Hinweis: wenn nachfolgend von Serienfertigern gesprochen wird, dann schliesst das die Produzenten von Ausstattungsvarianten mit ein. Mit Variantenfertigern sind nachfolgend ausdrücklich die Produzenten von Eigenschaftsvarianten gemeint, d.h. Hersteller von massvariablen Produkten wie Metallbauer, Fenster- und Fassadenbauer, Briefkastenfertiger, Hersteller von Transport- und Lagersystemen, Sonnenschutz etc. Siehe auch den spezifischen Blog zu diesem Thema.
MES – ein alter Hund mit Linsen?
Viele der Funktionen, die wir heute unter MES verstehen, haben ihre Wurzeln bereits in den PPS-, BDE-, MDE- und Produktionsleitsystemen der 1980er Jahre. Nur hiess es damals nicht MES: es begann als Bestandteil der ersten PPS-Systeme (Produktionsplanung und -steuerung), wurde dann weiter gefasst innerhalb des ERP (Enterprise Resource Planning), tauchte als Leitstand in der Produktionssteuerung wieder auf, bevor es zu CIM und im Rahmen von Industrie 4.0 integraler Bestandteil der Systeme wurde, um dann als MES wieder „ausgelagert“ zu werden, weil immer mehr Anbieter sich einerseits darauf spezialisierten, andererseits die Trennung der Planungsebenen auf Grund der steigenden Komplexität der Planung und Steuerung spezifische Systeme erforderlich machte. Gleichzeitig deckt MES Bereiche ab, die die grossen, vor allem kaufmännisch ausgerichteten ERP-Systeme der Serienfertiger auf Grund der stärker vom Produkt und der spezifischen Produktionsinfrastruktur abhängigen Eigenschaften noch nie sinnvoll abbilden konnten.
Grundlagen / Systemhierarchie
Zum besseren Verständnis hier eine vereinfachte Zuordnung der nachfolgend behandelten Funktionen zu den Ebenen nach ISA-95, dem internationalen Standard für die Integration von Unternehmens- und Produktionsebene:
ERP – Ebene 4: Unternehmensplanung und -führung, Auftragsabwicklung, Finanzen, Beschaffung und übergeordnete Materialplanung
APS – Ebene 3/4: Kapazitäts-, Ressourcen- und Feinplanung unter Berücksichtigung von Engpässen und Produktionsrestriktionen
MES/MOM – Ebene 3: Operative Produktionssteuerung und -ausführung, Auftragsdisposition, Betriebs- und Maschinendatenerfassung, Qualitäts- und Leistungsmanagement sowie Rückverfolgbarkeit
Je nach Systemarchitektur können APS-Funktionen sowohl in ein ERP- als auch in ein MES/MOM-System integriert sein oder als eigenständiges System zwischen diesen Ebenen betrieben werden
Ziele und Details
Spezifische MES, Manufacturing Execution Systems, bilden die operative Ebene zwischen Unternehmensplanung und Shopfloor ab. Je nach System gehören dazu unter anderem Produktionsfeinplanung, Auftragsdisposition, Betriebsdatenerfassung (BDE/MDE), Rückmeldungen, Qualität, Materialfluss und Traceability. Die heute bekannten MES-Systeme sind historisch stark durch die Anforderungen der industriellen Serien- und Prozessfertigung geprägt. Die grosse Mehrheit der Unternehmen mit industrieller Fertigung ist in diesem Bereich zu Hause (Automotive, Werkzeug- und Maschinenbau und ihre Zulieferer aus der diskreten Fertigung, Pharma und Lebensmittel als klassische Prozess-/Batch-Fertiger). Viele Wiederholungen, eine geringe Komponenten-Varianz, relativ gut bekannte Prozesszeiten und hohe Stückzahlen ermöglichen eine deutlich präzisere Produktionsplanung und -steuerung.
Variantenfertiger sind dagegen häufiger mittelständische Unternehmen, die Produkte extrem variabel, der Anteil manueller Prozesse im Vergleich zur oben genannten Industrie extrem hoch. Zudem sind Produkte nicht so scharf abgegrenzt: neben dem eigentlichen Kernprodukt (Briefkastenanlage, Fassadenelement, Treppe…) spielen projektseitige Anforderungen eine Rolle, vor allem Anschluss- und Montagebedingungen am Lieferort.
Planung ist nicht gleich Planung
Interessant ist die geringere Planungsgenauigkeit: Wo in der automatisierten industriellen Fertigung Takt- und Fertigungszeiten teilweise sehr präzise kalkuliert und umgesetzt werden können, ist dies bei eigenschaftsvariablen Produkten häufig nur für die rein maschinellen Prozesse möglich. Und selbst dort mit Einschränkungen: An einer Profilsäge entscheidet beispielsweise die konkrete Zuschnittoptimierung darüber, wie viele Stäbe tatsächlich benötigt werden, welche Restlängen entstehen und welche Reihenfolge sich für die Bearbeitung ergibt. Damit verändern sich unter Umständen auch die tatsächlichen Bearbeitungs- und Handhabungszeiten. Es ist für Variantenfertiger also oft nicht einmal möglich, anhand der eigentlich vollständigen Auftragsdaten die genauen Zeiten in der Produktion zu planen, wie das Serienfertiger gewohnt sind.
Dazu kommt eine weitere Eigenheit in der Variantenfertigung: Während Serienfertiger häufig relativ wenige Fertigungsaufträge mit hohen Stückzahlen bearbeiten, haben Variantenfertiger in der Regel eine große Zahl individueller Produktionsaufträge mit kleinen Losgrößen – bis hin zur Losgröße 1. Damit spielt die «Auftragslogistik» beim Variantenfertiger eine sehr viel grössere Rolle als beim Serienfertiger. In der Variantenfertigung verschiebt sich der Schwerpunkt jedoch häufig: Die eigentliche Herausforderung liegt weniger in der Optimierung einzelner Maschinen als in der Auftragslogistik – also darin, die vielen individuellen Aufträge durch eine gemeinsame Produktion zu führen und anschließend wieder korrekt kunden- und lieferbezogen zusammenzuführen. KPIs und OEE bleiben dabei wichtige Werkzeuge, sind in dieser Umgebung aber häufig nicht das primäre Ziel des MES.
Was bedeutet das für das MES System?
Aus dem oben Genannten ist eigentlich klar: MES ist nicht gleich MES. Der Begriff beschreibt heute eher eine Funktions- und Systemebene als einen eindeutig abgegrenzten Produkttyp. Und ähnlich wie bei ERP-Systemen sind auch im MES-Umfeld Standardlösungen für Variantenfertiger oft nicht wirtschaftlich sinnvoll einsetzbar. Der Hauptgrund liegt, wie beim ERP, in den Auswirkungen der „Eigenschaftsvarianten“ auf die Produktion, genauer: die Tatsache, dass Komponenten und Arbeitsgänge nicht vollständig durch statische Stammdaten beschrieben werden können, sowie der starke Kundenauftrags-Bezug.
Beispiel Maschinendaten: In klassischen MES-Strukturen werden Fertigungsparameter häufig über Stammdaten, Arbeitspläne oder hinterlegte Fertigungsdateien referenziert. Wer Düsen, Werkzeuge oder Ventile herstellt, für den ist das perfekt. Für den Variantenfertiger ist ein Stammdatensatz allein häufig unbrauchbar: seine Parameter für die Maschine kommen aus den Auftragsdaten, spezifisch für diesen Kunden, diesen Auftrag, diese Komponente. Die Stammdaten liefern die Basis-Regeln, die eigentlichen Parameter müssen dagegen oft dynamisch aus den konkreten Auftragsdaten erzeugt werden. Das hört sich wie ein marginaler Unterschied an, verursacht in der Praxis jedoch schnell sehr hohe Kosten für die erforderlichen Anpassungen der Software.
Beispiel Fehlmengen: wenn ein Serienfertiger 1000 Ventilkörper fräst und 5 davon fehlerhaft sind, dann kann er entweder eine Unterlieferung buchen oder eben 5 Ventilkörper nachfräsen, wenn sein Ausgangsmaterial das hergibt. Ein Glashersteller, der 1000 Isoliergläser für seine Kunden fertigt, fertigt 1000 individuelle Gläser. Und selbst wenn alle 1000 der selbe Glastyp sind: durch den Zuschnitt in Höhe und Breite ist jedes dieser 1000 Isoliergläser individuell. Sind 5 fehlerhaft, könnten sie natürlich als Ausschuss oder Fehlmengen gebucht werden. Für den Kundenauftrag fehlen anschließend aber genau die fünf individuellen Gläser mit ihren jeweiligen Abmessungen und Eigenschaften. Zur Nachlieferung kann in der Regel auch nicht einfach derselbe Arbeitsgang wiederholt werden: Je nach Ursache und Prozess ist dafür ein definierter Rework- bzw. Ersatzfertigungsprozess erforderlich. Zudem werden die Rework-Teile nicht einfach ans Lager gebucht: sie müssen dem (nun wartenden) Rest des Kundenauftrags zeitnah zugeführt werden. Alleine diese Wiedereingliederung eines Rework-/Ersatzteils in den Kundenauftragsablauf stellt einen eigenen Prozess in der Rework-Abwicklung dar. Der Auftragsbezug ist in der Variantenfertigung der alles entscheidende Unterschied mit grosser Auswirkung auf den Funktionsumfang dessen, was heute alles unter MES verkauft wird. Die enge Verbindung zwischen Auftrags- und Produktionslogistik ist einer der Hauptunterschiede zwischen MES für Serien- und Variantenfertiger.
Kundenauftragsbezug
Neben der Variantenthematik ist die Tatsache erschwerend, dass die hohe Anzahl an individuellen Produktionsaufträgen Kundenaufträgen zugeordnet sind, die einer spezifischen Logistik bedürfen: Material, Komponenten, Produkte werden für die Optimierung der Fertigung nach Produktionskriterien gruppiert und durch die Produktion geschleust, müssen am Ende jedoch wieder nach den Kunden- und Lieferkriterien der Logistik und ggf. Endmontage organisiert werden. Gegenüber einer klassischen Make-to-Stock-Serienfertigung (d.h. wo die Kundenaufträge aus Lagerbeständen bedient werden und die Produktion den Schwerpunkt in der Lagerergänzung hat) hat das in Kombination mit der Variantenthematik enormen Einfluss auf den Fertigungsprozess und vor allem seine Planung bzw. Verwaltung.
Standard, integriert oder Low Code?
Viele etablierte Standard-MES-Systeme wurden stark durch die Anforderungen der industriellen Serien-, Batch- und Prozessfertigung geprägt. Viele dieser Systeme werden inzwischen um KI- und Machine-Learning-Funktionen ergänzt, beispielsweise für Prognosen, Optimierung und Anomalieerkennung, richten sich aber schwerpunktmässig an getaktete Serienprozesse. Wenn für die Planung nicht alleine Durchlauf- und Kapazitätswerte relevant sind, sondern Produkt-, Bearbeitungs- oder Materialspezifische Eigenschaften wie Farbwechsel und Farbreihenfolge in der Auftragsbeschichtung, Batch-Bildung in der Zuschnittsoptimierung oder dem Nesting für die Blechbearbeitung, kann die Abbildung solcher Regeln je nach Software schnell erheblichen Customizing-/Integrationsaufwand verursachen.
Natürlich lassen auch diese Systeme individuelle Anpassungen zu. Gerade mit der Planung ist jedoch ein Kernelement jedes MES Systems betroffen. Dazu kommt, dass meist nicht nur die Planungsalgorythmen betroffen sind, sondern auch die gesamte Infrastruktur für die Anwender: Eine Visualisierung, die für wenige Produktionsaufträge mit hohen Stückzahlen entwickelt wurde, wird bei einer sehr hohen Zahl individueller Aufträge schnell unübersichtlich.
Integrierte Systeme, wie sie in branchenspezifischer Software vorkommen, sind genau auf diese Anforderungen zugeschnitten: ERP-Systeme für den Metall- oder Holzbau, die Möbel- und Fensterproduzenten. Sie kennen nicht nur massvariable Artikel (Komponenten), auch die Planungskriterien sind unter Berücksichtigung dieser Eigenschaften in der Regel bereits integriert. Vor allem wird die auftragsbezogene Steuerung der Produktion sichergestellt. Aber: sie sind in der Regel an das ERP-System gebunden, in das sie integriert sind.
Variantenfertigern, für die es keine entsprechende Standardsoftware gibt, oder die ein Standard-ERP auf der kaufmännischen Seite nutzen, bieten sich Low-Code-MES an: Systeme, die eine Grundstruktur für die Prozessverwaltung mitbringen, die häufig sehr graphisch orientiert arbeiten (Prozessdefinition via Drag & Drop), in denen die spezifischen Regeln und Abhängigkeiten vereinfacht definiert werden können. Ein erheblicher Teil der Anwendung wird über deklarative Modelle, grafische Werkzeuge, Konfiguration und vorgefertigte Komponenten erstellt, sodass weniger klassischer Programmcode erforderlich ist.
Low-Code-MES können für solche Variantenfertiger besonders interessant sein, die von den Standardsystemen nicht ausreichend abgedeckt werden: erprobte und langfristig unterstützte Basiskomponenten, Standard-Werkzeuge, die auch in Zukunft upgrade-fähig bleiben. Die aber gleichzeitig die weitgehende Anpassung an die individuelle Produktionsplanung und -steuerung ermöglichen. Mehr zu Low Code MES und praktische Erfahrungen im Aufbau eines solchen Systems folgt in einem der nächsten Blog-Posts.
Holger Wahl / 16.08.2026