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MES war gestern – wir zeigen Wege zur intelligenten Produktion von morgen

Michael Müller
24. Nov. 2023

Wir sind Zeugen eines bedeutenden Paradigmenwechsels in der Fertigungs-IT, der die Art und Weise, wie die IT-Systemlandschaften zukünftiger Fabriken entworfen und aufgebaut werden, grundlegend verändern wird. Das Aufkommen von IT-Technologien wie Cloud Computing und Containerisierung führt zu einem grundlegenden Wandel bei der Entwicklung komplexer IT-Systeme: Die Vision von vernetzten, modularen und flexibel skalierbaren Plattform-Ökosystemen wird Realität.

Viele andere Branchen haben gezeigt, dass die Technologie bereits einsatzbereit ist. Nun halten IT-Plattformen Einzug in die Fertigungsindustrie und versprechen, die Zieleigenschaften von Industrie 4.0 zu erfüllen und zu ermöglichen: Die Schaffung hochgradig modularer, offener und vernetzter Wertschöpfungsnetzwerke und damit die Ermöglichung des gewünschten Effizienzsprungs in der Fertigung.

Die IT-Landschaft der Fertigungsbetriebe von heute

Was aber ist die große Veränderung? Um dies zu verstehen, sollten wir zunächst einen Blick auf die aktuelle IT-Systemlandschaft in den heutigen Fabriken werfen.
In den meisten Fabriken ist eine Vielzahl von Systemen im Einsatz. Es ist nicht ungewöhnlich, dass Fabriken mehr als 100 Anwendungen haben, die von der Werks-IT verwaltet werden, und es ist auch nicht ungewöhnlich, dass man 50 zusätzliche Anwendungen findet, die der IT-Abteilung nicht bekannt sind. Dieser Zustand ist vor allem auf die heterogenen und sich ändernden Eigenschaften der Produktionsanlagen sowie auf die Rolle der IT-Abteilung als reiner Betreiber der durch Geschäftsentscheidungen getriebenen Auswahl von Anwendungen zurückzuführen.

Nichtsdestotrotz besteht das Kerndesign moderner IT-Landschaften in der Fertigung aus zwei Hauptfunktionen: Die Auftragsplanung, das Ressourcen- und Bestandsmanagement, das durch das ERP-System abgedeckt wird. Die Prozessausführung, das Berichtswesen und das Qualitätsmanagement werden durch das MES abgedeckt.

Wie bereits erwähnt, gibt es auch eine Reihe von Zusatzanwendungen wie CAQ, APS, WMS, QMS und andere, die die beschriebenen Kernfunktionen ergänzen. Darüber hinaus nutzen immer mehr Hersteller neben diesen traditionellen Systemen auch auf Cloud-Plattformen basierende Anwendungen. Der Fokus dieser Cloud-nativen Anwendungen liegt auf Transparenz, Reporting und analytischen Anwendungsfällen, die auf einer unidirektionalen Verfügbarkeit von Shopfloor-Daten basieren. Zu diesem Zweck werden Hyperscaler-Plattformen wie Azure IoT oder AWS IoT eingesetzt.

Beschränkung der derzeitigen Plattformansätze

Die meisten der implementierten Anwendungsfälle setzen auf die direkte Anbindung von Produktionsanlagen an Cloud-Plattformen, die einen kontinuierlichen Strom von Prozess- und Kontextdaten der Anlagen liefern. Die aufgezeichneten Daten werden dann mit Dashboards zu Transparenz- und Berichtszwecken visualisiert und mit Analysetools analysiert, um Erkenntnisse wie Trends zu ermitteln, die zur Ableitung von Optimierungsmaßnahmen genutzt werden können. Was den meisten Anwendungsfällen fehlt, ist der geschlossene Kreislauf zurück zur Ebene der Produktionsanlage und genauer gesagt die automatisierte Ausführung von Aktionen, die das Verhalten der Produktionsanlage verändern können. Darüber hinaus werden keine Kontextdaten aus Legacy-Anwendungen verwendet, um Optimierungsempfehlungen zu ergänzen und zu verfestigen.

Auf der einen Seite ist dies sicherlich ein kluger Ansatz: Die Begrenzung der Abhängigkeiten von Altanwendungen und die Vermeidung von Eingriffen in die Prozesssteuerung begrenzen die Komplexität beim Aufbau solcher Lösungen. Andererseits bauen sie eine wenig effiziente Anwendungslandschaft zur Ausführung von Prozessoptimierungsmaßnahmen auf. Es wird sich auf mitarbeiterbasierte Aktionen verlassen und gehofft, dass jeder die Tools in der beabsichtigten Weise nutzt.

Die wichtigste Erkenntnis ist, dass der Aufbau einer Fertigungsplattform nicht erfolgreich sein kann, wenn die MES-Kernfunktionen der Prozessausführung und -steuerung nicht in den Umfang Ihrer Plattform einbezogen werden. Das bedeutet auch, dass automatisch die Idee eines monolithischen MES ausgeschlossen wird. Herkömmliche MES entsprechen nicht den Plattformprinzipien wie Modularität, Bereitstellung an jedem Ort und offene Integrationsansätze.

Die Transformation zur Manufacturing Operations Platform (MOP)

Dieser Idee folgend muss sich die MOP zu einem gemeinsamen Rückgrat aller IT-Lösungen für die Fertigung entwickeln. Im Zielbild fungiert die MOP als zentrale Datenverbindungs-, Standardisierungs- und Integrationsschicht für alle Produktionsanlagen. Darüber hinaus werden alle Legacy-Lösungen für den Fertigungsbetrieb nach gemeinsamen Designprinzipien umgestaltet und als Teil der zentral verwalteten Plattform eingesetzt. Die Plattform umfasst alle funktionalen Module zur Orchestrierung der Produktionsabläufe und verfolgt einen Cloud-zentrierten Ansatz, der alle Ebenen von der Edge- über die Enterprise- bis hin zur Public Cloud abdeckt.

Die Analysefunktionen werden per Design in die Plattformanwendungen integriert. Nichtsdestotrotz wird es sinnvoll sein, die MOP mit einer dedizierten Analyseplattform zu integrieren, die Analysedienste für Geschäftsfunktionen bereitstellt und die Möglichkeit für langfristige Datenexplorationsaktivitäten bietet. Der wichtige Unterschied ist, dass per Design kein Geschäftsdienst mit Produktions-SLAs in die Analyseplattform integriert werden kann. 

Die MOP wird eng mit den IT-Systemen des Unternehmens wie ERP und PLM integriert sein, wobei eine klare funktionale Trennung besteht. Darüber hinaus werden die meisten Unternehmen einen Wechsel von hochgradig individualisierten und komplexen ERP-Systemen mit De-facto-Fertigungsfunktionen hin zu einem schlanken und standardisierten ERP-Kern vornehmen. Infolgedessen wird eine große Anzahl ehemaliger ERP-Funktionen Teil der MOP werden.

Transformationspfade – Welche Regeln sind zu beachten?

Bei all dem muss die aktuelle Realität und eventuelle Abhängigkeiten Ihrer Fertigungs-IT-Landschaft berücksichtigt werden, wenn das zukünftige Zielbild entworfen und sinnvolle Transformationsschritte in diese Richtung definieren werden.

Der Transformationspfad zu einer MOP-zentrierten Systemlandschaft braucht klare Regeln und systemspezifische Umstellungsstrategien. Basierend auf einer klaren Sicht und Transparenz der Ist-IT-Landschaft und -Prozesse müssen gemeinsame Ziel-Architektur-Prinzipien für das Design von Anwendungs- und Infrastrukturplattformen definiert werden. Darauf aufbauend empfiehlt es sich, alle bestehenden IT-Systeme der Fertigung hinsichtlich der Migrationskomplexität zu bewerten und eine systemspezifische Umstellungs-Roadmap abzuleiten.

Für diesen Prozess kann kein standardisierter Ansatz verfolgt werden, da die unternehmens- und anlagenspezifischen Abhängigkeiten oft die kritischsten Entscheidungsparameter sind. Generell ist es sinnvoll, mit “nicht-invasiven” Anwendungsfällen wie Reporting und Transparenzfunktionen zu beginnen, da diese Anwendungsfälle oft einen unmittelbaren Effizienzsprung bringen. Nichtsdestotrotz sollte man nicht gehemmt sein, die Kernfunktionen der Prozessausführung in Angriff zu nehmen, wenn dies erforderlich ist. Je früher gelernt wird, wie man Legacy-Anwendung in modulare MOP-Funktionen auflöst, desto eher können die erwarteten Vorteile erzielt werden. Die Schaffung einer konsistenten Plattformbasis auf der Grundlage gemeinsamer Datenintegrations- und Standardisierungsregeln ist ein weiterer wichtiger Erfolgsfaktor, um die Skalierbarkeit von Anwendungsfällen sicherzustellen. Insgesamt ist die Etablierung eines konsistenten Plattformportfolio-Managements, das sowohl die Plattform- als auch die Anwendungssicht berücksichtigt, notwendig, um sicherzustellen, dass Sie die richtigen Dinge richtig tun.

Von der Industrie 4.0 zur Intelligenten Industrie

Um auf die ursprüngliche Aussage zurückzukommen. Nein, das MES als monolithisches System, wie wir es aus den letzten 20 Jahren kennen, wird in der IT-Landschaft zukünftiger Fabriken keinen Platz mehr haben. Die heute vom MES abgedeckten Funktionen können in Zukunft durch hochgradig modulare und dennoch vernetzte Plattformanwendungen abgedeckt werden. Nichtsdestotrotz werden die zugrundeliegenden Geschäftsfunktionen eines MES immer noch die zentralen Fähigkeiten sein, die für die Orchestrierung von Fertigungsprozessen benötigt werden, und sie werden das Herzstück aller zukünftigen Plattformen für Fertigungsprozesse sein. Wir beobachten, dass sich der Wandel von monolithischen MES hin zu plattformzentrierten und hochmodularen Manufacturing Operations-Funktionen beschleunigt. Die Technologie ist bereit, die Vorteile sind erwiesen. Je zügiger die Umstellung erfolgt, desto eher kann die nächste Stufe der Produktionseffizienz erreicht werden.

Co-Autor: Daniel Stock

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Autoren

Michael Müller

Head of Sustainability Growth Platform | Germany
Michael Müller unterstützt Fertigungsunternehmen dabei, ihre digitale Transformation hin zu plattformzentrierten Fertigungsökosystemen zu meistern. Er ist davon überzeugt, dass man durch die richtige Digitalisierungsstrategie die Fertigung optimieren und dadurch auch die Wettbewerbsfähigkeit steigern kann.

Dr.-Ing. Daniel Stock

Managing Solution Architect & Head of Manufacturing Operations Management | Capgemini Engineering
Daniel leitet bei Capgemini Engineering für Deutschland den Bereich Manufacturing Operation Management. Außerdem ist er Ansprechpartner zu den Engineering Research & Development-Themen rund um Smart Factory.