MES, ISA-95, MESA-11, cMES, NAMUR – Warum gibt es so viele Standards?

MES ein vieldeutiger Begriff. Wenn man zwei Personen aus der Fertigungsbranche bittet, ihn zu definieren, erhält man wahrscheinlich zwei unterschiedliche Antworten. Die Definition hängt von ihrer Branche, ihrem aktuellen Anbieter und der Art der von ihnen betriebenen Fertigungsanlagen ab.

Das liegt daran, dass das Akronym, das für „Manufacturing Execution System“ steht, erst geprägt wurde, nachdem die zugrunde liegende Technologie aufkam, und sich schnell zu einem Modewort entwickelte. Als Anbieter auf den Zug aufsprangen und ihre unterschiedlichsten Lösungen alsMESbezeichneten, verlor der Begriff an Bedeutung.

In diesem Beitrag werden wir uns eingehend mit den Bemühungen von Organisationen wie der Manufacturing Enterprise Solution Association (MESA) und der International Society of Automation (ISA) befassen, die Definition zu standardisieren, um sie weniger trivial zu gestalten.

Das Verständnis dieser Modelle und Standards kann Ihnen dabei helfen, Manufacturing-Execution-Systeme besser zu verstehen und ihre modernen Alternativen zu bewerten.

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Die wohl am weitesten verbreitete Definition von MES das MESA-Modell, das MES Funktionsbereichen definiert.

MESA wurde in den 1990er Jahren gegründet, um bei der Implementierung von MES zu beraten und deren zunehmende Komplexität zu bewältigen.

Im Jahr 1997 definierte MESA den Anwendungsbereich von MES elf Kernfunktionen, die als MESA-11-Modell bezeichnet werden. Diese Funktionen basieren auf der Betrachtung einer Anlage und umfassen:

1. Ablauf/Detaillierte Ablaufplanung
2. Versand der Produktionseinheiten
3. Produktverfolgung und Herkunftsnachweis
4. Arbeitsmanagement
5. Qualitätsmanagement
6. Instandhaltungsmanagement
7. Ressourcenzuweisung und Status
8. Dokumentenverwaltung
9. Leistungsanalyse
10. Prozessmanagement
11. Datenerhebung und -erfassung
    

Im Jahr 2004 wurde der Anwendungsbereich des Modells auf den Geschäftsbetrieb ausgeweitet. Neben den Kernfunktionen umfasste das Modell nun auch Schwerpunkte wie Lieferkette und die Anlagenoptimierung. Diese Weiterentwicklung ist das Collaborative MES, kurzMES.

Laut MESA konzentriert sich dieses Modell darauf, wie Kernaktivitäten mit den Geschäftsabläufen interagieren. Das Modell berücksichtigt den zunehmenden Wettbewerb, Outsourcing, Lieferkette sowie die Optimierung der Betriebsmittel.

DasMES an den Schnittstellen mit anderen GeschäftsbereichenMES . Dazu gehören lieferorientierte Systeme (Procurement SCP); kundenorientierte Systeme wie CRM und Servicemanagement; finanz- und leistungsorientierte Systeme wie ERP Business-Intelligence-Software (BI); produktorientierte Systeme wie CAD und PLM; Logistiksysteme wie TMS und WMS; Steuerungssysteme (SPS, DCS) sowie Compliance-Systeme (DOO-Management, ISO, EH&S).

Schließlich wurde das Modell im Jahr 2008 zu seiner aktuellen Version erweitert, die von der Produktion über den Anlagenbetrieb und den Geschäftsbetrieb bis hin zu strategischen Initiativen wie lean manufacturing, Qualitäts- und Compliance-Management, Produktlebenszyklusmanagement, Echtzeit-Unternehmensführung, Asset Performance Management und weiteren Bereichen reicht.

Im Kern MES der MESA-Definition eines MES eine funktionale Definition, die auf den verschiedenen Funktionen basiert, die ein MES erfüllen MES . Damit ein System als MES gelten kann, muss es über alle Funktionsgruppen oder eine sinnvolle Kombination davon verfügen. Die Definition hat sich jedoch im Laufe der Zeit weiterentwickelt. BeiMES MES das MES als Vermittler zwischen Automatisierung und Unternehmensleitung sowie als Daten- und Informationsknotenpunkt. Es ist nicht nur eine Sammlung von Funktionen, sondern ein Integrationsknotenpunkt für Informationen im gesamten Unternehmen.

ISA-95 wurdegemeinsam von der International Society of Automation (ISA), früher bekannt als Instrumentation, Systems, and Automation Society, und dem American National Standards Institute (ANSI) entwickelt. Die Entwicklung des ISA-95-Standards begann im Jahr 1995, als Computer zunehmend Einzug in die Informations- und Steuerungssysteme der Fertigungsindustrie hielten.

Im Gegensatz zum MESA-Modell, das sich auf Geschäftsprozesse konzentrierte, liegt der Schwerpunkt des ISA-95-Modells auf der Informationsarchitektur. Das ISA-95-Modell unterteilt Produktionssysteme in fünf Ebenen, basierend auf dem Purdue Enterprise Reference Architecture (PERA)-Modell.

Auf diese Weise hilft der ISA-95-Standard dabei, die Grenzen zwischen den Systemen abzugrenzen. Intelligente Geräte wie Sensoren gehören zur Ebene 1. Steuerungssysteme wie SPS, DCS und OCS gehören zur Ebene 2. MES gehören zur Ebene 3. ERP Ebene 4.

Indem MES Ebene 3 angesiedelt wird, impliziert ISA-95, dass MES die Produktion mit den Unternehmenssystemen MES , Arbeitsabläufe zur Herstellung von Endprodukten steuert, Produktionsaufzeichnungen führt und den Produktionsprozess optimiert.

Ziel war es, einen Standard zu entwickeln, der eine effiziente Anbindung und Integration zwischen einem ERP und einem MES ermöglicht. Dies würde eine effektive Kommunikation zwischen den Beteiligten erleichtern, die Gesamtbetriebskosten senken und eine fehlerfreie Integration ermöglichen.

Wie wir gesehen haben, definiert MESA MES seiner Funktionen, während ISA-95 es anhand der Informationsarchitektur definiert. Da jedoch jede Branche und jede Art von Fertigungsbetrieb unterschiedliche Anforderungen hinsichtlich Fertigung, Qualität, Geschäftsprozessen und regulatorischem Umfeld hat, MES je nach Branche und Art des Fertigungsbetriebs.

Es gab branchenspezifische Versuche, MES zu standardisieren. NAMUR beispielsweise ist eine Gruppe von Endnutzern, die vor allem in der Prozessindustrie (überwiegend Chemie und Pharma) tätig sind. Ihre Empfehlungen basieren auf ISA-95, doch die Gruppe formuliert konkretere Definitionen für die Anforderungen ihrer Branche.

Auf einer allgemeineren Ebene können wir zwischen den Branchen „Prozessindustrie“ und „diskrete Fertigung“ unterscheiden. Natürlich hat jede Betriebsart unterschiedliche Anforderungen, sodass sich ein MES jeweils eine dieser Branchen MES , in wesentlichen Punkten unterscheiden wird.

In der Prozessindustrie wird MES daher MES Steuerungssystem für Maschinen und Anlagen betrachtet. In der diskreten Industrie hingegen wird das MES eher MES Online-Informations-, Rückmelde- und Steuerungssystem für die Produktion angesehen.

Neben den bisher behandelten Standards gibt es noch weitere Standards wie beispielsweise den VDI-Standard. Der VDI-Standard wurde 2004 vom Verein Deutscher Ingenieure auf der Grundlage der oben behandelten Standards entwickelt. Wie bei allen Standards war es auch beim VDI das Ziel, MES festgelegte Bedeutung zu geben, um zu verhindern, dass Anbieter den Begriff zu Marketingzwecken verwässern.

In letzter Zeit haben Analysten festgestellt, dass MES sich in Richtung eines Anwendungs- und Microservices-Modells bewegen. Infolgedessen MES Anbieter beginnen, sich von ihrer Position als Anbieter von All-in-One-Lösungen zu lösen. Stattdessen experimentieren sie mit dem Verkauf modularer Funktionen. Mit dem Aufkommen des IIoT stellen viele sogar in Frage, ob MES im digitalen Zeitalter noch relevant MES . Derzeit befindet sich der Markt noch in der Entwicklung. Es wird jedoch interessant sein zu beobachten, in welche Richtung er sich in den nächsten fünf Jahren bewegt. IIoT ? Traditionelle MES? Oder beides?

Wie Sie sehen, gab es bereits mehrere Versuche, die MES zu standardisieren. Für Fachexperten mögen diese Standards und Modelle nützlich sein. Für den normalen Endnutzer von MES können sie jedoch eher verwirrend als aufschlussreich sein. Eine bessere Möglichkeit, Manufacturing Execution Systems zu definieren, besteht vielleicht darin, sie anhand ihrer gemeinsamen Merkmale zu beschreiben, die sich in der Regel auf fünf Hauptbereiche konzentrieren: Produktionsfunktionen, Qualität, Personalwesen, Datenerfassung und Systemintegration.

Wenn Sie schon einmal versucht haben, Ihre Betriebsabläufe an einem MES auszurichten, sind Sie wahrscheinlich auf eine ganze Reihe von Standards gestoßen, wie z. B. ISA-95, MESA-11, NAMUR und cMES. Da fragt man sich zu Recht, wie es dazu kam und warum es so viele davon gibt.

Kurz gesagt: „Die Fertigungsindustrie brauchte ein gemeinsames Vokabular“.

In den 1990er Jahren wuchsen die IT-Systeme in Unternehmen rasant. Dieses Wachstum machte eine sich vergrößernde Kluft zwischen Unternehmenssystemen wie ERP dem Tagesgeschäft in der Produktion deutlich. Jedes MES musste bei Null anfangen, da man sich nicht darüber einig war, was das System eigentlich leisten sollte oder wie es mit anderen Ebenen verbunden werden sollte.

Branchenverbände schritten ein, um das Problem zu beheben.

Die MESA (Manufacturing Enterprise Solutions Association) hat ihr erstes Funktionsmodell namens MESA-11 veröffentlicht, um MES wie Terminplanung, Qualitätsmanagement und Produktionsüberwachung zu beschreiben.

Die ISA (International Society of Automation) legte daraufhin den Standard ISA-95 fest, der regelte, wie Systeme miteinander vernetzt werden sollten – von Maschinen (Ebene 0) bis hin zu Unternehmenssystemen (Ebene 4).

Parallel dazu konzentrierten sich Gruppen wie NAMUR auf die Prozessindustrie und fügten spezifische Ebenen für regulierte Umgebungen hinzu.

Jedes Rahmenwerk zielte auf einen anderen Teil desselben Puzzles ab: die Definition von Funktionen, die Klärung von Systemgrenzen und die Berücksichtigung branchenspezifischer Anforderungen. Das Ergebnis trug dazu bei, dass die Hersteller mehr Einheitlichkeit erreichten, auch wenn dadurch gewisse Überschneidungen und zusätzliche Komplexität entstanden.

Im Kern zielt MES darauf ab, Systeme miteinander kompatibel zu machen, klare Zuständigkeiten festzulegen und eine einheitliche Methode zur Darstellung von Betriebsabläufen zu schaffen. Doch da Produktionsnetzwerke mit einer Vielzahl von Produkten und Standorten immer dynamischer geworden sind, sind die Grenzen starrer, hierarchischer Standards deutlich geworden.

Moderne, modulare Ansätze wieMES individuell gestaltbar MES auf denselben Prinzipien von Umfang, Integration und Steuerung, passen diese jedoch an eine flexible, app-basierte Architektur an, die den aktuellen Gegebenheiten in der Fertigung besser gerecht wird.

Die Fertigungsbranche entwickelt sich rasant. Das Produktportfolio verändert sich, Lieferzeiten verkürzen sich, und die Compliance-Anforderungen werden immer strenger. Dennoch arbeiten viele Werke nach wie vor mit MES , die lange vor dem Aufkommen von Cloud Computing, KI oder Edge-Systemen entwickelt wurden. Diese Systeme haben jahrelang ihren Zweck erfüllt, waren jedoch nicht für das Tempo und die Komplexität der modernen Produktion ausgelegt.

MES individuell gestaltbar MES cMES) wurde entwickelt, um diese Lücke zu schließen.

cMES löst das Konzept eines einzigen, allumfassenden MES auf MES es MES kleinere, zweckgebundene Apps MES . Jede App übernimmt eine bestimmte Funktion, z. B. Nachverfolgung, Qualitätskontrollen, Wartung usw., und lässt sich nahtlos mit den anderen verbinden. Anstatt ein starres System zu installieren, stellen Teams eine Reihe von Komponenten zusammen, die genau auf ihre tatsächlichen Arbeitsabläufe zugeschnitten sind. So bauen Sie das System um Ihre Prozesse herum auf – und nicht umgekehrt.

Erweiterung und Ersatz von Altstandards

Standards wie ISA-95 und MESA-11 haben wichtige Grundlagen geschaffen. Sie legten Struktur, Datenfluss und Systemgrenzen fest, als die Hersteller erstmals ein gemeinsames Regelwerk benötigten. cMES behält diese Grundlage bei, verzichtet jedoch auf die starre Hierarchie, die ältere Systeme nur schwer anpassungsfähig machte.

Der Unterschied zeigt sich in der Praxis. Herkömmliche MES auf einer Top-down-Steuerung und einem hohen Maß an individueller Anpassung. cMES verteilt die Steuerung auf modulare Anwendungen, die in der Cloud laufen. Ingenieure können die Logik durch Konfiguration anpassen, anstatt auf einen Anbieter oder einen langwierigen IT-Zyklus warten zu müssen. Änderungen lassen sich innerhalb von Tagen statt Monaten umsetzen – ein entscheidender Vorteil, wenn die Einführung neuer Produkte oder die Anpassung an Compliance-Anforderungen keinen Aufschub dulden.

Dies ist nicht nur ein neues Softwaremodell, sondern verändert auch die Art und Weise, wie Produktionsteams ihre eigenen Systeme verwalten und verbessern.

Entwickelt für die moderne Fertigung

Die cMES-Technologie spiegelt die heutige Funktionsweise von Kraftwerken wider:

• Cloud-Infrastruktur – standortübergreifend zugänglich, skalierbar je nach Bedarf.

• Mikroservices – jede Funktion läuft eigenständig, sodass Änderungen auf die jeweilige Komponente beschränkt bleiben.

• No-Code-Umgebungen – Prozessingenieure können Apps direkt erstellen und anpassen.

• Offene Integrationen – verbindet Maschinen, Unternehmensdaten und edge devices aufwendige Middleware.

• KI-gestützte Tools – unterstützen Überwachung, Diagnose und Prognose in ein und derselben Umgebung.
  
  

Dieses Modell steht im Einklang mit den Bestrebungen nach digitalen Zwillingen, Echtzeit-Datentransparenz und globaler Rückverfolgbarkeit, die sich derzeit in der Fertigungsindustrie durchsetzen. Es sorgt für mehr Flexibilität dort, wo Altsysteme bisher starre Strukturen erzwangen, und erfüllt dabei weiterhin die gleichen Anforderungen an Genauigkeit und Kontrolle.

Bei der Betrachtung von MES verliert man leicht den Überblick. Hinter der Fachsprache lassen sich die meisten von ihnen in vier Gruppen einordnen: funktionale, architektonische, branchenspezifische oder modulare Standards.

Die folgende Tabelle gibt einen Überblick darüber, wo die einzelnen Funktionen zum Einsatz kommen und wofür sie am besten geeignet sind.

Jedes Framework basiert auf einer anderen Sichtweise darauf, wie sich Fertigungssysteme verhalten sollten. MESA-11 konzentriert sich auf Funktionen. ISA-95 definiert, wie Systeme miteinander verbunden sind. NAMUR passt diese Konzepte für die Prozessindustrie an. Und cMES erweitert sie zu einer modularen, konfigurierbaren Umgebung, die der Entwicklung moderner Anlagen entspricht.

Es ist die zugrunde liegende Architektur, die sich wandelt. cMES hält an den Grundsätzen standardbasierter Abläufe fest, ermöglicht jedoch eine schnellere Anpassung, bessere Transparenz und eine engere Abstimmung mit den Praktiken der digitalen Fertigung – und das alles, ohne dass die Kontrolle oder die Einhaltung von Vorschriften darunter leiden.

Jeder MES betrachtet die Fertigung aus einem eigenen Blickwinkel. MESA-11 legt fest, was MES eigentlich leisten MES . ISA-95 regelt, wie Systeme miteinander kommunizieren. NAMUR ergänzt die für die Prozessindustrie erforderlichen Details. Unterschiedliche Ansätze, ein gemeinsames Ziel: Produktionsdaten machen, Systeme miteinander verbinden, die bisher nicht gut zusammenarbeiteten, und einen einheitlichen Betriebsablauf gewährleisten.

1. Datenintegrität, Rückverfolgbarkeit und Transparenz
Wenn die Daten nicht stimmen, ist alles andere irrelevant. Jeder MES basiert auf diesem Grundsatz. Sie benötigen Aufzeichnungen, auf die Sie sich verlassen können – ganz gleich, ob Sie eine Charge zurückverfolgen, einen Abweichungsbericht begründen oder herausfinden möchten, warum eine Produktionslinie um 2 Uhr morgens ausgefallen ist.

MES gut MES macht all das sichtbar. Was früher in Papierprotokollen oder im Gedächtnis festgehalten wurde, wird nun automatisch erfasst: Anlagenzustände, Bedienereingaben, Qualitätsergebnisse. Sind diese Informationen konsistent und vollständig, laufen Audits schneller ab und Verbesserungsmaßnahmen kommen richtig in Schwung.

2. Menschzentrierte Integration
Ältere Systeme wurden meist für Maschinen entwickelt. Die Bediener wurden dabei eher als Nebensache betrachtet – man drückte einen Knopf, löschte einen Alarm und machte weiter. Die Realität vor Ort ist jedoch komplexer.

individuell gestaltbar MES diesen FokusMES . Tulipstehen die Menschen und die Arbeitsabläufe im Mittelpunkt. Apps daran, wie die Arbeit tatsächlich abläuft, und nicht daran, wie es die Software für richtig hält. Das erleichtert es, Daten an entscheidenden Punkten zu erfassen, Schritte interaktiv zu steuern und Änderungen vorzunehmen, ohne den Code neu schreiben zu müssen.

Das System wird zu einem Werkzeug, das den Menschen bei ihrer Arbeit hilft, statt dass sie sich damit herumschlagen müssen.

3. Kontinuität entlang des digitalen Fadens
Alle sprechen vom „digitalen Faden“ – dem reibungslosen Datenfluss von der Fertigungsebene zu den Planungssystemen –, doch der Weg dorthin war bislang stets chaotisch. ISA-95 hat den Ebenen zwar Namen gegeben, doch die Echtzeitanbindung hinkt hinterher.

individuell gestaltbar MES diese Lücke zu schließen. Offene APIs ermöglichen den Datenaustausch in beide Richtungen. Ereignisse an der Fertigungslinie werden direkt in Analyse- oder ERP eingespeist, und Änderungen auf Unternehmensebene können wieder in die Ausführung zurückfließen. Der Prozessablauf verhält sich somit endlich wie eine Schleife und nicht mehr wie ein Stapel unzusammenhängender Dateien.

Über Standards hinaus: MES das nächste Jahrzehnt
Die MES verändert sich rasant.

Jahrelang arbeiteten Hersteller innerhalb starrer Architekturen, die sich nicht ohne Weiteres anpassen ließen. Das nächste Jahrzehnt sieht anders aus. Flexibilität, Vernetzung und eingebettete Intelligenz stehen nun im Mittelpunkt der Diskussion. Rahmenwerke wie ISA-95 und MESA-11 spielen zwar nach wie vor eine Rolle, wurden jedoch nicht für das Datenvolumen, die Iterationsgeschwindigkeit oder den Vernetzungsgrad konzipiert, mit denen Anlagen heute konfrontiert sind.

Stattdessen entsteht eine neue Art von System, das modular und datengesteuert ist und so konzipiert ist, dass es sich gemeinsam mit den Betriebsabläufen weiterentwickelt.

Von statischen Modellen zu individuell gestaltbar
In älteren MES konnte schon eine kleine Prozessänderung monatelange Entwicklungs- und Validierungsarbeiten erfordern. Ein individuell gestaltbar MES diese Dynamik. Teams können Apps in Echtzeit erstellen oder anpassen – direkt parallel zur Produktion.

Das ist kein Konzept, sondern bereits Realität. Gartner geht davon aus, dass die meisten neuen MES in den nächsten Jahren auf individuell gestaltbar basieren werden. Die Betriebe erkennen bereits die Vorteile: weniger Ausfallzeiten zwischen den Umstellungen und mehr direkte Kontrolle für die Ingenieure.

Intelligenz durch KI und digitale Zwillinge
Die KI hat die Pilotphase hinter sich gelassen. Sie findet zunehmend Anwendung in der Bedienerunterstützung, der vorausschauenden Wartung und der Qualitätsprüfung. Digitale Zwillinge ergänzen diese Funktionen, indem sie den laufenden Betrieb abbilden, sodass Ingenieure Änderungen testen können, bevor sie in die Produktion gehen.

Zusammen bilden sie etwas, was herkömmliche MES geschafft haben: ein System, das kontinuierlich erfasst, simuliert und anpasst. Es geht weniger darum, Menschen zu ersetzen, als vielmehr darum, ihnen einen besseren Kontext und schnelleres Feedback zu bieten.

Interoperabilität: Die unverzichtbare Voraussetzung
All diese Fortschritte sind bedeutungslos, wenn die Systeme nicht miteinander kommunizieren können. OPC UA, REST-APIs und die neuen Open-Process-Automation-Standards machen dies hersteller- und schichtübergreifend möglich.

Moderne MES müssen sich nahtlos in alle Systeme integrieren lassen, darunter Maschinen, ERP-Systeme, Qualitätsmanagementsysteme, Historien-Datenbanken und Analysetools. Echte Leistungssteigerungen lassen sich nur dann erzielen, wenn Daten frei fließen und ihr Kontext vom Randbereich bis ins gesamte Unternehmen erhalten bleibt. Auf diese Weise schaffen Hersteller Transparenz und Widerstandsfähigkeit, die über den nächsten Produktzyklus hinaus Bestand haben.

MES bilden nach wie vor die Grundlage, indem sie festlegen, wie Systeme funktionieren, miteinander verbunden sind und auf bestimmte Branchen zugeschnitten sind. Sie wurden jedoch für eine langsamere, besser vorhersehbare Fertigungswelt entwickelt.MES individuell gestaltbar MES Herstellern Spielraum zur Anpassung. Es bewahrt die Struktur und Rückverfolgbarkeit traditioneller Systeme und ermöglicht gleichzeitig schnelle Änderungen, wenn sich Produkte, Fertigungslinien oder Vorschriften ändern. Tulip dieses Konzept in die Praxis Tulip . Seine no-code, modulare Plattform verbindet Menschen, Maschinen und Daten, sodass Teams Prozesse direkt anpassen können, ohne Compliance-Vorgaben zu verletzen oder auf lange Entwicklungszyklen warten zu müssen.

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