INDUSTRIELLE DATENARCHITEKTUR · FERTIGUNG · MES/MOM · ERP · ANALYTIK

Industrielle Datenarchitektur: Fertigung, MES, ERP und Analytik verbinden.

Q: Ist KERN IoP eine Shopfloor-Software?

In einigen industriellen Umfeldern bezeichnet der Begriff Shopfloor-Software praxisnah Lösungen, die direkt mit Produktions-, Maschinen- und Bedienerinformationen arbeiten. In diesem breiten Sinn gilt: KERN IoP umfasst entsprechende Fähigkeiten; die Bezeichnung beschreibt jedoch nur einen Teil der Lösung . KERN IoP verbindet Sensorik und Instrumentierung, Erfassungshardware, Maschinen- und SPS-Signale, Betriebsaufzeichnungen, Monitoring-Software, Historien, Kontextualisierung und Analytik für Prozess-, Produktions-, Energie- und Umgebungsgrößen. Darüber hinaus kann es Informationen mit MES/MOM, ERP und weiteren industriellen Anwendungen austauschen. Technisch umfassender ist daher die Bezeichnung Plattform zur Erfassung, Kontextualisierung und Analyse von Betriebsdaten der Fertigung .

Sensoren, Datenerfassung, SPS, SCADA, Historian-Systeme, IIoT, MES/MOM, ERP, PLM, QMS, CMMS/EAM und Analytik erfüllen unterschiedliche Aufgaben. Eine Architektur funktioniert besonders gut, wenn physische Betriebsdaten ihren Kontext behalten und die Menschen und Systeme erreichen, die daraus Entscheidungen ableiten können.

Dieser Leitfaden ordnet KERN IoP in dieses Umfeld ein: Datenerfassung in der Fertigung, Verknüpfung mit Betriebskontext, Prozessanalytik und Bereitstellung nutzbarer Informationen für Personen und Systeme, die Entscheidungen treffen.

GESAMTÜBERBLICK

Die Fertigung erzeugt Daten für unterschiedliche Zeit- und Entscheidungshorizonte.

Ein sekündlich erfasster Druckwert, ein Maschinenalarm, der Status eines Produktionsauftrags und die kalkulierten Produktkosten sind jeweils aussagekräftige Daten. Sie dienen jedoch unterschiedlichen Entscheidungen. Eine industrielle Architektur muss diese Unterschiede erhalten und die Daten miteinander verknüpfen.

FUNKTIONSARCHITEKTUR · ISA-95 / IEC 62264
Aufgaben der Informationsebenen

EBENE 4ERP · Geschäft und Logistik

Planung, Material, Einkauf, Vertrieb, Kosten, Finanzen und Unternehmensstammdaten.

EBENE 3MES / MOM · Fertigungsabläufe

Ausführung, Produktion, Qualität, Bestände, Instandhaltung, Leistung und Rückverfolgbarkeit je nach Umfang.

EBENE 2Überwachung und Steuerung

HMI, SCADA und Überwachungsfunktionen: Zustände, Alarme, Trends und Prozessführung.

EBENE 1Sensorik, Erfassung und Aktorik

Sensoren, Messgeräte, Signale, Ein-/Ausgänge und Geräte, die den Prozess beobachten oder beeinflussen.

EBENE 0Physischer Prozess

Maschinen, Zellen, Linien, Materialien, Energie und das reale Produkt in der Fertigung.

Kerngedanke: Eine integrierte Architektur verteilt Zuständigkeiten auf spezialisierte Systeme. Relevante Daten müssen das passende System mit Anlagenkennung, Zeit, Betriebszustand, Auftrag, Produkt, Charge oder Zyklus erreichen, soweit dieser Kontext erforderlich ist.

ISA-95 / IEC 62264

Eine gemeinsame Sprache für klare Zuständigkeiten.

ISA-95 und die zugehörige IEC-62264-Normenreihe ordnen Fertigungsfunktionen vom physischen Prozess bis zur Unternehmensplanung. Das Modell beschreibt fünf Ebenen: physischer Prozess (0), Sensorik und Aktorik (1), Überwachung und Steuerung (2), Fertigungsmanagement (3) sowie Unternehmensplanung und Logistik (4). Es unterstützt vor allem die Integration und den Informationsaustausch zwischen Steuerungs- und Unternehmensfunktionen.

EBENEN 0–2

Prozess, Sensorik und Steuerung

Maschinen, Sensoren, Aktoren, SPS, Prozessleitsysteme, HMI und Überwachungssysteme arbeiten nahe am physischen Prozess und benötigen kurze Reaktionszeiten.

EBENE 3

Fertigungsabläufe

MES/MOM und zugehörige Anwendungen steuern Produktionsausführung, Qualität, Bestände, Instandhaltung und weitere betriebliche Tätigkeiten.

EBENE 4

Geschäftsprozesse und Logistik

ERP- und Unternehmenssysteme verwalten Planung, Material, Einkauf, Vertrieb, Finanzen und weitere Unternehmensfunktionen.

Funktionsebene und Leistungsumfang eines kommerziellen Produkts sind unterschiedliche Betrachtungen. Moderne Software-Suiten können mehrere Funktionen abdecken und sich direkt über APIs, OPC UA, MQTT oder andere Mechanismen verbinden. Dieser Leitfaden nutzt ISA-95 als Funktionsübersicht und ergänzt sie um moderne vernetzte Integrationsmuster.

HAUPTFUNKTIONEN

Beitrag der einzelnen Systemgruppen.

System	Zentrale Frage	Typische Daten	Hauptnutzer	Zeithorizont
ERP	Was muss das Unternehmen planen und verwalten?	Aufträge, Material, Einkauf, Bestände, Kosten, Finanzen, Ressourcen.	Geschäftsleitung, Finanzen, Einkauf, Logistik, Planung.	Tage bis Monate.
PLM	Wie sind Produkt und Prozess aktuell definiert?	Konstruktion, Stücklisten, Revisionen, Spezifikationen, Änderungen, Dokumentation und technische Daten.	Engineering, Produktentwicklung, Qualität, Fertigung.	Monate bis zum gesamten Lebenszyklus.
APS	Wie lassen sich Bedarf und Kapazität zeitlich abstimmen?	Aufträge, Restriktionen, Ressourcen, Zeiten, Kapazität und Prioritäten.	Planung und Feinplanung.	Stunden bis Monate.
MES / MOM	Wie wird die Fertigung ausgeführt und dokumentiert?	Aufträge, Arbeitsgänge, Zustände, Materialien, Genealogie, Qualität, Leistung.	Produktion, Fertigungsleitung, Betriebsführung.	Minuten bis Tage.
QMS	Wie werden Qualität und Konformität gesteuert?	Prüfungen, Abweichungen, CAPA, Audits, Spezifikationen, Rückverfolgbarkeit.	Qualität, Engineering, Compliance.	Einzelereignisse bis zum gesamten Lebenszyklus.
LIMS	Wie werden Laborproben, Methoden und Ergebnisse verwaltet?	Proben, Prüfungen, Geräte, Ergebnisse, Spezifikationen und analytische Rückverfolgbarkeit.	Labor, Qualität, F&E, Prozesstechnik.	Minuten bis Jahre.
CMMS / EAM	Wie werden Instandhaltung und Anlagen verwaltet?	Anlagen, Arbeitsaufträge, vorbeugende Instandhaltungspläne, Ersatzteile, Ausfälle, Instandhaltungshistorie.	Instandhaltung, Zuverlässigkeit, Anlagenmanagement.	Stunden bis Jahre.
WMS	Wo befindet sich das Material und wie bewegt es sich im Lager?	Lagerplätze, Bestände, Wareneingänge, Versand, Kommissionierung, Nachschub und Produktionsversorgung.	Logistik, Lager, Materialwirtschaft.	Minuten bis Tage.
SCADA / HMI	Was geschieht im Prozess und wie wird er überwacht?	Prozessgrößen, Alarme, Zustände, Sollwerte und Ereignisse.	Bedienpersonal und Betriebsüberwachung.	Millisekunden bis Stunden.
PLC / DCS	Wie wird der physische Prozess gesteuert und geregelt?	Ein-/Ausgänge, Logik, Abläufe, Regelkreise und Verriegelungen.	Automatisierung und Betrieb.	Millisekunden bis Sekunden.
Industrieller Historian	Welche Signale traten wann auf?	Zeitreihen, Ereignisse, Alarme und Prozess-Tags.	Engineering, Betrieb, Analytik.	Sekunden bis Jahre.
IIoT / Edge / Datenplattform	Wie werden Daten erfasst, übertragen, mit Kontext versehen und verteilt?	Telemetrie, Anlagenmetadaten, semantische Modelle und Ereignisströme.	OT, IT, Engineering und Analytik.	Echtzeit bis Historie.
BI / Analytik	Welche Muster, Kennzahlen und Entscheidungen ergeben sich aus den Daten?	Kennzahlen, konsolidierte Daten, Analysemodelle und Berichte.	Geschäftsleitung, Engineering, kontinuierliche Verbesserung.	Minuten bis Jahre.

Die Funktionsumfänge kommerzieller Produkte überschneiden sich. Ein MES kann Qualität oder Instandhaltung abdecken, ein ERP die Feinplanung, SCADA historische Daten und eine IIoT-Plattform Analytik. Entscheidend ist, welche Funktion benötigt wird und welche Daten dafür erforderlich sind.

Ein weiterer Unterschied liegt im Detaillierungsgrad der Daten.

ERP

Transaktionsdaten

Ein Auftrag kann Artikel, geplante Menge, Bedarfstermin und Kosten enthalten. Damit lassen sich Geschäftsabläufe steuern. Zur Erklärung von Änderungen im Prozessverhalten können zusätzliche Daten erforderlich sein.

MES / MOM

Ausführungsdaten

Derselbe Auftrag kann Beginn, Ende, produzierte Menge, Ausschuss, verwendete Ressourcen, Status und Genealogie enthalten. Damit lässt sich die tatsächliche Ausführung steuern.

PROZESS / ANALYTIK

Betriebsdaten

Zur Erklärung von Schwankungen können Zykluszeiten, Druck, Temperatur, Energie, Alarme, Umgebungsbedingungen oder Peripheriesignale erforderlich sein, die mit Zyklus und Produkt verknüpft sind.

ROLLE VON KERN IoP

Betriebsdaten mit Kontext für ein besseres Prozessverständnis.

In dieser Architektur lässt sich KERN IoP als Plattform zur Erfassung und Kontextualisierung von Betriebsdaten sowie zur Fertigungsanalytik einordnen. Die Plattform arbeitet nahe am physischen Prozess, erfasst relevante Signale und Ereignisse, verknüpft sie mit Produktionskontext und bereitet sie für die direkte Nutzung durch Betriebsteams oder andere Systeme auf.

Wertschöpfungskette industrieller Daten
Ein Signal wird nutzbar, wenn es mit den tatsächlichen Fertigungsbedingungen verknüpft ist.

01 · ERFASSENPhysischen Prozess erfassen

Sensoren, Messgeräte, SPS, Maschinensignale, Prüfmittel und Personaleingaben.

02 · KONTEXT ERGÄNZENGeschehen einordnen

Anlage, Zustand, Ereignis, Auftrag, Produkt, Charge, Werkzeug, Material, Schicht oder Zyklus.

03 · ANALYSIERENAufzeichnungen auswerten

Historien, Zeiten, Stillstände, OEE, Energie, Prozessgrößen, Trends und Zusammenhänge.

04 · INTEGRIERENDaten gezielt bereitstellen

Betriebsdashboards und strukturierte Daten für MES, ERP, QMS, CMMS/EAM, BI und weitere Anwendungen.

KERN IoP verbindet Maschine, Prozess und Betriebskontext mit Engineering, Produktion, Energie, Qualität, Instandhaltung und Unternehmenssystemen.

ERFASSUNG

Reale Betriebsgrößen

KERN IoP | SMARTPRO kann Signale von Sensoren, Messgeräten und Steuerungen bündeln und Aufzeichnungen des Bedienpersonals aufnehmen, entsprechend den für das Projekt festgelegten Eingängen und Schnittstellen.

KONTEXT

Daten mit Betriebsbezug

Aufträge, Werkzeuge, Materialien, Zustände, Ereignisse, Teile und weitere Produktionsbezüge ermöglichen es, ein Signal unter den Bedingungen seiner Entstehung zu interpretieren.

ANALYSE

Historien, Kennzahlen und Verhalten

KERN IoP | MONITOR ermöglicht je nach eingebundenen Größen und eingerichteter Anwendung den Zugriff auf Historien, Dashboards, Berichte und Exporte.

KERN IoP Plattform kennenlernen

Integrationsarchitektur besprechen

STRATEGISCHER NUTZEN

Die Datenauflösung bestimmt, welche Fragen ein Betrieb beantworten kann.

01 · DETAIL

Analytik nahe am physischen Prozess

Ein abgeschlossener Auftrag oder eine Tagessumme unterstützt die Überwachung der Zielerfüllung. Zyklus-, Energie-, Maschinen- und Peripheriesignale zeigen, wie das Ergebnis zustande kam und welche Bedingung sich verändert hat.

02 · KONTEXT

Signale mit der Fertigung verbinden

Eine Zeitreihe wird aussagekräftiger, wenn sie mit Anlage, Artikel, Werkzeug, Material, Charge, Schicht, Zustand oder Ereignis verknüpft ist. Dieser Kontext ermöglicht den Vergleich gleichwertiger Bedingungen.

03 · INTEGRATION

Betriebsdaten gemeinsam nutzbar machen

Produktion, Engineering, Energiemanagement, Qualität und Instandhaltung können dieselbe betriebliche Datenbasis nutzen. MES, ERP und weitere Anwendungen erhalten die Informationen, die sie für ihre jeweiligen Abläufe benötigen.

Dieser Ansatz unterstützt eine schrittweise Digitalisierung: mit einem messbaren betrieblichen Bedarf beginnen, die Rückverfolgbarkeit der Daten erhalten und den Umfang später um weitere Größen, Maschinen, Zellen oder Unternehmensintegrationen erweitern.

INTEGRATIONSSZENARIEN

KERN IoP kann die bestehende Architektur des Betriebs ergänzen.

Der Betrieb verfügt bereits über ein ERP

Das ERP verwaltet Aufträge, Materialien, Kosten und Geschäftsvorgänge. KERN IoP kann den tatsächlichen Maschinen- und Prozessbetrieb erfassen, Kennzahlen bilden und Informationen bereitstellen, die ERP-Daten für Produktions-, Energie- oder Prozessanalysen ergänzen.

Der Betrieb verfügt über ERP + MES

Das MES kann Aufträge, Arbeitsgänge, Rückverfolgbarkeit und Ausführung koordinieren. KERN IoP kann spezialisierte Maschinen-, Peripherie-, Umgebungs- und Energiegrößen sowie prozessbezogene Analytik ergänzen. Durch die Integration lässt sich bereits im MES vorhandener Kontext weiterverwenden.

Der Betrieb verfügt über SCADA oder einen Historian

SCADA und Historian-Systeme liefern wertvolle Signale und Zeitreihen. KERN IoP kann diese Quellen nutzen oder zusätzliche Größen instrumentieren und sie mit Zyklen, Produkten, Zuständen und Fertigungsereignissen für technische Analysen und Verbesserungen verknüpfen.

Der Betrieb beginnt mit der Digitalisierung

KERN IoP kann als eigenständiges Monitoring- und Analysesystem für eine konkrete Aufgabe beginnen, etwa Energie, Produktivität oder Prozessgrößen. Die Architektur ermöglicht spätere Integrationen.

Gestaltungsgrundsatz: Liegen Daten in einem anderen System bereits in geeigneter Qualität und mit passendem Kontext vor, ist ihre Integration einer erneuten Erfassung vorzuziehen. Für jedes Stammdatenelement sollte eine verbindliche Quelle festgelegt werden, um unnötige Doppelungen zu vermeiden.

KUNSTSTOFFVERARBEITUNG

Für die Maschine-MES-Integration gibt es bereits ein spritzgießspezifisches Modell.

Die OPC Foundation veröffentlicht OPC 40077, eine OPC-UA-Begleitspezifikation für den Datenaustausch zwischen Spritzgießmaschinen und MES. Sie umfasst Maschineninformationen, Konfiguration, Status, Antriebseinheiten, Werkzeuge, Spritzeinheiten, zyklische Aufträge und die Verwaltung von Produktionsdatensätzen. Diese Standardisierung verdeutlicht die unterschiedlichen Zuständigkeiten von Maschine und MES sowie den Bedarf an strukturiertem Informationsaustausch.

AUS DER MASCHINE

Betriebsdaten

Zustände, Konfiguration, Zyklen, Parameter, Ereignisse und weitere Größen beschreiben den Prozessablauf und ermöglichen es, das Verhalten mit Produkt und Ergebnis zu verknüpfen.

AUS ÜBERGEORDNETEN SYSTEMEN

Fertigungskontext

Aufträge, Produkte, Chargen, Rezepturen, Prioritäten und Stammdaten liefern den Geschäfts- und Ausführungskontext zur korrekten Interpretation der Prozessaufzeichnungen.

In einer realen Installation hängen die verfügbaren Schnittstellen von Maschine, Steuerung, Hersteller, Softwareversion und installierter Konfiguration ab. Die Architektur ist im Einzelfall zu prüfen, bevor der Integrationsweg festgelegt wird.

AUSWAHLKRITERIEN

Beginnen Sie mit der Entscheidung, die Sie verbessern möchten.

01Entscheidung definieren

Welche Frage zu Produktion, Energie, Qualität, Instandhaltung oder Geschäft muss beantwortet werden?

02Datenbedarf bestimmen

Benötigte Größe, zeitliche Auflösung, Ereignis, Anlage, Produkt und Kontext.

03Quelle bestimmen

Maschine, SPS, Sensor, ERP, MES, Bediener, Messgerät oder vorhandene Datenbank.

04Nutzer festlegen

Person oder System, das das Ergebnis benötigt, und die erforderliche Häufigkeit.

Dieser Ansatz klärt die Anforderungen vor der Softwarebeschaffung. Er hilft zu entscheiden, ob das Projekt ein ERP, MES, zusätzliche Instrumentierung, eine IIoT-Ebene, Prozessanalytik oder eine Integration bestehender Systeme benötigt.

Eine nützliche Architektur verbindet Geschäft und Prozess und erhält die Details.

Nutzen entsteht, wenn sich ein Auftrag mit dem tatsächlichen Maschinengeschehen verknüpfen und ein Prozesssignal anhand des zugehörigen Produkts, der Charge, des Zyklus oder der Entstehungsbedingung interpretieren lässt. KERN IoP ist für genau diese betriebliche Aufgabe ausgelegt: Daten messen, mit Kontext versehen und analysieren, um das reale Produktionsverhalten zu verstehen.

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HÄUFIGE FRAGEN

ERP, MES und Betriebsdaten.

Kann ein ERP auch die Produktion steuern?

Viele ERP-Systeme enthalten Planung, Aufträge, Material, Kosten und auch Fertigungsmodule. Für eine detaillierte Prozessanalyse werden meist Daten aus der Fertigung benötigt, direkt oder über Ausführungs-, Steuerungs- oder Erfassungssysteme. Die Architektur richtet sich nach dem erforderlichen Detaillierungsgrad.

Was ist der wesentliche Unterschied zwischen ERP und MES?

ERP konzentriert sich auf Geschäftsprozesse und Planung. MES/MOM steuert die Ausführung von Fertigungsabläufen und verbindet den Plan mit der tatsächlichen Produktion. Ein großer Teil des ISA-95-Modells strukturiert den Informationsaustausch zwischen diesen Funktionen.

Erfüllen SCADA und MES dieselbe Aufgabe?

SCADA dient der Überwachung, Datenerfassung und betrieblichen Steuerung. MES/MOM steuert die Fertigungsausführung: Aufträge, Arbeitsgänge, Materialien, Rückverfolgbarkeit und Leistung. In einer integrierten Architektur können beide Informationen austauschen.

Wozu dient ein industrieller Historian?

Er speichert Prozesszeitreihen und Ereignisse für Abruf und Analyse. Seine Stärke liegt in der Erhaltung zeitlicher Verläufe industrieller Tags. Produkt-, Chargen- oder Auftragskontext kann aus anderen Anwendungen oder einer Kontextualisierungsebene stammen.

Wie ergänzt KERN IoP ein MES?

KERN IoP erfasst Betriebsdaten, ergänzt ihren Kontext und analysiert sie für Anwendungen in Produktivität, Energie, Prozess, Qualität und Instandhaltung. Es kann eigenständig arbeiten oder mit einem MES integriert werden, um spezialisierte Betriebsgrößen bereitzustellen und Ausführungskontext zu empfangen.

Ist KERN IoP eine Shopfloor-Software?

In einigen industriellen Umfeldern bezeichnet der Begriff Shopfloor-Software praxisnah Lösungen, die direkt mit Produktions-, Maschinen- und Bedienerinformationen arbeiten. In diesem breiten Sinn gilt: KERN IoP umfasst entsprechende Fähigkeiten; die Bezeichnung beschreibt jedoch nur einen Teil der Lösung. KERN IoP verbindet Sensorik und Instrumentierung, Erfassungshardware, Maschinen- und SPS-Signale, Betriebsaufzeichnungen, Monitoring-Software, Historien, Kontextualisierung und Analytik für Prozess-, Produktions-, Energie- und Umgebungsgrößen. Darüber hinaus kann es Informationen mit MES/MOM, ERP und weiteren industriellen Anwendungen austauschen. Technisch umfassender ist daher die Bezeichnung Plattform zur Erfassung, Kontextualisierung und Analyse von Betriebsdaten der Fertigung.

Ersetzt KERN IoP ein ERP?

Die vorgeschlagene Architektur ordnet die Unternehmensverwaltung dem ERP und die Erfassung und Analyse von Betriebsdaten KERN IoP zu. Eine Integration verbindet beide Perspektiven, wenn der Anwendungsfall dies erfordert.

Was ist vor der Integration zweier Systeme festzulegen?

Verbindliche Quelle jedes Datenelements, gemeinsame Kennungen, zeitliche Auflösung, semantische Bedeutung, Aktualisierungshäufigkeit, Flussrichtung, Datenqualitätsregeln, Cybersicherheit, Fehlerbehandlung und Verantwortung für jede Schnittstelle.

Die KERN IoP Architektur vertiefen.

PROTOKOLLE UND SCHNITTSTELLEN

OPC UA, MQTT und EUROMAP

Was die einzelnen Technologien standardisieren und wie ein Maschinensignal eine industrielle Anwendung erreicht.

GLOSSAR

Begriffe der industriellen Digitalisierung

Definitionen von Broker, Brownfield, Edge, OPC UA, MES, MQTT, SCADA und weiteren Begriffen.

PLATTFORM

Monitoring- und Analysearchitektur

Der vollständige Weg von der Signalerfassung zu historischen Daten, Dashboards und betrieblichen Anwendungen.

HARDWARE

KERN IoP | SMARTPRO

Erfassung von Sensor- und Steuerungssignalen sowie Einbindung von Betriebsaufzeichnungen.

SOFTWARE

KERN IoP | MONITOR

Zugriff auf historische Daten, Dashboards, Berichte und Exporte der erfassten Daten.

PRODUKTIVITÄT

OEE nach ISO 22400

Verfügbarkeit, Leistung und Qualität anhand von Produktionsdaten strukturieren.

ENERGIE

Industrielle Energiemessung

Elektrische Daten von Maschinen und Zellen zur Analyse von Verbrauch und energetischem Verhalten.

KONTEXT

Industrielle Digitalisierung in der Region

Daten und Quellen zur Einordnung von Technologieeinsatz und digitalem Reifegrad in der Fertigung.

QUELLEN

Verwendete Fachquellen.

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Scholten, B., & Brandl, D. (2026). Getting acquainted with ISA-95. In The Road to Integration: A Guide to Applying the ISA-95 Standards in Manufacturing (2. Aufl.). Wiley. https://doi.org/10.1002/9781394438501.ch1

Die dargestellten Kategorien sind funktional. Kommerzielle Produkte können mehrere Kategorien abdecken. Eine Architekturbewertung muss deshalb die konkreten Fähigkeiten und Schnittstellen des installierten Systems prüfen.

FACHLICHE PRÜFUNG

Dr.-Ing. Miguel Garzón · Technische Leitung, KERN IoP

Technischer Inhalt von PM Tec Engineering mit dem Geschäftsbereich Industrie 4.0, KERN IoP. Letzte Prüfung: Oktober 2026. Fachprofil und Veröffentlichungen →

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