinen mit Steuerungstyp;
• einheitliche Stillstandsgründe für alle Schichten;
• Schnittstellenbedarf zum ERP geklärt;
• Nullmessung der OEE vor dem Start;
• Routine für die tägliche Schichtbesprechung mit den neuen Daten.

TEEPTRAK misst OEE, Stillstände und Qualität in mehr als 700 Fabriken in mehr als 30 Ländern. Der Einstieg erfolgt über einen begleiteten Pilot von 90 Tagen auf einer Linie: Demo anfordern.

Häufige Fragen

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