Competence Book Nr. 2. MES Kompakt. Manufacturing Execution Systems im Zeitalter von Industrie 4.0

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1 Competence Book Nr. 2 MES Kompakt Manufacturing Execution Systems im Zeitalter von Industrie 4.0

2 INHALT Einleitung Grundlagen Anwendungen & Lösungsbausteine 4 Unser Kompetenz-Netzwerk Partner des Competence Books 5 Editorial Karsten Sontow Manufacturing Execution Systems. Ein Brückenschlag zur Vision der Industrie Grußwort Andreas Kirsch MES gefragter denn je! 7 Grußwort Jürgen Kletti Industrie 4.0 nicht ohne MES! 8 Grußwort Georg Peters MES im Spannungsfeld 9 Grußwort Burkhard Röhrig Der VDMA für MES, Industrie 4.0 und die kooperative Ökonomie 10 Status-Quo MES in der Praxis Vom Trend über die Notwendigkeit zum Hoffnungsträger für Industrie 4.0 & Co 14 Zahlen kompakt Infografik MES 16 Statements Statements zu MES 20 Zukunftsschau MES MES Innovationen im Zeitalter von Industrie 4.0 & Co. 28 MES vorab eingeordnet MES als Teil einer integrier ten IT und PPS 32 Auswahl und Einführung MES I Erfahrung aus der Praxis 37 Auswahl und Einführung MES II Die Mitarbeiter im Fokus als Garant für MES-Erfolge 40 Auswahl und Einführung MES III BDE, MDE, PEP,... Der sanfte Einstieg 42 MES-Integration I Vorteile einer ERP- / MES- Integration 44 MES-Integration II Integration von ERP, MES und PLM führt zum Erfolg 45 MES-Integration III Die Zukunft von SAP ME: Vollintegration in das ERP 48 MES-Integration IV Cloud-Lösungen für KMU 51 MES-Integration V Vom MES zum Enterprise MES (EMES) 56 MES für Kennzahlen - KPI MES-Kennzahlen /-KPI als essentieller Bestandteil für das Controlling 59 MES für die Produktionseffizienz Effizienter produzieren mit integrierten MES-Lösungen 61 MES für die perfekte Produktion Die Bausteine einer perfekten Produktion 63 MES für Ressourcenbedarfsprognose Simulative Ressourcenbedarfsprognose auf Basis von Absatzplänen 66 MES für Tacking & Tracing Beispiel Verpackungsindustrie MES schafft Transparenz 71 MES für Energiemanagement I MES meets Energie 74 MES für Energiemanagement II Innovative Lösungen für nachhaltige Energiesysteme 76 MES für die Elektroindustrie MES-Einsatz in der Elektronikproduktion MES und Mobilität Manufacturing Execution Systems to go MES und Standards/Schnittstellen Maschinen einfach an MES anbinden: Universal Maschine Connectivity for MES... 2

3 INHALT Case Studies & Produktinformationen Branchenübersicht Impressum 84 Präzisionsteile (Adam Ruppel / ISGUS) Von der Kugelschreibermine zum Kolben für die Formel 1 87 CNC-Fertigung (CPT Präzisionstechnik / ccc software) Mobile Videoanalyse zur Reduzierung der Rüstzeiten 88 Maschinenbau (GEA Refrigeration / PSIPENTA) Mit mobiler Datenerfassung den Überblick behalten 90 Motorenbau (Cummins / Apriso) Cummins bringt seine Produktion weltweit auf Touren mit Apriso FlexNet 92 Pharma/Healthcare (Gerresheimer Regensburg / MPDV) Schneller, besser, wirtchaftlicher durch MES - MPDV unterstützt Gerresheimer Regensburg GmbH 94 Produktion (itac Software AG) MES für Supply-Chain-übergreifende Traceability in der Produktion 96 Metallverpackungsindustrie (Blechwarenfabrik Limburg / IBS AG) Aus Tradition innovativ -- Diverse Branchen Weitere Case Studies und Produktinformationen unserer Partner 102 Informationsquellen 106 Unternehmen 114 Experten 126 Veranstaltungen 127 Glossar Verantwortlich für das Competence Book i.s. des TDG: Geschäftsadresse: NetSkill AG Salierring Köln Tel.: 0221 / Vorstand: Dr. Winfried Felser Aufsichtsratsvorsitzender: Michael Felser Amtsgericht Köln HRB Umsatzsteuer-Identifikationsnummer: DE Projektleitung: Max Herzogenrath Layout & Design: Martina Mittermüller Quellenangabe Bilder Inhaltsverzeichnis: istock: AmbientIdeas; Coldimages; Elenathewise Copyright 2013 NetSkill AG - alle Rechte vorbehalten. 3

4 PARTNER - SPONSOREN DES COMPETENCE BOOKS Partner des Competence Books MES 4

5 EDITORIAL Manufacturing Execution Systems Ein Brückenschlag zur Vision der Industrie 4.0? Unter dem Schlagwort Industrie 4.0 beschäftigt derzeit das Phänomen der zunehmenden Digitalisierung von Produktion und Logistik Medien, Politik und - letztlich am wichtigsten - verstärkt auch die Unternehmen: Nach Dampfmaschine, Massenproduktion und Automatisierung wird mit dieser 4. Industriellen Revolution die Fusion von Produktion und IT-Welt umschrieben. In der Praxis bedeutet dies die weitgehend IT-gestützte Umsetzung von hoch flexiblen und agilen Konzepten wie der Zustandsabhängigen Instandhaltung oder des Elektronischen Kanban. Letztlich geht es darum IT-Trends wie Business Intelligence und Big Data auf Kernbereiche der Industrie anzuwenden. Im Interesse der Prozess-Effizienz und -Qualität sind diese Konzepte gleichwohl einzubetten in eine durchgängige Software-Infrastruktur, die sich von der Fertigung über die Unternehmensplanung und -steuerung bis hin zu Lieferanten und Kunden erstreckt. Mit der Umsetzung eines derart anspruchsvollen Gesamtkonzeptes sind in der Praxis jedoch große Herausforderungen verbunden. Diese reichen von der Formulierung von Normen und Standards für Prozesse und Schnittstellen über die Etablierung von Prozessen für das Datenmanagement und von Standards für die IT-Sicherheit bis hin zur Qualifizierung von Mitarbeitern. Daher sind sich die Experten einig: Die Industrie 4.0 kommt zunächst einmal eher evolutionär daher. Es wird wohl mindestens noch 15 Jahre dauern, bis zentrale Herausforderungen von Industrie 4.0 weitgehend bewältigt sind. So lange wollen viele Unternehmen allerdings nicht warten. Angesichts der Potenziale - bei Industrie 4.0 stehen Effizienzgewinne jenseits von 30% im Raum - machen sich bereits viele Unternehmen auf den Weg: Sie investieren bereits heute in MES- und MDE-Lösungen, um deutlich schneller auf die Gegebenheiten in der Produktion reagieren zu können. Gerade MES-Lösungen bringen Unternehmen auf dem Weg in Richtung Industrie 4.0 bereits ein gutes Stück voran. Verbinden sie doch oftmals innovative Planungs- und Steuerungsansätze wie das Constraint Based Planning mit der Echtzeitverarbeitung von Maschinen- und Betriebsdaten und dienen gleichzeitig als Bindeglied zwischen der Prozesssteuerungsebene und der Ebene des Enterprise Resource Planning (ERP). Insofern sind MES-Systeme sicherlich am ehesten geeignet, eine Brücke zwischen der heutzutage etablierten Planungs- und Steuerungspraxis einerseits und den weitreichenden Visionen von Industrie 4.0 andererseits zu schlagen. Mit freundlichen Grüßen Ihr Karsten Sontow, Vorstand der Trovarit AG Zum Autor Karsten Sontow: Dr. Karsten Sontow, Jahrgang 1967, ist Gründer und Vorstand der Trovarit AG, Aachen, einem Spezialisten für die Evaluation von Business Software (z.b. ERP, CRM, ECM, BI). Dort verantwortet er die Bereiche Marketing, Account Management, Research und Finanzen. Dr. Sontow studierte Maschinenbau und Betriebswirtschaft an der RWTH Aachen und am Massachussetts Institute of Technology in Cambridge, USA. Seinen Doktortitel im Maschinenbau erwarb er an der RWTH Aachen. Neben seiner Tätigkeit bei der Trovarit AG ist Dr. Karsten Sontow als Lehrbeauftragter an (Fach-)Hochschulen und Universitäten regelmäßig in der Lehre aktiv, darunter an der RWTH Aachen, der Hochschule Albstadt-Sigmaringen und der Hochschule Bonn- Rhein-Sieg. 5

6 GRUSSWORTE MES gefragter denn je! Sehr geehrte Leser, Manufacturing Execution Systeme sind gefragter denn je. Sieht man einmal von der Tatsache ab, dass sie als zentrale Informationsdrehscheibe über alle Qualitäts- und Produktionsdaten unersetzlich geworden sind, referenziert ein Großteil der aktuellen Markttrends auf MES. Beispielsweise wird auch beim Thema Energiemanagement die direkte Energieverbrauchsmessung an Produktionsanlagen in Bezug zu den hergestellten Produkten dem MES zuteil. Hier wird unter anderem gefordert, dass energieintensiv produzierende Unternehmen ihre Energieintensität anhand konkreter Kennzahlen ausweisen und gezielt absenken. Ein weiterer Aspekt ist die Veränderung der Arbeitswelt im Produktionsbereich: Mobile Endgeräte wie Smartphones und Tablet-PCs werden künftig dazu beitragen, Informationen an jedem Ort und zu jeder Zeit abrufen zu können. Damit werden die Informationen zwischen Mensch, Maschine und Prozess noch komfortabler und schneller als bislang fließen. Ein ebenfalls heiß diskutierter Agendapunkt ist die Industrie 4.0-Revolution. Durch die vollständige Verschmelzung industrieller Technologien und Software-Systeme soll die autonome, sich selbstorganisierende Fabrik entstehen, in welcher alle Akteure in einem intelligenten Netzwerkverbund agieren und interaktiv kommunizieren. Was nach einem Märchen klingt, ist gar nicht so realitätsfern. Schließlich beschäftigen sich viele Unternehmen mit prozessorientierten Konzepten, um die Kommunikations- und Produktionsintelligenz entlang der Wertschöpfung zu verschmelzen. Doch damit diese Ideen im Produktionsalltag auch funktionieren, sind auch hier Manufacturing Execution Systeme unerlässlich. Denn sie sind es, die das Fundament für die komplett Software-basierte Interaktion zwischen Mensch, Produkt, Maschine und Prozesse legen. All diese Aufgaben werden von unserem GU- ARDUS MES aktiv unterstützt und wir freuen uns schon jetzt, diese spannenden Herausforderungen gemeinsam mit unseren Kunden zu lösen. Ihr Andreas Kirsch, Vorstand der GUARDUS Solutions AG Zum Autor Andreas Kirsch: Andreas Kirsch ist seit Mitte 2006 Vorstandsmitglied der GUARDUS Solutions AG. Zu seinen Verantwortungsbereichen gehören die Softwareentwicklung und Finance/ Controlling.Als Mitgesellschafter und Geschäftsführer der TS Technische Software GmbH war er seit 1987 für die Produktentwicklung der CIM Komponenten im Bereich CAQ und BDE/MDE verantwortlich. Bereits Mitte der neunziger Jahre wurde auf Basis der praktischen Erfahrungen aus beiden CIM Komponenten das GUAR- DUS MES System entwickelt welches im Kundenumfeld unter dem Begriff Factory Workflow mit dem Anspruch der papierlosen Fertigung seit 1997 eingesetzt wird. Das GUARDUS MES System gehört zu den Pionieren der integrierten Datenerfassung über eine Oberfläche für BDE/ MDE und CAQ Daten sowie die Datenhaltung in einem Datenmodell. Die mittlerweile 20 jährige Erfahrung mit dem Einsatz von DV Systemen zur online Unterstützung aller anfallenden Daten im Shopfloorbereich fließt heute in die Weiterentwicklung des GARDUS MES Systems ein. 6

7 GRUSSWORTE Industrie 4.0 nicht ohne MES! Sehr geehrte Leser, was einst mit einer Wolke aus Begriffen wie BDE, Maschinendatenerfassung, CAQ, Personalzeit, Prozessdatenverarbeitung und Produktionsplanung umschrieben wurde, kennen wir heute als Manufacturing Execution System (MES). Die VDI-Richtlinie 5600 beschreibt Aufgaben und Organisation eines solchen Systems, das in einem modernen Produktionsunternehmen heute nicht mehr fehlen darf. Der Wunsch vieler Geschäftsführer, alles in einem System, dem ERP-System abzubilden, scheitert meist an der technologischen Distanz zwischen strategischer Unternehmensplanung und komplexen Produktionsanlagen, für die Millisekunden entscheidend sind. Ein MES-System überbrückt diese Lücke. Seit einiger Zeit steht der MES-Gedanke vor einer neuen Herausforderung: Industrie 4.0. Wir sind davon überzeugt, dass Industrie 4.0 nicht ohne MES-Systeme auskommen wird, aber wie das MES-System der Zukunft nun wirklich aussieht, werden wir wohl erst dann erfahren, wenn es soweit ist. Wenn wir uns hierbei auf die Herausforderungen in einer modernen Produktion konzentrieren, dann wird auch Industrie 4.0 zum Erfolg werden. Der globale Wettbewerb zwingt auch deutsche Fertigungsunternehmen dazu, flexibler zu werden, die Kundenwünsche noch effizienter zu erfüllen und dabei trotzdem die Wirtschaftlichkeit nicht aus dem Auge zu verlieren. MES-Systeme unterstützen dabei in den drei nach VDI 5600 wichtigen Hauptaufgabenfeldern Fertigung, Personal und Qualität. Die stetige Weiterentwicklung praxiserprobter MES-Lösungen sichert den Produktionsstandort Deutschland. Daran hängen nicht nur zahlreiche Arbeitsplätze, sondern auch ein Qualitätsversprechen, nämlich Made in Germany. Um auch weiterhin stolz auf unsere Erfahrungen und unsere Kompetenz am HighTech-Standort Deutschland sein zu können, müssen wir alles daran setzen, mit Effizienz und Transparenz im globalen Wettbewerb zu bestehen. MES-Lösungen sind ein wichtiges Werkzeug dafür. Ihr Jürgen Kletti, Geschäftsführender Gesellschafter der MPDV Mikrolab GmbH Zum Autor Jürgen Kletti: Prof. Dr.-Ing Jürgen Kletti, Jahrgang 1948, ist Gesellschafter und Geschäftsführer der MPDV Mikrolab GmbH, die er 1977 nach seinem Elektrotechnik-Studium mit dem Spezialfach Technische Datenverarbeitung und der Promotion an der Universität Karlsruhe gründete. Bis heute hält Prof. Kletti Vorlesungen zur Unternehmensführung und ist Mitglied in verschiedenen Fachgremien. Als Vorsitzender des VDI-Arbeitskreises MES ist er maßgeblich an der Gestaltung der VDI-Richtlinie 5600 beteiligt und im Jahr 2005 gründete er den MES-D.A.CH Verband, dem er heute noch vorsteht. Zudem ist Prof. Kletti Autor zahlreicher Fachbücher und Fachpublikationen in der Produktions- und IT-Fachpresse. Mit mehr als 35 Jahren Erfahrung im Fertigungsumfeld zählt die MPDV Mikrolab GmbH nicht nur zu den führenden Lösungsanbietern von Manufacturing Execution Systemen (MES) sondern gilt auch als Vorreiter bei der Verbreitung des MES-Gedankens und engagiert sich in diesem Sinne in Fachverbänden wie z.b. VDI, VDMA, MESA und MES-D.A.CH. Darüber hinaus wurde MPDV als TOP100-Unternehmen ausgezeichnet und zählt somit zu den innovativsten Mittelständlern Deutschlands. 7

8 GRUSSWORTE MES im Spannungsfeld Liebe MES-Anwender in der Produktion, die Realisierung von MES-Projekten findet stets in einem Spannungsfeld statt. Einerseits sollen Abläufe und IT-Plattformen weitgehend standardisiert und damit kostengünstig sein. Anderseits soll ein Manufacturing Execution System alle Produktionsprozesse mit ihren spezifischen Eigenschaften unterstützen, um so einen wirklichen Mehrwert für Mitarbeiter und Führungskräfte zu erbringen. Die Übernahme zahlreicher Betriebs- und Maschinendaten aus den verschiedensten Fertigungs- und Prüfeinrichtungen gehört ebenso dazu wie die minutenaktuelle Synchronisation des Status aller Aufträge und Produktionsanlagen mit dem ERP. Nur so lässt sich eine kurzfristige Um- und Neuplanung aller Arbeitsvorgänge über die gesamte Produktionskette mit Hilfe von Feinplanungs- und Leitstandsfunktionen zuverlässig realisieren. Auswertungen und Analysen unterstützen eine kontinuierliche und kosteneffiziente Verbesserung der Produktionsprozesse auf Basis der Daten in einem zentralen MES. Im Produktionsumfeld sind dabei aus Anwendersicht harte Anforderungen zu erfüllen: Antwortzeiten von wenigen Sekunden auch bei extrem großen Datenmengen, laufende Aktualisierung im Produktionstakt und prozessspezifische Darstellungen. Auch müssen neue Fragestellungen und geänderte Produktionsprozesse innerhalb kürzester Zeit implementierbar sein. In diesem Zusammenhang gewinnen die Stichworte Manufacturing Intelligence und Live-Daten-Analyse zunehmend an Bedeutung. Für den langfristigen reibungslosen Betrieb eines solchen integrierten MES ist - neben der Stabilität von Software und Hardware - der sichere Umgang der Mitarbeiter mit dem System entscheidend. Hier sind eine detaillierte Einführungsplanung, effiziente Schulung der Mitarbeiter, Mehrsprachigkeit und ein 7x24h-Support mit kurzen Reaktionszeiten kritische Erfolgsfaktoren. Mehr zu diesen Trends und wichtige Anwendertipps zum Thema Manufacturing Execution Systems bietet Ihnen dieses Competence Book. Ich wünsche Ihnen viel Freude bei der Lektüre. Zum Autor Georg Peters: Georg Peters leitet den Geschäftsbereich SAP Manufacturing Execution bei SALT Solutions und verantwortet die Entwicklung von MES-Architekturen für unterschiedliche Branchen sowie deren maßgeschneiderte Implementierung. Als Spezialist für IT-Lösungen in der Produktion hat der diplomierte Wirtschaftsingenieur Projekte für zahlreiche Unternehmen erfolgreich umgesetzt, seit 2004 für die Kunden von SALT Solutions. Ihr Georg Peters, Geschäftsbereichsleiter der SALT Solutions GmbH 8

9 GRUSSWORTE Der VDMA für MES, Industrie 4.0 und die kooperative Ökonomie Liebe Leserinnen und Leser des Competence Books, es freut mich sehr, dass die Competence Site die Serie der Produktions-Titel mit MES beginnt und mit Industrie 4.0 fortsetzen wird. Auch beim VDMA genießen sie eine entsprechende Aufmerksamkeit. Schon viele Jahre begleitet der VDMA Arbeitskreis MES die Standardisierung von Kennzahlen, die Zukunftsinitiative Industrie 4.0 wird gemeinschaftlich von VDMA, BITKOM und ZVEI getragen. Industrie 4.0 wird dafür sorgen, dass Made in Germany seinen führenden Anspruch bewahren kann und als Produktionsstandort und als Exporteur von Produktionstechnologie weiterhin an der Spitze bleibt. MES wiederum kann 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. Deswegen ist es für mich, als Vorstandsvorsitzender des VDMA Fachverbands Software, eine wichtige Aufgabe, diese Themen mit zu begleiten. Dabei werden wir natürlich auch die angehenden Themen auf ihrem Zukunftsweg unterstützen. Hier ist z.b. die ERP-2020-Initiative zu erwähnen. Ein integratives ERP wird auch im kaufmännischen Bereich die Vernetzung sicherstellen, die MES für die Produktion gewährleistet. Auch hier die Anbieter und Anwender zu vernetzen und im Dialog Anforderungen und Lösungen abzustimmen, vereinfacht die notwendigen Innovationen. Es zeichnet sich ein Gesamtszenario einer kooperativen Ökonomie ab. Hieran teilhaben zu können, sollte für uns alle Motivation sein, mit an einer Zukunft zu wirken. Ihr Burkhard Röhrig Vorstandsvorsitzender des VDMA Fachverbandes Software Zum Autor Burkhard Röhrig: Zu Beginn des Jahres 1988 gründete Burkhard Röhrig die GFOS mbh, die er bis heute als geschäftsführender Mehrheitsgesellschafter leitet. Die GFOS beschäftigt sich mit der Erstellung und Vermarktung von Software für die MES und Workforce Management. Sie gehört zu den Pionieren der Anwendungsentwicklung und -integration mehrdimensionaler Ressourcen-Management Systeme in unterschiedlichsten Branchen. Mit inzwischen mehr als Installationen in Europa und 150 Mitarbeitern an den Standorten Essen, Stuttgart, Hamburg und München zählt GFOS heute zu den führenden Anbietern in diesem Markt. Seit ihrer Gründung wächst die GFOS kontinuierlich 2-stellig. Seit 2013 ist Burkhard Röhrig zudem Vorstandsvorsitzender des VDMA Fachverbandes Software. 9

10 EINLEITUNG - INTERVIEW ZU MES IN DER PRAXIS MES in der Praxis: Vom Trend über die Notwendigkeit zum neuen Hoffnungsträger für Industrie 4.0 & Co? AUTOR: Thomas Wochinger (Fraunhofer IPA) Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) um das Team von Thomas Wochinger führt regelmäßig Studien zum Thema MES durch. So kann Thomas Wochinger wie wenige andere die Historie, den Status-Quo und die Zukunft von MES-Systemen bewerten. MES-Etablierung - vom Trend zur breiten Notwendigkeit? 2006 haben Sie in Ihrer Studie noch untersucht, ob MES ein bloßes Modewort ist, 2011 sprechen Sie schon von MES als Notwendigkeit. Wie weit war die Etablierung 2011 schon abgeschlossen? Wieviel Prozent der Unternehmen setzen schon auf MES, wie groß wird die Abdeckung Ihrer Meinung nach in naher Zukunft sein? Während 2006 MES wirklich noch als Modewort gehandelt wurde (deshalb auch der Titel der damaligen Studie), haben sich MES-Systeme heute als fester Bestandteil des Software-Marktes etabliert. Die letzte Studie hat gezeigt, dass 80% der Teilnehmer sich bereits mit dem Thema MES auseinander gesetzt haben. 34% der befragten Unternehmen setzen bereits ein MES ein in welchem Funtkionsumfang auch immer - und weitere 26% gehen von einem mittelfristigen Einsatz aus. Nur noch 27% der Befragten rechneten bis auf weiteres nicht mit einem Einsatz (2006 waren dies noch 50%). Insofern ist MES definitiv in der betrieblichen Praxis angekommen und die Verbreitung wird voraussichtlich in den kommenden Jahren weiter zunehmen. Grund für diese Annahme sind einerseits steigende Herausforderungen für Unternehmen wie eine immer bessere Logistikleitung (Zeit, Qualität, Kosten), die Notwendigkeit schneller Auskunftsfähigkeit und Transparenz sowie die zunehmenden Anforderungen bzgl. Rückverfolgbarkeit. Andererseits ist sicherlich die Weiterentwicklung der Funktionalitäten zu nennen, die immer bessere Einsatzmöglichkeiten erlauben. Trotz aller mittlerweile vorhandenen Informationen zum Thema MES (Studien, Referenzbeispiele, Anbieterübersichten, Richtlinien) herrscht anwenderseitig noch eine gewisse Unsicherheit darüber, welche Ziele und welcher Nutzen mit dem Einsatz eines MES-Systems erreicht werden können und welche Aspekte der Auswahl und Einführung eines MES-Systems die größten Rollen spielen. Anteil der Teilnehmer 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% Beschäftigungsdauer mit MES 21% 21% 14% 11% 32% bisher nicht < ½ ½ bis 1 1 bis 3 > 3 Jahre 10

11 EINLEITUNG - INTERVIEW ZU MES IN DER PRAXIS MES-Effizienz und -Zufriedenheit? Jenseits der reinen Quantität kennzeichnen vor allem die Zufriedenheit der Anwender und die Effizienz der Realisierung den MES-Erfolg. Wie sieht es diesbezüglich qualitativ bei den MES-Systemen aus? Anpassungsprogrammierung Mitarbeiterschulung Aufwandsbewertung bei MES Die Einführung eines neuen Software-Systems ist stets mit Unsicherheiten und Herausforderungen verbunden. Es ist dabei zwischen gut vorhersehbaren und nur schlecht prognostizierbaren Aufwänden zu unterscheiden. Ein deutliches Bild hat man bspw. schon sehr früh von den Lizenzkosten, die anfallen werden. Zu den Bereichen, in denen große Unsicherheiten vorherrschen, zählen die erforderlichen Anpassungsprogrammierungen oder der Aufwand für Mitarbeiterschulungen. Beide für den späteren Erfolg sehr wichtigen Aktivitäten werden oftmals stark unterschätzt. Hardwarekosten Anbieterauswahl Laufende Kosten Lizenzkosten 0% 20% 40% 60% 80% Anteil der Teilnehmer Tatsächlicher Aufwand ist deutlich höher Ungefähr gleich Tatsächlicher Aufwand deutschlich geringer Kann ich nicht beurteilen 100% Wir sprechen hier von mehreren Phasen, die in jedem Projekt zu beobachten sind. Erstens die Vorbereitungsphase, in der Anforderungen definiert, das Konzept für den späteren Systemeinsatz erarbeitet wird und ein passender Anbieter gefunden werden muss. Die sich anschließende Implementierungsphase umfasst unter anderem das Customizing, notwendige Anpassungsprogrammierungen, umfangreiche Tests, Mitarbeiterschulungen und schließlich das Go-live. Nach dem Produktivstart ist zunächst eine Stabilierungsphase zu beobachten, in der erste Erfahrungen mit dem System gemacht werden. Auch hier gilt: aus Fehlern lernt man In der Synthesephase und Synergiephase können dann die ersten Erfolge verzeichnet werden und in einen kontinuierlichen Verbesserungsprozess übergegangen werden. Diese Phasen können je nach Rahmenbedingungen (Anzahl User, Umfang der eingeführten Funktionalitäten, ) und erforderlichen Anpassungen (Schnittstellen, Zusatzfunktionen, ) sehr unterschiedlich lange dauern. Die meisten Anwender sehen trotz der Herausforderungen bei der Einführung einen deutlichen Nutzen in ihrem System. Gut 70% der Befragten sind der Ansicht, dass der mit der Systemeinführung verbundene Nutzen größer ist als die hiermit verbundenen Kosten. Mit gut 85% sieht ein Großteil der Studienteilnehmer das MES als eine Möglichkeit zur Verbesserung ihrer Prozesse. Gut 75% der Befragten sehen ihre Erwartungen an das MES erfüllt. Bezüglich der generellen Zufriedenheit mit ihrem MES gaben ca. ¾ der Befragten an, mit ihrem System zufrieden zu sein. Lediglich 6% der Studienteilnehmer sind mit ihrem System eher unzufrieden. Völlig unzufrieden hingegen war mit dem eingesetzten MES niemand, so dass in der überwiegenden Mehrheit von einem Erfolgsmodell gesprochen werden kann. Zusammenfassend lässt sich auch festhalten, dass das MES als eine geeignete Unterstützung in der Ausführung der Prozesse angesehen wird, dass jedoch noch großes Verbesserungspotential in der Optimierung der Prozesse gesehen wird. MES-Funktionalitäten, MES-Anwendungen MES-Systeme unterstützen eine Vielzahl von Funktionalitäten und Anwendungen. Wo stehen wir hier im MES-Bereich? Was sind bereits erfolgreich etablierte Standard-Funktionalitäten, wo gibt es noch weiße Flecken in der MES-Landschaft? MES-Systeme haben in den letzten Jahren eine rasante Entwicklung genommen. Die Kernidee eines MES - die Bereitstellung einer echtzeitfähigen, integrierten Informationsverarbeitung auf der Prozessebene und der sich hieraus ergebenden Optimierung der Prozesse hat aber dabei ihre Gültigkeit nicht verloren. Es gibt zahlreiche Normungsaktivitäten, die die Funktionen eines MES beschreiben (MESA, VDMA, ZVEI, VDI). Bspw. lassen sich nach VDI 5600 die Funktionen Feinplanung und steuerung, Betriebsmittelmanagement, Materialmanagement, Personalmanagement, Datenerfassung, Leistungsanalyse, Qualitätsmanagement und Informations 11

12 EINLEITUNG - INTERVIEW ZU MES IN DER PRAXIS management unterscheiden. Die genannten Richtlinien beschreiben die Funktionen von MES und deren Nutzen sehr umfassend. Eine detaillierte Übersicht zu Funktionen, die MES-Anbieter derzeit abbilden, liefern der aktuelle MES-Marktspiegel 2013/2014, den das Fraunhofer IPA gemeinsam mit der Trovarit AG alle 2 Jahre herausgibt. Standardfunktionalitäten von MES-System sind die Datenerfassung (Betriebsdatenerfassung und/oder Maschinendatenerfassung) und darauf aufbauend deren strukturierte Zusammenführung und Bereitstellung (bspw. Informationsterminals), Verarbeitung zu Kennzahlen (Leistungsanalyse) und das Erzeugen von Reports. Auch die Funktion der Feinplanung und steuerung gehört bei vielen Anbietern zum Standardprogramm, das sich allerdings stark bzgl. angebotener Funktionen, Planungsphilosophie oder Usabilty unterscheidet. Es haben sich dabei auch zahlreiche branchenspezifische Lösungen herausgebildet, um auf die Bedürfnisse einer Branche gezielt einzugehen. Ein wesentlicher Trend der Zukunft des MES geht in Richtung automatisierte Betriebsdatenerfassung. Hierbei wird die Eingabe von Daten deutlich erleichtert und verbessert, indem beispielsweise manuelle Eingaben durch RFID-Erfassung abgelöst werden. Gepaart mit einer digitalen Informationsbereitstellung (auf bspw. Monitoren oder Tablets) ist das ein wesentlicher Schritt hin zu einer papierlosen Fertigung. Durch ein MES ist dies zwar möglich, in vielen Unternehmen allerdings noch nicht umgesetzt. Eine große technische Herausforderung ist es, neue bzw. veränderte Produktionsanlagen einfacher in das bestehende Produktionssystem zu integrieren. Aufgrund der Vielfalt an unterschiedlichen Schnittstellen entsteht hier oftmals ein großer Aufwand. Unter dem Stichwort mobile MES ist die Bereitstellung von Produktionsdaten auf mobilen Endgeräten oder über Dashboards zu verstehen. Bereitgestellt werden können sowohl in Echtzeit berechnete Produktionskennzahlen, rückmeldungsbasierte Zustandsmeldungen als auch Detailauswertung mit Fehleranalysemöglichkeiten (z.b. Störstatistiken, Fehlersammelkarten etc.) und Alarme bei Störungen. Große Fortschritte machen MES-Anbieter gerade bei der Erfassung und Verarbeitung von Energie- und Ressourcendaten. Die Erfassung, zielgerichtete Auswertung und Zuordnung zu Objekten wie Maschinen, Aufträgen oder Prozessen schafft Transparenz über Energieverbräuche und Verbesserungspotentiale. MES der Zukunft: Hoffnungsträger für eine vernetzte Ökonomie? Gerade im Zusammenhang mit Industrie 4.0 wird MES heute als neuer, vielfältiger Hoffnungsträger angesehen. U.a. für eine vernetztere, kooperativere Ökonomie, ein besseres Energiemanagement oder auch eine neue Nutzererfahrung durch bessere Mensch-Maschinen-Schnittstellen können MES-Systeme wesentlich sein. Und in der Tat gibt es z.b. erste Piloten von sich abstimmenden MES-Systemen in Cloud-Lösungen. Was können wir Ihrer Meinung nach von der MES-Zukunft noch erwarten? MES wird im Kontext der Industrie 4.0 intensiv diskutiert: vom Software-as-a-Service-System (d. h. nicht mehr existenten MES-Gesamtsystem, sondern nur noch bestehenden MES-Services) über den Hoffnungsträger bis hin zum Schüssel MES-Systemen fehlt, um den Kerngedanken der Industrie 4.0 zu erreichen, eine weitere Dezentralisierung und eine höhere Durchgängigkeit in vertikaler und horizontaler Richtung. zur Industrie 4.0. Wichtig ist zu unterscheiden, welche Elemente der Industrie 4.0 konkret adressiert sind und welche Unterstützung ein MES heute schon liefern kann bzw. in Zukunft liefern können muss. In der Industrie 4.0 ist oftmals von einer vertikalen und horizontalen Integration die Rede. D. h. die Informationsflüsse können in horizontaler Richtung (bspw. entlang des Fertigungsflusses oder zwischen Werkstückträger und Maschine) und vertikaler Richtung (vom Shop-Floor über die Planungs- und Steuerungsebene bis hin zur Geschäftsführung) mit weniger Aufwand und bedarfsgerechter sichergestellt werden. Diese Integrationsleistung bilden MES- Systeme heute schon teilweise ab. Allerdings fehlt, um den Kerngedanken der Industrie 4.0 zu erreichen, eine weitere Dezentralisierung und eine höhere Durchgängigkeit in vertikaler und horizontaler Richtung. Eine höhere Durchgängigkeit ist durch eine fortschreitende Standardisierung in der Kommunikation erreichbar. Hier wird sich in Zukunft einiges tun. Hinsichtlich der Dezentralisierung ist anzumerken, dass hier noch Unklarheit herrscht bezüglich des Grades der Dezentralisierung. Wenn bspw. man an die Feinplanung und steuerung denkt, so wird es auch zukünftig erforderlich sein, dass eine zentrale Instanz bei Konflikten zwischen mehreren Aufträgen gemäß definierter Regeln eine Entscheidung (bpsw. in Form einer Priorisierung) trifft. Für diese Aufgabe ist ein MES, das Transparenz über die Produktion herstellt, ein sehr gutes Hilfsmittel. Auf dem Weg zur Industrie 4.0 wird es also mehr mobile Geräte, mehr Konnektivität und Anschlussfähigkeit durch Standardisierung und dadurch noch aktuellere Informationen geben. Themen, die hierfür noch unklar sind und an denen wir gerade arbeiten, sind die benutzerspezfische Informationsbereitstellung auf allen Ebenen und auch intelligente Lösungen, um möglichst effizient Nutzen aus den in Zukunft riesigen entstehenden Datenmengen zu ziehen. 12

13 EINLEITUNG - INTERVIEW ZU MES IN DER PRAXIS Auf dem Weg zur Industrie 4.0 wird es mehr mobile Geräte, mehr Konnektivität und Anschlussfähigkeit durch Standardisierung und dadurch noch aktuellere Informationen geben. - Thomas Wochinger Fraunhofer IPA als Partner für erfolgreiche MES-Lösungen Auf dem Weg in die MES-Zukunft unterstützen Sie Unternehmen vielfältig. Wie können Unternehmen von Ihnen als Erfolgspartner profitieren? Wie können Unternehmen mit Ihnen in Kontakt treten? Wir sind unabhängiger Know-How-Träger, führen Anwender- und Anbieterstudien durch, kümmern uns in Forschungsprojekten um innovative, bisher nicht gelöste Fragestellungen, arbeiten in Gremien zur Normung und Standardisierung mit und stehen vor allem der Industrie als verlässlicher Partner bei der MES-Analyse, -Konzeption, -Anbieterauswahl, -Einführung und Optimierung zur Verfügung. Wir untersützten mit unserer stufenweisen Vorgehensweise damit Unternehmen rund um alle Fragestellungen zum Thema MES: Welche Ziele erreiche ich mit einem MES? Ist ein MES für mich sinnvoll? Welche Funktionen sollte mein MES erfüllen? Was sind dafür die resultierenden Anforderungen (bspw. Betriebsdatenerfassung, Maschinenanbindungen, Schnittstellen zu anderen Systemen, Rückverfolgbarkeit im MES, Feinplanung mit MES)? Wie ist das Arbeiten mit einem MES auszugestalten (IT-Systemlandschaft, Planung und Steuerung, )? Lohnt sich der Einsatz eines MES für mich (bspw. ROI-Analysen)? Welches ist der geeignete MES-Anbieter für mich? Wie kann ich meine Prozesse und Abläufe rund um den MES-Einsatz optimieren? Erfolgsbeispiele sind auf unserer Website zu finden. Sprechen Sie uns an! Zum Autor Dipl.-Wi.-Ing. Thomas Wochinger: Dipl.-Wi.-Ing. Thomas Wochinger ist Gruppenleiter Produktionsplanung und -steuerung in der Abteilung Auftragsmanagement und Wertschöpfungsnetze des Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) Nobelstr. 12 D Stuttgart Tel: +49 (0)

14 INFOGRAFIK Infografik MES 18% Automobilindustrie und -zuliefererindustrie Top 5 Branchen 1 27% Maschinen- und Anlagenbau 14% Elektronik und Elektrotechnik 4% Konsumgüterindustrie 12% Metallverarbeitende Industrie Top 5 Unternehmensgrößen 1 31% 24% 19% 18% 4% Mitarbeiter: 1000 und mehr weniger als 50 14

15 INFOGRAFIK Top 5 Gründe für MES 2 Top 5 Gründe gegen MES 3 Leistungsbewertung mit Kennzahlen 83% Kein Budget 37% Fehlervermeidung Reduzierung Durchlaufzeit 43% 37% Zusatznutzen unklar Umsetzungsaufwand scheint zu hoch 37% 32% Erhöhung Planungssicherheit Verbesserung Termintreue 37% 31% Produkt erfordert es nicht Datenqualität 26% 26% 5% Ja, weniger als 18 Monaten MES im Einsatz 1 29% Ja, seit mehr als 18 Monaten 27% Nein, nicht geplant 4% Keine Angabe 26% Nein, aber in absehbarer Zeit geplant 9% Nicht bekannt MES Einführung 4 28% Nein 32% Ja 24% Voraussichtlich 16% Noch nicht entschieden Quellen: (1) Manufacturing Execution Systeme Vom Trend zur Notwendigkeit? - Management Summary des Fraunhofer IPA & der Trovarit AG (2) MES Systeme und deren Anwendung in der Produktion: Einführungsstrategien und Analyse der Problemstellung - Studie der Uni Siegen (3) Problemanalyse MES-Implementierung Artikel von Markus Weskamp und Thomas Wochinger in der Computer Automation (4) Felten-Studie: Prozessindustrie setzt auf MES-Lösungen - Studie der Felten Group 15

16 STATEMENTS Statements zu MES Die stetige Weiterentwicklung praxiserprobter MES-Lösungen sichert den Produktionsstandort Deutschland. Daran hängen nicht nur zahlreiche Arbeitsplätze, sondern auch ein Qualitätsversprechen, nämlich Made in Germany. Manufacturing Execution Systems sind gefragter denn je. Ein Großteil der aktuellen Markttrends referenziert auf MES. Heute fehlt es meiner Ansicht nach für eine Top-Management Attention oftmals an einer plakativen Nutzen-Darstellung, insbesondere bezüglich Kosten und ROI. Bedeutung MES Wenn ich die heutigen MES mit denen vergleiche, die wir noch vor 10 Jahren implementiert haben, so sind die MES Systeme ausgereift. Gerade im Bereich Kennzahlen wurde mit der VDMA ein großer Schritt nach vorne gemacht. Status Quo Es gibt also noch viele weiße Flecken auf der MES-Landkarte. Aus heutiger Sicht sind hier keine unbesetzten Felder mehr zu entdecken, aber wer kann heute schon sagen, was in den nächsten Jahrzehnten durch technische Innovation möglich wird. Im potentiellen MES-Markt wird noch viel mit Papier sowie mit kleinen Eigenlösungen, basierend auf Excel oder lokalen Datenbankanwendungen wie Access, abgewickelt. 16

17 STATEMENTS Flexibilität ist das zentrale Thema - sowohl von Industrie 4.0 als auch von MES. Steigerung der Kosteneffizienz, Flexibilisierung und immer heterogenere Kundenanforderungen sind wesentliche Gründe für den Einsatz von MES-Lösungen Trends Zukünftig ist für den Erfolg von MES-Konzepten also entscheidend, ob dezentrale Intelligenzen aus der Architektur heraus aktiv unterstützt werden. Ein weiterer Trend geht in Richtung mobile MES-Funktionen wie MES-Apps. Insofern sind MES-Systeme am ehesten geeignet, eine Brücke zwischen der heutzutage etablierten Praxis einerseits und den weitreichenden Visionen von Industrie 4.0 andererseits zu schlagen. Wir sind davon überzeugt, dass Industrie 4.0 nicht ohne MES-Systeme auskommen wird, aber wie das MES-System der Zukunft nun wirklich aussieht, werden wir wohl erst dann erfahren, wenn es soweit ist. Zukunft MES und Industrie 4.0 Unternehmen, welche noch kein MES einsetzen, werden sicherlich den weiteren Weg in Richtung Industrie 4.0 gehen müssen als jene, die bereits ein MES nutzen. Es wird wohl mindestens noch 15 Jahre dauern, bis zentrale Herausforderungen von Industrie 4.0 weitgehend bewältigt sind. 17

18 GRUNDLAGEN

19 INHALT Einleitung Grundlagen Anwendungen & Lösungsbausteine 4 Unser Kompetenz-Netzwerk Partner des Competence Books 5 Editorial Karsten Sontow Manufacturing Execution Systems. Ein Brückenschlag zur Vision der Industrie Grußwort Andreas Kirsch MES gefragter denn je! 7 Grußwort Jürgen Kletti Industrie 4.0 nicht ohne MES! 8 Grußwort Georg Peters MES im Spannungsfeld 9 Grußwort Burkhard Röhrig Der VDMA für MES, Industrie 4.0 und die kooperative Ökonomie 10 Status-Quo MES in der Praxis Vom Trend über die Notwendigkeit zum Hoffnungsträger für Industrie 4.0 & Co 14 Zahlen kompakt Infografik MES 16 Statements Statements zu MES 20 Zukunftsschau MES MES Innovationen im Zeitalter von Industrie 4.0 & Co. 28 MES vorab eingeordnet MES als Teil einer integrier ten IT und PPS 32 Auswahl und Einführung MES I Erfahrung aus der Praxis 37 Auswahl und Einführung MES II Die Mitarbeiter im Fokus als Garant für MES-Erfolge 40 Auswahl und Einführung MES III BDE, MDE, PEP,... Der sanfte Einstieg 42 MES-Integration I Vorteile einer ERP- / MES- Integration 44 MES-Integration II Integration von ERP, MES und PLM führt zum Erfolg 45 MES-Integration III Die Zukunft von SAP ME: Vollintegration in das ERP 48 MES-Integration IV Cloud-Lösungen für KMU 51 MES-Integration V Vom MES zum Enterprise MES (EMES) 56 MES für Kennzahlen - KPI MES-Kennzahlen /-KPI als essentieller Bestandteil für das Controlling 59 MES für die Produktionseffizienz Effizienter produzieren mit integrierten MES-Lösungen 61 MES für die perfekte Produktion Die Bausteine einer perfekten Produktion 63 MES für Ressourcenbedarfsprognose Simulative Ressourcenbedarfsprognose auf Basis von Absatzplänen 66 MES für Tacking & Tracing Beispiel Verpackungsindustrie MES schafft Transparenz 71 MES für Energiemanagement I MES meets Energie 74 MES für Energiemanagement II Innovative Lösungen für nachhaltige Energiesysteme 76 MES für die Elektroindustrie MES-Einsatz in der Elektronikproduktion MES und Mobilität Manufacturing Execution Systems to go MES und Standards/Schnittstellen Maschinen einfach an MES anbinden: Universal Maschine Connectivity for MES... 19

20 GRUNDLAGEN - VIRTUAL ROUNDTABLE Delphi-Roundtable MES 2020 Innovationen im Zeitalter von Industrie 4.0 & Co Auszug aus dem Roundtable mit Experten von MPDV Mikrolab GmbH, SALT Solutions GmbH, GUARDUS Solutions GmbH, GFOS mbh, ccc software gmbh, becos Gmbh, ISGUS GmbH, PSIPENTA Software Systems GmbH, autinity systems GmbH, Trebing & Himstedt Prozessautomation GmbH & Co. KG, Industrie Informatik Gruppe Die Produktion ist im Wandel. Egal wie man zu Begriffen wie Industrie 4.0 steht, eines ist klar: Die Innovationstreiber wie Technologie als Enabler oder der höhere Druck in Richtung Flexibilität, Kundenindividualisierung und (Energie-) Effizienz, sorgen dafür, dass auch in Zukunft alle realisierbaren Potenziale gehoben werden müssen, um im Wettbewerb zu überzeugen. Hiervon können MES-Systeme und MES-Anbieter in besonderen Maße profitieren - das wäre sicherlich im Sinne der Branche. MES Historie und Status quo Wo stehen wir heute bei MES-Systemen? Wo ist MES schon erfolgreich etabliert und wo sind immer noch die weißen Flecken? Wie hat sich MES dabei rückblickend bis zum heutigen Status quo entwickelt? Sind wir also schon bei selbstabstimmenden Produktionsprozessen doch noch BDE oder mangelt es oft noch an Grundsätzlichem wie einheitlichen Kennzahlen? Sven Bergmann Schaut man in klein- und mittelständische Betriebe stellt man fest, dass hier noch sehr viel mit Papier sowie mit Eigenlösungen, basierend auf Excel oder lokalen Datenbankanwendungen, abgewickelt wird. Die Durchgängigkeit, von der wir Anbieter gerne sprechen, ist oftmals nicht gegeben. Hier setzen wir mit ccc an. Ein Manufacturing Execution System darf heute in keiner modernen Fertigung mehr fehlen. Und auch in Zukunft werden MES-Lösungen eine zentrale Rolle als Datendrehscheibe einnehmen. Wenn man den MES-Markt betrachtet, dann ist die Umsetzung der Aufgaben nach VDI 5600 noch nicht bei allen Lösungen umfassend abgeschlossen. Noch immer gibt es Insellösungen. Hier sollten wir ansetzen. Wir beginnen daher immer erst einmal damit, die vorhandenen Konzepte umzusetzen und empfehlen unseren Kunden einen Schritt nach dem anderen zu machen. Ein interessanter Ansatzpunkt ist so unsere Erfahrung der Bereich der Energiemanagementlösungen. Sie unterstützen die Unternehmen aktiv und helfen ihnen, einen großen Schritt nach vorne zu gehen. Ein MES darf heute in keiner modernen Fertigung mehr fehlen. - Sven Bergmann Günther Bitsch Der Veränderungsdruck und die Anpassung an turbulente Umfeldsituationen erfordert von produzierenden Unternehmen, insbesondere in Hochlohnländern, eine angemessene Reaktion um die Wettbewerbsfähigkeit und damit auch die Überlebensfähigkeit sicherzustellen. MES-Systeme sind von ihrem Anspruch her sehr gut geeignet, hier wesentliche Leistungspotenziale bereitzustellen. Erfolgreiche Lösungen sind aber nicht ausschließlich durch singuläre Systeme bzw. Systemkonzeptionen, sondern durch ineinandergreifende und aufeinander abgestimmte Prozess-, Systemund Organisationskonzeptionen gekennzeichnet. Wirft man einen kurzen Blick auf die bisherige Entwicklung, so haben sich MES-Systeme mittlerweile mit einem eigenständigen Funktionsumfang etabliert. Aufgrund der hohen Integrationsanforderungen an die Systeme und der potentielle Substitutionsgefahr, z.b. durch ERP-Systeme, lag ein wesentlicher Schwerpunkt in der Bereitstellung eigenständiger Funktionalität mit der entsprechenden Leistungs breite und möglichst wenigen Systembrüchen. Diese Abgrenzungsbemühungen haben auf der anderen Seite jedoch dazu geführt, dass kollaborative Lösungen mit dynamischen Prozess- und Funktionsausgestaltungen noch nicht in der Breite und Intensität verfolgt werden, wie dies erforderlich wäre. So werden MES-Systeme insbesondere bei TOP-Entscheidern häufig auf eine statische Prozess- und Funktionsunterstützung reduziert. Die MES-Branche im Allgemeinen und die Lösungs-Hersteller im Besonderen sind hier gefordert, das Lösungspotenzial bezogen auf die individuelle Unternehmenssituation besser herauszuarbeiten. Sollte dies im höheren Umfang gelingen, so wird dies zu einer weiteren Stärkung führen. 20

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