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"Offenes" vs. "geschlossenes" MES

October 16, 2020

Es gibt unterschiedliche Ansätze am Markt, wie ein Manufacturing Execution System (MES) aus der Perspektive von IIoT und Industrie 4.0 funktionieren sollte. Der Begriff "offene" oder "geschlossene" Anwendung ist ebenfalls in dieser Debatte häufig zu hören. Im Folgenden wird der grundlegende Unterschied zwischen einem offenen und einem geschlossenen MES aufgezeigt und erläutert, welches MES für zukünftige Aufgaben geeignet ist.

Einige Hintergrundinformationen

Bislang waren MES-Anwendungen zur Abbildung des Produktionsprozesses ausgelegt, um die Prozessausführung zu erleichtern; diese Anwendungen wurden maßgeschneidert, auf einem lokalen Server innerhalb der Fabrik betrieben und entweder durch das interne IT-Team oder einen Drittanbieter programmiert. Diese ursprünglichen Anwendungen waren zwar effektiv in der Ausführung (ihr ursprünglicher Bestimmungszweck), wiesen jedoch einige ernsthafte Mängel auf: ihre Architektur war so unflexibel, dass notwendige Änderungen ziemlich umständlich waren, sodass Skalierbarkeits- und Erweiterungsmöglichkeiten eingeschränkt waren. Darüber hinaus waren diese klassischen Anwendungen lediglich mit bestimmten Maschinen kompatibel und hatten eine starre (und unflexible) grafische Benutzeroberfläche (GUI), sodass prozesstechnische Änderungen die bestehende Lösung unbrauchbar machten oder zu sehr teuren Upgrades führten.

Diese Anwendungen verfügten auch über eingeschränkte Integrationsmöglichkeiten mit übergeordneten Unternehmenssystemen wie ERP, SCM, CRM und WMS. Solche MES-Anwendungen werden üblicherweise als Legacy-Systeme bezeichnet. In der Regel sind das unflexible Systeme, die auf veralteter Technologie aufbauen und einen eingeschränkten Funktionsumfang und kostspielige Upgrade-Möglichkeiten aufgrund des erforderlichen Modernisierungsaufwands aufweisen. In einigen Fällen wird der Support-Service für diese Anwendungen nicht länger angeboten.

Offene vs. geschlossene Systeme

Die Altsysteme oder Legacy-Systeme sind ein perfektes Beispiel für ein geschlossenes System, das für eine bestimmte Funktion ausgelegt ist, jedoch in seiner Funktionalität sowie seinem Anwendungsbereich eingeschränkt ist. Zunächst wollen wir verstehen, wie ein offenes System aufgebaut ist und warum die Auswahl eines MES mit einer offenen Datenplattform aus der Industrie-4.0-Perspektive so wichtig ist.

Die aktuelle industrielle Revolution (Industrie 4.0) erfordert eine End-to-End-Konnektivität der gesamten Lieferkette. So können Entscheidungen auf der Grundlage intelligenter Informationen, die durch die integrierten IT-Anwendungen in der gesamten Lieferkette gewonnen werden, proaktiv getroffen werden. Solche Systeme verwenden Echtzeit-Daten beispielsweise aus Industrial Internet of Things (IIoT), um den Kontext hinzuzufügen und diese Ausgangsdaten in Echtzeit und in den verschiedenen Unternehmensebenen in handlungsrelevante Informationen umzuwandeln.

Ein Ereignis in der Fertigung führt in einer idealen Industrie-4.0-Umgebung automatisch zu einer ganzen Kette von IT-gestützten Vorgängen. Ein einfaches Problem wie eine defekte Dichtung, die ein Ölleck in einer Baugruppe verursacht, würde zu neuartigen Erkenntnissen und Maßnahmen in der Fertigung führen, wenn die richtigen IT-Anwendungen integriert sind und die erforderliche Transparenz zwischen den Systemen gegeben ist.

Am Beispiel der fehlerhaften Dichtung lässt sich zeigen, dass das MES unmittelbar nach dem Erkennen des Problems darauf reagiert. Das MES ist mit der Maschine verbunden und verfügt über alle bisherigen Fehlerinformationen im Zusammenhang mit Dichtungen, sodass Anwender über diese Prozessfehler benachrichtigt werden können. Die MES-Informationen könnten Angaben zum Lieferanten, zu früheren Vorfällen und zu empfohlenen Korrekturmaßnahmen enthalten. Dadurch können die Prozessverantwortlichen die nächsten Schritte ohne Zeitverlust einleiten.

Darüber hinaus könnte das MES auch Warnungen anzeigen und Benachrichtigungen an übergeordnete Systeme wie das ERP senden, um auf einen Engpass beim Versand von Produkten hinzuweisen (Verzögerung bei der Abwicklung von Kundenaufträgen), oder an die verfahrenstechnischen Anwendungen, die mithilfe von Sensordaten auf GMP-Verletzungen reagieren. Daraus ergibt sich eine engmaschiger kontrollierte Lieferkette zur Minimierung von Verlusten mit einer verbesserten Reaktionsfähigkeit, die Verzögerungen verringert und Fehler begrenzt.

Offene Systeme ermöglichen Industrie 4.0

Eine solche offene, uneingeschränkte, verbesserte Kommunikation, die sowohl die IIoT-fähigen Anwendungen als auch die Integration zwischen Anwendungen nutzt und dabei das MES als zentrales Element einsetzt, macht Industrie 4.0 in den Wertschöpfungsketten der Fertigungsindustrie überhaupt erst möglich.

Die Erfassung der Daten erfolgt in einem Echtzeit-Datenstrom aus dem Fertigungsbereich. Durch grundlegende Analysen werden Muster, Entwicklungen und neue Informationen mit Hilfe des maschinellen Lernens gewonnen; Daten aus unterschiedlichen Anwendungen wie ERP oder WMS werden anschließend hinzugefügt, um daraus wertvolle Informationen zu gewinnen. Diese werden dann den Endnutzern im erforderlichen Format zur Verfügung gestellt. All dies erfolgt parallel zur Prozess-Orchestrierung, zum Qualitätsmanagement, zur Compliance und zur kontinuierlichen Verbesserung in der Fertigung und wird automatisch vom MES gesteuert.

Ein solches Szenario ist mit herkömmlichen MES in weiter Ferne, denn die Aufgabe der einfachen Datenerfassung und Berichterstellung entspricht nicht dem Industrie-4.0-Leitbild – es fehlt die umfassende Integration und anwendungsübergreifende Kommunikation, wie sie moderne Architekturen heute bieten.

Ein offenes modernes MES ist eine modulare und dabei flexibel konfigurierbare Anwendung, die den Ausgangspunkt für eine Fertigungsdatenplattform bildet. Diese Datenplattform ermöglicht die Einbindung von Prozessleitsystemen auf unteren Ebenen anhand bekannter Integrationsprotokolle sowie die Integration von übergeordneten Anwendungen wie ERP/SCM. Diese offene Architektur und Integrationsfähigkeit ist unerlässlich für ein IIoT-fähiges MES. Nur so kann es die für Industrie 4.0 benötigten und erwarteten Funktionen erfüllen.

Im Idealfall ist ein offenes MES in der Lage, anwendungsübergreifend und in Echtzeit zu kommunizieren, wobei sowohl Streams als auch Batch-Daten problemlos verarbeitet werden können. Datenströme können am Entstehungsort aufbereitet werden; Batch-Daten können gesammelt, formatiert und zu einem späteren Zeitpunkt verarbeitet werden, wenn die Systemauslastung oder der Aufwand nicht zeitkritisch sind. Beide bieten einen umfassenden Kontext, der eine effektive und schnelle Entscheidungsfindung unterstützt - ein wichtiges Merkmal einer idealen offenen Anwendung.

Im Gegensatz dazu steht eine geschlossene Anwendung. Im Fall von Software handelt es sich um ein System, das mit anderen Komponenten seines Ökosystems kommunizieren kann (z.B. zum Erfassen von Informationen von Produktionsmaschinen). Es gilt jedoch als geschlossen aufgrund der strukturbedingten Einschränkungen bei der Kommunikation mit Anwendungen übergeordneter Ebenen oder anderen internetfähigen Geräten, die vom Prozess- und Supply-Chain-Personal genutzt werden. Außerdem kann sie nur eingeschränkt erweitert oder mit neuerer Technologie verbessert werden bzw. der Aufwand hierfür ist äußerst groß. Sollten Sie ein geschlossenes MES ähnlich dem hier beschriebenen nutzen, stellt Ihr MES keineswegs die ideale Industrie-4.0-Anwendung dar und sollte daher ersetzt werden.

Einer geschlossenen Anwendung würden aufgrund ihrer Architektur gerade jene Eigenschaften fehlen, die die Grundlage einer Fertigungsdatenplattform für eine offene und uneingeschränkte Kommunikation bilden.

Die logische Schlussfolgerung, die man daraus ableitet, ist einfach: Ein Wechsel zu einem offenen und modernen MES ist die Voraussetzung für die angestrebte Industrie-4.0-Transformation.

Critical Manufacturing hat mehrere Whitepapers zur MES-Migration veröffentlicht, um den Umstellungsprozess von einem geschlossenen auf ein offenes System zu unterstützen. Dabei ist es wichtig, die richtigen Entscheidungsträger in Ihrem Unternehmen, die richtigen Berater, welche sowohl Ihr Geschäft als auch Ihre Ziele der Migration verstehen, und natürlich den richtigen MES-Anbieter einzubinden.

Industrie 4.0 ist Realität und um ihre Vorteile zu nutzen und Ihr Unternehmen auf den Wandel vorzubereiten, müssen Sie sicherstellen, dass Ihr MES eine offene Architektur aufweist. Ein geschlossenes MES beschränkt Sichtbarkeit, Zusammenarbeit, Optimierung der Lieferkette sowie Wettbewerbsvorteile durch Reaktions- und Anpassungsfähigkeit denn es fehlen oft Integrationen, Datenerfassung und detaillierte Analysemöglichkeiten.

Ein offenes MES bietet offensichtliche Vorteile im Hinblick auf Integration und Business Intelligence. Es bietet zusätzlich die Möglichkeit, auf Prozess- und Systemdaten in Echtzeit zurückzugreifen und bildet so das Rückgrat der Daten- und Analyseinfrastruktur, welche die Grundlage für Industrie 4.0 bildet.

Die englische Originalversion dieses Artikels von Augusto Vilarinho (veröffentlicht am 16.09.2020) finden Sie hier.


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Five Ways Medical Device Industry Leaders Maintain their Manufacturing Edge
by Julie Fraser, Iyno Advisors
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