Fertigungssteuerungssystem (MES): KI-gesteuerte Produktion

In den meisten Fertigungsbetrieben gehören die Inspektion von Maschinen, die Überwachung von Daten und die Überprüfung von Teilen auf Fehler zu den täglichen Aufgaben. Leider können diese sich wiederholenden Tätigkeiten bei langen Schichten leicht übersehen werden. 

Dank Fortschritten wie KI und Computer Vision, einem Teilbereich, der sich darauf konzentriert, Maschinen das Verstehen visueller Informationen beizubringen, werden viele dieser Aufgaben nun automatisiert. Um diesen Grad der Fertigungsautomatisierung zu unterstützen, verwenden Hersteller auch Systeme, die Daten aus der gesamten Fertigung zusammenführen. 

Eines der Systeme, die diesen Wandel in den Fabriken vorantreiben, ist ein Manufacturing Execution System (MES). Modernste MES-Software kann jede Phase der Produktion verfolgen, Echtzeitdaten liefern und den Teams helfen, schnell auf Probleme in der Produktion zu reagieren. 

In diesem Artikel werden wir untersuchen, wie Manufacturing Execution Systems (MES) in Fabriken funktionieren und wie Technologien wie KI und Computer Vision sie intelligenter, schneller und zuverlässiger machen. Legen wir los!

Was ist ein Manufacturing Execution System (MES)?

MES-Produktionssoftware verwaltet und überwacht die Produktion in einer Fabrikhalle. Sie verbindet Unternehmenslösungen, wie Enterprise Resource Planning (ERP)-Systeme, mit Echtzeit-Fertigungsprozessen.

Während ERP Bestände, Materialien und Zeitpläne plant, konzentriert sich MES auf die Ausführung. Es sendet Anweisungen an Maschinen und Bediener, erfasst Produktionsdaten und verfolgt jeden Schritt, während er geschieht. Dies bedeutet, dass Hersteller Verzögerungen erkennen, die Qualität verfolgen und schnellere Entscheidungen treffen können. 

In Branchen wie der pharmazeutischen Industrie und der Luft- und Raumfahrtindustrie hilft MES bei der Verfolgung von Chargen, der Einrichtung von Anlagen und den Eingaben der Mitarbeiter. Das macht es einfacher, jeden Produktionsschritt nachzuvollziehen, wenn Probleme auftreten.

Die Beziehung zwischen MES- und ERP-Systemen

MES- und ERP-Systeme funktionieren am besten, wenn sie miteinander verbunden sind. Sie können sich ein ERP-System zur Ressourcenplanung als das Gehirn des Betriebs vorstellen, das die Planung auf hoher Ebene, wie z. B. Lagerbestand, Aufträge und Finanzen, übernimmt. Die MES-Produktionssoftware arbeitet wie die Hände und verwaltet die Echtzeit-Aktivitäten in der Fertigung, z. B. Produktionsprozesse, Anlagenüberwachung und Qualitätsprüfung. 

Wenn das Gehirn und die Hände zusammenarbeiten, läuft das ganze System reibungsloser. Durch die Verbindung der beiden entsteht eine klare Verbindung zwischen Planung und Ausführung. Dies verbessert die Koordination und hilft den Teams, schnellere und fundiertere Entscheidungen für den gesamten Betrieb zu treffen.

Warum ist MES für moderne Hersteller wichtig?

Fabriken haben täglich mit kundenspezifischen Aufträgen, Auftragsänderungen und strengen Qualitätskontrollen zu tun. Um diese Herausforderungen besser bewältigen zu können, ist MES-Software so konzipiert, dass sie flexibel bleibt und Genauigkeit gewährleistet. Diese Systeme bieten den Teams einen klaren Überblick über die Fertigung und ermöglichen es ihnen, schnell auf Änderungen zu reagieren.

Insbesondere spielt die MES-Technologie eine Schlüsselrolle in den Produktionsprozessen, da sie eine Verfolgung in Echtzeit ermöglicht. Sie überwacht den Maschinenstatus, Arbeitsaufträge und den Materialfluss. Dies hilft den Teams, Verlangsamungen oder Probleme zu erkennen, bevor sie sich auf die Produktion auswirken.

Außerdem kann ein MES-System die Rückverfolgbarkeit ermöglichen, die in regulierten und komplexen Branchen wie der Biotechnologie und der Herstellung medizinischer Geräte von entscheidender Bedeutung ist, indem es Materialien, Maschineneinstellungen und Aktionen während der gesamten Produktion verfolgt. Solche Echtzeitdaten können Audits unterstützen, die Einhaltung von Vorschriften sicherstellen und eine gleichbleibende Produktqualität gewährleisten.

MES-Standards im Laufe der Jahre

Bevor das Konzept der intelligenten Fabriken populär wurde, verließen sich die Hersteller auf unzusammenhängende Systeme zur Verwaltung der Produktion. Das machte es schwierig, Arbeitsabläufe zu koordinieren, die Rückverfolgbarkeit aufrechtzuerhalten oder Einblicke in Echtzeit zu erhalten. Da die Betriebsabläufe immer datengesteuerter wurden, brauchte die Branche eine einheitliche Methode, um zu definieren, wie die MES-Technologie in die breitere Produktionsstruktur passt.

Ein wichtiger Meilenstein war die Einführung von ISA-95 in den späten 1990er Jahren. Sie definierte MES-Produktionssoftware als Bindeglied zwischen Unternehmenssystemen wie ERP und den Anlagen in der Fertigung. Dies trug zur Standardisierung der Art und Weise bei, wie MES Aufgaben wie Produktionsplanung, Bestandsverfolgung und Qualitätsmanagement unterstützt.

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Im Laufe der Zeit haben sich die Anforderungen in der Fertigung geändert. Unternehmen wünschen sich heute eine bessere Rückverfolgbarkeit, einen schnellen Zugriff auf Echtzeitdaten und Systeme, die sowohl Compliance- als auch Effizienzziele erfüllen. Diese Anforderungen haben die heutige MES-Software geprägt, die nun die Fertigungsautomatisierung unterstützt und Fabriken hilft, intelligent und vernetzt zu werden.

Kernfunktionen des Manufacturing Execution Systems

Im Folgenden werden einige wesentliche Funktionen der MES-Software und ihre Bedeutung für die Steigerung von Produktivität, Rückverfolgbarkeit und Qualität in den Produktionsprozessen erläutert:

• Verwaltung von Ressourcen und Arbeitsaufträgen: MES ordnet Maschinen, Werkzeuge und Bediener den Arbeitsaufträgen zu und stellt so sicher, dass die richtigen Ressourcen zur richtigen Zeit zur Verfügung stehen. Dies reduziert Leerlaufzeiten und unterstützt eine bessere Abstimmung von Ressourcenplanung und ERP-System.
• Produktionsüberwachung und -steuerung: Das MES verfolgt Maschinenstatus, Zykluszeiten und Fortschritt in Echtzeit. Warnungen helfen den Teams, bei Verzögerungen oder Ausfallzeiten schnell zu handeln und die Produktionsprozesse auf Kurs zu halten.
• Rückverfolgbarkeit und Genealogie: MES protokolliert den Weg jedes Teils mit Chargennummern, Seriendaten und Komponentenhistorie und erstellt so einen vollständigen Prüfpfad für die Einhaltung von Vorschriften und die Rückrufbereitschaft.
• Qualitätsmanagement: Bei jedem Schritt führt MES Kontrollen durch, um sicherzustellen, dass die Produkte den Normen entsprechen. Es zeichnet die Inspektionsergebnisse auf und kennzeichnet alle Probleme, um zu verhindern, dass sich Fehler weiterentwickeln.
• Bestandsverwaltung und Materialkontrolle: MES überwacht Rohstoffe, unfertige Erzeugnisse und Fertigwaren in Echtzeit. Es stellt sicher, dass die richtigen Teile bereitstehen, und stärkt die Praktiken der Bestandsverwaltung.
• Wartung, Arbeitskräfte und Analysen: MES verfolgt die Maschinennutzung und die Leistung der Bediener, um die vorausschauende Wartung zu unterstützen, die Arbeitseffizienz zu verbessern und Einblicke für bessere Prozesse zu bieten.

Einführung von Computer Vision und AI in MES

MES-Fertigungssoftware kann zwar Produktionsdaten verfolgen, aber keine visuellen Eingaben von Kameras analysieren. Wichtige Details, wie z. B. die Abnutzung von Anlagen oder Montagefehler, können unbemerkt bleiben. Computervision kann hier Abhilfe schaffen und zusätzliche Erkenntnisse liefern. So lassen sich Aufgaben automatisieren, die früher vollständig manuell oder sensorgestützt durchgeführt wurden.

Die Bildanalyse in der Fertigung wird durch KI-Modelle vorangetrieben. Computer-Vision-Modelle, wie Ultralytics YOLO11, können Objekte über Videobilder hinweg erkennen, verfolgen und klassifizieren. 

So kann YOLO11 beispielsweise Qualitätskontrollen in Echtzeit ermöglichen, indem es Mängel aufspürt und bei der Sicherheitsüberwachung hilft, indem es Arbeiter in Sperrbereichen erkennt.

Im Folgenden werden einige der von YOLO11 unterstützten Computer-Vision-Aufgaben näher betrachtet, die Produktionsprozesse rationalisieren können:

• Erkennung von Objekten: Diese Aufgabe hilft dem MES, Komponenten oder Werkzeuge während der Produktion zu erkennen, zu bestätigen, dass sie sich an der richtigen Stelle befinden, und Montagefehler zu vermeiden.
  
• Bild-Klassifizierung: Es kann verwendet werden, um Artikel als gut oder schlecht oder nach Produkttyp zu klassifizieren, so dass das MES die Sortierung automatisieren und Entscheidungen zur Qualitätskontrolle in Echtzeit treffen kann.
  
• Schätzung der Pose: Die Analyse der menschlichen oder maschinellen Körperhaltung mittels Posenschätzung unterstützt Sicherheits- und Ergonomiestandards, während das MES Abweichungen protokollieren und potenzielle Risiken aufzeigen kann.
  
• Segmentierung der Instanz: Selbst wenn sich Artikel überschneiden oder eng gruppiert sind, kann diese Aufgabe sie erkennen und segmentieren. Dadurch kann das MES jedes Teil genauer verfolgen und die Bestandsverwaltung verbessern.

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Digitalisierung der Fertigung mit Cloud-MES

Um alltägliche Herausforderungen wie manuelle Dateneingabe, Fehlkommunikation und langsame Produktionsprozesse zu bewältigen, setzen viele Hersteller auf cloudbasierte Manufacturing Execution Systems (MES). Diese Systeme bringen Maschinen, Menschen und Daten auf einer Plattform zusammen und helfen Teams, effizienter zu arbeiten und synchron zu bleiben.

Mit einem cloudbasierten MES werden Aufgaben wie Bestandsmanagement, Qualitätsmanagement und Auftragsaktualisierungen in Echtzeit ausgeführt und können von jedem Gerät aus abgerufen werden. Dadurch werden Verzögerungen reduziert, Fehler verringert und die Verwaltung von Abläufen in allen Bereichen erleichtert.

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Ein weiterer wichtiger Vorteil von cloudbasierten MES-Systemen besteht darin, dass sie mit Computer-Vision-Lösungen erweitert werden können, z. B. für die automatische Teileprüfung und die Überwachung von Bedieneraktivitäten. 

Wie bereits erwähnt, kann Ultralytics YOLO11 beispielsweise zur Verfolgung von Objekten wie Komponenten, Werkzeugen oder Fertigwaren auf ihrem Weg durch die Fabrikhalle verwendet werden. Die Erkenntnisse aus solchen Lösungen können genutzt werden, um Ineffizienzen im Arbeitsablauf zu erkennen, fehlgeleitete Artikel zu verhindern und die Entscheidungsfindung in Echtzeit zu unterstützen.

MES: Integration und Trends in der intelligenten Fabrik

Neben Computer Vision und Cloud-basierten Systemen wird die MES-Technologie im Allgemeinen immer intelligenter und vernetzter und lässt sich eng mit ERP-Systemen zur Ressourcenplanung, Cloud-Tools und Geräten des Internets der Dinge (IoT) integrieren. Dieser Wandel verbessert direkt die Reaktionsfähigkeit, und die Hersteller sind in der Lage, schnellere, datengesteuerte Entscheidungen zu treffen.

Ein wichtiger Trend ist zum Beispiel die Nutzung von Edge Computing. Anstatt Daten in die Cloud zu senden, können MES diese nun lokal in der Fertigung verarbeiten. Dies ermöglicht die Erfassung und Verarbeitung von Echtzeitdaten und damit einen besseren Einblick in die Abläufe.

Ein weiterer Bereich, in dem ein stetiges Wachstum zu verzeichnen ist, ist die Verwendung von digitalen Zwillingen. Dabei handelt es sich um virtuelle Modelle, die Maschinen oder ganze Systeme simulieren. Mit ihnen lassen sich Probleme frühzeitig erkennen und Verbesserungen testen, bevor sie in der realen Welt auftreten.

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Die wichtigsten Erkenntnisse

Die MES-Technologie wird zu einem wichtigen Bestandteil der heutigen Fabriken. Unterstützt durch jüngste Innovationen wie Computer-Vision-Modelle kann MES-Software zur Überwachung der Fertigung eingesetzt werden, um Probleme frühzeitig zu erkennen und eine reibungslose Produktion zu gewährleisten. Mit der weiteren Entwicklung von MES-Systemen werden diese wahrscheinlich eine noch größere Rolle bei der Aufrechterhaltung der Qualität und beim Treffen intelligenter, alltäglicher Entscheidungen spielen.

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