MES oder ERP? Wo Produktionsdaten hingehören

Kurz gesagt: ERP und MES beantworten zwei verschiedene Fragen derselben Fabrik. Das ERP plant, was wann und zu welchen Kosten produziert wird; das MES verfolgt und steuert, wie die geplante Arbeit in der Fertigung tatsächlich abläuft, auf der Ebene von Minuten und Schichten. Wer das eine durch das andere ersetzen will, überlastet entweder das ERP mit Details aus der Fertigung oder schneidet das MES von den kaufmännischen Entscheidungen ab. Dieser Beitrag beschreibt die Aufgabenteilung der beiden Systeme, die Ebene, auf der Daten liegen sollten, und wo ein MES-Projekt beginnen sollte.

Was ist der Unterschied zwischen ERP und MES?

Ein ERP-System (Enterprise Resource Planning) ist das kaufmännische und finanzielle Rückgrat des Unternehmens: Kundenaufträge, Einkauf, Bestandsbewertung, Produktionsplan, Kostenrechnung und Buchhaltung laufen hier zusammen. Der Zeitmaßstab des ERP sind Tage und Wochen; seine Frage lautet: „Was produzieren wir, was kostet es, und wann liefern wir?“

Ein Manufacturing Execution System (MES) dagegen ist das System der Fertigung. Die Verteilung der Arbeitsaufträge auf Maschinen und Bediener, die tatsächlich produzierten Mengen, Stillstände und ihre Ursachen, die Aufzeichnungen der Qualitätsprüfung, die Rückverfolgbarkeit nach Los und Seriennummer sowie die Tätigkeiten der Bediener werden im MES geführt. Der Zeitmaßstab des MES sind Minuten und Schichten; seine Frage lautet: „Was passiert gerade an der Linie, und wo stehen wir gegenüber dem Plan?“

Wie beschreibt ISA-95 diese Trennung?

Der am weitesten verbreitete Rahmen für diese Arbeitsteilung ist die Normenreihe ISA-95, auch bekannt als IEC 62264. Die Norm gliedert die Aktivitäten zwischen Geschäftssystemen und Fertigungssteuerungssystemen in Ebenen und legt fest, wie diese Ebenen miteinander kommunizieren; die Gerätehierarchie stützt sie auf das Purdue-Referenzmodell.

Nach der üblichen Lesart ist die oberste Ebene die Geschäftsplanung und Logistik; hier liegt das ERP. Die Ebene darunter ist das Management der Fertigungsabläufe; hier liegt das MES. Die Ebenen darunter sind die Steuerungssysteme, Sensoren und Maschinen in der Fertigung. Der praktische Wert dieser Trennung: Alle Daten bekommen einen „Eigentümer“, und welche Information zwischen den Systemen in welche Richtung und wie häufig fließt, wird von Anfang an festgelegt.

Welche Daten gehören wohin?

Die richtige Frage lautet nicht „Welches System ist besser?“, sondern „Welche Entscheidung speisen diese Daten, und wer ist dafür verantwortlich?“ Eine allgemeine Aufteilung lässt sich so denken:

• Im ERP: Kunden- und Lieferantenstammdaten, Verkaufs- und Einkaufsaufträge, die Hauptversion von Stückliste und Arbeitsplan, Standardkosten, Bestandsbewertung, Produktionsplan und Finanzbuchungen.
• Im MES: der Status des Arbeitsauftrags in der Fertigung, tatsächliche Ausbringungs- und Ausschussmengen, Stillstandszeiten und -ursachen, Prozessparameter, Qualitätsmessungen, Bediener- und Schichtaufzeichnungen, Rückverfolgungsdaten nach Los und Seriennummer.
• Zwischen den beiden Systemen: vom ERP zum MES Arbeitsaufträge sowie Stücklisten- und Arbeitsplaninformationen; vom MES zum ERP fertiggemeldete Mengen, verbrauchtes Material, Ausschuss und tatsächliche Zeiten. Dieser Fluss sorgt dafür, dass Kosten und Bestände mit der Wirklichkeit übereinstimmen.

Unsere Einschätzung: Der häufigste Fehler ist, diese Grenze nicht zu ziehen. Eine Lösung, die Maschinendaten direkt ins ERP schreiben will, bläht das ERP mit unnötigen Datensätzen auf; ein MES ohne Verbindung zu den kaufmännischen Informationen kann die Leistung in der Fertigung nicht mit den Kosten und den Lieferzusagen verknüpfen.

Wie fügen sich IIoT und Maschinendaten in dieses Bild?

Das industrielle Internet der Dinge (IIoT) ist das Erfassen von Daten aus Maschinen und Sensoren und ihre Weitergabe an andere Systeme. Diese Ebene ist oft das Auge des MES in der Fertigung: Maschinenstatus, Zykluszeit, Zähler- und Alarminformationen werden direkt erfasst, statt von Hand eingegeben zu werden. Für diese Kommunikation zwischen Maschinen und Systemen sind offene Standards wie OPC UA weit verbreitet; zu den eigenen Informationsmodellen von OPC UA gehört auch ein gemeinsames, an ISA-95 ausgerichtetes Objektmodell.

Auch hier gilt dasselbe Prinzip: Das Rohsignal bleibt in der Fertigung, das aussagekräftige Ereignis geht ins MES, das verdichtete Ergebnis ins ERP. Nicht jeder sekündliche Sensorwert muss ins ERP; das ERP braucht, wie lange ein Arbeitsauftrag gedauert hat und mit wie viel Ausschuss und welchem Material er abgeschlossen wurde.

Wo sollte ein MES-Projekt beginnen?

1. Die Entscheidung bestimmen: Welche Entscheidung soll das MES verbessern? Mit ein oder zwei konkreten Fragen zu beginnen, etwa zu Terminzusagen, Kapazitätsauslastung, Qualitätsverlusten oder Rückverfolgbarkeit, führt schneller zu Ergebnissen als der Versuch, alles zu messen.
2. Die Grenze ziehen: Halten Sie vor Projektbeginn schriftlich fest, welche Daten im ERP und welche im MES liegen und wie häufig und in welche Richtung sie zwischen den beiden Systemen fließen.
3. Die Stammdaten bereinigen: Sind Stücklisten, Arbeitspläne und Arbeitsplatzdefinitionen inkonsistent, werden auch die Daten aus der Fertigung falsch zugeordnet. Die Genauigkeit des MES hängt von der Genauigkeit der Stammdaten im ERP ab.
4. Mit einer Linie beginnen: Wer mit einer einzigen Linie oder einer einzigen Engpassmaschine beginnt, prüft Maschinenanbindung, Nutzung durch die Bediener und die Übergabe an das ERP unter realen Bedingungen; der Umfang wird auf Grundlage dieses Nachweises erweitert.
5. Verantwortung vergeben: Wer ist für die Richtigkeit der Aufzeichnungen in der Fertigung verantwortlich? Wird diese Verantwortung zwischen Schichtleitung, Qualität und Planung nicht von Anfang an festgelegt, verliert das System schnell seine Glaubwürdigkeit.

Der Ansatz von MindDX

MindDX beginnt MES- und IIoT-Projekte mit einer Messung: Welche Entscheidung welche Daten braucht, wo diese Daten heute geführt werden und welche Lücke zwischen ERP und Fertigung besteht, wird in der Phase Assess mit Nachweisen belegt; der Umfang wird im Dokument zum validierten Umfang festgehalten, und die Einführung wird nach diesem Umfang geplant. Wie der Ansatz „zuerst messen, dann entscheiden“ funktioniert, zeigt die MindDX Platform.

Quellen

• ISA — ISA-95 / IEC 62264: Enterprise-Control System Integration
• OPC Foundation — OPC UA Online Reference (einschließlich OPC UA for ISA-95)
• IEC — IEC 62264-1:2013 Enterprise-control system integration – Part 1: Models and terminology
• OPC Foundation — OPC 10030: OPC Unified Architecture – Common Object Model: ISA-95
• OPC Foundation — OPC Unified Architecture (OPC UA)
• NIST — Current Standards Landscape for Smart Manufacturing Systems (NISTIR 8107)