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Manufacturing Execution Systeme

Manufacturing Execution Systeme – Werkzeug für mehr Produktivität, Qualität und Transparenz

06.02.2009 | Autor / Redakteur: Sabine Mühlenkamp / Dr. Jörg Kempf

Mit MES haben Betreiber die Produktionsprozesse fest im Blick.
Mit MES haben Betreiber die Produktionsprozesse fest im Blick.

Komplexere Supply Chains, steigende Kosten für Rohstoffe und immer strengere Qualitätsrichtlinien und -vorschriften sind nur einige der Herausforderungen, denen sich Unternehmen heute stellen müssen. Immer häufiger werden sie dabei von Manufacturing Execution Systemen unterstützt, die für transparente Abläufe in den Prozessen sorgen.

Wirtschaftlichkeit und Qualität in der Produktion sind unabhängig von der Branche von zentraler Bedeutung“, begründet Alastair Orchard, Director Industry Management Process Industries, Siemens-Division Industry Automation, Nürnberg, den steigenden Einsatz von Manufacturing Execution Systemen (MES). Dafür müssen die Produktionsabläufe dokumentiert werden, diese sollten bei Bedarf für die betreffenden Stellen jederzeit abrufbar sein und die Prozesse im Werk müssen reibungslos ablaufen, um letztendlich die Anforderungen der Kunden zu erfüllen. MES bieten dabei genug Flexibilität, um unterschiedlichsten Aufgaben gerecht zu werden. „Da es alle qualitätsspezifischen Vorgänge kontrolliert und aufzeichnet, kann man es beispielsweise dafür hernehmen, Produktionsfehler zu analysieren und zu beheben“, beschreibt Martin Dittmer, Life Sciences MES Produktmanager bei Rockwell Automation, den Nutzen. Des Weiteren lassen sich alle produktions- und unternehmensspezifischen Daten auf verschiedenen Ebenen visualisieren. Dies vereinfache die Entscheidungsfindung erheblich, führt Dittmer aus und ergänzt: „Mit einem MES lässt sich jeder einzelne Prozessschritt fortlaufend nachverfolgen und man kann in Echtzeit auf Vorkommnisse reagieren und diese korrigieren.“ Auch wenn es schwer fällt, die Vorteile eines MES genau zu beziffern, lässt sich nach Dittmers Erfahrung der Einsatz eines MES folgendermaßen quantifizieren:

40 bis 65 Prozent höherer Produktionsdurchsatz durch minimierten Verwaltungsaufwand im Vergleich zur manuellen Datenerhebung,

8 bis 18 Prozent höhere Produktivität durch OEE-Analysen (OEE – Overall Equipment Effectiveness/Gesamtanlageneffektivität),

35 Prozent niedrigere Durchlaufzeiten,

25 bis 60 Prozent geringere Rüst- und Reinigungszeiten,

20 bis 30 Prozent Kosteneinsparung bei der Einhaltung von regulatorischen Bestimmungen.

Nicht selten ließe sich ein Return of Investment (ROI) in sechs bis neun Monaten erzielen, so Dittmer.

Regulierte Branchen vorneweg

Dabei ist die Branchendurchdringung für MES ganz unterschiedlich. Generell sind in fast allen Unternehmen Teile einer MES-Lösung, z.B. die automatisierte Datenerfassung und Auswertung, implementiert. Der Umfang der eingesetzten MES-Funktionalitäten in den jeweiligen Betrieben unterscheidet sich allerdings zum Teil gravierend. „Branchen aus der Prozessindustrie wie die Pharmazie oder die Lebensmittelindustrie haben u.a. aufgrund von gesetzlichen Auflagen und Normierungsvorschriften besonderen Anforderungen an ihre Prozessdokumentation – z.B. Rückverfolgbarkeit, FDA 21CFR Part 11“, erklärt Erdal Kara, Vertriebsingenieur MES bei ABB Automation, Mannheim. Während der Schwerpunkt lange Zeit bei der Qualität oder der betrieblichen Effizienz lag, sehen inzwischen die meisten Kunden in der NuG-Industrie den Nutzen einer MES-Lösung, so die Erfahrung von Orchard. Solche Lösungen können durch Integration von Daten und Workflows sowohl die Produktions- als auch die Qualitätsanforderungen abdecken.

In der Pharma- und Biotechbranche sind daher die regulatorischen Qualitätsstandards die großen Treiber für MES. Die strengen behördlichen Anforderungen der FDA fördern geradezu die Verbreitung und Einführung solcher Systeme. „Zu den Vorteilen zählen verbesserte Produktivität und Performance, mehr Sicherheit sowie höhere Transparenz“, zählt Christian Wölbeling, Senior Director Marketing & Sales bei Werum Software & Systems, auf. MES ermöglichen kontinuierliche Qualitätskontrollen sowohl bezüglich des Produktes als auch hinsichtlich der Konformität mit regulatorischen Anforderungen (FDA/GMP). Die Folge: Nahezu alle Top50-Unternehmen der Pharma- und Biotechbranche setzen nach Aussage von Wölbeling MES-Technologien ein; von den 20 größten Konzernen setzen alleine 14 auf das PAS-X von Werum. Dabei stoßen MES sogar neue Prozesse an. So ist Wölbeling überzeugt, dass erst dank MES die papierlose Dokumentation in der pharmazeutischen Produktion Einzug gehalten hat, was zu einer erheblichen Effizienzsteigerung führte.

Auch der Grad der MES-Implementierung ist unterschiedlich. Sie reicht von einer Software, die bei der Planung oder Durchführung der Produktion oder bei der Zusammenstellung und Auswertung von Daten unterstützt, über selbst entwickelte Lösungen und Qualitätsmanagement-Software bis zum vollintegriertem MES. Insbesondere Teillösungen führen nicht immer zum erwünschten Erfolg, berichtet Orchard: „Erst in letzter Zeit setzt sich bei den Herstellern die Erkenntnis durch, dass ihnen verschiedene Systeme, die nicht oder nur über spezielle, äußerst wartungsaufwändige Kommunikationsprotokolle miteinander kommunizieren können, keinen Nutzen mehr bringen – weder auf der Kosten- noch auf der Effizienzseite.“

„Andere Bereiche wie die kontinuierliche Prozessindustrie verwenden unter dem Stichwort MES eher eine Vielfalt an Software-Applikationen, ausgewählt entsprechend den jeweiligen Anforderungen in einem Betrieb“, sind auch die Erfahrungen von Herbert Fittler, Technology Consultant bei Honeywell Process Solution, Erkrath. Daher sind kompakte MES-Softwarelösungen vornehmlich in behördlich regulierten Bereichen wie Pharma/Biopharma, aber auch in der diskreten Fertigung, anzutreffen. Insgesamt schätzt Fittler die Anzahl der Unternehmen, die diesbezüglich bereits über ein integriertes System verfügen, noch gering ein. Lediglich bei Neuanlagen kann man davon ausgehen, dass derartige Systeme heute als Standard mit vorgesehen sind. „Bestehende Betriebe werden nur bei bestimmten Zwängen eine Nachinstallation angehen“, ist Fittler überzeugt.

Skalierbare Produkte sind gefragt

Nicht nur Großkonzerne profitieren von einem MES: „Aufgrund des Produktansatzes eignen sich MES ebenso für mittelständische Unternehmen“, erklärt Wölbeling, wobei modular und skalierbar aufgebaute Produkte mit einem hohen Standardisierungsgrad den Einstieg erleichtern. Die Basis bilden Geschäftsprozesse, die sich als „Best Practice“ etabliert haben und den regulatorischen Anforderungen gerecht werden. „MES werden an die Kundenanforderungen mit Parametrierung und nicht durch Programmierung angepasst“, macht Wölbeling deutlich. Der Aufwand sinkt und damit die Kosten – das heißt die Investition in ein MES rentiert sich auch für mittelständische Unternehmen. „Es ist darüber hinaus möglich, mit flexiblen Startup Packages ein MES schrittweise zu implementieren.“

Wenn MES in kleineren und mittleren Betrieben eingesetzt werden, sollte jedoch eine modular strukturier- und lizenzierbare Software zum Einsatz kommen sowie eine klare Vorstellung und dokumentierte Definition der im Einzelfall erforderlichen Funktionen vorliegen, definiert Fittler die Rahmenbedingungen für einen erfolgreichen Einsatz. Erst auf dieser Basis kann eine schlanke und effiziente Lösung zur Verbesserung der betrieblichen Abläufe und zur Bereitstellung analysierbarer Daten installiert werden. Neben dem angepassten kommerziellen Aspekt der Erstinstallation sind seiner Meinung nach auch die Transparenz für Handhabung und Pflege entscheidend.

Trotzdem ist die Einführung eines MES nicht immer einfach. Bereits die Mehrdeutigkeit des Begriffs führt zu offenen Fragen, genauso wie die Unsicherheit bei der Einschätzung des Aufwandes für die notwendige technologische Plattform und das bereitzustellende innerbetriebliche Know-how. „Da auf dieser Basis der Return-on-Investment nur annähernd abgeschätzt werden kann, fehlt es oft an der notwendigen Zustimmung der betrieblichen Entscheidungsträger“, ist Fittler überzeugt. „Ohne eine vom Management getragene und eindeutig kommunizierte MES-Einführung ist ein derartiges Projekt häufig zum Scheitern verurteilt.“

Problematisch ist nach der Meinung von Siemens auch, dass viele Hersteller so stark in ein ERP-System investiert haben, dass sie dieses IT-System für eine Reihe von Funktionen nutzen wollen, die nicht auf der Unternehmens- und Administrationsebene, sondern auf der Fertigungsebene angesiedelt sind. Dies könne in manchen Fällen und für bestimmte Funktionen eine Lösung sein, jedoch nie die gleiche Geschwindigkeit und Dokumentation/Datengewinnung bieten wie eine dedizierte (MES-)Lösung.

Aus lauter Furcht vor neuen Investitionen in Lizenzen, Services, Wartung, usw. wird dann auf ein MES verzichtet. „Dabei übersehen viele Hersteller, dass eine zusätzliche Investition in MES gerade dazu beitragen kann, einerseits frühere Investitionen in ERP zu nutzen und andererseits auf der Fertigungsseite einen konkreten Nutzen zu realisieren“, erklärt Orchard.

Dabei hält man bei ABB eine MES-Einführung insbesondere für Unternehmen mit einer ERP-Lösung (zur kaufmännischen Auftragsabwicklung) interessant. So werden oftmals in Unternehmen Aufträge zwar an übergeordneter Stelle geplant und disponiert, die Verbindung in die Fertigung sowie aktuelle Rückmeldungen fehlen jedoch. Als negative Folgen nennt Kara die mangelnde Transparenz über das eigentliche Fertigungsgeschehen sowie eine ineffiziente Auslastung der Anlagen und Maschinen, hohe Zwischenlagerbestände, lange Durchlaufzeiten sowie eine unzureichende Termintreue und ungünstige Herstellungskosten. Genau an dieser Stelle setzen Manufacturing Execution Systeme an. „MES schließen als Bindeglied die Lücke zwischen der kommerziellen Auftragsbearbeitung der ERP-Ebene mit den industriellen Steuerungssystemen des Fertigungsprozesses und gewährleisten damit eine Durchgängigkeit des Informationsflusses“, beschreibt Kara die MES-Aufgaben.

Ohne Entscheider läuft nichts

Einig sind sich die Hersteller, dass eine MES-Einführung nur dann erfolgreich sein kann, wenn sie in eine klare, unternehmensweite Strategie zur Steigerung der Produktivität und zur Einsparung von Kosten eingebettet ist. Diese Lösung entfaltet erst ihr ganzes Potenzial, wenn die grundlegenden Prinzipien der Transparenz, Verfolgbarkeit und Kontrolle akzeptiert und vorteilhaft genutzt werden. „MES muss als zentraler Baustein von Lean SixSigma-Initiativen verstanden und im Unternehmen positioniert werden“, führt Dittmer aus und findet klare Worte: „Die Einführung eines MES erfolgt nicht einfach durch die Installation einer Progamm-CD. Die Einführung muss geplant und professionell durchgeführt werden.“ Das heißt jedoch nicht, dass dies zeit- und ressourcenintensiv vonstatten gehen muss.

Unbedingt notwendig ist nach Ansicht von Dittmer jedoch, dass ein Projekt-Team aufgestellt wird, das Kollegen aus IT und Produktion einbindet. Um das MES effizient und effektiv zu nutzen, ist deshalb ein Umdenken im Unternehmen notwendig. Vor einschneidenden Schritten sollten sich die Unternehmen jedoch nicht fürchten. „Ein MES nicht einzuführen, birgt weitaus größere Risiken“, so Dittmer.

Nach langjährigen Erfahrungen in der Life Science-Branche ist man daher bei Werum davon überzeugt, dass die Frage nicht ist, ob ein MES eingeführt wird, sondern mit welcher Funktions- und Integrationstiefe. Für MES-Spezialist Wölbeling steht jedenfalls fest: „MES ist in der Branche inzwischen unabdingbar geworden und hat einen festen Platz in der IT-Architektur.“

Die Autorin ist freie Mitarbeiterin bei PROCESS.E-Mail-Kontakt: info@muehlenkamp.net

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