Betrachtet man die akt. Industrielandschaft und ihre einzelnen Branchen, so zeigen sich deutliche Unterschiede in der Entwicklung der Automatisierung, in der Prozessoptimierung, in der Digitalisierung, sowie in der Prozessoptimierung.

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Competence Book - MES
Grundlagen - MES „on demand“
MES „on demand“:
Das MES mit einem bedarfsorientierten
Funktionsportfolio stellt die strategische
Komponente der selbstlernenden
Fabrik der Zukunft dar.
AUTOR: Martin Heinz, Geschäftsführer DACH, iTAC Software AG
Die heutige Situation
Betrachtet man die akt. Industrielandschaft und ihre einzel-
nen Branchen, so zeigen sich deutliche Unterschiede in der
Entwicklung der Automatisierung, in der Prozessoptimierung,
in der Digitalisierung, sowie in der Prozessoptimierung.
In der Hauptsache sind diese Entwicklungen begründet durch:
• Die Steigerung von Produktionsfaktoren bei zunehmen-
der Flexibilität aller Ressourcen
• Die Erhöhung der Effektivität und der Effizienz des Pro-
duktionsablaufs
• Die Verkürzung von Produkt-Lebenszyklen (Time To Mar-
ket)
• Die Steigerung und Sicherstellung von gleichbleibender
Prozess- und Produktqualität, unabhängig vom Produkti-
onsstandort
• Die ganzheitliche Prozess- und Kostenoptimierung über
die gesamte Supply-Chain (intern/extern)
Allerdings sind die o.a. Anforderungen bis dato branchenspe-
zifisch sehr unterschiedlich umgesetzt. Der Umsetzungsgrad
geht oftmals auch mit dem Grad der Digitalisierung und Au-
tomatisierung einher. Die Branchen der Metallindustrie, der
Medizintechnik (Medical Devices) und der Mechatronik sind
im Vergleich zur Automobilindustrie deutlich weniger stark
entwickelt. Das bedeutet einerseits eine größere Hürde zur Er-
reichung der künftigen Potentiale und Ziele, bietet gleichzeitig
aber auch ein größeres Potenzial in der Entwicklung der Bran-
chen, das bei erfolgreicher Umsetzung realisiert werden kann.
Die zuvor beschriebenen Zielsetzungen bedingen das interdis-
ziplinäre Zusammenwirken unterschiedlicher Funktionsberei-
che innerhalb und außerhalb der Unternehmen. Genau hier
setzt das Thema Industrie 4.0 an und zeigt, dass die zukünf-
tigen Anforderungen für die Unternehmen nicht alleine tech-
nischer und technologischer Natur sind, und dass es sich auch
primär nicht alleine um die Lösung von IT-Problemen handelt.
Vielmehr geht es um die Verschmelzung von übergreifenden
Prozessen mit integrierten IT-Systemen und Produktionstech-
nologien, bei denen der Mensch nach wie vor im Vordergrund
steht. Dies sind die zentralen Merkmale der künftigen Ent-
wicklungen, die zugleich auch weitreichende organisatorische
Konsequenzen, Chancen entstehen lassen und neue Geschäfts-
modelle generieren können.

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Grundlagen - MES „on demand“
Zunehmende Komplexität
in der industriellen Produktion
Heute steht die industrielle Produktion an der Schwelle von der
Kompliziertheit zur Komplexität. D.h., es wird künftig nicht
mehr möglich sein, alle Anforderungen, Prozesse und Produk-
te exakt im Vorfeld zu beschreiben.
Ergebnisse und Abläufe werden durch eine Vielzahl von Para-
metern zunehmend dynamisch beeinflusst. Unternehmen und
ihre Prozesse müssen deshalb an ihrer Flexibilität und Wand-
lungsfähigkeit arbeiten, um sich schnell und wirtschaftlich an
Veränderungen anpassen zu können. Dazu gehören auch die
Abläufe der diskreten Fertigung, die im gleichen Kontext ent-
wickelt und zukunftsfähig gestaltet werden müssen. In vielen
Produktionsbereichen entfällt künftig auch gänzlich die starre
Zuordnung von Produktionsanlagen zu Produkten. Vielmehr
wird über Re-Konfigurierungsmöglichkeiten der Anlagen die
Flexibilität für verschiedene Produkte und Produktgruppen
geschaffen, die aufgrund ihrer technologischen und ferti-
gungstechnischen Eignung notwendig wird. Im Resultat sollen
die Produktionswerke damit flexibler und in kürzester Zeit auf
unterschiedliche Produkte umgerüstet werden können. Flexi-
bilität bedeutet aber auch die Vernetzung und Kooperation mit
weiteren Produktionseinheiten, die intern oder extern ange-
siedelt sein können. Dies bedingt wiederum eine horizontale
und vertikale Integration, durch die Vernetzung von Prozessen
und Unternehmen. Die Produktion als Kernkompetenz alleine,
ist dazu jedoch nicht länger ausreichend, sondern neue ver-
netzte Prozesse müssen etabliert werden. Notwendig werden
intelligente Produktionssysteme, die aus den Manufacturing
Execution Systems (MES) Produktionsanlagen und einzelnen
Integrationskomponenten entstehen und somit ganze „Wert-
schöpfungsketten“ bilden.
Das MES stellt durch die vertikale und horizontale Integrati-
onsfähigkeit, als auch auf Basis der Kommunikation in Echt-
zeit, eine elementare Komponente dieser Wertschöpfungskette
dar. Die notwendige Interoperabilität und die durchgängig in-
telligente Kommunikation wird ebenfalls durch das MES er-
möglicht.
MES im Kontext der Industrie 4.0 Strategie
Die Handlungsempfehlungen der „acatech Studie“ zu Industrie
4.0 zeigen auch auf, dass sich die bis dato gewohnten Struktu-
ren und Abläufe in den Unternehmen auf Basis der eingangs
dargestellten Flexibilisierung ändern werden. Dies wird auch
das MES mit den bislang definierten Integrationskonzepten
betreffen, wobei die durchgängige IT-Vernetzung und Prozes-
sintegration weiterhin eine generelle Grundvoraussetzung zur
Umsetzung der Industrie 4.0 Strategien darstellen wird.
Um die Prozessintegration gewährleisten zu können, müssen
alle Systeme und Prozesse auf die gleichen Daten zugreifen
können bzw. mit den gleichen Daten versorgt werden.
In der daraus resultierenden Konsequenz wird eine Service-
orientierung über alle Ebenen der Kommunikation, vom MES
bis zur Produktionseinheit notwendig werden. Diese muss be-
darfsorientiert in der Kombination von zentralen MES (Cloud)
Services, MES-Devices mit dezentraler Intelligenz, Data-Ana-
lytics-Services und weiteren Software-Services nutzenorien-
tiert angeboten und interoperabel in die IT-Infrastrukturen
integriert werden.
Somit spielt das MES eine entscheidende Rolle, da es als System
im Zentrum der Integration agiert, Daten erfasst, aggregiert,
verteilt, eigene Entscheidungsprozesse durchführt und dem
„Notwendig werden intelligente Produktionssysteme, die aus den Manufacturing Execution
Systems (MES) Produktionsanlagen und einzelnen Integrationskomponenten entstehen und
somit ganze „Wertschöpfungsketten“ bilden.“

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Grundlagen - MES „on demand“
Mitarbeiter Ergebnisdaten zur weiteren Definition von Aktio-
nen und Prozessen mitteilen kann. Im Ergebnis der „Industrie
4.0 by Design“ Zielsetzung wird eine „(selbst) lernende Fab-
rik“ mit wandlungsfähigen und anpassungsfähigen Prozessen
entstehen, die die folgenden „Kernelemente“ der Industrie 4.0
Strategie enthält:
• Beherrschbarkeit der Komplexität
• Vernetzung aller Systeme untereinander, damit alle Infor-
mationen in Echtzeit zur Verfügung stehen
• Nachvollziehbarkeit von Entscheidungen, die in einem
spezifischen Kontext getroffen wurden
• Übergeordnete Standardisierung von IT-Systemen und de-
ren Architekturen
• Standardisierung der semantischen Ebene zum Austausch
der Daten zwischen den Systemen
Der Prozess dieser „selbstlernenden“ Fabrik gleicht in der Ziel-
definition der eines Regelkreises: Daten werden in Echtzeit er-
fasst und aggregiert, die Ist-Situation mit der Soll-Definition
abgeglichen. Das Ergebnis der Analyse mündet anschließend
in einer entsprechenden Anpassung von Bedingungen, Struk-
turen, Parametern oder Verhaltensweisen. In der Ergebniskon-
trolle werden wiederum die Daten im MES in Echtzeit abge-
glichen und der Regelkreis wird erneut durchlaufen. Dieser
Prozess bedingt zum einen die zuvor aufgeführten Kernele-
mente und zum anderen eine flexible und schnelle Reaktion
auf Prozesse und deren Ergebnisse. Die Komplexität der einzel-
nen Systeme und Prozesse generiert dabei eine nur schwer zu
treffenden Vorhersage und bedarf entsprechender Funktionen
und Methoden zur Analyse (Analytics), die bedarfs- und zeit-
gerecht („on demand“) zum Einsatz gebracht werden.
• Horizontale und vertikale Integration
Die horizontale Integration betrifft die Integration in die
einzelnen Prozessschritte innerhalb einer Fabrik, mehrere
Standorte eines Unternehmens, zu Dienstleistern als ver-
längerte Werkbank oder zu Kunden. Das MES in der Cloud
bietet dazu die funktionale Voraussetzung und kann über
das Internet (Kommunikation via https) von den verschie-
densten Standorten aus verwendet werden. Zur Integrati-
on in die Unternehmens- oder Supply-Chain Struktur ist
die vertikale Integration notwendig, damit Stamm- und
Bewegungsdaten auf Basis serviceorientierter Schnitt-
stellen zu ERP, PDM oder PLM etc. ausgetauscht werden
können.
• Transparenz in der Produktion
Transparenz in der Produktion aus dem Gesichtspunkt der
Prozessoptimierung und Verbesserung. Das betrifft The-
men der Prozesssteuerung, der Maschinenverfügbarkeit
inkl. der vorbeugenden Wartung und Instandhaltung als
auch die Materialsicht zur Optimierung der bedarfsge-
rechten Material-Logistik.
• Prozesssteuerung und Produktionsplanung
Basierend auf der vertikalen Integration und der Transpa-
renz in der Produktion, ist der Schritt zur Auftragsopti-
mierung die resultierende Konsequenz. Produktionsres-
sourcen sollen auf Basis einer regelbasierten Feinplanung
(APS) möglichst optimal be- und ausgelastet werden. Das
Ziel ist es, Nutzenpotentiale im Vergleich zur manuellen
(Auftrags-) Planung zu realisieren, da diese bei steigender
Komplexität, Variantenvielfalt und Individualisierung der
Produkte nicht mehr manuell handhabbar sein wird.
Funktionale Hauptbestandteile
des MES „on demand“
„Die Komplexität der einzelnen Systeme und Prozesse generiert dabei eine nur schwer zu
treffenden Vorhersage und bedarf entsprechender Funktionen und Methoden zur Analyse
(Analytics), die bedarfs- und zeitgerecht („on demand“) zum Einsatz gebracht werden.“

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Grundlagen - MES „on demand“
Martin Heinz
Martin Heinz ist Wirtschaftsingenieur und verantwortet als General Manager innerhalb der iTAC Soft-
ware AG die Region „D-A-CH“. Seit 2003 ist er für das Unternehmen tätig und definiert maßgeblich
die Ausrichtung der iTAC.MES-Systems an den Anforderungen des Marktes und engagiert sich auch
seit vielen Jahren in unterschiedlichen Arbeitskreisen des ZVEI (Zentralverband Elektrotechnik- und
Elektronikindustrie e.V.) und des VDMA (Verband deutscher Maschinen- und Anlagenbau e.V.) zu den
Themen MES und Traceability.
• Big Data und Business Intelligence (BI)
DieVernetzungderunterschiedlichenObjekte,Cyber-Phy-
sikalischen-Systemen (CPS) und der Anspruch nach einer
durchgehenden Transparenz führen zur Erfassung einer
Vielzahl von Daten. Diese Massendaten und das zu erwar-
tende stetige Datenwachstum müssen technologisch be-
herrscht und die Daten sinnvoll ausgewertet werden kön-
nen. Die Erfassung der Daten dient keinem Selbstzweck,
sondern vielmehr geht es darum, einen Zusatznutzen für
die Anwender und die Lieferantenkette zu erzeugen. Damit
werden die im Prozess erzeugten Daten zum Dreh- und An-
gelpunkt für die Positionierung im Wettbewerb und sind
in der Wertigkeit mit Produktionsfaktoren gleichzusetzen.
Zwei Arten der Anwendung für BI werden dabei unterschieden.
Zum einen „BI In Process“, welches die Daten direkt im laufen-
den Produktionsprozess visualisiert und die aktuelle Situation
anhand von Dashboards darstellt. Damit kann dem Werker
und den Prozessverantwortlichen ein direktes Feedback für
die Prozessbewertung gegeben und auf etwaige Abweichungen
hingewiesen werden. Der dadurch entstehende echtzeitfähige
Regelkreis bietet die Möglichkeit zum sofortigen Eingriff in
den Prozess und die direkte Erfolgsmessung der Maßnahmen.
Der zweite Ansatz ist „BI About Process“. Dieser basiert auf den
gleichen Daten, bewertet und analysiert die Daten jedoch in
einer historischen Betrachtung. Hierbei werden Produktions-
daten, Kennzahlen, Leistungsmerkmale und andere definierte
Bewertungskriterien in einer standardisierten Form analysiert
und dargestellt. Die Publikation der Daten erfolgt über ein
Web-Portal oder mobile Endgeräte wie Smartphones oder Ta-
blets. Die Verfügbarkeit von „BI About Process“ ist damit zu
jedem Zeitpunkt und für jeden Anforderer nutzungsgerecht
möglich.
Transformation in die (Industrie 4.0) Zukunft
Die zuvor dargestellten Ausführungen zeigen, dass ein service-
orientiertes MES die heute bekannten und sich abzeichnenden
Erwartungen an Industrie 4.0 unterstützen und erfüllen. Diese
sind allgemein formuliert:
• Eine hohe Produktionseffizienz in Bezug auf die Qualität,
die Leistung und die Verfügbarkeit
• Eine hohe Produktionseffektivität in Bezug auf die Flexi-
bilisierung, die Wandlungsfähigkeit und Re-Konfigurier-
barkeit
• Ein möglichst flexibler und geringer Investitionsbedarf
• Ein möglichst bedarfsgerechter und serviceorientierter
Einsatz der Ressourcen
Die oben aufgeführten Anforderungen werden durch ein ser-
viceorientiertes („on demand“) MES gewährleistet und bieten
neben positiven Kosten/Nutzen-Betrachtung auch die not-
wendigen fachlichen Funktionalitäten hinsichtlich der Ver-
netzung, der Interoperabilität, dem Echtzeit-Verhalten, der
aktiven Produktionssteuerung und der Transparenz der Pro-
duktionsdaten.
Das MES („on demand“) als zentrale Komponente für die
Transformation in die (Industrie 4.0) Zukunft.