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Manufacturing Execution Systems

Durchgängiges Software-System schafft Zeit- und Wettbewerbsvorteil

| Autor/ Redakteur: Hans-Christian Hilbrich / Alexander Strutzke

Um einen Wettbewerbsvorsprung zu sichern, setzen viele Unternehmen auf den Faktor Zeit. Doch mit kürzeren Durchlaufzeiten steigen auch die Anforderungen an die Planungs- und Steuerungssysteme in der industriellen Fertigung. Eine Lösung sind Manufacturing Execution Systems (MES), die als zentraler Integrator zwischen ERP- und Automatisierungswelt eingesetzt werden.

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In der digitalen Fabrik laufen Planung und Simulation des gesamten Fertigungsprozesses virtuell am Rechner. Bilder: Siemens
In der digitalen Fabrik laufen Planung und Simulation des gesamten Fertigungsprozesses virtuell am Rechner. Bilder: Siemens
( Archiv: Vogel Business Media )

Obgleich die Lieferzeiten immer kürzer werden und die Bestellmengen sich verringern, muss die fertigende Industrie Termine fristgerecht einhalten, die Preise konkurrenzfähig halten und die geforderte Qualität liefern, um den individuellen Bedarf zu decken. Dieses Ziel gelingt nur, wenn Produktions-, Planungs- und Steuerungsebene in einem geschlossenen Kreislauf eng zusammenarbeiten und sich gegenseitig mit den notwendigen Informationen versorgen. Durch den mangelnden Informationsaustausch zwischen den einzelnen Ebenen kommt es daher häufig zu fehlerhaften Daten sowie zu verzögerten Planungsergebnissen. Um die Lücke zwischen der Planungs- und Produktionsebene zu schließen, setzen immer mehr Unternehmen auf Manufacturing Execution Systems (MES).

Eine Umfrage des Fraunhofer IPA und der Trovarit AG vom Dezember 2005 zeigt, dass MES längst nicht mehr nur ein Modewort ist. So gaben rund 40% der Befragten an, den Begriff gut erklären zu können. Aber nicht nur der Bekanntheitsgrad von Manufacturing Execution Systems wächst zunehmend, sondern auch dessen Einsatz. Mittlerweile haben mehr als 30% der befragten Unternehmen eine MES-Lösung installiert – weitere 17% planen in absehbarer Zeit die Einführung. Die planerische, administrative Aufgabe übernimmt in einem Unternehmen eine ERP-Plattform. Diese kann mit Hilfe der Produkt- und Prozessdaten aus der Fertigung die erforderlichen Anlagenkapazitäten, Materialien und Personaleinsätze exakt einplanen und anstoßen. Basierend auf dem Produktionsplan beziehungsweise Kundenaufträgen findet auf dieser Ebene die terminliche Bedarfsplanung statt.

Auf Ereignisse im Produktionsprozess sowie kurzfristige Auftragsänderungen reagiert das MES. Dieses übernimmt die Steuerung und Überwachung der Produktionsprozesse und -anlagen. Mit Blick auf die abzuwickelnden Fertigungsaufträge und den aktuellen Statusinformationen aus der Produktion hat es zudem die Aufgabe, die Anlagenkapazitäten und den Materialeinsatz feinzusteuern und gegebenenfalls nachzuregeln.

Ständiger Informationsfluss zwischen ERP und MES

Um die Produktionsabläufe zu optimieren ist es notwendig, dass zwischen ERP und MES ein ständiger Informationsaustausch stattfindet und beide Systeme zeitnahe Daten erhalten. Durch die direkte Anbindung an die Automatisierung wird zudem das Überwachen aller Feinsteuerungs- beziehungsweise Automatisierungssysteme möglich. So können elektronische Signale in Fahrbefehle umgesetzt sowie Maschinen gestartet oder gestoppt werden.

Auch aus strategischer und Kundensicht ist ein durchgängiger und präziser Datenfluss zwischen ERP- und MES-Ebene wichtig. Detaillierte Informationen aus der Fertigung können dazu genutzt werden, um mittel- und langfristig Material-, Personal- und Maschinenkapazitäten effizienter einzuplanen und Unternehmensentscheidungen auf Grundlage von Ist-Daten zu treffen. Zudem ermöglicht ein transparenter Datenfluss, die Kunden über den aktuellen Auftragsstatus und Liefertermin zu informieren.

Manufacturing-Execution-Standardsysteme bieten besonders günstige Voraussetzungen für die ERP-Integration

Die heterogenen Applikationslandschaften bilden die größte Herausforderung für die Implementierung von ERP und MES. Daher vereinfachen wenige standardisierte Schnittstellenplattformen nicht nur die Handhabung, sondern reduzieren zudem wesentlich die IT-Kosten. Um eine höhere Qualität der Informationen zu erreichen, gilt es, vorherrschende komplexe Beziehungsgeflechte zu entwirren und sich auf eine nutzerorientierte Auswahl zu beschränken.

Leistungsfähige Integrationsplattformen wie SAP Net-Weaver XI in Kombination mit Quasi-Standards wie B2MML (Business to Manufacturing Markup Language) gewährleisten eine unkomplizierte und kosteneffiziente Kopplung mit dem MES. Dieser Standard ermöglicht, dass unterschiedliche Plattformen Daten über eine gemeinsame Sprache auf standardisiertem Wege austauschen können. Auf Fertigungs-ebene stellt beispielsweise der Industrie-Standard ISA-95 sicher, dass einmal implementierte Schnittstellen für andere Produktionsaufgaben immer wieder genutzt werden können. Manufacturing-Execution-Standardsysteme wie Simatic IT von Siemens Automation and Drives (A&D), die vollständig auf ISA-95 basieren, bieten daher für die ERP-Integration besonders günstige Voraussetzungen. Sie erweisen sich als Mittler zwischen der Planungs- und Produktions-ebene.

Einsatzszenarien nach ISA-95-Standard

  • Produktdefinition: Der Austausch von Produktstammdaten zwischen den Systemen nimmt eine Schlüsselstellung ein. Denn nur so ist sichergestellt, dass die Datendefinition in den beiden Ebenen zueinander passt. Dabei verfügen die zwei Schichten über einen unterschiedlichen Detaillierungsgrad der Informationen.
  • Produktionspotenzial: Zur genauen Einplanung von Aufträgen ist eine genaue Information über die Auslastung der Produktionsstationen wesentlich. Heute findet die Planung nur auf Werksebene statt. Es bedarf also einer übergeordneten Instanz, um Aufträge werksübergreifend einplanen zu können.
  • Produktionszeitplan: Wenn bekannt ist, wann welches Produkt hergestellt wird, lassen sich gleichartige Aufträge zusammenfassen. Dadurch fallen Rüstzeiten weg.
  • Produktionsleistung: Leistungsdaten aus der Produktion sind einerseits wichtig für unternehmerische Entscheidungen und zur Optimierung von Betriebsabläufen. Andererseits verlangt der Gesetzgeber immer genauere Berichte über Produktionsdaten wie Temperaturen und Drücke. Anhand von Soll-Ist-Vergleichen können zudem Planungsalgorithmen verfeinert und so schon im Planungsprozess eine bessere Vorhersagegenauigkeit erreicht werden.

Die zunehmende Standardisierung ermöglicht die Einführung eines vollständig integrierten MES und ERP-Systems. Ganz im Sinne einer Service-orientierten Architektur bildet die MES-Lösung dabei sämtliche Funktionalitäten für komplexe Fertigungsstrukturen ab. Gute Erfolgschancen haben insbesondere Kombinationen aus Softwarepaketen mit hohem Standardisierungsgrad wie Simatic IT und My-SAP ERP.

Eine Verbindung unterschiedlicher Komponenten zu einer einheitlichen Gesamtlösung bieten beispielsweise IT-Dienstleister wie Siemens IT Solutions and Services an. Sie installieren und integrieren die ERP-Systeme in die bestehende Umgebung. Dabei kommen State-of-the-Art-Techniken wie Portale, Data-Warehouse-Lösungen und EAI-Plattformen zum Einsatz. Um eine einheitliche Lösung effizient zu implementieren, müssen Unternehmensprozesse vorher eingehend beraten werden und es ist zu definieren, wo und wie die Übergänge zwischen Top- und Shop-Floor erfolgen.

Einheitlich – von der Beratung bis zur Systemintegration

Wie Unternehmen davon profitieren, zeigt das Beispiel Reagens Canada. Das Unternehmen gehört zur Royal Group und ist auf PVC-Stabilisatoren und -Additive spezialisiert. Die Royal Group hatte Reagens Canada übernommen und das Unternehmen von einem reinen Logistikbetrieb in eine Produktion umgewandelt. In einem späteren Expansionsschritt folgte eine Anlage zur Produktion von PVC-Pellets als Ausgangsstoff für die Extrusion. Das Chemieunternehmen hat eine MES-Lösung in das eigene ERP-System integriert.

Dabei erwies sich die Simatic IT Production Suite als optimale Lösung. Simatic IT gibt Auskunft über den Auftragsstatus, die Verfügbarkeit der Ressourcen und die Kapazität der Anlage. Die Rezepte können online übertragen werden und stehen den Bedienern in Echtzeit zur Verfügung. Darüber hinaus ist eine präzise Verfolgung des Rohstoffverbrauchs auf der Grundlage der tatsächlich benötigten Rohstoffmenge und des Ertrags möglich.

Um ein Echtzeit-Bestandsmanagement zu gewährleisten, bindet Reagens Simatic IT in das eigene ERP-System ein. So können Vertriebsmitarbeiter die Bestände und Produktionspläne prüfen und genauere Lieferdaten abgeben sowie die Prozesse bis zur Überprüfung der Verfügbarkeit von Rohstoffen zurückverfolgen.

Hans-Christian Hilbrich ist Leiter des Competence Center Production & Logistics bei Siemens IT Solutions and Services in München. Weitere Informationen: Tel. (0 89) 6 36-4 79 82, anne.beck@siemens.com

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