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Was ist der Weg nach vorn: MES oder IIoT, MES mit IIoT?

November 17, 2020

Was ist der Weg nach vorn: MES oder IIoT, MES mit IIoT?

Die Einführung von Industrie 4.0 bleibt eine Notwendigkeit, welche durch die massiven Störungen im Zuge der weltweiten Pandemie, die leider immer noch wütet, noch dringlicher wurde. Die treibenden Kräfte der Industrie-4.0-Philosophie sind das industrielle Internet der Dinge (IIoT), Big Data und KI-basierte Prozessautomatisierung an der Spitze der Fertigung sowie weitere entscheidende Ansätze in der Fertigung wie sog. additive Fertigung, Augmented Reality, Cloud Computing und moderne Robotersysteme.

Die führenden Unternehmen, die im Bereich Digitalisierung am weitesten fortgeschritten sind, liegen auf ihrem digitalen Vormarsch laut McKinsey (Unternehmens- und Strategieberatung) weiter vorn als ihre Wettbewerber. Diese Organisationen waren erfolgreich in den meisten relevanten Business Cases und haben eine Vorreiterrolle bei der Umsetzung von Industrie 4.0 und der Anwendung von Basistechnologien in ihren Fertigungsbetrieben und Wertschöpfungsketten aktiv übernommen, sodass sie zukunftsfähiger, widerstandsfähiger, agiler, schneller und effizienter als bisher geworden sind. Sie haben gezeigt, dass gerade die Kombination aus strategischer Ausrichtung, Einbindung der Mitarbeiter auf allen Ebenen sowie die zeitgleiche Implementierung von Schlüsseltechnologien in der gesamten Wertschöpfungskette und sämtlichen User Cases eine richtige und besonders gewinnbringende Entfaltung von Industrie 4.0 ermöglicht.

Die Voraussetzung für Industrie 4.0 ist eine End-to-End-Konnektivität in der gesamten Wertschöpfungskette, dabei steht die Fertigung im Zentrum des Digitalisierungsprozesses. So bewegen sich die Daten ungehindert von der Fertigung bis in die Chefetage und weiter. Während die Daten kontinuierlich in Bewegung bleiben, werden sie so aufbereitet, dass sofortige Entscheidungen automatisch und ohne Prozessunterbrechung erfolgen und operative Informationen, die vor einer strategischen Entscheidung einer sorgfältigen Prüfung bedürfen, aus mehreren IT-Anwendungen über ein gemeinsames Netzwerk zur Verfügung gestellt werden. Diese IT-Anwendungen setzen moderne Technologien ein und können als Ergebnis die Effizienz der gesamten Wertschöpfungskette verbessern, Verluste reduzieren, Kunden dauerhaft binden und Gewinne steigern.

Das industrielle Internet der Dinge (Industrial Internet of Things, IIoT) hat das Potenzial, existierende Fabriken und ihre Wertschöpfungsketten zu transformieren. Dies erfolgt aufgrund des Prozesswissens und autonomen Betriebes, die durch Erfassung von Sensordaten aus unterstützten Geräten und Fertigungsmaschinen ermöglicht werden. Die M2M-Kommunikation schafft zugleich (Machine to Machine) intelligente Abläufe, die auf ML-basierten Ansteuerungen aufbauen und durch die Verarbeitung von Daten direkt in der Fertigung generiert werden.

Der eigentliche Vorteil dieser auf dem IoT und ML basierten Autonomie liegt darin, dass sie in den bestehenden Prozessen der meisten fertigenden Unternehmen uneingeschränkt einsetzbar ist. Sicherlich müssen zusätzliche Sensoren an den vorhandenen Maschinen für neue Prozesswertmessungen eingebaut oder eine Proxy-Anwendung für Maschinen entwickelt werden, was eher unkompliziert, aber wichtig ist. Für die ML-Nutzung müssen Sie ggf. sicherstellen, dass Ihre Daten ausreichend aufbereitet sind, sodass Fehler beseitigt, Doppelungen bereinigt und genügend Kontext aus externen Prozessen eingebunden werden, um so die Effektivität der ML-Engine zu erhöhen.

Das IIoT ist ein wichtiger Bestandteil, um die Effizienz und Automatisierung zu erreichen, die mit der Industrie 4.0 einhergehen. Ohne das IIoT (sensing at the edge) würde die Fähigkeit, große Datenmengen aus der Fertigung zu erfassen und aufzuwerten, unterhalb der maximalen Effektivitätsgrenze bleiben. Das IIoT sorgt für die notwendige Datenanreicherung, die für den Erfolg des Digitalisierungsprozesses erforderlich ist.

Die große Diskussion: IIoT oder MES?

Es wird viel über einen bestimmten Bereich des IIoT und seiner Rolle in der Industrie 4.0 diskutiert: hat eine IIoT-Plattform kombiniert mit funktionsbezogenen Anwendungen das Potenzial, ein MES vollständig zu ersetzen? Mit anderen Worten: Löst das IIoT zusammen mit ML/KI und anderen Spezialanwendungen ein MES ab?

Dieser Standpunkt berücksichtigt unseres Erachtens nicht die Voraussetzungen für die Industrie 4.0 und ihre anschließende Entwicklung in vollem Umfang. In einem unserer Whitepaper zu diesem Thema wird betont, dass die Nutzung des MES zusammen mit dem IIoT sinnvoll ist. Nie war dabei die Rede von IIoT vs. MES. Sollte der Industrie-4.0-Ansatz in einer Wertschöpfungskette tatsächlich umgesetzt werden, ist die Kombination aus dem MES und dem IIoT wahrscheinlich die einzige denkbare Option, die heute existiert.

Wir wollen verstehen warum? Das IIoT fungiert im Grunde als Middleware zwischen den Maschinen, den vernetzten Geräten und den Anwendungen der übergeordneten Ebene. Eine IIoT-Plattform verfügt ggf. über die Funktion, Daten optimal auszuspielen und Machine Learning on the edge anzuwenden, um eine automatische, angelernte Reaktion oder Aktion zu generieren, während sie horizontal zwischen den Maschinen oder auch mit übergeordneten (Geschäfts)-anwendungen kommuniziert, um Daten mit einer Warn- oder einer Eingabe-Meldung zu versenden. Für die IIoT-Plattform werden darüber hinaus Anwendungen benötigt, die zur Ausführung einer bestimmten Funktion dienen, um die erfassten Daten weiter zu verwenden und sie in unternehmerisch wertvolle Informationen umzuwandeln, die zu tatsächlichen langfristigen Verbesserungen außerhalb der Fertigung beitragen können. Dazu zählen Entscheidungen über die zu verarbeitenden Materialien in Abhängigkeit von den Wetterbedingungen, den aktuell einsetzbaren Personalressourcen oder der Kombination von Kundenaufträgen in der Fertigungswarteschlange.

Hier zeigt sich die Stärke des MES. Das MES ist herkömmlicherweise die Anwendung, die den Fertigungsprozess steuert und den Kontext anhand der erhobenen Betriebsdaten herstellt, um die Entscheidungsfindung sowohl in Echtzeit als auch in Bezug auf kontinuierliche Verbesserungen zu fördern. Das MES ist aus der Prozessperspektive umfassend (En. pervasive), was bedeutet, dass es alle einzelnen Fertigungsfunktionen direkt und indirekt betrifft, und somit den Produktionsprozess und das Endprodukt selbst beeinflusst. Ein MES enthält die Datendefinitionen für den Prozess, die Prozessschritte, das Prozessmodell und die Fertigungsregeln. Jede IIoT-Plattform, kombiniert mit einer eindimensionalen Simulationssoftware, liefert nicht ansatzweise solche Ergebnisse, die ein umfassendes, modernes MES liefern kann, wenn dieses mit dem IIoT und einer Datenplattform verknüpft wird.

Die Bedeutung des MES für die Industrie 4.0 ist somit von entscheidender Bedeutung. Das MES steht im Mittelpunkt des gesamten Digitalisierungsprozesses. Warum? Das MES sammelt nicht nur Daten aus dem Fertigungsprozess, es liefert zudem einen erforderlichen Kontext für diese Daten, häufig sogar am Fertigungsende. Der vom MES bereitgestellte Kontext kann für eine Entscheidung ausschlaggebend sein, sodass der Ablauf oder der Produktionsprozess entweder beeinträchtigt oder weiter verbessert werden können. Es liefert außerdem den erforderlichen Kontext für eine erfolgreiche Nutzung des Machine Learning und IIoT.

Das MES bietet neben dem Prozess- und Business-Kontext auch die Orchestrierung des gesamten Fertigungsprozesses, sodass das MES die Durchsetzung von Standards und die Generierung von geschäftskritischen Impulsen bewirkt, die außerhalb des Prozesses wie beispielsweise im Bereich Supply-Chain-Management angesiedelt sind.

Dieser ganzheitliche Ansatz ist mit einer Standalone-Anwendung nicht realisierbar, denn die Orchestrierung des Prozesses erfordert eine ganzheitliche Einbindung der gesamten Fabrikinfrastruktur. Das MES ist im Grunde ein digitaler Zwilling des Prozesses und bietet für das IIoT einen Rahmen, in dem alle dynamischen Prozesse für unterstützte Geräte und Maschinen stattfinden können. Diese Anwendung lässt sich zudem problemlos in andere IT-Anwendungen in der Wertschöpfungskette integrieren und ist mit diesen kompatibel, sodass sie sich hervorragend für die Implementierung von Industrie 4.0 und IIoT eignet.

Die wichtigsten Leistungsmerkmale, die im Rahmen der Umsetzung der Industrie 4.0 angestrebt werden, sind Geschwindigkeit und Widerstandsfähigkeit. Diese resultieren neben den offensichtlichen Effizienzsteigerungen direkt aus der Reaktionsfähigkeit, Sichtbarkeit und Standardisierung eines MES.

Marketplace für intelligente Fertigung

Im Mittelpunkt des Industrie-4.0-Modells steht das Konzept eines intelligenten Fertigungsmarktplatzes, der mehr Produktivität, Effizienz und kostengünstigere Fertigungsabläufe verspricht. Mit einem intelligenten Marketplace verlagert sich die Fertigung weg von der linearen Produktion hin zu den dynamischen Fertigungsmodellen, wobei im gesamten Fertigungsbereich ein gemeinsames Maschinennetzwerk genutzt wird. Ein intelligenter Marketplace umfasst intelligente Terminplanung, intelligente Disposition und intelligente Dienste. Er setzt das IIoT und intelligente Daten ein und beschränkt sich nicht nur auf den Fertigungsbereich der Fabrik, fasst aber vielmehr ein globales Fabriknetzwerk inkl. externe Lieferanten um, welche bei Produktaufträgen mitbieten können. So können die Fertigungskosten weiter reduziert, die Produktivität, die Maschinenauslastung sowie die Durchlaufzeit verbessert und auf die Kundenanforderungen flexibler reagiert werden.

Nur eine moderne MES-Anwendung, welche die IIoT-fähigen Geräte, Datenplattformen und Anwendungen auf der IT-/Geschäftsebene wie etwa ERP, CRM und SCM unterstützt, kann sich an diesem Industrie-4.0-Marktplatz erfolgreich beteiligen. Die erforderliche Datenerfassung, die zur Prozesstransparenz, Validierung und Durchführung von Korrekturmaßnahmen dient, trägt auch dazu bei, dass die Echtzeitdaten aus dem Prozess für die Entscheidungsfindung genutzt werden.

Das MES kann die Routenführung, die Rezepte, die Arbeitsanweisungen und die Benachrichtigungen in der gesamten Lieferkette so verändern, dass die gewünschte Geschwindigkeit erreicht wird - einerseits durch die Integration mit der Automationsschicht und andererseits durch die Erzeugung detaillierterer Betriebsinformationen.

Die stark geforderte Widerstandsfähigkeit der Wertschöpfungskette resultiert auch aus den Standardprozessen, bei denen das MES die Arbeitsabläufe in verschiedenen Werken koordiniert; so wird programmseitig sichergestellt, dass jede erforderliche Änderungen oder jede Best-Practice-Maßnahme bzw. -Verfahren im MES effektiv gesteuert, umgesetzt und dokumentiert wird.

Das MES und das IIoT sind im eigentlichen Sinne für einander geschaffen; doch nicht alle MES-Systeme sind für die IIoT-Nutzung bereit. Die MES-Infrastruktur muss entsprechend ausgebaut sein: Kann das MES wirklich große Datenmengen aufnehmen, die durch das IIoT generiert werden? Bietet es sowohl die ML-fähige Edge-Verarbeitung als auch die Batch-Verarbeitung der gewonnenen Daten? Das IIoT hat die Aufgabe, Prozesse anhand von Machine Learning zu automatisieren; jedoch würde jede erreichte Automatisierung ohne den Kontext, die Ansprechbarkeit und die Orchestrierung durch das MES zu unbefriedigenden Ergebnissen führen.

Daher sollten Sie vor der Entscheidung, das MES bei der angestrebten Umsetzung der Automatisierung und Digitalisierung zu übergehen, unbedingt bedenken, dass das MES den wichtigsten Aspekt dieser angestrebten Automatisierung und Digitalisierung Ihrer Fabrik darstellt. Es verknüpft und speichert die vom IIoT erzeugten Daten und bringt diese in einen Kontext der gesamten Wertschöpfungskette. Das System ist somit nicht nur das Kernstück des digitalen Fertigungsmarktplatzes, es ermöglicht vielmehr auch Verbesserungen in der gesamten Wertschöpfungskette, die mit keiner IIoT-Plattform alleine erreichbar sind.

Die englische Originalversion dieses Artikels von João Aido (veröffentlicht am 06.11.2020) finden Sie hier.


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