Kernfunktionen von Manufacturing Execution Systems: Welche Funktionalitäten sollten Sie erwarten?

Ein Manufacturing Execution System, auch bekannt als MES, ist eine leistungsstarke produktionsorientierte Software, die dazu dient, Echtzeit-Transparenz über den Betrieb zu erhalten.

Gartner liefert eine nützliche Definition:

"Manufacturing Execution Systems (MES ) sind eine Klasse von Software, die die Ausführung von physischen Prozessen in Echtzeit verwalten, überwachen und synchronisieren, die an der Umwandlung von Rohstoffen in Zwischen- und/oder Fertigprodukte beteiligt sind.

Sie koordinieren diese Ausführung von Arbeitsaufträgen mit der Produktionsplanung und den Systemen auf Unternehmensebene. MES liefern auch Rückmeldungen zur Prozessleistung und unterstützen bei Bedarf die Rückverfolgbarkeit auf Komponenten- und Materialebene, die Genealogie und die Integration mit der Prozesshistorie."

Trotz ihrer Unterschiede haben alle MES eine Reihe von Kernfunktionen gemeinsam. Einige MES können bestimmte Bereiche besser als andere, aber es wird erwartet, dass sie alle zumindest einige der folgenden "Module" aufweisen:

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• Produkt-Dokumentation
• Produkt-/Teilerückverfolgung und Genealogie
• Management der Prozessdurchführung
• Ressourcenmanagement
• Qualitätsmanagement
• Personalwesen
• Datenerhebung
• Systemintegration

Keine zwei Fabriken sind jedoch gleich. Die Anforderungen variieren von Branche zu Branche und je nach Art der Fertigungsprozesse. Die Chargenfertigung funktioniert ganz anders als die diskrete Fertigung und so weiter.

Diese schneeflockenartige Vielfalt zwischen den Fabriken hat die Versuche von Organisationen wie MESA und ANSI vereitelt, die Definition von MES zu standardisieren.

In diesem Beitrag gehen wir auf die Kernfunktionen ein, die ein MES normalerweise ausmachen.

Schauen wir uns zunächst die Funktionen und Merkmale an, die jedes dieser Module bieten kann.

Definition des Produkts

Manufacturing Execution Systems verwalten die Dokumentation, die in der Werkstatt zur Herstellung eines Produkts benötigt wird. Erreicht wird dies durch Funktionen wie:

• Verwaltung von Stücklisten (BOMs): Entweder Empfang einer BOM (mBOM) von einem externen System oder Empfang der technischen BOM (eBOM) und Verwaltung der Umwandlung von eBOM in mBOM innerhalb des MES.
• Änderungs- und Konfigurationsmanagement: Verwaltung von Produktrevisionen, so dass bei einer Produktaktualisierung der Prozessplan mit Revisionskontrolle und Verweis auf die relevanten Änderungen in den eBOM- und CAD -Modellen der Produktdefinition aktualisiert werden kann.

Produkt- und Teileverfolgung und Genealogie

Diese MES sollen die Verfügbarkeit der richtigen Teile zur richtigen Zeit am richtigen Ort in der Produktion sicherstellen. Zu diesen Funktionen gehören:

• Teileausgabe: Verfolgen Sie die Teile ab dem Zeitpunkt, an dem sie aus dem Lager entnommen werden, während sie durch die Lagerbereiche in der Werkstatt wandern, bis sie eingebaut oder in der Produktion verwendet werden.
• Kommissionierung von Teilen: Erstellen Sie eine Kommissionierliste für Teile, die entweder an das Inventarsystem gesendet oder manuell mitgeführt wird.
• Teile-Zusammenstellung: Erstellen Sie vor Beginn eines Auftrags eine Zusammenstellungsliste für Teile, die in Behältern oder Wagen zusammenzustellen sind, um sicherzustellen, dass alle Teile im Prozess verfügbar sind.
• WIP-Bestände: Verfolgen Sie die WIP-Bestände von Teilen, die für Aufträge ausgegeben, aber noch nicht eingebaut wurden, und übermitteln Sie die Informationen an das Inventarsystem zurück.
• WIP-Produktverfolgung: Verfolgen Sie Produkte, während sie von einem Arbeitsplatz zum nächsten wandern. Dies geschieht durch den Einsatz von Barcode-Scannern oder durch die Verfolgung der Seriennummer, der Losnummer oder der Arbeitsauftrag Nummer.
• Aufzeichnungen zur Teileinstallation und Produktgenealogie: Führen Sie eine Produkthistorie und einen Prüfpfad, einschließlich einer vollständigen Genealogie der in der Montage verwendeten Materialien und Komponenten. Das MES kann auch die BOM mit der As-Design- oder BOM abgleichen.
• Materialhaltbarkeit und Verfallsdatum: Behalten Sie das Verfallsdatum von Materialien im Auge, um zu verhindern, dass Mitarbeiter abgelaufene Materialien verwenden.

Management der Prozessdurchführung

Manufacturing Execution Systems bieten Funktionen zur Verwaltung der Produktion und zur Gewährleistung der richtigen Arbeitsabläufe, wie z. B.:

• Prozessabläufe: Definieren und verwalten Sie den Prozessplan, der die Regeln für die Ausführungsreihenfolge, die Arbeitsanweisungen, die Ressourcen und die Anforderungen an die Datenerfassung für jeden Vorgang und Schritt enthält.
• Arbeitsanweisungen: Digitale Versionen von Arbeitsanweisungen mit Text und Illustrationen, die den Techniker durch die entsprechende Prozesssequenz führen - wie man Werkzeuge einrichtet, Teile positioniert, Maschinen betreibt und auf dem Weg dorthin Überprüfungen durchführt.
• Führen durch die Arbeitsschritte: Über die Arbeitsanweisungen hinaus kann das MES den Techniker durch die verschiedenen Schritte leiten, von der Auswahl eines Auftrags auf einer Versandliste, der Anmeldung zum Auftrag, um die Uhr zu starten, der Erfassung von Daten für Messungen und Teile bis hin zur Aufzeichnung der Fertigstellung des Auftrags.
• Verfolgung des Auftragsfortschritts in der Produktion: Verfolgen Sie die Fertigstellung von Aufträgen nach Arbeitsbereich, eingesetzten Ressourcen, Stücklisten und verwendeten Teilen, so dass Produktionsplaner erkennen können, wo sich jede Einheit oder jedes Los im Fertigungszyklus befindet, welche Materialien benötigt werden und wann. Dieses Maß an Transparenz hilft den Ingenieuren bei der Bestandsplanung, der Planung der Produktion und der genauen Information der Kunden, wann die Bestellungen fertig sein werden. Indem das Personal aufgefordert wird, sich zu Beginn und am Ende eines Auftrags zu melden, kann diese Funktion helfen, die Arbeitskosten für jeden Auftrag zu verfolgen.
• Ereignisse und Warnungen: Zeichnen Sie Ereignisse wie den Abschluss eines Auftrags durch eine Maschine oder einen Bediener auf und lösen Sie bei Bedarf Warnmeldungen per E-Mail an den Vorgesetzten oder den Support aus. Ein Alarm kann zum Beispiel ausgelöst werden, wenn eine Bedingung außerhalb der Spezifikation erfüllt ist, wenn eine Linie anhält usw.
• Produktionskontrolle: Diese Funktionen bieten die Möglichkeit, die Lösung von Problemen zu beschleunigen, die die Produktion aufhalten, Abweichungen von der Planung zu koordinieren und zu genehmigen und dringende technische Änderungen, die sich auf die Produktionspläne auswirken, einzuarbeiten. In der Regel bieten die Funktionen zur Produktionskontrolle Bildschirme und Berichte, die dem Personal helfen, die betroffenen Bereiche zu analysieren und die Probleme so schnell wie möglich zu lösen.
• Versand von Produktionsaufträgen: Stellen Sie eine tägliche Auftragsliste aus dem ERP bereit und bieten Sie die Möglichkeit, Aufträge zu verschieben, ungeplante Probleme zu umgehen und so weiter. Diese Funktion verfügt in der Regel über grafische Darstellungen wie z.B. Gantt-Diagramme, mit denen Sie die Leistung beurteilen und verfolgen können, ob Aufträge in Verzug sind oder rechtzeitig fertig werden.

Verwaltung der Ressourcen

Funktionen zur Verwaltung von Ressourcen in der Produktion, wie z.B. Werkzeuge, Materialien, usw.

• Leitstand / Planungstableau: Das Planungstableau enthält eine periodische Ansicht des Masterplans mit den Planungs- und Steuerungswerkzeugen, die für die Aufrechterhaltung der Produktionsmengen zur Gewährleistung eines reibungslosen Produktionsprozesses, der Planaufträge eines Prozesses und der Produktionsaufträge erforderlich sind.
• Werkzeug- und Ressourcenmanagement (TRM): Verwalten Sie die Werkzeuge und andere Hilfsmittel und Ausrüstungen, die in der Produktion benötigt werden. Das MES ist mehr als ein Inventarsystem. Es soll den Zustand der Betriebsmittel verwalten, indem es feststellt, welche Werkzeuge verfügbar sind, welche Werkzeuge mit welchen Maschinen kompatibel sind und ihren Zustand bewertet, um vorbeugende Wartung zu betreiben und Ausfallzeiten zu reduzieren.
• Kalibrierung von Werkzeugen: Da das MES über nützliche Informationen für jedes Werkzeug verfügt, kann die Kalibrierung auf der Grundlage der tatsächlichen Nutzungshäufigkeit ausgelöst werden. Außerdem kann das MES erzwingen, dass die Werkzeuge ordnungsgemäß kalibriert werden, bevor sie eingesetzt werden können.
• Übermittlung von Maschineneinstellungen: Verwalten und übermitteln Sie Maschineneinstellungen, um die richtige Einrichtung und Wartung jeder Maschine zu gewährleisten, sowie Arbeitsanweisungen für den ordnungsgemäßen Betrieb, mit dem Ziel, unnötige Ausfallzeiten zu vermeiden.
• Programme für laufende Maschinen: Speichern und verwalten Sie Programme für laufende Maschinen, von einfachen Einrichtungsblättern bis hin zu Programmen für numerische Steuerungen (NC) oder Koordinatenmessmaschinen (KMG).
• Material- und Produktionslogistik: Liefern Sie Informationen über im Umlauf befindliche Materialien (solche, die mit unfertigen Erzeugnissen (WIP) oder außerhalb der gemeinsamen Lagereinrichtungen zu tun haben), damit ihre Transportaktivitäten zum richtigen Zeitpunkt eingeleitet werden können.

Qualitätsmanagement

Integrieren Sie die Qualität in den Produktionsprozess durch prozessbegleitende Prüfungen.

• Statistische Prozesskontrolle (SPC): Die statistische Prozesskontrolle erfasst Daten, verarbeitet sie und vergleicht sie mit Sollwerten, um festzustellen, ob sie innerhalb der Toleranz liegen. Wenn dies nicht der Fall ist, kann die SPC-Funktion einen Alarm auslösen, um die entsprechenden Beteiligten zu warnen. MES sollten diese erfassten Datenpunkte speichern, um ihre Trends zu verfolgen und sie in der Produktion verfügbar zu machen, damit Fehler erkannt und vermieden werden können, bevor sie passieren.
• Überprüfung der Produktkonfiguration: MES können dazu beitragen, dass Produkte gemäß den korrekten technischen Spezifikationen gebaut werden, indem sie Device History Records (DHR, auch As-Built-Berichte genannt) führen, die eine Liste der in jede Produkteinheit eingebauten Engineering Change Notices (ECNs) enthalten. Wenn es Abweichungen zwischen den As-Built- und den As-Design-Konfigurationen gibt, kann das MES die erforderlichen Genehmigungen verwalten, um sicherzustellen, dass die Hersteller keine Produkte außerhalb der Spezifikationen ausliefern.
• Non-Conformance Management (NCM): Rückverfolgung der technischen Aspekte, der Herstellungsbedingungen und der Ausgangsmaterialien von Produkten, die eine schlechte Qualität aufweisen, mit dem Ziel, Gegenmaßnahmen einzuleiten und deren Wirksamkeit zu messen.
• Eingehende Waren: Dieses Modul hilft bei der Registrierung und Verfolgung eingehender und versendeter Waren, um eine genaue Chargennummerierung sicherzustellen und die Beteiligten zu alarmieren, wenn die Werte außerhalb der Toleranzgrenzen liegen.
• Verwaltung von Inspektionsgeräten: Ähnlich wie bei der Werkzeug- und Ressourcenverwaltung sorgt diese Funktion dafür, dass die Prüfmittel ordnungsgemäß gewartet werden. Sie stellt auch sicher, dass die Ausrüstung den erforderlichen Standards entspricht und für die entsprechenden Tests und Inspektionsverfahren verwendet wird.
• Prozessdaten Verarbeitung (PDP): Diese Funktion erfasst Daten aus der Produktion, wie z.B. Temperatur und Luftfeuchtigkeit, und überprüft sie anhand von Toleranz- oder Eingriffsgrenzen. Wenn ein Fehler auftritt, empfiehlt sie Gegenmaßnahmen.

Personalwesen

Diese Funktionen helfen bei der Verwaltung der am Betrieb beteiligten Personen.

• Arbeitszeiterfassung für Mitarbeiter: Behalten Sie den Überblick über die Ein- und Austrittsdaten des Personals sowie über Abwesenheitszeiten und andere zeitbezogene Variablen, die die Produktion unterstützen können, insbesondere wenn die Arbeit effizient geplant werden muss.
• Personalqualifikationen und Zertifizierungen: Führen Sie Aufzeichnungen über die Zertifizierungen der Mitarbeiter und ihre Erfahrung mit verschiedenen Arten von Aufgaben. Vergewissern Sie sich, dass die Mitarbeiter, die sich für einen Job verpflichten, über die notwendigen Zertifizierungen und Erfahrungen verfügen, um diesen auszuführen.
• Anreizende Löhne: Führen Sie anreizbasierte Bonussysteme ein, bei denen Produktionsdaten, Abwesenheitszeiten und Arbeitsauftrag zur Berechnung der Leistungsstufen herangezogen werden.
• Kurzfristige Planung des Personalbestands: Verschaffen Sie sich einen Überblick über das gesamte aktive Personal, um manuell oder automatisch Zeitpläne zu erstellen und dabei die Auslastung auf Abteilungs-, Werks- oder Unternehmensebene zu berücksichtigen.
• Zugangskontrolle: Verwalten Sie die Zugangskontrolle zur Produktionsstätte, um sicherzustellen, dass nur autorisiertes Personal Zugang zur Produktionshalle hat, Maschinen bedienen kann usw.
• Eskalationsmanagement: Eskalieren Sie Probleme in Bezug auf Qualität, Auslastung, Ausfallzeiten und so weiter. Wenn Schwellenwerte verletzt werden, werden Eskalations- und Alarmmechanismen ausgelöst, um das Problem zu eskalieren und die richtigen Stakeholder zu alarmieren, um die Dauer fehlerhafter Betriebszustände zu verkürzen.

Datenerfassung

MES helfen bei der Datenerfassung und -integration im gesamten Betrieb.

• Produktionsdaten Erfassen: Erfassen Sie Produktionsdaten von Personen, Materialverbrauch und Qualität über verschiedene Zeiträume und stellen Sie diese Daten dem Management in Echtzeit durch Anzeigen und Analysen zur Verfügung.
• Maschinendatenerfassung : Erfassen Sie den Maschinenstatus manuell über Schnittstellen oder automatisch über Industrieprotokolle und Bussysteme oder Sensoren wie Waagen und messen Sie KPIs wie Gesamtanlageneffektivität (OEE), Betriebszeit usw., um Engpässe und Fehlerquellen in der Produktion zu identifizieren.
• InProzessdaten Erfassung: Erleichtern Sie die manuelle und automatischeProzessdaten Erfassung mit Hilfe von Checklisten und aufgezeichneten Messungen sowie Geräten wie Barcode-Scannern, RFID, Messgeräte-Schnittstellen und so weiter.

Systemintegration

MES sollte mit anderen Produktionssystemen integriert werden können.

• Datenspeicherung: Das MES sollte über aktuelle und standardisierte Daten verfügen. Es sollte in der Lage sein, sowohl mit bestehenden Datenbanken im Unternehmen als auch mit neuen Datenbanken über APIs, Konnektoren oder andere zu kommunizieren.
• Integration mit anderen Systemen: Das MES sollte in der Lage sein, andere Systeme im Unternehmen zu integrieren und mit ihnen zu interagieren. Auf Unternehmensebene sollte es in der Lage sein, mit dem ERP, Personal- und QMS zu interagieren. Auf der Ebene des Produktionsmanagements sollte es in der Lage sein, mit Maschinen über Industrieprotokolle wie OPC-UA sowie über PC-basierte Eingaben von Informationsstationen zu interagieren.
• Bereitstellung: Die meisten MES werden vor Ort eingesetzt, aber es gibt einen zunehmenden Trend zu Cloud-basierten MES von den führenden Anbietern, und es gibt neue Anbieter, die zunehmend Cloud-nativ sind.

Auch wenn jedes MES je nach Branche, Art des Fertigungsbetriebs und Größe des Kunden variiert, haben sie alle eine gewisse Kombination der oben genannten Funktionen gemeinsam. Wenn MES richtig implementiert sind, verschaffen sie den Herstellern Echtzeittransparenz, damit sie bessere Entscheidungen treffen können. Aufgrund der starren Natur ihrer Technologie sind MES jedoch anspruchsvolle Systeme, bei denen es Zeit braucht, bis sich der ROI zeigt.

Neue Technologien wie Fertigungs-Apps ermöglichen modernen Herstellern den Zugriff auf viele der oben genannten Kernfunktionen, ohne die üblichen Herausforderungen eines MES. Mit Betriebsplattformen wie Tulip kann jede der oben genannten MES zu einer Anwendung werden, die speziell von denjenigen entworfen und entwickelt wird, die dem Betrieb am nächsten stehen.

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