MES-Einführung: So lassen sich Kosten und ROI exakt ermitteln

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Mittelständische Fertigungsunternehmen stehen der Einführung eines Manufacturing Execution Systems (MES) oft kritisch gegenüber. Um zu zeigen, dass sich die Implementierung schnell amortisieren wird und um sich vor unliebsamen Überraschungen zu schützen, ist es nötig, die Kosten und den erwarteten Nutzen eines MES genau zu bestimmen. Ein Beispiel zeigt, wie dies und die MES-Einführung funktionieren können.

Dass mittelständische produzierende Unternehmen ihre betriebswirtschaftlichen Kernprozesse in einer ERP-Software abbilden, die zugleich das Rückgrat der Unternehmens-IT ist, gehört zum Standard. Im Gegensatz dazu steckt der Einsatz eines Manufacturing Execution Systems (MES) im produzierenden Mittelstand häufig noch in den Kinderschuhen. Die Unternehmen fürchten vor allem, dass sich Einführung und Inbetriebnahme eines MES durch die Notwendigkeit individueller Anpassungen sowie durch zahlreiche Change Requests zeitaufwendig gestaltet und die Kosten in die Höhe treibt. Diese Sorge beruht unter Umständen auf schlechten Erfahrungen im Zusammenhang mit einer ERP-Implementierung. Dazu kommt, dass die interne IT häufig äußerst schlank aufgestellt und auch ohne neue Projekte komplett ausgelastet ist.

Oft werden daher Informationen von der Produktionsplanung über Produkt-, Prozess- und Maschinendaten dezentral erfasst – in CSV- und Excel-Dateien, selbst entwickelten Lösungen oder sogar auf Papier. Und auch die Rückmeldung an das ERP erfolgt manuell. Die Probleme mit einer derart heterogenen Datenbasis sind bekannt: Mangelnde Transparenz im Fertigungsprozess, gravierende Lücken beim Tracking und Tracing von Material und Bauteilen sowie ungenaue und verzögerte Antworten auf zentrale Fragen wie zum Beispiel nach der Anlageneffizienz oder der Möglichkeit einer Verkürzung der Durchlaufzeiten.

MES bietet zahlreiche Vorteile

Ein MES kann hier Abhilfe schaffen: Es bringt die Transparenz in die Shopfloor-Prozesse, die nötig ist, um sie kontinuierlich zu optimieren und so effizient zu steuern, dass Fehler auf ein Minimum reduziert werden. Es sorgt für eine lückenlose Rückverfolgbarkeit und trägt maßgeblich zur Verbesserung der Maschineneffektivität (Overall Equipment Effectiveness, OEE) und der Produktqualität bei, was das Risiko teurer Rückrufaktionen signifikant senkt. Zugleich ermöglicht ein MES eine nachhaltige und ressourcenschonende Produktion, die zusätzlichen Material- und Energieverbrauch vermeidet. Es stellt dazu produktionsrelevante Kennzahlen in Echtzeit bereit, meist über Dashboards und in Ampelfarben, die Abweichungen oder Probleme frühzeitig aufzeigen und ein sofortiges Gegensteuern ermöglichen. Auch bei den Kosten kann ein Unternehmen von einem MES profitieren, wie die Wirtschaftsprüfungsgesellschaft KPMG anhand von folgenden Erfahrungswerten ermittelt hat:

• Die OEE kann um bis zu 15 Prozent erhöht werden.

• Durch eine optimierte und proaktive Steuerung kann die Verfügbarkeit der Produktion um bis zu 30 Prozent gesteigert werden.

• Durch die Überwachung der gesamten Wertschöpfung lässt sich die Produkt- und Prozessqualität um bis zu 20 Prozent verbessern.

• Die Herstellungskosten können um bis zu zehn Prozent gesenkt werden.

Kosten eines MES exakt berechnen

Doch Erfahrungswerte reichen nicht aus, um die Kosten und den Nutzen eines MES quantitativ genau zu bestimmen. Dazu ist es zunächst erforderlich, den gesamten Produktionsprozess eines Unternehmens im Detail zu betrachten und bis hinunter zu jedem einzelnen Handgriff der Werker zu analysieren. Nur so kann eine valide Aussage darüber getroffen werden, in welchen Bereichen ein MES profitabel für die Automatisierung und Optimierung eingesetzt werden kann, welche Zeitvorteile das mit sich bringt und in welchem Umfang sich Ausschuss, Nicht-in-Ordnung-Teile (NiO-Teile) oder Stillstandzeiten reduzieren lassen.

Dieser Kostenersparnis sind die einmaligen Anschaffungskosten des MES sowie die laufenden Kosten für Support und Wartung gegenüberzustellen. Für die Kalkulation ist es aber auch wichtig, die Anzahl der Arbeitsstationen zu ermitteln, die mit dem MES ausgestattet werden, und die Anzahl der Anlagen, die an die Lösung angebunden werden. Hinzu kommt der Aufwand, ältere Maschinen mit einer IT-Schnittstelle auszustatten und IIoT-fähig zu machen. Außerdem empfiehlt es sich, die Kosten für die verschiedenen Betriebsmodelle des MES, also on premises, Cloud, SaaS-Lösung oder Mischform, durchzurechnen.

MES-Einführung: ROI in nur acht Monaten erreicht

Ein Beispiel verdeutlicht, wie eine solche Kostenberechnung in der Praxis funktioniert. Dabei werden konsolidierte Werte aus verschiedenen MES-Projekten verwendet und in der fiktiven Firma ABC GmbH zusammengeführt. Die ABC GmbH stellt täglich 1.500 Produkte her, die 20 Arbeitsstationen durchlaufen. Die einmaligen Kosten für die Anschaffung des MES, das On-Premises betrieben und für alle Stationen eingeführt wird, liegen bei 200.000 Euro. Jeweils 25.000 Euro für Lizenzen und Maschinenanbindung, 100.000 Euro für Dienstleistungen und 50.000 Euro für Hardware und Infrastruktur. Dazu kommen 18.000 Euro an jährlichen Betriebskosten für Support und Wartung. Die Lohnkosten für einen Werker betragen 15 Euro, für einen Schichtleiter 30 Euro pro Stunde. Bei einer Gewinnmarge von zehn Euro liegen die Herstellkosten eines Produkts bei 15 Euro.

Arbeitsaufwand für NiO-Teile und Ausschussteile

Bei der ABC GmbH werden täglich fünf Prozent NiO-Teile und drei Prozent Ausschussteile identifiziert. Ein Werker benötigt drei Sekunden für die iO/NiO-Prüfung jedes Produkts und zehn Sekunden für die Markierung eines NiO-Teils. Die Nacharbeit an einem NiO-Teil dauert fünf Minuten. Ein Schichtleiter benötigt demnach 90 Minuten pro Tag, um die Daten zu prüfen, die aus den Arbeitsstationen zurückgemeldet werden, sie zu konsolidieren und daraus Berichte zu erstellen oder den Bestand zu korrigieren. Außerdem benötigen zwei Mitarbeiter jeweils 180 Minuten pro Woche für Inventurarbeiten.

Angenommen, die MES-Einführung erhöht den Durchsatz um fünf Prozent auf 1.575 Produkte, so steigt die jährliche Gewinnspanne um 157.000 Euro. Können Ausschuss- und NiO-Teile jeweils um 40 Prozent reduziert werden, inklusive Personalkosten in Höhe von 152.000 Euro, ergibt sich daraus eine Kostenersparnis von 309.000 Euro. Ihr stehen die Kosten für die Anschaffung (200.000 Euro) und den jährlichen Betrieb des MES (18.000 Euro) gegenüber. Die Berechnung des ROI (Return on Investment) ergibt, dass sich die Investition in das On-Premises-MES innerhalb von acht Monaten amortisiert. Der ROI wird ermittelt, indem man den Gewinn durch das eingesetzte Gesamtkapital teilt und das Ergebnis mit 100 multipliziert.

Vier wichtige Kriterien für die Auswahl eines MES

Die entscheidenden Faktoren für Kostenersparnis und einen hohen ROI sind die Auswahl eines passenden MES, das gewählte Betriebsmodell sowie die Art und Methode der Einführung.
 1. Ein MES sollte zur IT-Strategie des Unternehmens passen. Es sollte sich einfach und schnell mit vorhandenen IT-Systemen verknüpfen lassen, allen voran mit dem ERP. Außerdem sollte es die Anbindung des Maschinenparks inklusive älterer Anlagen über Standardschnittstellen (OPC UA/MQTT) ermöglichen und nur wenige zusätzliche IT-Investitionen erfordern.

2. Der Umgang mit der Software sollte leicht zu erlernen sein, ihre Bedienung intuitiv, und sie muss sich auch flexibel anpassen lassen. Sind Fachanwender in der Lage die Prozess- und Produktionsparameter nach dem Low-Code-Ansatz selbst konfigurieren (Stichwort Citizen Development) und kann der Roll-out des MES ohne externe Hilfe durchgeführt werden, ist das ein großer Vorteil. Das entlastet die interne IT und erspart Kosten für externe IT-Dienstleistungen. Auch wenn ein IT-Dienstleister beauftragt wird, lässt sich ein Low-Code-MES in der Regel deutlich schneller und kostengünstiger implementieren als ein herkömmliches MES.

3. Das MES sollte darüber hinaus eine hochskalierbare moderne Architektur und Flexibilität in Bezug auf die aktuelle und zukünftige IT-Strategie aufweisen. Das ist bei webbasierten Lösungen der Fall. Da der On-Premises-Betrieb in der Regel teuer ist, empfiehlt sich der Betrieb in der (Private oder Public) Cloud oder eine hybrides Betriebsmodell.

4. In den meisten Fällen ist es nicht nötig, das MES schon zu Beginn im gesamten Shopfloor einzuführen und mit einem Big Bang in Betrieb zu nehmen. Stattdessen ist eine schrittweise Implementierung mit agilen Methoden zu empfehlen. Das spart zusätzliche Kosten, denn es trägt dazu bei, Schwachstellen und Fehler in der Konzeption frühzeitig zu erkennen und teure Nacharbeiten zu vermeiden.

Der Autor Uwe Zylka ist Head of Product Management Digital Supply Chain bei der WSW Software GmbH.