MES - ZVEI

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MES - ZVEI

Manufacturing Execution Systems (MES)
Branchenspezifische Anforderungen und
herstellerneutrale Beschreibung von Lösungen
ZVEI - Zentralverband Elektrotechnikund Elektronikindustrie e.V.
Fachverband Automation
Lyoner Straße 9
60528 Frankfurt am Main
Fon: 069 6302-292
Fax: 069 6302-319
Mail:[email protected]
www.zvei.org
ISBN: 978-3-00-031362-2
I nhaltsve r zeichnis
Einleitung und Zielsetzung I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 5
1. Marktanforderungen und Motivation zum Einsatz von MES I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 6
2. MES und normative Standards (VDI 5600 / IEC 62264) I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 8
I mp r essum
3. Einordnung des Prozessmodells gemäß IEC 62264 II I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 12
3.1 Ressourcenmanagement (Resource Management) I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 13
3.2 Spezifikationsmanagement (Definition Management) I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 14
3.3 Feinplanung (Detailed Scheduling) I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 14
3.4 Einplanung (Dispatching) I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 15
3.5 Ausführungsmanagement (Execution Management) I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 15
3.6 Datenerfassung (Data Collection) II I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 16
3.7 Verfolgung (Tracking) II I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 16
3.8 Analyse (Analysis) I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 17
Manufacturing Execution Systems (MES)
Branchenspezifische Anforderungen und herstellerneutrale
Beschreibung von Lösungen
4. Typische MES-Module und verwandte Begriffe I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 18
4.1 Übersicht I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 18
4.2 Kurze Beschreibung typischer MES-Module und MES-verwandter Begriffe I I I I I I I I I I I I I I I I 20
Herausgegeben vom:
ZVEI - Zentralverband Elektrotechnikund Elektronikindustrie e.V.
Fachverband Automation
5. Einsatz, Zweck und Umfeld von MES-Werkzeugen am Beispiel charakteristischer
Applikationsfelder I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 26
5.1 Pharmazeutische WirkstoffproduktionII I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 26
5.2 Nahrungsmittel – Brauereiindustrie I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 30
5.3 Raffinerie / Petrochemie I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 36
5.4 Chemie / Feinchemie I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 40
5.5 Großserienfertiger (Fahrzeughersteller, Zulieferer)II I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 48
5.6 Maschinen- / Anlagenbau (Einzelfertiger) I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 54
5.7 Papier / Metall I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 58
Ansprechpartner:
Carolin Theobald
Lyoner Straße 9
60528 Frankfurt am Main
Fon: 069 6302-429
Fax: 069 6302-319
Mail:[email protected]
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Design:
NEEDCOM GmbH
www.needcom.de
Druck:
Berthold Druck GmbH
www.berthold-gmbh.de
ISBN: 978-3-00-031362-2
Frankfurt, Juni 2010
© ZVEI - Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e. V.
Trotz größtmöglicher Sorgfalt keine Haftung für den Inhalt.
6. Wesentliche Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen den MES-Anwendungen in der
Prozess- und Fertigungsindustrie I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 62
6.1 Gemeinsamkeiten I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 62
6.2 Unterschiede I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 64
7. Vorgehen bei MES-Projekten – Hinweise aus der Praxis I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 65
8. Mehrwert und Nutzen I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 70
8.1 Erfahrungsbericht Biopharmazie: Durchgängige Betriebsautomation – ERP-MES-PLS I I I I I 72
8.2 Erfahrungsbericht Nahrungsmittel: Energiedatenerfassung als Entscheidungshilfe für
Investitionen I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 73
8.3 Erfahrungsbericht Raffinerie: Langzeitplanung und Disposition I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 74
8.4 Erfahrungsbericht Automobilindustrie: Auftragsmanagement für die Powertrain-Montage II I 76
8.5 Erfahrungsbericht Einzelfertiger: MES vom Engineering bis zur Transportlogistik I I I I I I I I I 78
8.6 Erfahrungsbericht Papierindustrie: Effizienzsteigerung in der Produktion I I I I I I I I I I I I I I I I 81
9. Zusammenfassung und Ausblick I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 83
Literatur I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 85
Abbildungsverzeichnis II I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 85
Tabellenverzeichnis II I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 86
EINLEITUNG UND ZIELSETZUNG
Einleitung und Zielsetzung
Diese Broschüre wurde von der ZVEI-Arbeitsgruppe „Manufacturing Execution Systems“ im Fachverband
Automation erstellt. Es wirkten mit:
Zahlreiche firmenoder branchenspezifisch entwickelte Softwarelösungen und Produkte zur Unterstützung
der Verwaltung und Organisation von betrieblichen Abläufen firmieren unter dem Begriff MES
(Manufacturing Execution System), wobei die Bandbreite der MES-Lösungen von „My Excel Sheet“ bis
zur umfassenden Verknüpfung, Verwaltung, Organisation und automatischen Bearbeitung aller produktionsrelevanten Vorgänge reichen kann.
Dr. Marcus Adams [email protected]
Dr. Thomas Bangemann [email protected]
Herbert Fittler [email protected]
Christian Friedl [email protected]
Dr. Iiro Harjunkoski [email protected]
Gottfried Hochfellner [email protected]
Erdal Kara [email protected]
Dr. Jürgen Löffler [email protected]
Um es vorwegzunehmen: Diese Broschüre ist kein weiterer Versuch einer Definition des Begriffes
Manufacturing Execution System. Vielmehr verfolgt die ZVEI-Arbeitsgruppe „MES“ mit dieser Broschüre
das Ziel, dem interessierten Leser und der Fachöffentlichkeit unter Berücksichtigung der unterschiedlichen branchenspezifischen Anforderungen einen Überblick über die heute bereits verfügbaren oder
realisierbaren Lösungen zu geben. Dadurch soll der Einsatz geeigneter MES-Anwendungen zur Produk
tionsoptimierung weiter gefördert werden.
Als Grundlage für eine produkt- bzw. herstellerneutrale Darstellung der Funktionen hat sich die
Arbeitsgruppe der Normenreihe „Enterprise-Control Systems Integration – IEC 62264“ bedient. Eine
kurze Einführung in die Inhalte dieser auch unter S95 laufenden Norm erfolgt in den Kapiteln 1 bis 3.
Verschiedene Teilbereiche von MES-Lösungen sind heute in verschiedenen Branchen oder gar herstellerspezifisch mit unterschiedlichen Begriffen besetzt. In Kapitel 4 werden die wichtigsten Begriffe in die
Terminologie und Strukturierung der S95 eingeordnet. Dieses Kapitel gibt damit Orientierungshilfe in
der Vielzahl von unterschiedlichen Begriffen und Produkten.
In Kapitel 5 werden anhand branchentypischer Anforderungen die Möglichkeiten und der Nutzen von
MES-Funktionen vorgestellt. Kapitel 6 geht auf wesentliche Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen den MES-Anwendungen in der Prozess- und Fertigungsindustrie ein. Kapitel 7 und 8 geben einen
Überblick zur Definition von Anforderungen und zur Auswahl von MES-Funktionen und stellen deren
Nutzen an ausgewählten Beispielen vor. Kapitel 9 schließlich enthält eine Zusammenfassung und einen
Ausblick auf die künftige Entwicklung von MES-Lösungen.
Wie insbesondere aus dem Kapitel 5 hervorgeht, sind heute umfassende branchenspezifische, Lösungen
verfügbar, die durch ihre Skalierbarkeit, Modularität und Integrationsfähigkeit die jeweiligen Bedürfnisse
der unterschiedlichen Branchen abdecken. Diese können einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung
der Operational Excellence der Unternehmen leisten.
Es ist an den Betreibern, diese Chancen zu nutzen.
Andreas Meyer-Weidlich [email protected]
Carolin Theobald [email protected]
Max Weinmann [email protected]
Dr. Markus [email protected]
Prof. Martin Wollschlaeger [email protected]
Martin Zeller [email protected]
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5
1
M a r ktanf o r de r ungen und M o tivati o n zum E insatz v o n M E S
1 Marktanforderungen und Motivation zum Einsatz von MES
Um den heutigen Stand und die Entwicklung von MES-Lösungen bewerten zu können, ist deren
Einordnung in die Historie der Automation erforderlich. Die heutigen MES-Lösungen vereinen unter
anderen die einstigen CIM-Komponenten wie z. B. CAP (Computer Aided Planning), CAM (Computer
Aided Manufacturing), CAQ (Computer Aided Quality Assurance), BDE (Betriebsdatenerfassung), MDE
(Maschinendatenerfassung) oder PZE (Personalzeiterfassung).
CAP
MDE
CAQ
PZE
BDE
CAM
Diese CIM-Komponenten unterlagen jedoch keiner tiefen Integration in den Unternehmen, sondern
wurden vielfach dezidiert in einzelnen Unternehmensbereichen angewendet. Im Zuge der weiter fortschreitenden innerbetrieblichen Integration und der Orientierung an den internen und externen
Wertschöpfungsketten entstand der Bedarf an höher integrierten Softwarelösungen, um den steigenden
Anforderungen der produzierenden Unternehmen gerecht zu werden.
1
M a r ktanf o r de r ungen und M o tivati o n zum E insatz v o n M E S
Der Faktor der Realzeit-Fähigkeit, also der Prozessnähe über die unterschiedlichen fachlichen
Anforderungen hinweg (wie z. B. Auftragsplanung und -steuerung, Materiallogistik, MDE/BDE,
Qualitätsmanagement, Dokumentenmanagement etc.), ermöglicht die direkte Kopplung mit dem
Produktionsprozess.
Darüber hinaus ist die Integration in die erweiterte Versorgungskette des Unternehmens sowohl wegen
der inzwischen globalen Absatz- und Beschaffungsmärkte als auch wegen der regionalen Präsenz der
Firmen in den neuen Märkten notwendig.
MES-Lösungen stellen hier nicht nur das operative „Bindeglied“ zwischen der Produktionsebene und der
Unternehmensebene dar, sondern vernetzen auch einzelne Partner innerhalb der Versorgungskette. Dies
ermöglicht einen durchgehenden und ganzheitlichen Wertefluss und dessen Lenkung.
Auf dieser Basis entwickeln sich MES zum strategischen Element der flexiblen und vernetzten Produktion.
Fachlich vereinen MES alle Aufgaben des modernen Produktionsmanagements in einem zunehmend
integrierten Softwaresystem und bilden zugleich die operative Plattform für zukünftige Anforderungen
der Unternehmen auf dem Weg zur „Digitalen Fabrik“ und zur Fabrik der Zukunft.
Aus diesem Grund gewinnen heutige MES-Lösungen bei Unternehmen in den Bereichen der Prozessund Fertigungstechnik zunehmend an Bedeutung und Verbreitung. Diese Entwicklung ist insbesondere
vor dem Hintergrund der fortschreitenden Globalisierung der Wirtschaft und des damit steigenden
Wettbewerbsdrucks zu sehen. Die sich daraus ergebenden Zielsetzungen liegen z. B.
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in der Steigerung von Produktionsfaktoren bei zunehmender Flexibilität,
in der Erhöhung der Effizienz des Produktionsablaufs,
in der Steigerung und Sicherstellung von Prozess- und Produktqualität,
in der ganzheitlichen Prozess- und Kostenoptimierung,
in der Verkürzung von Produkt-Lebenszyklen.
Neben den Entwicklungen im Umfeld der Produktion sowie der Einführung neuer Produktions- und
Logistik-Konzepte sind die Veränderung der Produkte sowie der Produktentstehungsprozess die treibenden Komponenten für den Einsatz von MES.
Produktlebenszyklen werden immer kürzer, Produkte technologisch immer komplexer – und das bei
gleichzeitiger Reduktion von Entwicklungszeit, erhöhter Anzahl von Prototypen und variantenreicherer
Produktion.
„Time to market“ ist im globalen Wettbewerb ein tragender und entscheidender Erfolgsfaktor für
Produzenten im Wettbewerb. MES-Lösungen können hierfür einen signifikanten Beitrag leisten.
Um die innerbetriebliche Wertschöpfung von Produktionsunternehmen nachhaltig steigern und die
oben genannten Anforderungen erfüllen zu können, bedarf es eines Instrumentariums, das sich nicht
nur dezidiert für einzelne Produktions- und Teilbereiche eines Unternehmens eignet, sondern „die
Produktion“ als ganzheitlichen Prozess im Unternehmen betrachtet.
Dieser Prozess wird mit MES in Realzeit-Anwendungen abgebildet und ermöglicht es so, den Produk
tionsprozess übergeordnet zu führen und damit nachhaltig im Sinne der Optimierung und Verbesserung
zu beeinflussen.
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2
M E S und n o r mative S tanda r ds ( V D I 5 6 0 0 / I E C 6 2 2 6 4 )
2
2 MES und normative Standards (VDI 5600 / IEC 62264)
Unternehmensplanung
und Logistik
Ebene 4
Erstellen der grundlegenden
Produktionsplanung – Fertigung,
Materialverbrauch, Anlieferung,
Versand, Lagerbestand
Management des
Produktionsbetriebs
Ebene 3
Management des Arbeitsablaufs zur Herstellung der gewünschten Endprodukte.
Pflege der Daten und Optimierung des
Produktionsprozesses
Ebene 2
Bedienen und Beobachten sowie
automatische Steuerung des
Produktionsprozesses
Ebene 1
Datenerfassung: Prozess- oder
Machinensteuerung
Ebene 0
Produktionsprozess
Wie bereits in der Einleitung dargelegt steht der gängige Begriff MES allgemein für branchen-, firmenoder herstellerspezifische Lösungen zum Management eines Produktionsbetriebs.
Die VDI-Richtline 5600 „Manufacturing Execution Systems / Fertigungsmanagementsysteme“ [1] definiert MES im Bereich der diskreten Prozesse als „prozessnah operierendes Fertigungsmanagementsystem“
und als „umfassenden Treiber für die Organisation und Durchführung des Produktionsprozesses“ mit
den folgenden wesentlichen Aufgaben:
a) Organisation und Unterstützung aller erforderlichen Aktivitäten im Produktionsprozess bezogen auf
• Prozessvorgaben (Auftragsbearbeitung, Ressourcenplanung, Qualitätsanforderungen)
• Operative Aktionen (Sicherung der Verfügbarkeit der Ressourcen, des Materialflusses, der Qualität)
• Nachverfolgung und Analyse (Bestandsführung; Berechnung von KPI-Kennziffern, Key Performance
Indicators; KVP-Grundlage, kontinuierliche Verbesserungsprozesse wie beispielsweise SixSigma,
Operational Expenditure OpEx).
Kontinuierliche
Prozesse
Batch
prozesse
Diskrete
Prozesse
b)Realisierung des Wirkungskreislaufs aller Aktionen zur Durchführung des Produktionsprozesses
(Planen, Initiieren, Lenken, Kontrollieren, Dokumentieren, Auswerten, Bewerten etc.).
c) Austausch von Informationen mit benachbarten Ebenen wie der Unternehmensleitebene (Enterprise
Resource Planning, ERP) sowie benachbarten betriebsunterstützenden Systemen, z. B. Product and
Process Engineering (P/PE), Supply Chain Management (SCM), und der Fertigungs- bzw. Prozessebene.
Mit seiner Funktionalität deckt ein MES laut VDI-Richtlinie 5600 die drei zeitlichen Aspekte der Phasen
einer Produktion ab:
Prognostischer Aspekt
Planung des Produktionsprozesses
Aktueller Aspekt
Führung des Produktionsprozesses
Historischer Aspekt
Analyse und Bewertung des Produktionsprozesses
Die Arbeitsgruppe MES des ZVEI verwendet den eingeführten Begriff MES im Sinne der VDI-Richtlinie
5600 und als Synonym für alle Lösungen und Systeme im Bereich der Ebene 3 „Betriebliche Fertigung
und Steuerung“ (Manufacturing Operations and Controls) gemäß IEC 62264 wohl wissend, dass inzwischen auch andere Begriffe wie „Manufacturing Operations Management (MOM)“ oder „Collaborative
Production Management (CPM)“ auf dem Markt verwendet werden, die versuchen, den umfassenden
Anspruch der Aufgabenstellung stärker zu betonen.
Die Normenreihe IEC 62264 „Integration von Unternehmensführungs- und Leitsystemen“ („EnterpriseControl System Integration“), auf die in dieser Broschüre im Weiteren Bezug genommen wird und die
auch als DIN EN 62264 veröffentlicht ist, besteht aus mehreren Teilen. Der Fokus liegt insbesondere auf
den drei Teilen „Modelle und Terminologie“ [2], „Attribute des Objektmodells“ [3] und „Aktivitätsmodelle
für das operative Produktionsmanagement“ [4].
Wie Bild 1 zeigt, definiert die IEC 62264 funktionale Ebenen eines Unternehmens, auf denen mit unterschiedlichen Zeithorizonten und unterschiedlichem Detaillierungsgrad Entscheidungen getroffen werden
müssen, die unter anderem abhängig sind von Informationen, die aus einer über- oder untergeordneten
Ebene stammen. Diese Funktionsebenen sind:
•
•
•
•
•
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Ebene 4: Unternehmensplanung und Logistik
Ebene 3: Management des Produktionsbetriebs
Ebene 2: Prozessführung und Datenarchivierung mit folgenden Ausprägungen
- Führung, Regelung und Steuerung von Batch-Prozessen
- Regelung und Steuerung von kontinuierlichen Prozessen
- Steuerung von diskreten Prozessen
Ebene 1: Prozess- oder Maschinensteuerung, Datenerfassung
Ebene 0: Prozess
Bild 1: Funktionshierarchie nach IEC 62264-3, Fig. 2 [4]
Teil 1 des Standards beschreibt die in den Ebenen 3 und 4 für alle Bereiche eines Unternehmens relevanten Funktionen und die Objekte, die normalerweise zwischen den Bereichen ausgetauscht werden.
Einen groben Überblick über die Bereiche und die notwendigen Verknüpfungen gibt das Bild 2.
Auftrags
abwicklung
Produktionsplanung
Steuerung
Material- und
Energieeinsatz
Produktions
management
Versand
Lager- und
Bestands
management
Produktions
steuerung
Lager- und
Bestands
management
Einkauf und
Beschaffung
Produktkosten
bilanzierung
Lagerbestandsüberwachung
Qualitäts
management
Instandhaltungsmanagement
Qualitäts
sicherung
Marketing
und Vertrieb
Wartung und
Instandhaltung
Forschung,
Entwicklung,
Umsetzung
Bild 2: Modell zum Management des Produktionsbetriebs nach IEC 62264-3, Fig. 1 [4] mit Kennzeichnung der MES-relevanten Bereiche (grau)
9
2
2
Die Aktivitäten, die das Modell in Bild 3 abdeckt, beantworten im Wesentlichen die Fragen:
Die in der IEC 62264 definierten Begriffe, Konzepte und Modelle für die Integration der Unternehmensund der Produktionsleitebene dienen einem gemeinsamen Verständnis aller Beteiligten und tragen so
zu einer verbesserten Kommunikation in MES-Projekten bei. Die Norm soll darüber hinaus helfen, eine
gute Integrationspraxis zu etablieren und die Möglichkeiten zur Integration zwischen der Unternehmensund der Produktionsleitebene zu fördern. Dabei ist die Beschreibung jedoch unabhängig vom Grad der
Automatisierung und dem Einsatz bestimmter Technologien.
•
•
•
•
•
•
Teil 2 der IEC 62264 definiert die Kennzeichen und Eigenschaften der Austauschobjekte. Der Teil 3
beschreibt die Aktivitäten und Funktionen, die zum Management eines Fertigungs- oder Prozessbetriebs
gehören.
Ausführungs
fähigkeiten
Ausführungs
anforderungen
(Spezifikationsmanagement)
(Ressourcenmanagement)
(Feinplanung, Einplanung)
(Ausführungsmanagement)
(Datenerfassung, Verfolgung)
(Datenerfassung, Analyse)
Das Modell ist deshalb besonders gut zur Gliederung und Beschreibung von MES-Modulen geeignet und
soll daher als Grundlage für die genauere Erläuterung der einzelnen Aktivitäten im nachfolgenden
Kapitel dienen.
In der Praxis kann die Analyse der vorhandenen oder zu integrierenden Systeme und Lösungen dazu
führen, dass einzelne dieser Aktivitäten in unterschiedlichen Systemen angesiedelt sind und z. B. als
Funktionen in einem MES-Modul, in einem ERP-System oder als Funktionen eines Prozessleitsystems
(PLS) zur Verfügung stehen. Bild 4 gibt hierzu ein beispielhaftes Szenario mit einer möglichen Auf
teilung in die relevanten Ebenen.
Produktionsmanagement (Production Operations Management)
Qualitätsmanagement (Quality Operations Management)
Instandhaltungsmanagement (Maintenance Operations Management)
Lager- und Bestandsmanagement (Inventory Operations Management)
Ausführungs
bestimmungen
Wie soll…?
Was, wo und wer kann…?
Wann, wo und wer soll…?
Was wird wo und von wem…?
Wann, wo und von wem wurde…?
Wie wurde…?
Die Aktivitäten können auf die vier Bereiche der Betriebsebene Produktion, Qualität, Lager- und
Instandhaltung gleichermaßen angewandt werden.
Da sich die vorliegende Broschüre weniger mit den Schnittstellen zwischen den Funktionsbereichen als
vielmehr mit den Aktivitäten der mit der Herstellung verbundenen betrieblichen Abläufe beschäftigt,
bezieht sie sich auf die in Bild 2 dargestellten Bereiche zum Management des Produktionsbetriebs
(Manufacturing Operations Management) und nutzt das in Bild 3 dargestellte generische Modell der
Management-Aktivitäten als Referenz für die nachfolgenden Kapitel. Dabei werden die in Bild 2 allgemein dargestellten Aktivitäten des funktionalen Unternehmenssteuerungsmodells nun der betrieblichen
Ebene (Ebene 3) zugeordnet (gelbe Hintergrundfarbe) und in vier Bereiche (hinterlegt gekennzeichnet)
aufgeteilt:
•
•
•
•
Trotz der Vielfalt möglicher Aufteilungen dient das generische Aktivitätenmodell zur Beschreibung der
vollständigen Lösung und zur Definition der notwendigen Schnittstellen.
Ausführungs
rückmeldungen
Instandhaltungsmanagement
Produktionsmanagement
Qualitätsmanagement
Lager- und Bestandsmanagement
Feinplanung
Feinplanung
Feinplanung
Feinplanung
Ebene 4
Feinplanung
Ressourcen
management
Ressourcen
management
Verfolgung
Einplanung
Ebene 3
Spezifikations
management
Analyse
Ressourcen
management
Verfolgung
Einplanung
Analyse
Daten
erfassung
Spezifikations
management
Einplanung
Ressourcen
management
Verfolgung
Daten
erfassung
Spezifikations
management
Einplanung
Analyse
Ressourcen
management
Verfolgung
Einplanung
Analyse
Daten
erfassung
Spezifikations
management
Verfolgung
Analyse
Daten
erfassung
Spezifikations
management
Ausführungs
management
Ausführungs
management
Ausführungs
management
Ausführungs
management
management
Ausführungs
management
Ausführungs
management
Ausführungs
management
Ausführungs
Datenerfassung
Ausführungs
management
Ebene 2
management
Spezifikations
erfassung
Daten
management
Spezifikations
erfassung
Daten
management
Spezifikations
erfassung
Daten
management
Spezifikations
erfassung
Daten
management
Ausführungs
management
Datenerfassung
Spezifikations
Bild 3: Generisches Aktivitätenmodell zum Management des Produktionsbetriebs nach IEC 62264-3 [4], Fig. 6
Analyse
Einplanung
10
management
Ressourcen
Bild 4: Aktivitäten unterschiedlicher Kategorien und deren technische Integration (beispielhaft) nach IEC / EN 62264-3 [4], Fig. 31
Verfolgung
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3
E in o r dnung des P r o zessm o dells gem ä S S I E C 6 2 2 6 4
3
Ausführungs
bestimmungen
3 Einordnung des Prozessmodells gemäß IEC 62264
Ausführungs
fähigkeiten
Ausführungs
anforderungen
Ausführungs
rückmeldungen
Feinplanung
Die funktionalen Kernbereiche von MES werden gemäß Bild 2 vom Management des Produktionsbetriebs
(Manufacturing Operations Management) gebildet, das die vier Bereiche Produktionsmanagement
(Production Operations Management), Instandhaltungsmanagement (Maintenance Operations
Management), Qualitätsmanagement (Quality Operations Management) und Lager- und Bestands
management (Inventory Operations Management) umfasst. Sie bilden eine Brückenfunktion zwischen
den typisch im ERP-Bereich anzusiedelnden Funktionen und solchen Funktionen, die in den Ebenen 1
und 2 der Funktionshierarchie (s. Bild 1) realisiert werden. Alle diese Kernfunktionen bestehen aus
verschiedenen Einzelelementen, die Informationen bereitstellen oder verarbeiten. Diese Informationen
lassen sich in verallgemeinerbare Kategorien einordnen.
Ressourcen
management
Verfolgung
Einplanung
Spezifikations
management
Zu diesen Kategorien gehören:
• Ausführungsbestimmungen – Spezifikation der auszuführenden Operationen bzw. der Ressourcen,
auf die sich diese beziehen (definition information)
Analyse
Datenerfassung
Ausführungs
management
• Ausführungsfähigkeiten – Eigenschaftsbeschreibungen von Ressourcen (capability information)
ausrüstungs- und
prozessspezifische
Regeln und Anweisungen
• Ausführungsanforderungen – Informationen über Planung und Aufruf (schedule / request information)
• Ausführungsrückmeldungen – Informationen über Performance bzw. Ergebnisse der Funktionen
(performance / response information)
Kommandos
Rückmeldungen
ausrüstungs- und
prozessspezifische
Daten
Funktionen aus den Ebenen 1 und 2
Die verschiedenen Bereiche zum Management des Produktionsbetriebs folgen einem verallgemeinerten
Aktivitätsmodell (Bild 5), welches das Zusammenwirken der einzelnen Elemente beschreibt. Die Inhalte
der Aktivitäten bestehen wiederum aus einzelnen Aufgaben (Tasks), die sich entsprechend der zu realisierenden Funktionen unterscheiden.
Funktionen aus den Ebenen 1 und 2
Bild 5: Generisches Aktivitätenmodell gemäß Bild 3 – erweitert um die Schnittstellen zum Prozess
Die einzelnen Aktivitäten sind durch Informationsflüsse miteinander verknüpft. Die konkreten
Informationen, die zwischen den Aktivitäten ausgetauscht werden, sind ebenfalls von der jeweiligen
Funktion abhängig. Die Aktivitäten und der Informationsaustausch werden durch konkrete Produkte aus
dem MES-Umfeld realisiert. Die Details sind funktions-, branchen- und produktspezifisch.
3.1 Ressourcenmanagement
(Resource Management)
Das Produktionsressourcenmanagement (Production Resource Management) fokussiert dabei auf für
die Produktion erforderliche Ressourcen wie Maschinen, Werkzeuge, Personal (mit entsprechenden
Kenntnissen), Materialien und Energie, aber auch auf ganze Produktionsschritte.
Feinplanung
Ressourcen
management
Verfolgung
Einplanung
Spezifikations
management
Analyse
Datenerfassung
Ausführungs
management
Das Ressourcenmanagement umfasst Aktivitäten für die Verwaltung von Informationen über solche
(ggf. verteilte) Ressourcen, die in den jeweiligen Bereichen zum Management des Produktionsbetriebs
benötigt werden, und über deren Kapazität, Belegung und (auch perspektivische) Verfügbarkeit.
Das Qualitätsprüfungsressourcenmanagement (Quality Test Resource Management) schließt Personal
(mit entsprechenden Kenntnissen, Zertifikaten und Zulassungen), Materialien und Equipment ein, die
für die Durchführung von Qualitätsprüfungen erforderlich sind.
Das Instandhaltungsressourcenmanagement (Maintenance Resource Management) umfasst Infor
mationen über den Zustand von solchen Ressourcen, die für Instandhaltungsarbeiten bzw. -aufträge
benötigt werden. Dazu gehören z. B. Hilfsmittel und Spezialwerkzeuge, eigenes und fremdes Personal
(mit entsprechenden Kenntnissen und Qualifikation), (Instandhaltungs-) Dokumentationen sowie die für
die Instandhaltungsarbeiten erforderlichen Ersatzteile und Betriebsstoffe. Zum Zustand von Ressourcen
werden meist der Ressourcenstatus (equipment health status), die Leistungsfähigkeit, der Einsatzort, die
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3
3
Zugänglichkeit des Einsatzortes, die Verfügbarkeit und die erwartete Nutzung gezählt. Zu berücksichtigen ist ebenfalls, ob die Instandhaltungsarbeiten im laufenden Betrieb ausgeführt werden können oder
ob ein Stillstand der Anlage zwingend erforderlich ist.
Das Lagerressourcenmanagement (Inventory Resource Management) bezieht sich auf Ressourcen für
Materialbestand und Materialbewegungen, Personal (mit entsprechenden Kenntnissen, Zertifikaten und
Zulassungen), (Verbrauchs-)Material und Energie. Dabei werden auch Bestands- und Lagergrößen
berücksichtigt.
Die Lagerfeinplanung (Detailed Inventory Scheduling) umfasst die Planung von Aktivitäten zur
Gewinnung von Informationen über Lagerbestand und über Materialbewegungen. Dies schließt die
Ressourcenplanung und Optimierungen für Transportprozesse ein.
3.4 Einplanung (Dispatching)
Die Einplanung umfasst solche Aktivitäten, welche die Verwaltung und Koordination (Zusammenstellung)
zum Management des Produktionsbetriebs betreffen. Basis hierfür bilden u.a. die in der Feinplanung
erstellten Pläne für die einzelnen Ressourcen.
Feinplanung
3.2 Spezifikations
management (Definition
Management)
Feinplanung
Ressourcen
management
Verfolgung
Einplanung
Spezifikations
management
Analyse
Das Spezifikationsmanagement umfasst Aktivitäten zur Definition und Verwaltung von Eigenschaften,
Handlungsanweisungen, Vorschriften und Anforderungen für die verschiedenen Bereiche zum
Management des Produktionsbetriebs.
Ressourcen
management
Verfolgung
Einplanung
Spezifikations
management
Analyse
Datenerfassung
Die Qualitätsprüfungseinplanung (Quality Test Dispatching) besteht in der Übergabe von Testaufträgen
an Qualitätsprüfungseinrichtungen gemäß den Testplänen. Dies kann auch die Übergabe von Proben
einschließen.
Ausführungs
management
Unter Produktionsspezifikationsmanagement (Production Definition Management) sind solche Aktivitäten
zusammengefasst, die für die Definition und Verwaltung von (eventuell verteilten) Informationen über
die Produkte, ihre Eigenschaften und über ihren Herstellungsprozess (Herstellungsregeln, Rezepte,
Standard Operating Procedures (SOP), Standard Operating Conditions (SOC), Transport- und Montage
folgen) notwendig sind.
Die Instandhaltungseinplanung (Maintenance Dispatching) fokussiert auf die Vergabe der anstehenden
Instandhaltungsaufträge an instandhaltungsrelevante Ressourcen, unter Berücksichtigung der innerbetrieblich und extern zur Verfügung stehenden Personalkapazitäten.
Datenerfassung
Das Qualitätsprüfungsspezifikationsmanagement (Quality Test Definition Management) umfasst
Aktivitäten zur Definition und Verwaltung von Personalqualifikationen, Prozeduren für die Qualitäts
prüfung sowie von Arbeitsanweisungen, um diese durchzuführen. Hierzu gehören auch Testmethodik,
Testhäufigkeit (Probenentnahmeplan, sample plan) und Toleranzangaben für Material und Ressourcen
sowie die Verwaltung von Version und Datum von Testspezifikationen.
Ausführungs
management
Das Instandhaltungsspezifikationsmanagement (Maintenance Definition Management) schließt
Definition und Verwaltung von solchen Aktivitäten ein, die Informationen und Anweisungen für Instand
haltungsarbeiten betreffen.
Die Lagereinplanung (Inventory Dispatching) besteht in der Übergabe von Aufträgen zur Bestands
ermittlung gemäß den Definitionen und Plänen.
3.5 Ausführungsmanagement
(Execution Management)
Feinplanung
Das Lagerspezifikationsmanagement (Inventory Definition Management) umfasst Aktivitäten zur
Definition und Verwaltung von Lager- und Transportanweisungen für Materialien, von Lagerbestand,
Ein- und Auslageranweisungen, lagerbezogenen Kenngrößen (Auslastung) usw.
Ressourcen
management
Verfolgung
Einplanung
Spezifikations
management
3.3 Feinplanung
(Detailed Scheduling)
Feinplanung
Ressourcen
management
Verfolgung
Einplanung
Spezifikations
management
Analyse
Die Feinplanung berücksichtigt Aktivitäten, die – zumeist auf Basis eines existierenden Plans – die
Erstellung von zeitlichen Vorgaben und Reihenfolgen für die (optimale) Nutzung lokaler Ressourcen für
die jeweiligen Bereiche zum Management des Produktionsbetriebs umfassen.
Die Produktionsfeinplanung (Detailed Production Scheduling) schließt die Planung der Produktionsmittel
wie Maschinen und Anlagen ein, für die ein möglichst optimaler, detaillierter Plan erstellt wird. Dabei
werden Parameter wie Losgrößen, Rüstzeiten, Auslastung und Verfügbarkeit der Ressourcen berücksichtigt,
die ggf. auch zu einer Aufteilung in mehrere Pläne führen können.
Datenerfassung
Ausführungs
management
Die Qualitätsprüfungsfeinplanung (Detailed Quality Test Scheduling) fokussiert auf die Planung von
Qualitätsprüfungen, die innerhalb oder außerhalb des Produktionsprozesses durchgeführt werden.
Hierzu gehören u.a. die Verfügbarkeit von Testsystemen und Personal, Vorbereitungszeiten und Zeiten
für die Auswertung der Tests.
Die Produktionseinplanung (Production Dispatching) schließt Aktivitäten ein, die den Produktionsfluss
durch Zuordnung zu Ausrüstung (Equipment) und Personal steuern. Hierzu gehören z. B. die Einplanung
von Chargen in ein Batch Control System und die Ausgabe von Arbeitsaufträgen.
Analyse
Datenerfassung
Ausführungs
management
Unter dem Ausführungsmanagement werden Aktivitäten zusammengefasst, welche die Steuerung des
Produktionsbetriebs gemäß Plänen, Aufträgen und Einhaltung von Standards kontrollieren, transparent
machen und ggf. optimieren.
Das Produktionsausführungsmanagement (Production Execution Management) bezieht sich auf die
eigentlichen Produktionsprozesse und führt Aktivitäten wie Auswahl und Start von Produktionsschritten
gemäß Produktdefinitionen und Herstellungsanweisungen aus. Es umfasst auch die Übergabe von
einem Produktionsschritt zum nächsten, wobei u.a. Informationen über die verbrauchten Materialien
und die Bearbeitungszeit gewonnen werden. Damit werden Status und aktueller Abarbeitungsstand des
Auftrags sichtbar. Auf Basis von Informationen über vorangegangene Produktionsschritte können lokale
Optimierungen durchgeführt werden.
Das Qualitätsprüfungsausführungsmanagement (Quality Test Execution Management) bezieht sich auf
Aktivitäten im Zusammenhang mit der Durchführung von Qualitätsprüfungen und überwacht die
genutzten Ressourcen (Ausrüstung, Material, Personal), die Einhaltung von Qualitätsstandards und
Produkteigenschaften bzw. Toleranzen.
Das Instandhaltungsausführungsmanagement (Maintenance Execution Management) schließt diejenigen Aktivitäten ein, welche die Durchführung von Instandhaltungsaufträgen steuern und überwachen.
Dazu gehören z. B. die Prüfung auf Einhaltung von Wartungs- und Reparaturanweisungen, von
Regularien und Qualitätsstandards sowie die Dokumentation von Status und Ergebnis, die Weiterleitung
von unerwarteten Ereignissen an die Feinplanung und die Einlastung, aber auch die Überwachung von
Zertifikaten für Ausrüstung, Ersatzteile, Hilfsmittel und Personal.
Die Instandhaltungsfeinplanung (Detailed Maintenance Scheduling) umfasst die Prüfung und
Priorisierung von Instandhaltungsanforderungen, die zeitliche Einbindung der Instandhaltungsaktivitäten
in den betrieblichen Produktionsablauf, wobei Anforderungen aus der Produktionsplanung (Produkt
wechsel, geplante Stillstandszeiten) möglichst zu berücksichtigen sind.
14
15
3
3
Das Lagerausführungsmanagement (Inventory Execution Management) umfasst Aktivitäten zur
Abarbeitung von Bestandsaufgaben. Dazu gehören die Überprüfung, ob die korrekten Lager-, Transportund Personalressourcen genutzt werden, die Überwachung von Lager-, Transportvorschriften,
Qualitätsstandards und Statusberichte sowie die Überwachung und Abrechnung des Lagerbestands
selbst.
3.6 Datenerfassung
(Data Collection)
Feinplanung
Ressourcen
management
Verfolgung
Einplanung
Spezifikations
management
Die Qualitätsprüfungsverfolgung (Quality Test Tracking) liefert Rückmeldungen über die Qualität an
zugehörige Funktionen in den Ebenen 3 und 4. Dazu stellt sie zeitgesteuert, z. B. am Ende eines
Produktionslaufs oder einer Charge, oder bei Bedarf Testergebnisse zu Testreports zusammen und
verwaltet Informationen zur Auslastung von Einrichtungen zur Testdurchführung. Solche Testreports
können zu unterschiedlichen Zeiten und in unterschiedlichen Teilanlagen erstellt werden.
Die Instandhaltungsauftragsverfolgung (Maintenance Tracking) fokussiert auf Informationen über die
Ressourcennutzung während der Instandhaltungsprozesse sowie die relative Effektivität der
Instandhaltungsergebnisse. Dies schließt die Erzeugung und Aktualisierung von Datensätzen über
Zustand und Nutzbarkeit sowohl der instandgehaltenen Betriebsmittel als auch der während der
Auftragsausführung benutzten Hilfsmittel mit ein. Die Informationen dienen ggf. auch als Nachweis für
die Erfüllung behördlicher Auflagen.
Die Datenerfassung (Data Collection) umfasst die Erfassung, (Vor-) Verarbeitung und Verwaltung von
Daten aus spezifischen Prozessen zum Management des Produktionsbetriebs. Diese Daten werden
meist aus den Ebenen 1 und 2 der Funktionshierarchie (Bild 1) gewonnen, entstammen aber auch
Benutzereingaben und -aktionen. Sie werden zyklisch oder ereignisgesteuert erfasst und stellen die
Messgrößen direkt (einheitenbehaftet) oder abgeleitet (bezogene oder integrierte Größen) dar. Zur
Auswertung der Daten wird vielfach auch der Kontext (z. B. Zeitstempel) benötigt, in dem sie gewonnen
werden.
Lagerverfolgung (Inventory Tracking) umfasst das Reporting zu Bestandsaktivitäten, z. B. über Start und
Ende von Transportprozessen, über die Auslastung der Lagereinrichtungen, über Losgrößen sowie die
aktuelle Position der Lose. Dies schließt die Erzeugung und Aktualisierung von Datensätzen über
Transport und Verwaltung des gelagerten Materials ein, ggf. auch für die Erfüllung behördlicher
Auflagen oder für Zwecke des Qualitätstests.
Analyse
Die Produktionsdatenerfassung (Production Data Collection) schließt solche Aktivitäten ein, die sich auf
Daten beziehen, die für den Produktionsvorgang oder seine Schritte relevant sind. Dazu gehören
Sensorwerte und Statusinformationen, aber auch Ergebnisse aus der Abarbeitung von produktionsrelevanten Transaktionen und aus der Auswertung von Modellen.
Datenerfassung
Ausführungs
management
3.8 Analyse (Analysis)
Die Qualitätsprüfungsdatenerfassung (Quality Test Data Collection) umfasst neben den Testdaten selbst
und ihrer Aufbereitung die Daten über die Testdurchführung, die Benutzereingaben während des Tests,
Zwischendaten und die Daten in den Testreports.
Feinplanung
Die Instandhaltungsdatenerfassung (Maintenance Data Collection) fokussiert auf Daten, die bei der
Ausführung von Instandhaltungsaufträgen anfallen. Dies schließt den aktuellen Zustand der in Wartung
bzw. Reparatur befindlichen Betriebsmittel, die Rückmeldung des Instandhaltungsauftrags mit dem
erforderlichen eigenen und fremden Aufwand in Zeit und Kosten sowie den Vergleich zwischen Schätzund Ist-Aufwand ein. Die erfassten Informationen werden in der anlagenspezifischen Instandhaltungs
historie zusammengeführt.
Die Lagerdatenerfassung (Inventory Data Collection) bezieht sich auf die Beschaffung und Auswertung
von Daten für Lageraktivitäten und verarbeitetes Material. Sie schließt Daten aus der Produktverfolgung
(Product Tracking) wie Lagerbestand, Lagerbedingungen, genutzte Ausrüstungen und in Lager und
Transport einbezogene Operatoren ein. Die Bestandsdatenerfassung wird auch in den anderen funktionalen Bereichen genutzt, z. B. für Qualitätsverfolgung (Probenverwaltung, Verwaltung von Referenz
material) und für Instandhaltungsverfolgung (Ersatzteilbestand). Solche Informationen können für die
Erfüllung behördlicher Auflagen erforderlich sein und müssen in die Produktionsdaten integriert werden.
3.7 Verfolgung (Tracking)
Ressourcen
management
Verfolgung
Einplanung
Spezifikations
management
Analyse
Datenerfassung
Ausführungs
management
Die Analyse schließt solche Aktivitäten ein, die im Zusammenhang mit der Auswertung und dem Bericht
von (leistungsbezogenen) Daten an Geschäftssysteme stehen.
Die Produktionsleistungsanalyse (Production Performance Analysis) bezieht sich auf Informationen zu
den Zykluszeiten von Produktions(teil-)anlagen, Betriebsmittelauslastung, Auslastung und Leistung von
Einrichtungen, Effektivität von Prozeduren und Variabilität der Produktion. Aus diesen Analysen können
zeitgesteuert, etwa am Ende eines Produktionslaufs oder Batches, oder auf Anforderung Key Performance
Indicators (KPIs) gewonnen werden, die für die Optimierung der Produktion und des Ressourcenverbrauchs
genutzt werden können. Der Prozess der Produktionsleistungsanalyse und -optimierung wird begleitend
zur Produktion durchgeführt. Dabei können unterschiedliche Optimierungskriterien und weitere Rand
bedingungen, auch aus der Markt- und Umweltsituation, auftreten, die eine wiederholte Überprüfung
und Anpassung von Vorgaben (policies) und erneute Optimierungen erfordern.
Die Verfolgung umfasst solche Aktivitäten, die für die Erstellung der Rückmeldungen aus den spezifischen Prozessen zum Management des Produktionsbetriebs an die zugehörigen Funktionen der Ebene
4 relevant sind.
Feinplanung
Ressourcen
management
Verfolgung
Einplanung
Spezifikations
management
Datenerfassung
Ausführungs
management
16
Analyse
Die Produktionsverfolgung (Production Tracking) schließt die Aufrechnung und Auswertung von
Informationen über für die Produktion genutzte Ressourcen wie Personal und Produktionseinrichtungen,
Materialverbrauch und Materialherstellung, aber auch andere produktionsrelevante Daten wie Kosten
und Ergebnisse von Performanceanalysen ein. Die Produktionsverfolgung übermittelt ebenfalls
Informationen an die Produktionsfeinplanung, so dass die Pläne auf Basis der aktuellen Bedingungen
aktualisiert werden können.
17
4
T y pische M E S - M o dule und ve r wandte B eg r iffe
4
Die Lageranalyse (Inventory Analysis) schließt Aktivitäten ein, die sich auf die Analyse der Lagereffektivität
und die Ressourcennutzung beziehen. Dies kann die Analyse von Informationen über Materialeingang
inklusive Lieferqualität und Termintreue, Lagerverluste sowie Materialbewegungen bezogen auf
Speicherort, Ausrüstung und Schicht umfassen. Weiterhin können Analysen zur Verfolgbarkeit von
Materialflüssen und zur Historie von Lagerressourcen enthalten sein. Aus den Analysen können
Informationen über Lagerbewegungen gewonnen werden, die Historie und Trends einschließen. Sie
werden als Lagerindikatoren (Inventory Indicators) bezeichnet und können intern im Management des
Produktionsbetriebs für Optimierungen genutzt werden. Sie können außerdem an Geschäftsprozesse
in der Ebene 4 weitergeleitet werden, wo sie durch Verknüpfung mit finanziellen Informationen als
kostenbezogene Indikatoren verwendet werden können.
EAA, EWI
EMI
ERP
KPI
MM
OEE
OM
PAMS
PEP / PRM
PLM
PPS
QMS / QA
SCADA
SCM
SPC
SQC
T&T
WMS
CKM
Feinplanung
GEN
JIS / JIT
4.1 Übersicht
In den in dieser Broschüre adressierten Branchen haben sich unterschiedliche Begriffe mit Bezug zu den
einzelnen MES-Funktionen sowie der Verwendung in den verschiedenen Bereichen etabliert. Teilweise
haben gleichlautende Begriffe in verschiedenen Branchen unterschiedliche Bedeutung.
KBM
MDE
PMC
RTLS
RWM
Sequencing
Die nachstehende Tabelle ist gegliedert in allgemeine, branchenübergreifende und branchenspezifische
Begriffe. Sie gibt einen Überblick zu den Einsatzgebieten der damit verbundenen Module sowie deren
Verwendung. Zur Detaillierung wird angegeben, welche Aktivitäten jeweils schwerpunktmäßig unterstützt werden. Die Tabelle erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit.
Ausführungsmanagement
Datenerfassung
Verfolgung
Analyse
Ressourcenmanagement
Spezifikationsmanagement
Lager
Instandhaltung
a
Einplanung
Computerised Maintenance Management System
Document Control and Archiving / Elektronisches
Dokumentenmanagement
Elektronische Arbeitsanweisung, Electronic Work Instruction
Enterprise Manufacturing Intelligence
Enterprise Resource Planning
Key Performance Indicator
Material Management
Overall Equipment Effectiveness
Order Management (Produktionsaufträge)
Plant Asset Management System
Personaleinsatzplanung / Personnel Resource Management
Product Lifecycle Management
Production Planning and Scheduling
Qualitäts Management System / Quality Assurance
Supervisory Control and Data Acquisition
Supply Chain Management
Statistical Process Control
Statistical Quality Control
Tracking and Tracing (Chargen- /T eilerückverfolgung, Logistik)
Warehouse Management System
3
3
4
3
3
3
3
3
3
4
3/4
3/4
2/3
3/4
3
3
3
3/4
a
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a
2. Fertigungsindustrie (Großserien- und Einzelfertigung)
BDE
4 Typische MES-Module und verwandte Begriffe
3/4
3
1. Industrie allgemein
CMMS
DCA / EDM
Die Instandhaltungsanalyse (Maintenance Analysis) untersucht die Aufwendungen von Personal,
Ersatzteilen, Hilfsmitteln, direkten und indirekten Kosten sowie die organisatorischen Abläufe in Instand
haltungsprozessen, um Problemfelder und Optimierungspotenzial für weitere Verbesserungs
maß
nahmen aufzudecken. Dabei werden Aspekte betrachtet, die für eine optimale Instandhaltungsstrategie
und einen möglichst hohen Return on Assets (ROA) wichtig sind. Ergebnisse der Analyse können in die
Produktionsplanung einfließen. Aus den Analyseergebnissen können Instandhaltungskenngrößen
(Maintenance Performance Indicators) gebildet werden, die eine Beurteilung der Wirksamkeit der
Instandhaltung ermöglichen. Weiterhin dienen diese Ergebnisse und Erkenntnisse als Entscheidungs
grundlage für die weitere Effizienzsteigerung der Geschäftsprozesse.
Bedeutung / Aufgabe
Aktivitäten
Feinplanung
Qualität
Abkürzung / Begriff
Produktion
Die Qualitätsprüfungsleistungsanalyse (Quality Performance Analysis) wertet die Ergebnisse von
Qualitätstests und die Testleistung aus, um die Produktqualität zu verbessern. Dieser oft kontinuierliche
Prozess schließt die Analyse von Qualitätsabweichungen, Zykluszeiten der Qualitätstests, Testeffektivität
und Ressourcenauslastung ein. Sie kann darüber hinaus die Ermittlung von Trends für (kritische)
Qualitätsindikatoren sowie die Ursachenanalyse bei Qualitätsproblemen und die Ableitung von Empfeh
lungen für deren Behebung mit enthalten.
Ebene
Bereiche
Betriebsdatenerfassung (i.d.R. manuelle
Erfassung von Daten im Produktionsumfeld)
Car Kit Management (Fahzeugteile-Warenkorb)
Feinplanung von Fertigungsaufträgen an Engpass
maschinen (hauptsächlich Einzelfertigung)
Genealogie der verbauten Teile im Endprodukt
Teilezusteuerung; reihenfolgegerecht (JIS - Just in
Sequence) / zeitgerecht (JIT - Just in Time)
Kanban Management
Maschinendatenerfassung (Stückzahlen, Prozessparameter)
Production Monitoring and Control; Erfassung, Verarbeitung und Visualisierung von Alarmen und Prozessdaten
--> siehe auch SCADA
Real Time Locating System, Fahrzeugverfolgung und -ortung
Rework Management (Nacharbeit)
Reihenfolgeplanung; Real Time Scheduler (RTS) Realtime-Reaktion auf Reihenfolgeänderungen
3
a
3
3
a
a
3
4
a
3
3
3
a
a
a
3
3
3
a
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a
2/3
2/3
3
3
2
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a
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a
a
3. Prozessindustrie
AM
APC
LIMS
PIMS
PLS (DCS, PAS)
Alarmmanagement
Advanced Process Control
Laboratory Information Management System
Process Information Management System
Prozessleitsystem (Distributed Control System, Process
Automation System)
Chargenanalyse
Auswertung von Chargenaufzeichnungen (z. B. Golden Batch)
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a
a
3.1. Batch-Prozesse
EBR
Leitstand
Rezept-Editor
(inkl. RA – Recipe
Authoring)
Rezeptsteuerung
WD
3
a
a
Electronic Batch Record
Überwachung und Führung der Disposition
Erstellung von Rezepten
3
3
2/3
a
a
a
a
Koordination von Rezeptabläufen
Weighing & Dispense
2/3
3
a
a
2/3
2/3
2
3
3
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a
2/3
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a
3.2. Konti-Prozesse
BMA
BPC
BRC
LP Model
RPMS
Blending and Movement Automation
Blend Property Control
Blend Ratio Control
Linear Programming Model
Refinery and Petrochem Modelling System
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3.3. Abfüllen und Verpacken
LMS
Line Monitoring System (Verpackungslinien)
a
a
a
a
Tabelle 1: Einordnung typischer MES-Module und MES-verwandter Begriffe
18
19
4
4.2 Kurze Beschreibung
typischer MES-Module und
MES-verwandter Begriffe
CMMS
DCA/EDM
EMI
EAA/EWI
KPI
OM
DCA / EDM – Document Control & Archiving / Elektronisches Dokumentenmanagement
System oder MES-Modul zur Bearbeitung, Verwaltung, Ablage und Nutzung jeder Art zu verwaltender
Dokumente. Wesentliche Funktionen sind: elektronische Speicherung, nutzerrechtebasierter Zugriff auf
die Dokumente, Organisation des Dokumenten-Workflows entsprechend Dokumenttyp, -status und festgelegtem Bearbeitungszyklus sowie Archivierung der Dokumentversionen und ihrer Historie.
EAA / EWI – Elektronische Arbeitsanweisung / Electronic Work Instruction
In einer elektronischen Arbeitsanweisung wird festgelegt, bei welcher Anlage bzw. welchem Ereignis /
Zweck, unter welchen Randbedingungen, durch welches Personal und mit welchen Mitteln Aktionen in
definierter Weise auszuführen und zu dokumentieren sind.
EMI – Enterprise Manufacturing Intelligence
EMI ist ein Begriff, der ein Softwaresystem beschreibt, welches die in einem Unternehmen in unterschiedlichen Systemen verteilten, produktionsrelevanten Daten zusammenführt und aufbereitet.
ERP – Enterprise Resource Planning
Ein ERP-System ist ein betriebswirtschaftliches IT-System für die Systemintegration der finanz- und
warenwirtschaftlichen Geschäftsprozesse. Es wird eingesetzt, um Teilprozesse der strategischen Planung,
Produktion und Distribution bis hin zur Auftragsabwicklung und zum Bestandsmanagement zu steuern
und zu beobachten.
KPI – Key Performance Indicator
KPIs sind leistungsbezogene, betriebswirtschaftliche Kenngrößen, welche Aussagen über den bisherigen
Erfüllungsgrad wichtiger Zielsetzungen bzw. kritischer Erfolgsfaktoren liefern.
ERP
MM
4.2.1 Industrie allgemein
CMMS – Computerised Maintenance Management System
Ein CMMS dient zur Verwaltung, Planung, Steuerung und Überwachung von instandhaltungsrelevanten
Daten, Kapazitäten, Aufträgen sowie der zugehörigen Kosten und Kennzahlen.
MM – Material Management
Unter Material Management versteht man die Planung und Steuerung des Materialflusses in der
Produktion sowie den damit verbundenen Informationsfluss. Die Materialdaten werden i.d.R. vom ERP /
WMS übernommen und für die Verwaltung und das Handling des Materialbestandes in der Fertigung
verwendet.
Wichtige Teilfunktionen sind Identifikation, Katalogisierung, Bestimmung, Planung, Beschaffung,
Qualitätskontrolle, Verpackung, Lagervorschriften usw.
OEE
OEE – Overall Equipment Effectiveness
OEE ist eine Kennzahl, welche die Gesamtanlageneffektivität von technischen Anlagen erfasst. Die OEEKennzahl wird in Prozent ausgedrückt und ist ein Maß für die tatsächliche Auslastung einer Anlage
gegenüber ihrer theoretisch möglichen Auslastung.
Manufacturing OEE errechnet sich als Produkt aus den Faktoren der zeitlichen Verfügbarkeit, der Anlagen
leistung sowie der erzielten Qualitätsmenge gemäß der vorgegebenen Spezifikation. Bezugsgröße für
Manufacturing OEE ist immer die dem Produktionsplaner maximal zur Verfügung stehende BruttoProduktionszeit.
Hingegen berücksichtigt Business OEE als weiteren Multiplikator den Planungsfaktor, also die geplante
Nicht-Belegung einer Anlage, und wird immer auf die gesamten Jahresstunden bezogen (8.760 h).
OM – Order Management (Produktionsaufträge)
Das Order Management oder auch Auftragsmanagement dient zur termin- und mengengerechten
Ressourcenbeschaffung für die Gewährleistung der bedarfsgerechten Ausführung von Produktions
aufträgen.
20
4
PAMS – Plant Asset Management System
Ein Plant Asset Management System ist eine spezielle Software, die insbesondere zur Verwaltung und
Online-Überwachung von anlagennahen Vermögensgütern der Produktion eingesetzt wird. Hierzu gehören insbesondere Maschinen, Feldgeräte und die zugehörige Hardware und Software. PAMS ermöglichen
es, durch Online-Informationen in Echtzeit die Wartung und Inspektion der Anlagengüter zustandsorientiert zu organisieren.
Die Grundkonzepte des Plant Asset Management sind gleichermaßen für die Prozess- und Fertigungs
industrie gültig.
PEP / PRM – Personaleinsatzplanung / Personnel Resource Management
Aufgabe der Personaleinsatzplanung ist die Verwaltung vorhandener Personalressourcen sowie ihre
rationelle, den zeitlichen und inhaltlichen Anforderungen der Aufgabenstellungen und Fähigkeiten
entsprechende Zuordnung zu Tätigkeiten.
PLM – Product Lifecycle Management
Das Product Lifecycle Management (PLM) dient dazu, produktrelevante Daten technischer, kaufmännischer und administrativer Natur über den gesamten Lebenszyklus hinweg zu erfassen und für die
unterschiedlichen Phasen bereitzustellen.
PPS – Production Planning and Scheduling
Im deutschsprachigen Raum wird die Abkürzung PPS mit „Produktionsplanungs- und -steuerungssysteme“ bezeichnet. Darunter werden computergestützte Systeme verstanden, die zur operativen Planung
und Steuerung des Produktionsgeschehens in Industriebetrieben verwendet werden.
QMS / QA – Quality Management System / Quality Assurance
Ein QMS dient zur Verbesserung von Produkten und Prozessen. Es legt Verfahren fest, die zur Erreichung
der Produktqualität notwendig sind. Die Qualitätssicherung (QA) sorgt für die Einhaltung der vom
Qualitätsmanagement festgelegten Maßnahmen, die für bestimmte Bereiche auch gesetzlich vorgeschrieben sein können.
SCADA – Supervisory Control and Data Acquisition
SCADA-Systeme sind Softwaresysteme zur Überwachung und Steuerung technischer Prozesse, die
Prozessabläufe visualisieren, Daten über den Prozessverlauf registrieren und die Möglichkeit zur Anlageund Prozessbedienung bieten. Der Zugang zum Prozess erfolgt über unterlagerte Steuerungstechnik.
SCM – Supply Chain Management
Mit Hilfe des Supply Chain Managements (SCM) werden Netzwerke für die Logistik organisatorisch und
informationstechnisch über die gesamte Wertschöpfungskette vom Lieferanten über die Fertigung bzw.
Produktion bis hin zum Endkunden gesteuert und koordiniert.
Ziel von Supply Chain Management ist es, die Teilprozesse entlang der Lieferkette effektiver zu gestalten und
Geschäftsprozesse zwischen Lieferanten, Herstellern, Kunden und Logistik-Dienstleistern zu koordinieren.
SPC – Statistical Process Control
Bei Einsatz von SPC (Statistische Prozessführung) erfolgt die Führung und Optimierung des Prozesses
auf Basis statistischer Kenngrößen.
SQC – Statistical Quality Control
Bei Einsatz von SQC wird die Einhaltung von Qualitätsvorschriften auf Basis der Ergebnisse regelmäßig
entnommener Stichproben überwacht. Die SQC zugrundeliegenden Verfahren bestimmen dynamisch die
zu entnehmenden Stichprobenmengen und -intervalle.
T&T – Tracking and Tracing
Tracking and Tracing steht allgemein für die Identifizierung und Verfolgung von Produkten, sei es in der
Produktion, der Qualitätssicherung oder in der Versandlogistik. Schwerpunkt in der Produktion ist die
Feststellung, in welchem Produktionsschritt oder -zustand sich ein Produkt gerade befindet, inklusive
einer eventuellen örtlichen Bestimmung. Im Bereich der Qualitätssicherung steht die Einhaltung von
Produktionsvorgaben im Vordergrund, insbesondere für sicherheits- und gesundheitsrelevante Aspekte.
21
4
Tracking and Tracing ist eine wesentliche Voraussetzung für die Rückverfolgung von Teilen
(Rückrufaktionen) und Chargen (Lebensmittel, Pharma).
Die Weiterleitung der physischen Karten wird heute zunehmend durch die computergestützte
Weiterleitung der Information ersetzt. Dies wird häufig auch als eKanban bezeichnet.
WMS – Warehouse Management System
Ein Warehouse Management System ist ein IT-System zur mengen- und wertmäßigen Erfassung und
Bewirtschaftung von Waren. Zur Bestandsführung und Erfolgssteuerung umfasst es Bereiche wie
Bestellwesen, Wareneingang, Warenausgang, Disposition, Rechnungslegung und -kontrolle sowie
Kassenabwicklung.
MDE – Maschinendatenerfassung
Die Maschinendatenerfassung dient zur Erfassung aktueller Informationen über Parameter,
Produktionskennzahlen, Zustände und Laufzeiten einer Maschine. Diese Informationen werden zur
Planung und Steuerung von Produktionsaufträgen verwendet.
4.2.2 Fertigungsindustrie (Großserien- und Einzelfertigung)
BDE – Betriebsdatenerfassung
Die Betriebsdatenerfassung (BDE) dient zur Erfassung von Ist-Daten / aktuellen Zuständen (z. B.
Auftragszuständen, produzierten Mengen wie Stückzahlen, Volumina, Gewichten, Qualitätsdaten etc.)
über laufende Prozesse.
CKM – Car Kit Management
CKM ist ein Begriff aus der Endmontage von Automobilen und steht für eine Kommissionierstrategie,
bei der die benötigten fahrzeugspezifischen Montageteile zu Beginn in einen Warenkorb kommissioniert
werden. Dieser begleitet das Fahrzeug durch die Endmontage und enthält die richtig vorkommissionierten Teile, die an den verschiedenen Montagetakten eingebaut werden.
Feinplanung
Die Feinplanung, häufig in Verbindung mit Maschinenleitständen, ist ein Werkzeug zur detaillierten
Planung und Durchführung von Fertigungsaufträgen. Berücksichtigt werden Randbedingungen, wie
z. B. technologische Reihenfolgen, optimierte Rüstzeiten und wirtschaftliche Produktionsmengen. Die
Feinplanung dient zur Optimierung der Maschinenauslastung, zum rechnergestützten Umplanen bei
Änderungen (Meister- oder Expressaufträge), zur übersichtlichen Darstellung und Prozessführung und
damit zur Durchsetzung zeitgerechter und optimierter Produktionsdurchläufe. Feinplanungswerkzeuge
kommen hauptsächlich in der Einzelfertigung, aber auch in der Serienfertigung bei nicht verketteten
Anlagen zum Einsatz.
GEN – Genealogie
Die Produktrückverfolgbarkeit ist dadurch gekennzeichnet, dass zu einem Endprodukt alle Teile, die
verbaut wurden, bzgl. ihres Herstellers, ihrer Entstehung oder allgemein ihrer spezifischen Eigenschaften
zurückverfolgt werden können. Diese Rückverfolgung wird auch Tracing genannt.
JIS / JIT – Just in Sequence / Just in Time
JIT (Just in Time) steht für die zeitlich möglichst genau berechnete Zulieferung von Montageteilen direkt
an das Montageband bzw. den Verbauort. Der Zulieferer verpflichtet sich, innerhalb eines vorausberechneten Zeitfensters zu liefern. Durch JIT werden größere Lagermengen und Lagerungszeiten vermieden
und damit Logistikkosten optimiert.
JIS (Just in Sequence) ist die Weiterentwicklung von JIT und steht für die Anlieferung von Montageteilen
an das Montageband bzw. den Verbauort in der richtigen Reihenfolge. So werden z. B. in der End
montage von Automobilen die Außenspiegel farblich in der Reihenfolge angeliefert, wie die Sequenz
der unterschiedlich lackierten Fahrzeuge gebildet wurde.
KBM – Kanban Management
Kanban ist ein einfaches, sehr effizientes auf Karten oder Etiketten (daher der Name) basierendes
Verfahren für die Produktions- und Logistiksteuerung. Es wurde Anfang der 50er Jahre im Rahmen und
als Teil des Toyota-Produktions-Systems entwickelt.
Unter Kanban versteht man ein Steuerungsverfahren, mit dem verbrauchtes Material nach dem Ver
brauchssteuerungsprinzip (Pull-Prinzip) nachgeliefert wird. Die Produktionssteuerung oder Material
bereitstellung bei Kanban orientiert sich damit ausschließlich am Verbrauch im Produktionsablauf. Die
Karten sind Basiselement dieser Steuerungssystematik und dienen der Informationsweiterleitung. Mit
den Kanban-Regelkreisen kann eine erhebliche Reduktion von Materialbeständen in der Produktion bei
gleichzeitiger Erhöhung der Liefertreue erreicht werden.
22
4
PMC – Production Monitoring and Control
Die Produktionsüberwachung und -führung wird im Deutschen auch mit dem Begriff „Prozessführung”
zusammengefasst. Hierunter versteht man dynamische, echtzeitfähige Systeme, die sämtliche produktionsrelevanten Daten wie Stückzahlen, Prozessparameter, Anlagen- und Maschinenzustände etc. erfassen
und verarbeiten. Unter Einbezug der von PPS stammenden Vorgaben werden bei unzulässigen Ab
weichungen oder Störungen zielkonforme Reaktionen ausgelöst. Je nach Automatisierungsgrad werden
Daten direkt an unterlagerte Systeme übertragen oder resultieren in entsprechende Anweisungen an das
Personal (z. B. Sollwertvorgaben, Ausschleusungen, Abschaltungen etc.).
RTLS – Real Time Locating System
RTLS ist ein System, das es ermöglicht, Objekte (z. B. Fahrzeuge), die mit Transpondern ausgestattet wurden, über mehrfache Abstandmessung oder eine mehrfache Winkelmessung (Triangulation) in Echtzeit zu
lokalisieren. Der Vorteil eines RTLS liegt darin, dass zu jedem Zeitpunkt die Position von z. B. Fahrzeugen
oder Stahlcollies angegeben werden kann und Nacharbeitsprozesse oder Logistikprozesse optimiert werden
können. Ein weiterer Anwendungsfall ist die automatische und eindeutige Zuordnung einer Verschraubung
zu einem Fahrzeug durch die automatisierte Identifizierung von Schrauber und Fahrzeug.
RWM – Rework Management
RWM ist immer Bestandteil eines Quality Managements und schließt die Organisation der Nacharbeit
zur finalen Fertigstellung des einzelnen Produktes ein. Zur Durchführung von RWM müssen das
Endprodukt, Arbeitsbereiche, Ersatzteile, Mitarbeiter und Qualitätsprüfungen eingeplant werden.
Sequencing (Reihenfolgeplanung)
Die Reihenfolgeplanung dient zur Festlegung, welches Produkt wo produziert wird (Maschinenbelegung),
in welcher Reihenfolge die Produkte oder Chargen bearbeitet werden (Reihenfolgeplanung) und wann
dieses Produkt produziert wird (Zeitplanung). Im Falle einer Störung kann dank der Reihenfolgeplanung
die Bearbeitungsreihenfolge so geändert werden, dass die Auswirkung der Störung minimiert wird.
4.2.3 Prozessindustrie allgemein
AM – Alarm Management
Spektrum an Methoden, Funktionen und Werkzeugen zur Vermeidung abnormaler Anlagenzustände
sowie zur Unterstützung des Operators bei deren Handhabung und Beherrschung.
APC – Advanced Process Control
Bei APC handelt es sich um Regelungsstrukturen zur wirtschaftlichen Prozessführung und zielgerichteten
Prozessoptimierung von häufig multivariablen oder diskreten Zusammenhängen in Anlagen oder
Teilanlagen durch Ergänzung der Basisregelung in einem typischerweise hierarchischen Konzept.
Funktionen und Werkzeuge reichen von einfachen Basiserweiterungen wie Feedforward- oder Kaskaden
strukturen über die dynamische Entkopplung von Interaktionen bis zu modellbasierten Mehrgrößenreglern
oder Optimierungen durch Prozesssimulation.
Typische Module sind daher unter anderen MPC (Model based Predictive Control), RTO (Real Time
Optimization), NLC (Non-Linear Control), SPC (Statistical Process Control) und Soft-Sensoren.
LIMS – Laboratory Information Management System
Ein Laborinformations- und Managementsystem (LIMS) dient zur Planung, Steuerung, Auswertung und
Archivierung von Laboraufträgen. Es unterstützt typischerweise Funktionen wie die Stammdatenverwaltung,
die Auftrags- und Probenregistrierung, die Festlegung des Untersuchungsumfangs, die Verteilung der
Proben- und Aufgaben auf Arbeitsplätze, die Ergebniserfassung, die Datenauswertung und Bericht
erstellung sowie die Freigabe der Daten.
23
4
PIMS – Process Information Management System
Ein Process Information Management System (PIMS) dient zur Sammlung, Integration, Aufbereitung,
Archivierung und Berichterstellung sowohl von aktuellen als auch von historischen Informationen über
den Produktionsprozess. Es ermöglicht die zentrale Konsolidierung von Produktionsdaten, liefert
Informationen für die Produktionskennziffernberechnung und ermöglicht die Nachverfolgbarkeit von
Produktionsabläufen.
PIMS
PLS (DCS/PAS)
EBR
Batch Analysis
PLS (DCS / PAS) – Prozessleitsystem (Distributed Control System / Process Automation System)
Ein Prozessleitsystem (engl. Distributed Control System) dient zum Leiten verfahrenstechnischer
Prozesse. Es besteht im Wesentlichen aus prozessnahen Komponenten zur Ausführung der eigentlichen
Steuerungs- und Regelungsaufgaben, aus Anzeige- und Bedienkomponenten sowie aus Engineering
komponenten.
4.2.4 Prozessindustrie: Batch
Batch Analysis / Chargenanalyse – Auswertung von Produktionschargen
Es handelt sich dabei um eine Software als Teil eines MES oder PLS zur Beurteilung und Auswertung von
Produktionsverlauf, Ausbeute und Qualität einer Charge. Typische Funktionen sind: Ermittlung und
Anzeige von Kenngrößen, qualitätsrelevanten Abweichungen und Vergleich mit anderen Chargen bzw.
mit einem „Golden Batch“.
EBR – Electronic Batch Record
Ein EBR ist ein elektronisch und automatisiert erstelltes Chargenprotokoll, das die Herstellung einer
Charge dokumentiert und die dazu notwendigen, ausgewählten Rezept-Daten, Ist-Daten und Ereignisse
enthält.
Es handelt sich dabei um eine Software als Teil eines MES, welche die Definition, Erstellung, Verwaltung
und Speicherung von EBRs ermöglicht.
ERP
MES
BMA
BRC
Leitstand
Ein Leitstand stellt ein MES-Modul zur Feinplanung von Produktionsaufträgen in Betrieben der
Prozessindustrie sowie zu deren Umsetzung und Zustandsvisualisierung dar. Leitstände verfeinern die
längerfristigen Planungsvorgaben, z. B. aus ERP-Systemen, unter Nutzung von Informationen der
Betriebsdatenerfassung. Zu den Aufgaben einer Leitstandssoftware gehören auch die Erfassung und
Verfolgung der benötigten Stoffe und Einrichtungen (MT – Material Tracking und ET – Equipment
Tracking). Die grafische Visualisierung eines Leitstandes erfolgt häufig mittels des Gantt-Charts, in dem
die geplante und aktuelle Belegung der Einrichtungen über der Zeitachse dargestellt und dynamisch
aktualisiert wird.
Die Realisierung eines Leitstands kann als manuelle Plantafel, als eigenständiges Softwarepaket oder als
integriertes Modul einer umfassenderen Software zur Betriebsführung vorliegen.
In einigen Industriebereichen wird der Begriff Leitstand auch als Synonym für die Leitwarte bzw.
Messwarte verwendet. In dieser Bedeutung bezeichnet der Begriff den Ort oder das Gebäude für die
Überwachung und Führung von Prozessen oder allgemeinen technischen Einrichtungen. Allerdings ist
dieser Bedeutung des Begriffes keine MES-Funktion zuzuordnen.
4
Rezeptsteuerung / Batch Execution
Die Rezeptsteuerung ist eine Software als Teil eines MES oder PLS, welche die automatische Abarbeitung
von Rezepten in Form von elektronischen Arbeits- oder Steueranweisungen für unterlagerte Automati
sierungsfunktionen ermöglicht.
WD – Weighing & Dispense / Wiegen & Verteilen
WD bezeichnet das Abwiegen, die Bereitstellung, die Verteilung und die Zugabe von meist manuell
zugegebenen Einsatzstoffen entsprechend den Vorgaben des Rezepts. Die in mobilen Containern,
Fässern oder Säcken abgewogenen und gekennzeichneten Gebinde werden an den Zugabestellen bereitgestellt und müssen zum richtigen Zeitpunkt den dafür vorgesehenen Chargen zugegeben werden.
MES-WD-Software leitet und dokumentiert diese kritischen Abläufe.
4.2.5 Prozessindustrie: Kontinuierliche Prozesse / Petrochemie
BMA – Blending & Movement Automation
BMA ist eine Software zur Planung und optimalen Führung eines Mischbetriebs sowie der erforderlichen
Transfers in einer Raffinerie mit dem Ziel, die Profitabilität der Anlage in diesem Bereich zu erhöhen
und Grenzfälle zu minimieren. Die Werkzeuge planen und überwachen Zielvorgaben, berücksichtigen
Bestandsgrenzen, stellen Dispositionspläne und Produktspezifikationen bereit, führen gleichzeitig
Datenanalysen durch oder legen Leistungsindikatoren (KPIs) fest.
BPC – Blend Property Control
Dabei geht es um die Führung und Optimierung der Inline-Mischprozesse von Raffinationskomponenten
zu spezifikationsgerechten Vertriebsprodukten nach vorgegebenen Qualitätskriterien unter Beachtung
der Mischvorgaben, der Zusammensetzung der Mischkomponenten sowie verfügbarer Kapazitäten und
Einrichtungen.
BRC – Blend Ratio Control
Dabei handelt es sich um die direkte Steuerung der Prozesse beim Mischen von Raffinationsprodukten
nach manuellen oder qualitätsgeführten Vorgaben.
LP Model – Linear Programming Model
Ein LP-Modell beschreibt einen modellierten Satz linearer Gleichungen bzw. Ungleichungen zur
Beschreibung der Abhängigkeit verschiedener Variablen in Bezug auf eine Zielfunktion sowie eine
Methodik zur Lösung des Systems.
RPMS – Refinery & Petrochem Modelling System
Ein RPMS ist ein System zur Erstellung und Analyse von LP-Modellen für die (langfristige) Planung in
Raffinerien und petrochemischen Anlagen.
4.2.6 Abfüllen und Verpacken
LMS – Line Monitoring System
Line Monitoring Systeme sind MES-Module zur Erfassung und Überwachung von Betriebsdaten in Abfüllund Verpackungsanlagen sowie abfüllnahen Prozessen. Häufig sind mit einem LMS zusätzlich eine
Analyse und Visualisierung von Performance-Kennzahlen über den Zustand der Linie oder Anlage
verbunden. Typische Kenngrößen sind dabei Durchlaufzeiten, Produktionsmengen, Nutzungsgrad,
Störzeiten, Störursachen oder Packungsverluste.
Rezept-Editor, RA – Recipe Authoring
Ein Rezept-Editor ist eine Software als Teil eines MES oder PLS zur Erstellung und Verwaltung von
Rezepten als Vorschriften zur Herstellung von Produkten nach vorgegebenen Verfahren. In den Rezepten
wird beschrieben, was zur Durchführung des Verfahrens benötigt wird und in welcher Reihenfolge die
Prozessschritte unter welchen Prozessbedingungen ausgeführt werden. Je nach Automatisierungsgrad
der Anlage bestehen Rezepte aus Arbeitsanweisungen für die Bediener (auf Papier oder elektronisch)
und/oder aus Steueranweisungen für die automatisierte Abarbeitung durch eine Rezeptsteuerung, die
meist auf unterlagerte Automatisierungsfunktionen eines PLS zugreift.
24
25
5
E insatz , Z weck und U mfeld v o n M E S - W e r kzeugen am B eispiel cha r akte r istische r A pplikati o nsfelde r
5.1
5 Einsatz, Zweck und Umfeld von MES-Werkzeugen am Beispiel
charakteristischer Applikationsfelder
Für jedes Produkt sind Produktionsrezepte vorhanden oder müssen im Fall
der Neueinführung erstellt werden. Die Produktionsrezepte basieren je nach
Automatisierungsgrad der Anlage entweder auf Fahranweisungen für den
Bediener oder auf verfahrenstechnischen Grundfunktionen (nach NAMUR
NE33 bzw. ISA S88), deren technische Umsetzung in dem Prozess
auto
matisierungssystem (PAS) erfolgt (Bild 6). Die Rezepturen enthalten neben
Einsatzstoffmengen und verfahrenstechnischen Steuerungs
para
metern
auch Anforderungen an die Anlagenverschaltung, Arbeitsanweisungen für
manuelle Arbeitsschritte (SOPs: Standard Operating Procedures), Sicherheits
hinweise für den Umgang mit Gefahrstoffen und die Anforderungen an die
Qualitätskontrolle durch Probenahmen (IPC: In Process Control, PM: Process
Monitoring). Die Rezepturen unterliegen entsprechend cGMP der Versions
kontrolle und bedürfen verschiedener Freigaben durch die Produktionsleitung
und Qualitätssicherung.
Nachdem in den vorstehenden Kapiteln der Versuch unternommen wurde, MES-Werkzeuge branchenneutral anhand der Norm IEC 62264 und der VDI-Richtlinie 5600 in eine allgemeine
Prozesslandschaft einzuordnen, werden in diesem Kapitel einige branchenspezifische Ausprägungen
beispielhaft dargestellt. Damit soll im Wesentlichen zwei Aspekten Rechnung getragen werden:
1.Die heute den Manufacturing Execution Systems zugeordneten Lösungen sind über mehrere Jahre
„organisch“ in unterschiedlichen Einsatzbereichen gewachsen. Hierbei haben sich nicht nur signifikante Unterschiede zwischen den beiden industriellen Hauptrichtungen „Fertigungsindustrie“ und
„Prozessindustrie“ entwickelt, sondern auch innerhalb dieser Hauptrichtungen haben sich spezielle,
applikationsspezifische Ausprägungen etabliert. Diesen in der Historie begründeten Entwicklungen
soll hier Beachtung geschenkt werden.
Die Produktionsplanung erfordert:
a)die Auswahl und Belegung der erforderlichen Prozessausrüstung
(Dosiergefäße, Reaktoren, Abfüllstationen etc.), die Planung und Belegung
der notwendigen flexiblen Anlagenverschaltungen sowie die Bereitstellung
von mobilem Equipment.
b)die Prüfung der Verfügbarkeit von geeignetem Personal, das die für das Produkt notwendigen
Unterweisungen über SOPs und den Umgang mit Gefahrstoffen erhalten hat.
c) die Prüfung der Verfügbarkeit der notwendigen Einsatzstoffe zum geplanten Zeitpunkt.
d) die Aufteilung der Kampagne in einzelne Produktionschargen.
e) die Erzeugung von Einwaage- und Transportaufträgen für einzelne Gebinde von Einsatzstoffen, die
über Big-Bags oder Fässer durch manuelle Operationen dem Prozess zugeführt werden.
f) die Erzeugung von Prüfaufträgen für das Labor für IPC- und PM-Proben.
2. Trotz der zuvor erwähnten Unterschiede ist es sinnvoll, die auf MES bezogenen, branchenspezifischen
Ausprägungen in der Struktur des Prozessmodells der IEC 62264 darzustellen. Auch auf der Ebene
der MES-Werkzeuge ist festzustellen, dass sich mit zunehmender „Reife“ der Lösungen Systematiken
herauskristallisieren, die über mehrere Einsatzbereiche hinweg Gültigkeit haben. Diese Entwicklung
ist insofern kein Sonderfall, als sich auf der Ebene der prozessnahen Automatisierungskomponenten
(SPS / PLS) in den letzten Jahren viele sowohl in der Fertigungs- als auch in der Prozessindustrie
gemeinsam genutzte Funktionen in Form von Software- und Hardware-Komponenten etabliert
haben. Außerdem finden sich vormals streng getrennte Produktlinien heute in beiden industriellen
Hauptrichtungen wieder.
Zur Orientierung des Lesers sind die nachstehenden Kapitel unterteilt in eine allgemeine Beschreibung
des jeweils typischen Betriebsablaufs sowie in eine tabellarische Übersicht der einzelnen, durch MESWerkzeuge unterstützten Betriebsaktivitäten in den Bereichen Produktion, Qualität, Instandhaltung und
Lagerhaltung.
Die Produktionsvorbereitung erfordert:
a) Prüfen, ob das geplante Equipment gereinigt zur Verfügung steht oder ob z. B. der Status „Gereinigt“
durch Zeitüberschreitung wieder verfallen ist und eine erneute Reinigung vor Benutzung notwendig
ist. Dokumentation des Equipment-Status.
b) Herstellen der flexiblen Anlagenverschaltungen und Einbau von mobilem
Equipment. Prüfung und Dokumentation der Verschaltung im Sinne der
Qualitätssicherung.
Die Beschreibung des allgemeinen Betriebsablaufes erhebt dabei nicht den Anspruch, die Prozessketten
und Abhängigkeiten einer realen Produktion vollständig wiederzugeben. Vielmehr sollen die wesentlichen Eigenschaften der jeweiligen Branche einfach, überschaubar und charakteristisch skizziert
werden, um die anschließende Beschreibung von MES-Werkzeugen in deren Funktions- und Einsatzweise
einordnen zu können.
5.1 Pharmazeutische
Wirkstoffproduktion
Pharmazeutische Wirkstoffe für Arzneimittel werden in verfahrenstechnischen Prozessen (Extraktion
pflanzlicher Wirkstoffe, chemische Synthese oder biotechnologische Fermentation) erzeugt und unterliegen in ihrem Herstellungsprozess behördlichen Auflagen, die allgemein unter dem Begriff „Gute
Herstellpraxis“ (cGMP: current Good Manufacturing Practices) zusammengefasst werden.
Im Folgenden sollen am Beispiel einer chemischen
Wirkstoffproduktion in einer flexiblen Mehr
produkt
anlage mit automatischer Rezeptsteuerung die betrieblichen Anforderungen und Möglichkeiten des Einsatzes
von MES-Werkzeugen aufgezeigt werden. Der Schwer
punkt liegt dabei auf dem Produktionsmanagement.
26
P ha r mazeutische W i r kst o ffp r o dukti o n
Bild 7: Bedienerführung bei der
Materialverwiegung nach
Rezept über mobile oder fest
installierte Bedienterminals
Die Produktionsdurchführung erfordert:
a) Herstellen der einzelnen Produktionschargen entsprechend dem Produk
tionsrezept entweder durch manuelle Bedienung gemäß der Fahr
anweisung des Rezeptes oder durch automatisierte Rezepturfahrweise
mittels PAS. Dabei ist die cGMP-gerechte Dokumentation „Wer hat was,
wann ausgeführt“ erforderlich.
b) cGMP-gerechte Dokumentation der qualitätsrelevanten Prozessgrößen
zum Nachweis der Produktion der Charge entsprechend den in der
Zulassung des Wirkstoffes festgelegten Kenngrößen.
c) cGMP-gerechte Einwaage (Bild 7), Dokumentation, Kennzeichnung und Transport der EinsatzstoffGebinde zum richtigen Zeitpunkt an die richtige Stelle in der Anlage.
d) Einfüllen des richtigen Gebindes in die vorgesehene Produktionscharge zum richtigen Zeitpunkt im
Prozess. Dies muss cGMP-gerecht erfolgen, d.h. entweder nach dem Vier-Augen-Prinzip oder durch
automatisierte Prüfung z. B. über Barcode.
e) Probenahmen und Bearbeitung der Prüfaufträge.
5.1.1 Allgemeine Beschreibung des typischen Betriebs
ablaufs
Die Produktion wird ausgehend vom – im ERP-System
verwalteten und geplanten – Bedarf an pharma
zeutischen Wirkstoffen in Produktions
kampagnen
organisiert.
Die Produktionsauswertung erfordert:
a)schnelles und zeitnahes Erkennen von qualitätsrelevanten Abweichungen einer Charge für eine
schnelle Chargenfreigabe durch QA.
b)weitere betriebliche Auswertungen z. B. zur Minimierung der Varianz von Chargendauer und
Ausbeute der Chargen.
Bild 6: Integrierte Rezepterstellung und Verwaltung für MES (grün)
und PAS (blau) in einem Rezept-Editor des MES
Ökonomischer Hintergrund:
Pharmazeutische Wirkstoffe sind im Allgemeinen hochwertige Produkte. Der Verlust einer Charge kann
weit in den sechsstelligen Eurobereich gehen.
27
5
5.1
P ha r mazeutische W i r kst o ffp r o dukti o n
5.1.2 Betriebsablauf unterstützt durch MES Funktionen
Einplanung
Ausführungs
management
Analyse
Verfolgung
Datenerfassung
Aktivitäten
Feinplanung
Spezifikations
management
Bereiche
Produktion
Qualität
Instandhaltung
Lagerhaltung
Mitarbeiter
• Planung des Schulungsbedarfs: Welcher Mitarbeiter hat welche Schulung? Wie lange ist die Schulung gültig? Wann muss sie wiederholt werden?
• Verbindung zum Spezifikationsmanagement: Welche Arbeitsanweisungen (SOPs) existieren und welche Mitarbeiter müssen darin geschult werden?
• Wann ist welcher Mitarbeiter verfügbar (Schicht- und Urlaubsplanung)?
• Verbindung zur Feinplanung und zum Ausführungsmanagement: Hat der Mitarbeiter, der eine cGMP-relevante Tätigkeit ausführen soll,
die entsprechende Berechtigung bzw. Schulung?
Prozessausrüstung
• Teilanlagen-Klassen und ihre generellen Eigenschaften (Typ: Reaktor, Vorlage, Zentrifuge…; Ausrüstungszustände: gereinigt, benutzt, in Wartung…)
• Teilanlagen und ihre speziellen Eigenschaften (Ausrüstungsgrenzen: Volumen, Temperatur, Druck…; Material: Stahl, Glas, Teflon…;
spezielle Einrichtungen: mit/ohne Dosiergefäß…)
• allgemeine Prozessressourcen wie Heiz-, Kühlmedien, Stickstoff, Vakuum, Abluftwäscher etc. und ihre Kapazitäten
• feste und flexible Anlagenverschaltungen
Mitarbeiter
• Schulung und Qualifikation des Personals
• Verfügbarkeit des Personals
Prüfgeräte
• Prüfgeräte Verfügbarkeit, Kalibrierzyklen,
Wartungspläne
Prüfmittel
• Bestand und Verfallsdaten der erforderlichen
Prüfmittelpläne
Mitarbeiter
Betriebsmittel und Instrumentierung
• Typen, Anzahl und Status
Werkzeuge und Kalibriermittel
• Typen, Anzahl und Status
Ersatzteile und Betriebsstoffe
• Benötigte Typen und deren Bestand
Wartungsverträge
• Fremdvergabe von Wartungsaktivitäten
Mitarbeiter
Materialien
• Material, Menge, Status
Läger
• Läger, ihre Art, Kapazität und Belegung
Betriebsmittel und Verpackungsmaterial
• Waagen
• Behältnisse und Verpackungen (Container, Fässer,
Big-Bags…)
• Transportmittel
cGMP-gerechte Dokumentenerstellung, Freigabe und Kontrolle
• Produktions- und Reinigungsrezepte (Definition der automatisierten Rezeptabläufe im PAS bzw. Zugriff auf im PAS hinterlegte Rezepte und
Definition von Elektronischen Arbeitsanweisungen mit Link zu SOPs für manuelle Tätigkeiten)
• Arbeitsanweisungen (SOPs)
• Sicherheitsanweisungen
cGMP gerechte Erstellung, Freigabe und
Kontrolle
• Prüfmethoden
• Prüfvorschriften und zulässige Toleranzen
• Prüfpläne
Erstellung, Quantifizierung, Freigabe und
Kontrolle
• Wartungspläne
• Prüfvorschriften
• Kalibrierzyklen
Erstellung, Freigabe und Kontrolle
• Materialien, Stati, Lager- und Transportbedingungen,
Mindestbestände
• Anweisungen zum Umgang mit Gefahrstoffen
• Arbeitsanweisungen
• Spezifikation der zulässigen Verpackungen
Definition und Planung von Produktionskampagnen
• Schnittstelle zum ERP-System zur Übertragung von Prozessaufträgen aus dem ERP-System
• Vorschlag und Auswahl der Anlagenbelegung entsprechend den Anforderungen der Rezeptur und der Verfügbarkeit zum geplanten Zeitpunkt
• Vorschlag und Auswahl der Anlagenverschaltung entsprechend der Anlagenbelegung und der Verfügbarkeit zum geplanten Zeitpunkt
• Hinweis auf Ressourcen- und Materialengpässe zum geplanten Zeitpunkt
• Soll-Ist-Vergleich der Produktion
Planung
• der erforderlichen Analysen für Wareneingänge,
In-Process-Control und Produkt-Freigaben
• Soll-Ist-Vergleich
Planung
• der zustandsabhängigen Inspektions- und
Wartungsmaßnahmen
Planung
• des für die Produktion notwendigen Bestands an
Material
• der Einwaage der erforderlichen Gebinde unter
Berücksichtigung der Lagerzeit des Materials (FIFO)
• der notwendigen Transportvorgänge
Auftragszuweisung für gestartete Produktionskampagnen
• Auftragszuweisung für das Rüsten der Kampagne
• Auftragszuweisung für die Einwaage der Einsatzstoff-Gebinde (Schnittstelle zur Feinplanung der Lagerhaltung)
• Auftragszuweisungen für die Abarbeitung der einzelnen Chargen der Kampagne (Schnittstelle zu PAS)
• Auftragszuweisung der Prüfaufträge für das Labor (Schnittstelle zur Feinplanung des LIMS)
• Auftragszuweisungen für eventuell notwendige Zwischenreinigungen (eventuell automatisiert über PAS)
• Auftragszuweisung für Kampagnenendreinigung (eventuell automatisiert über PAS) und Abrüsten
Auftragszuweisung
• der Prüfaufträge
Auftragszuweisung
• der Wartungsaufträge
Auftragszuweisung
• der erforderlichen Probenahmen bei Wareneingängen
• der Einwaage der erforderlichen Gebinde
• der notwendigen Transportvorgänge
Bedienung und Beobachtung der Produktionskampagnen
• Statusanzeige und Bedienung der Kampagnen, ihrer Chargen, Materialgebinde und Transportaufträge
Abarbeitung von Elektronischen Arbeitsanweisungen
• Anzeige der im Rezept definierten elektronischen Arbeitsanweisung im Kontext des Chargenverlaufs
• Prüfung, ob der Mitarbeiter zur Ausführung berechtigt ist
• bei Zugabe von Gebinden: Prüfung der Gebindedaten (z. B. über Barcode) und Anzeige, ob das Gebinde eingegeben werden darf
Durchführung der Analysen
• Online-Zugriff auf Prüfaufträge und
Prüfvorschriften
• Automatische oder manuelle Bearbeitung
• Dokumentation der Ergebnisse
• Rückmeldung an Produktion und Warenlager
Steuerung und Überwachung der Instand
haltungsaufträge
• Online-Zugriff auf Arbeitsaufträge, Wartungs pläne, Dokumentation und Vorschriften
• Statusverfolgung
Durchführung von oder Bedienerführung bei
• Material-Einwaagen
• Transporten
• Freigabe oder Quarantäne von Materialien und
Produkten
Elektronische Datenaufzeichnung
• Aufzeichnung und Speicherung der Daten entsprechend den Anforderungen der US-Gesetzgebung: 21 Code of Federal Regulations
(21 CFR Part 11): Electronic Records; Electronic Signatures
• Aufzeichnung aller MES-Ereignisse und Bedieneingriffe, die mit dem Verlauf einer Charge oder Kampagne zu tun haben
• Übertragung der Chargenereignisse (Bedienungen, Alarme, Berichtswerte) des PAS in die Chargendaten im MES bzw. Zugriff auf diese Daten über Daten-Connector bei der Erzeugung eines Elektronischen Batch Records
• Übertragung der Analysedaten des LIMS in die Chargendaten im MES bzw. Zugriff auf diese Daten über Daten-Connector bei der Erzeugung eines Elektronischen Batch Records
Elektronischen Datenaufzeichnung
• Prüfauftrag und Analysenergebnis
• Verantwortlicher Mitarbeiter
• Ausfallzeit
• Schadensbild
• Benötigte Arbeitszeiten
• Benötigte Ersatzteile
• Kosten des Instandhaltungsauftrags
• Folgekosten Produktionsausfall
• Materialdaten (Chargen-Nr., Menge, Analysenwerte,
Quarantäne-Status)
• Bestände und Lagerorte
• Verwendung und Status von mobilen Containern
• Durchführung von Transportaufträgen
Automatische Verfolgung von
• Zustandsänderungen der Kampagnen, Chargen, Arbeits- und Transportaufträge und Anzeige in entsprechender Übersicht
• Rückmeldung von Materialverbräuchen und produzierten Produkten an das ERP-System
Automatische Verfolgung von
• erledigten Prüfaufträgen
• Warnung, wenn Analysenwerte außerhalb
der Toleranz
Erfassung der erledigten Instandhaltungsaufträge
• Qualifizierte Rückmeldung, Auftragsstatus
• Zuordnung Schadensursache
• Hinweise für zukünftige Verbesserungen und
Schwachstellenbeseitigung
Erfassung der erledigten
• Wareneingänge
• Warenausgänge
• Einwaagen
• Transportaufträge
Erstellung von Elektronischen Batch Records
• Zeitlicher Ablauf der Charge
• Qualitätsrelevante Abweichungen
• Kurvenverläufe der qualitätsrelevanten Messungen
Vergleich von Kurvenverläufen von Chargen
• mit einem „Goldenen Batch“
• Statistische Auswertungen (Varianz der Chargendauer, Ausbeute etc.)
Material Tracking und Material-Genealogie
• Übersicht: Welche Einsatzstoffe wurden in einer Charge verwendet?
• Übersicht: In welchen Chargen wurde ein bestimmter Einsatzstoff verwendet?
Erstellung von Statistischen Auswertungen
• KPIs (Ausbeute, Durchlaufzeiten, Ausschuss, Nacharbeit, Nutzungsgrad, Ressourcenverbrauch, Kosten)
• KPIs (Nutzungsgrad, Durchlaufzeiten,
Ressourcen-Verbrauch, Kosten)
• Varianz der Qualitätsdaten
• Optimierung der Prüfpläne
• KPIs (Nutzungsgrad, Reparaturzeiten,
Ressourcenverbrauch, Kosten)
• Technische Anlagenverfügbarkeit
• Zuverlässigkeit von Bauteilen
• Optimierung der Wartungspläne und -intervalle
• KPIs (gebundenes Kapital, Umschlagszeiten,
Verweildauer in Quarantäne, Kosten)
• Optimierung der Mindestbestände und
Packungseinheiten
• Bewertung von Lieferanten
Tabelle 2: MES-Module für die Aktivitäten in der pharmazeutischen Wirkstoffproduktion gemäß Prozessmodell
28
29
5
5.2 Nahrungsmittel –
Brauereiindustrie
Die Brauereibranche zeichnet sich durch unterschiedlich große Betriebe aus. Von der kleinen Gast
hausbrauerei mit ca. 2.000 hl Jahresproduktion (400.000 Flaschen zu 0,5 l) über die größten Anlagen
in Deutschland mit einer Produktionskapazität von ca. 5 Mio. hl /a bis hin zu Anlagen weltweit mit bis zu
10 Mio. hl /a und vereinzelt sogar mehr. Entsprechend vielfältig stellen sich die Anforderungen an die
Automations- und MES-Lösungen dar. Während in Kleinbrauereien üblicherweise nur das Sudhaus und
ggf. einige Reinigungsanlagen mit Insellösungen automatisiert arbeiten, setzen Anlagen ab einer
Betriebsgröße von ca. 100.000 hl /a auf eine durchgängige Automatisierungslösung über den gesamten
Produktionsprozess hinweg. Großbrauereien laufen als vollautomatische Produktionsbetriebe, die aus
einer zentralen Leitwarte gesteuert werden.
5.2
Bild 8: Übersicht zur Tankbelegung als
Planungsunterstützung
MES wird als Kernfunktion zur gezielten Unterstützung der Produktion an einem Standort gesehen.
Eigene Systeme, die über den Einsatz von Office-Softwareprodukten hinausgehen, finden sich in
Betrieben ab ca. 500.000 hl /a Größe. Durch den fortschreitenden Konzentrationsprozess in der Brau
ereibranche in große, international operierende Konzerne wird auch der Betriebsstättenvergleich über
ausgewählte Kennzahlen zunehmend wichtiger. MES stellt diese Kennzahlen zur Verfügung.
Filtration / Lieferung fertigen Bieres an die Abfüllung
a) Planungshorizont ca. 2 bis 3 Tage
b) vergleichsweise viele Sorten (ca. 5 - 50)
c) kurzfristige Reaktion auf Umplanungen in der Abfüllung
d) typische Pufferzeit von weniger als 1 Tag zur Abfüllung
Insgesamt ist die Produktionsplanung nicht durch die Einsatzplanung der
Rohstoffe, sondern in erster Linie durch die Verfügbarkeit von Anlagen
bestimmt.
Die innerbetriebliche Organisation der Produktion teilt sich in die zwei Blöcke Bierbereitung und
Abfüllung, also die Herstellung von verkaufsfertigem Bier aus den Rohstoffen und die Verpackung auf
die verschiedenen Gebinde. Beide Produktionsschritte haben unterschiedliche Anforderungen an die
Organisation und damit an die MES-Funktionen. Der vorliegende Überblick konzentriert sich auf den
Bereich Bierbereitung, also den Produktionsprozess.
Personalplanung
Die anfallenden Arbeiten unterliegen keinen Schwankungen in der erforderlichen Qualifikation, so dass in der Personalplanung lediglich die abzudeckenden Zeiten interessant sind. Dies wird in einfachen Listen festgehalten.
5.2.1 Allgemeine Beschreibung des typischen Betriebsablaufs
Die Bierbereitung gliedert sich in die vier Prozesszellen:
• Siloanlage = Rohstofflager
• Sudhaus = Würzebereitung
• Gärkeller = Fermentation
• Filtration / Verkaufsbier = Bierklärung / Bereitstellen für die Abfüllung.
Durch die Produktionszeit von ca. 4 Wochen müssen die Anforderungen des
Verkaufs mit einem zeitlichen Vorlauf in der Planung antizipiert werden.
Schwankungen in der Qualität der zu verarbeitenden Rohstoffe wie auch die
Anforderungen des Marktes bei Produktinnovationen machen eine flexible
Rezepturverwaltung notwendig. Diese wird üblicherweise komplett auf Leit
systemebene abgedeckt. Rezepturen werden auf Teilanlagen- bzw. Anlagen
ebene definiert; Werks- oder Verfahrensrezepte sind wenig verbreitet. Es gibt
diese vereinzelt als Herstellanweisungen. Rezeptursteuerungen im Prozess
leitsystem sind in Brauereien bereits seit den 80er Jahren üblich.
Die Produktionsplanung erfolgt in den einzelnen Prozesszellen getrennt:
Siloanlage
a) reine Planung des Wareneinkaufs aus dem ERP-System
b) Verbuchung im ERP oder – bei integrierten Strukturen – Verbuchung über MES und Rückmeldung an ERP
c) Bestands- und Verbrauchsrückmeldungen aus MES an ERP
Sudhaus
a) Planungshorizont: 1 Woche
b) vergleichsweise wenige Sorten (ca. 1 - 10)
30
c) Planung der Sude je Sudlinie (Bild 8)
d) Tankgrößen im nachfolgenden Gärkeller bestimmen die Anzahl gleicher Sude in Folge
e) Eingangsgrößen für die Planung (Bild 9):
-aktueller Bestand im Gärkeller; Leerstand im Gärkeller wird wieder aufgefüllt
-langfristige Verkaufsvorhersage zur Sortenwahl; daraus resultiert die Vorgabe der herzustellenden
Menge einer Sorte – dies wird in der Planung auf einzelne Chargen (Sude) heruntergebrochen
-Planungsunschärfe, da zwischen der Produktion im Sudhaus und dem Verkauf des fertigen Bieres
ca. 2 bis 4 Wochen liegen
Gärkeller
a) Befüllung der Tanks ergibt sich aus der Sudplanung
b) lange Chargenlaufzeit von 1 bis 4 Wochen
c) Entleeren der Tanks ergibt sich aus der Planung der Filtration
d)die weiteren Arbeiten im Gärkeller (Hefeziehen, Reinigung) werden als
einfache Wochenablaufplanung geführt
Die Hauptaufgaben von MES bestehen in der Qualitätssicherung und in der Unterstützung der
Produktionsplanung mit den notwendigen Materialfluss- und Bestandsdaten – darüber hinaus in der
Bewertung der Produktion unter Aspekten der Produktqualität und der Effizienz.
Die verwendeten Rohstoffe sind im wesentlichen Malz und Hopfen. Die Hefe
wird im Produktionsprozess selbst herangezogen und vermehrt, als Verbrauchs
materialien werden Reinigungsmittel sowie Filterhilfsmittel benötigt. Als Rest
produkte fallen Treber (Malzreste) und Hefe sowie Filterhilfsmittel an.
N ah r ungsmittel – B r aue r eiindust r ie
a) Bereitstellung der Rohstoffe obliegt dem ERP-System.
b) Auswahl und Belegung der benötigten Anlagenteile und Wege.
c) Prüfen des notwendigen Status sowohl der Chargen (Qualitätsfreigabe)
als auch der Anlagen (Reinigung).
d)Anforderung der nächsten Verarbeitungsschritte unter Berücksichtigung
des aktuellen Prozessstatus aus dem Prozessleitsystem oder dem MES.
Bild 9: Automatische Zuordnung von
Ressourcen und Prozessaus
führung im MES
a) Überwachung der automatischen Prozesse.
b) Hinterlegen von Arbeitsablaufbeschreibungen für manuelle Tätigkeiten.
c) Erfassung der Verbrauchs- und Produktionsmengen im MES.
d) Auslösen der erforderlichen Probenahmen und Durchführung der Analysen der Qualitätssicherung.
e) Sperren / Freigeben von Chargen für die Weiterverarbeitung in Abhängigkeit der Qualitätsresultate.
f) Anforderung von Reinigungen nach Abschluss der Produktion.
a) Erfassung der Chargendaten aus dem Prozessleitsystem.
b) Zusammenführung aller relevanten Daten (PLS, LIMS, manuelle Erfassung).
c) Spezifikationsprüfung an ausgewählten Datenpunkten.
d)schneller Überblick über die Chargen, bei denen es zu Abweichungen vom Sollzustand kam. Somit
Unterstützung zum Auffinden von Produktionsproblemen.
e) Evaluierung des Anteils der Chargen, die mängelfrei produziert wurden.
f) gezielte Bewertung der Produktion mit wenigen Kennzahlen.
g) administrative Bewertung der produzierten Chargen durch Validierung der erfassten Daten.
h) Korrekturmöglichkeit bei sämtlichen, auch den automatisch erfassten Daten:
-Fehlerhafte Daten machen Langzeitstatistiken unbrauchbar und führen zu Problemen beim Export
der Daten an ein ERP-System.
31
5
5.2
5.2.2 Betriebsablauf unterstützt durch MES-Funktionen
Bereiche
Instandhaltung
Lagerhaltung
Vorgaben zu Produkteigenschaften
• Erfassung geforderter Qualitätsdaten
Erfassung und Bewertung der
Rohstoffeigenschaften
• Analyse und Speicherung relevanter
• Bewertung (Annahme oder Ablehnung)
• Bewertung des Einflusses auf die
Produktionsvorgaben, ggf. Anpassung von Parametern vorsehen
Verwaltung
• der Prüfgeräte und -mittel
• Ausführung der Analysen durch Labor personal oder Personal aus der Produktion
Strategische Festlegung: situative oder
präventive Instandhaltung
• Stillstands- und Reparaturplanung von Einrichtungen (zyklisch)
• situationsabhängige Wartung vorsehen
• Personalplanung gemäß der erwarteten
Betriebsphasen und kurzfristigem Bedarf
Planung von Bedarf und Kapazität für Material ERP
• langfristige Lieferkontrakte für Schlüssel komponenten (Malz / Hopfen)
• Abgleich mit Vorjahresdaten
MES
• Bestimmen und Führen aktueller und historischer Bestände (MES oft führend gegen ERP)
• Rückmeldung von Verbräuchen und Produktion
an ERP
• Zuordnung zu Prozessauftrag (je nach Kopplung
zu ERP)
• Abgleich aktueller Bestände, Inventuren
Definition der Herstellvorschriften / Rezepte
• Definition der Parameter in Prozeduren und Rezepturen erfolgt im PLS
• Unterscheidung: Anlagenparameter, Prozessparameter, Produktparameter
• Üblich ist die Definition der Prozeduren auf Ebene der Teilanlagenklasse, der Rezepturen auf Ebene der konkreten Teilanlage.
Ausnahmen gelten für Tanklager, bei denen auch Rezepturen nur auf Klassenebene vorliegen
• Verknüpfung zu SOP‘s für manuelle Tätigkeiten
Spezifikationen
• Eingabegrenzen für Parameter liegen im PLS
• Für qualitätsrelevante Parameter Definition von Grenzwerten im MES => Selektion notwendig
• Prüfung gegen Spezifikationen nur sinnvoll, wenn Qualitätseinbußen zu erwarten sind
• Chargenkennzeichnung „nicht innerhalb Spezifikation“
• Gefahr von Fehlbewertungen bei nicht gepflegten Spezifikationen
Schnittstelle LIMS
• Hauptteil der Spezifikationen liegen im Laborinformationssystem
• Rückmeldung von Grenzwertverletzungen aus dem Labor an das PLS
• Meldung qualitätsrelevanter In-Situ-Messungen an das Labor
Spezifikation von Stoffeigenschaften
• Rohstoffqualitäten
• Rohstoffprüfungen und Freigabenprozedur
• Produktqualitäten
• Produktprüfung und Freigabeprozedur
Anpassung von Qualitätsdaten
• Mechanismen für auftragsbezogene
Anpassung
Erstellung, Freigabe und Kontrolle
• Prüfmethoden
• Festlegen von Grenzwerten
• Rohstoffe freigeben / sperren
• Chargen freigeben / sperren für Weiterverarbeitung
Schnittstelle PLS
• Qualitätsfreigabe über Online-Schnittstelle
• Rückmeldung auf Chargenebene
Vorgaben zu Zyklen und Kriterien der
betrieblichen Instandhaltung
• Prozedur für Instandhaltungsaufträge
• Instandhaltungslisten (Einrichtungen, Personal)
• Ermittlung Wartungsintervalle
• Grenzwerte für Wartungsanforderung
Erstellung, Quantifizierung, Freigabe und
Kontrolle
• Kalibrierzyklen für Messungen
• Wartungspläne objektorientiert (abhängig
von Laufzeit, Schaltspielen) bei ausgewählten
Komponenten
• Komplettwartung in Anlagenbereichen
(Revision mit geplantem Stillstand)
Vorgaben zu Bestandsmengen festlegen
(Sicherheitsmengen)
• Mindestbestände
• Reichweitendefinition
Disposition der betrieblichen Einrichtungen und Produktionszuordnungen
• Übernahme der Produktionsvorgaben aus ERP oder der Software zum Supply Chain Management
• Sudhaus:
Aufteilung der Produktionsvorgaben aus ERP (Mengen je Produkt) in Produktionschargen (Sude) im PLS
• Fermentation:
Notwendige Prozesse ergeben sich aus Produktstatus bzw. Reinigungsanforderungen; keine übergeordnete Planung
• Filtration:
Bereitstellung filtrierten Bieres für Abfüllung nach aktuellem Bestand und Abfüllplanung aus ERP
• Zuordnung betrieblicher Produktionseinheiten (Produktionslinien / Wege, Teilanlagen, Behälter) im PLS
• kurzfristige Plananpassung bei Bedarf
• Visualisierung der Anlagenbelegung und des Produktionsstatus auch im MES
Anpassung der logistischen Planung
entsprechend gegebener Qualitätskriterien
• Einplanung von Analysen im Produktionsablauf
• Erstellen von Probenahmeplänen aus den
aktuellen Chargeninformationen
Überführung von Planungsdaten
• in die Module zum Instandhaltungsmanagement
Rohstoffe
• Abrufen der Lieferungen entsprechend
Lagerbestand und Produktionsplanung
Produkt
• Optimum aus benötigten Mengen für
Abfüllplanung und möglichst geringen
Standzeiten
Optimale Belegung betrieblicher Einrichtungen nach disponierten und aktuellen Betriebsdaten
• Funktionalität komplett im PLS abgebildet
• Freigabe des Produktionsstarts manuell oder nach Anlagenverfügbarkeit
• automatische Selektion der verfügbaren Teilanlagen möglich (Anforderung für z. B. Reinigung aus Prozess)
• Entkopplung der Bedienaktivitäten in verschiedenen Prozessstufen durch MES- Werkzeuge
• Produktion in fixen Losgrößen, die durch die Anlagendimensionierung in engen Grenzen vorgegeben werden
Auftragszuweisung für gestartete Produktionskampagnen
• Auftragszuweisungen für eventuell notwendige Zwischenreinigungen (eventuell automatisiert über PLS)
• Rückmeldung Prozesszustände als Planungsgrundlage
Auftragszuweisung
• der Probenahmen
• Belegung der Analysengeräte
Planung bzw. Anpassung der Ressourcen
nach aktuellem Bedarf
• Personalbedarf
Optimale Führung und Steuerung der Produktionseinheiten
• Credo: Produktion muss auch ohne MES möglich sein
• automatisierte oder teilautomatisierte betriebliche Prozeduren mit Rezeptfahrweise
• Verwaltung variabler Parametersätze zur Regelung und Steuerung der Anlagen (Rezeptinhalte) im PLS
• automatisierte Wegesteuerungen
• Flexible Wahl von Chargenvermischungen, Dosagen, An- und Abwählen von z. B. Anlagenteilen wie Separatoren
• Möglichkeit für stoßfreies Umschalten bei Tankwechseln, wobei die Anzahl benötigter Tanks bei Start der Charge noch nicht feststeht
Prozesskontrolle
• Überwachung Prozesszustand im MES
• Auflistung aktueller Spezifikationsverletzungen
• Bewertung der Produktion in MES (KPIs)
Produktqualität
• Messung der Produktqualität im laufenden Betrieb
Durchführung der Analysen
• Online-Zugriff auf Prüfaufträge und
Prüfvorschriften
• Rücklauf der Analysenergebnisse
Reaktionen
• Anweisung zur Sperrung bzw. Freigabe
von Rohstoffen und Produktionschargen
• Übertragung zum PLS
Steuerung und Überwachung der Instand
haltungsaufträge
• Erfassung Schaltspiele, Betriebsstunden
• Kalibrierintervalle von Messgeräten
• Online-Zugriff auf Arbeitsaufträge,
Wartungspläne, Dokumentation und
Vorschriften
Aktivitäten
Generell
• Die Zuordnung von Anlagen und Teilanlagen zu möglichen Prozessen erfolgt auf Leitsystemebene. Dies wird gemäß der Ausrüstung
der Teilanlagen an Teilanlagenklassen festgelegt
• starrer, technologisch fixierter Prozessablauf
Anlagen
• Ressourcenmanagement im PLS
• feste Vorgaben der möglichen Prozesse auf den Teilanlagen
• oft verschiedene Linien gleicher Funktionalität (z. B. 2 Sudlinien, mehrere Befüll-, Entleerschienen der Tanks)
• Statusverwaltung für die Produktion erfolgt im PLS
• Neben dem Hygienestatus (benutzt, gereinigt, sterilisiert) wird ein Prozessstatus verwaltet: z. B: befüllend, befüllt, entleerend, entleert,
Reinigung, usw.; daneben der prozedurale Status gemäß S88.01
Material
• Übernahme von Materialklassen und Materialien aus ERP
• Zuordnung von Materialklassen zu Prozeduren im PLS
• Zuordnung von Materialien zu Rezepturen im PLS
Mitarbeiter
• bei durchgehender Automatisierung Einsatz des Personals in allen Bereichen der Produktion möglich
• selten Personalplanung in MES
Feinplanung
Qualität
Einplanung
Produktion
Lager
• automatische Zubuchung bei Lieferungen
• Zuordnung der Lieferscheindaten
• Erfassung manueller Lagerbewegungen
(z. B. Containerware); Zugang in Lager und
Bereitstellung für Produktion
Bestand
• Abbuchen verbrauchter Materialien, Zubuchung
produzierter Mengen
• Korrekturbuchung bei Leermeldung
• Manuelle Inventuren für aktuellen Bestand
• Rückmeldung an ERP
Fortsetzung auf nächster Seite
32
33
5
5.2
Fortsetzung von vorheriger Seite
Bereiche
Verfolgung
Analyse
Aktivitäten
Datenerfassung
Produktion
Qualität
Instandhaltung
Lagerhaltung
Erfassung und Visualisierung aktueller Prozessdaten (Leitsystem)
• Meldung aller Chargen an das MES, meist bis auf Ebene der Operationen (Start- und Endezeiten, Gesamtprozesslaufzeit, Materialkennung, verwendete Rezepturversion usw.)
• Klassifizierung der Aufträge nach Prozess bzw. CIP als Basis für Berichte
• Nutzung aktueller und über einen kürzeren Zeitraum (Tage, Wochen) in den Komponenten des Leitsystems archivierter Betriebsparameter
durch den Bediener in der Messwarte
Langzeitarchivierung
• Erfassung und Archivierung von anlagenweiten Betriebsdaten zur aktuellen oder späteren Analyse; typischerweise außerhalb der
Messwarte genutzt
• Aufzeichnung aller Ereignisse und Bedieneingriffe, die mit dem Verlauf einer Charge oder Kampagne zu tun haben
• Übertragung der Chargenereignisse (Bedienungen, Alarme, Berichtswerte) des PLS in die Chargendaten im MES
• Übertragung der Analysedaten des LIMS in die Chargendaten im MES
Definition, Erfassung und Ablage allgemeiner
Qualitätsindikatoren für den Produktionsbetrieb
• Labordatenerfassung:
Erfassung und Speicherung von Analysedaten aus Prozess und Labor
• Prüfauftrag und Analysenergebnis
• verantwortlicher Mitarbeiter
Aktualisierung der Daten zur Instandhaltung bei
betriebsbedingten Veränderungen
• Dokumentation der Wartungsarbeiten
• Erfassung Schaltspiele
• Erfassung Betriebsstunden
• Rücksetzen der Zählwerte nach Wartungsarbeiten
Verbrauch / Produktion
• Materialbewegungen (Chargenident, Lagerort,
Material, Menge, usw.)
• Aufbau der Chargenverknüpfung
(Verbindung Quell-, Zielcharge)
• Zuordnung von Verbrauch / Produktion zu
Prozesschargen
• Art der Materialbuchung
Verfolgung von Produktionszielen
• Erstellung verdichteter Übersichten zur Produktion
• Produktionskennzahlen, Verluste, Verbräuche
• Ermittlung der KPIs
• Verfolgung Belegungsdauern
Berichtswesen
• vordefinierte „Standardberichte“, die wiederkehrende Berichtsaufgaben abdecken
• frei konfigurierbare Berichtsabfragen, die über weitergehende Auswahl- und Verknüpfungsmöglichkeiten verfügen
• Transfer der Daten und Weiterverarbeitung mit MS Excel
Produktionsbewertung
• Anteil an Chargen mit allen für eine Charge als relevant definierten Größen innerhalb der Spezifikation (Chargenwert)
• Anteil an Chargen innerhalb der Spezifikation für einen Spezifikationswert (Größenwert)
Soll-Ist-Auswertung und Darstellung von
Qualitätsparametern
• Warnung, wenn Analysenwerte außerhalb der Toleranz
Anpassung der Daten zur Instandhaltung
• Einhaltung von Wartungszyklen
Bestände
• Lagerübersicht – Bestände aktuell oder zu
Stichtagszeitpunkt
• Lagerorthistorie
• Chargenverfolgung
• Lagerbewegungen Material
Materialbewegung
• Hauptproduktstrom von der Malzannahme, meist
per LKW, über Sudhaus, Gärung, Filtration bis zur
Abgabe an die Abfülllinien
• selten auch die Verknüpfung von der Produktion
auf die Abfüllcharge an der Füllmaschine
• Verfolgung von Nebenprodukten (Hefe) kann Sinn
machen, wenn diese an die pharmazeutische oder
die Nahrungsmittelindustrie weiterverkauft werden
Analyse Plan versus Aktuell
• Analyse von zeitlichen Abweichungen
• Vergleich der Produktionsvorgaben mit den vergleichbaren Betriebsdaten
Auswertung von Alarm-, Ereignis- und Meldelisten
• Analyse der Alarm-, Ereignis- und Meldedaten aus dem PLS
Erstellung von Elektronischen Batch Records
• Zeitlicher Ablauf der Charge
• Kurvenverläufe der qualitätsrelevanten Messungen
Material Tracking oder Material-Genealogie
• Übersicht: Welche Einsatzstoffe wurden in einer Charge verwendet?
• Übersicht: In welchen Chargen wurde ein bestimmter Einsatzstoff verwendet?
Bewertung von statistischen Auswertungen
• KPIs
• OEE-Analyse
• Prozessanalyse mit OLAP-Auswertungen auf Basis der MES-Daten
Analyse und Dokumentation von
Qualitätsdaten
• Erstellung von statistischen
Auswertungen: KPIs
• Varianz der Qualitätsdaten
• Aufzeigen des Qualitätsverlaufes während
des mittel- und längerfristigen
Produktionsverlaufs
Qualitätsüberwachung, Auswertung
und Dokumentation von
• qualitätsrelevanten Abweichungen
Analyse und Dokumentation
von Instandhaltungsdaten
• Laufzeiten, Personalaufwand, problematische Einrichtungen
• Kennzahlen
• Ermittlung der Anzahl von ereignisgesteuerten Instandhaltungsmaßnahmen
(Kosten, Produktionsausfälle…)
• Ressourcenbedarf und -kosten
von Lagerdaten
• Verbrauch, Bestände
• Korrelation mit Betriebsdaten
• Rohstoffausnutzungsgrad
• Liefertreue bewerten (Termin, Menge)
Tabelle 3: MES-Module für die Aktivitäten in der Nahrungsmittelproduktion gemäß Prozessmodell
34
35
5
5.3 Raffinerie / Petrochemie
5.3
Umfassende und eigenständige Softwaresysteme zur Verwaltung und Führung der betriebswirtschaftlichen Aspekte einer Produktionsanlage, wie sie in der regulierten Prozessindustrie (Pharma- und
Nahrungsmittelindustrie) oder in der Fertigungsindustrie anzutreffen sind, kommen in der Raffination
und Petrochemie eher nicht zur Anwendung. Dennoch sind natürlich auch in diesen Prozessen Aufgaben
wie etwa die Produktionsplanung und Disposition, die optimale Verwendung der Ressourcen bei der
Prozessführung oder die Sicherung von Anlagenverfügbarkeit und Qualität von grundlegender
Bedeutung. Damit ist auch hier das funktionale Umfeld von MES gegeben, auch wenn dies nicht durch
eine einzige Softwareumgebung abgedeckt wird.
Für die anfallenden Aufgabenstellungen gibt es eine Auswahl an spezifisch zugeschnittenen Appli
kationen, die teilweise integriert sind und mit zentral verwalteten und offen zugänglichen Datenbanken
kommunizieren.
Ziel der Applikationen ist die Verbesserung der betrieblichen Leistungsfähigkeit, eine höhere Transparenz
der ablaufenden Prozeduren sowie das Aufzeigen von Produktionsalternativen. Allgemein akzeptierte
Standards für die Arbeitsabläufe finden auch in dieser Industrie auf Basis der internationalen Normen
vermehrt Akzeptanz. Allerdings sind zur Zeit noch keine einheitlichen Softwarelösungen und damit durchgehend effiziente Vorgehensweisen etabliert. Die Anbindung der Produktion an die Unternehmensführung
wird vor allem vor dem Hintergrund der globalen Bedarfsveränderungen und der wechselhaften wirtschaftlichen Randbedingungen zunehmend notwendig und daher auch immer öfter realisiert.
Elemente des Betriebsablaufs sind die Langzeitplanung in einem Zeitrahmen von Monaten bzw. Jahren
– im Allgemeinen auf Basis von LP-Modellen (Linear Programming) – die kurzfristige Produktionsplanung
und Disposition, die Produktionsführung, Prozesssteuerung und -überwachung, Material- und EnergieManagement sowie Beschaffung und Qualitätssicherung. Einen Überblick über die gesamte Wert
schöpfungskette gibt Bild 10.
RohölVersorgung
RohölDepots
Raffination
Mischung
PrimärVerteilung
ProduktDepots
Was?
Mischung?
Produktionsabläufe
Wie / Wann
Produktmischung
Wie / Wann
Lieferung
Bedarfsdeckung
Raffinerie - Planung
Reduktion der Rohölkosten
Optimaler Rohöl-Mix
Optimale Rohöl-Menge
Min. Betriebsanpassungen
Maximale Erträge
Optimierte Produktion
Bestandsverwaltung
Produktmischung
Minimale Transportkosten
Maximale Auslastung
Bestandsverwaltung
Betriebliche Disposition
RohölVersorgung
RohölMischung
BetriebsOptimierung
Optimierung
Betriebs-
Bild 10: Wertschöpfungskette Raffinerie
36
Produktion
(Raffination)
Produkt
Mischung
TeilanlagenOptimierung
Mischung
Optimierung
Mischung
TeilanlagenSystem – Plattform
(Automations-Architektur)
Produkt
Verteilung
Raffine r ie / P et r o chemie
Die langfristigen LP-Modelle mit Zeithorizonten von einem Monat bis fünf Jahren (je nach Problemstellung,
d. h. Produktionsplanung bis hin zu Investitionsplanung) verwenden aus dem ERP gespeiste Bedarfsvor
hersagen und zusätzliche Daten über die verschiedenen Einsatzstoffe aus einer Rohöldatenbank. Die
LP-Modelle dienen der Optimierung einer Zielgröße – im Allgemeinen der Profitabilität – in Abhängigkeit
von Rohöldaten, wirtschaftlichen Marktvorgaben und gegebenen Betriebslimitierungen. Ergänzend
können nicht-lineare Simulationsmodelle sowie sogenannte Flowsheet-Simulatoren für weitergehende
Berechnungen verwendet werden. Man erreicht so auch eine simulative Verknüpfung verschiedener
Produktionsbereiche. Ergebnis dieser Planung ist die Auswahl der geeigneten Rohöle für betrachtete
Raffinerien im Hinblick auf die geforderte Produktmischung. Dies erfolgt unter Beachtung des Materialund Energiebedarfs sowie neuerdings des CO2-Ausstoßes. Angeliefertes Material wird überprüft (LIMS)
und in die Bestandserfassung aufgenommen. Mit diesen Vorgaben erfolgt die Disposition des Rohöls,
die Verteilung auf die Prozesseinheiten und die Planung der späteren Produktmischungen (Blending). Die
Dispositionsdaten werden in Werkzeuge und Systeme zur Steuerung der Prozesse übertragen und dort in
optimale Fahrweisen, beispielsweise mit Hilfe von Advanced Process Control (APC), umgesetzt.
Neben der Versorgung mit Einsatzstoffen und deren Lagerung sorgt die Beschaffung ebenfalls für die
Bereitstellung notwendiger Ersatzteile für den Betrieb. Ein begleitendes Qualitätsmanagement sorgt für
die Prüfung und Dokumentation sowohl der Einsatzstoffe als auch der Zwischen- und Endprodukte.
Lagerung und Versand der Produkte werden mit zusätzlichen Werkzeugen geplant, überwacht und für
die Abrechnung dokumentiert.
Alle Bereiche eines Werkes liefern Material-, Prozess- und Ereignisdaten über die Produktionsabläufe,
die im Allgemeinen in einen zentralen Datenspeicher abgelegt werden. Diese Art der Datenspeicherung
erlaubt eine übergreifende Dokumentation, aber auch eine zeitgerechte Analyse mit möglichen Rück
schlüssen für die weitere Optimierung des Betriebs.
a)die Analyse und Vorgabe des Bedarfs in einem LP-Modell für einen mehrmonatigen Zeitrahmen
(1 bis 3 Monate). Das LP-Modell wird u.a. aus ERP-Daten gespeist.
b) die Verwendung einer Rohöldatenbank mit Angaben über die möglichen Einsatzstoffe.
c) die Erstellung und Optimierung der Versorgungs- und Produktionspläne für mehrere Raffinerien bzw.
petrochemische Anlagen (Verwaltung der Versorgungskette).
Ergebnis dieser Planung ist die Auswahl der Rohöle für eine oder mehrere Raffinerien.
a)die mittelfristige Planung (1 bis 15 Tage) und Disposition der Zuweisung des Rohöls an eine
Raffinerie und an dort vorhandene Anlagen sowie die Vorgaben zur Mischung von Komponenten
(Multi-Period / Multi-Product) auf der Basis des Ergebnisses des LP-Modells.
Ziel ist die optimale Nutzung der Einrichtungen und Kapazitäten.
b) die Übernahme von Daten aus dem ERP.
a)die Umsetzung der disponierten Vorgaben in Sollwerte zur Fahrweise der Prozesse (APC-Software
oder PLS).
b) die Umsetzung der Planvorgaben an die Prozesseinheiten bzw. die Softwaremodule zur Mischung der
Stoffkomponenten.
c) die Steuerung der Prozesse mit Optimierung der Ressourcen (Einrichtungen, Energie, Material).
d) eine Software zum Blend Management und leittechnische Systeme zur Prozesssteuerung sowie APCSoftware.
e) die Planung des Materialeinsatzes im LP-Modell; aktuelle Betriebsdaten korrigieren diese Planinhalte
in Realzeit.
f) die Erfassung, Berechnung und Visualisierung (KPI) der Energieverbräuche; über APC kann eine
Optimierung mit Hilfe einer Zielfunktion erfolgen.
a) die Erfassung und Archivierung der anlagenweiten Produktionsdaten in einer Langzeit-Datenbank;
hierzu gehören auch Labordaten.
b) die Analyse der Produktions- und Labordaten, das Reporting und die Einspeisung in die Planungsmodelle.
c) den Vergleich zwischen Monatsplan und erfolgter Produktion bzw. zwischen einem nachgerechneten
Plan (Backcast Plan) und erfolgter Produktion
37
5
5.3
Raffine r ie / P et r o chemie
Bereiche
Planung der zeitgerechten Verfügbarkeit notwendiger Assets auf
Basis des Langzeitplans
• Stillstands- und Reparaturplanung von Einrichtungen
• situationsabhängige Ersatzteilbeschaffung
• Personalplanung gemäß erwarteten Betriebsphasen
Planung von Bedarf und Kapazität
für Personal, Material und Einrichtungen gemäß Vorgaben aus der
Langzeitplanung.
• angepasste Lagerbestände
• Bestellungen, (temporäre)
Kapazitätserweiterungen
Analyse erforderlicher Produktqualitäten und Bestimmung der notwendigen Produktions- und Rezeptparameter
Spezifikation von Produktqualitäten und
Terminen
• auftragsbezogene Vorgaben
Vorgaben zu Zyklen und Kriterien der betrieblichen
Instandhaltung
• Instandhaltungslisten (Einrichtungen, Personal)
• betriebsabhängige Anpassung
Festlegung und Verwaltung von
Indikatoren zu wirtschaftlicher
Lagerhaltung
Erweiterung der logistischen Planung um
Qualitätskriterien
• Qualitätskorrektur der logistischen
Disposition; Stoffeigenschaften und
Betriebsparameter werden umgesetzt zu
Erträgen, Eigenschaften und Betriebslimits
Überführung von Planungsdaten in die Module der
Instandhaltung
Überführung von Planungsdaten in
die Module der Lagerhaltung
Feinplanung
• Zielfunktion ist die Maximierung von Performance und Profit, mit den Dispositionskriterien Logistik, Quantität und Qualität
• Minimierung der Betriebskosten; maximale Erträge und Auslastung
• Berücksichtigung von Auftragsdaten, Rohstoffeingängen und verfügbaren Leitungswegen
• Disposition der Rohöle und Rohölmischungen in der Raffination, Zuordnung von Anlagen, Teilanlagen und Produktionswegen
• Disposition der Komponenten zur Produktmischung; Verteilung zu den Terminals
• Planung und Zuordnung der Energien und Hilfsmittel
• Übergabe von Daten an logistische und betriebliche Applikationen
• Personaleinsatzplanung
Analyse und Einstellung der Blend-Qualitäten
Einplanung
• Belegung zur optimalen Mischung der Rohstoffe (Mischstoffe, Wege)
• optimale Auswahl der Materialwege je nach Verfügbarkeit der Einrichtungen
• Belegung zur optimalen Mischung (Blending) der Vertriebsprodukte inklusive der Verwaltung der Materialtransfers
• Vorgabe und Führung bzw. Überwachung der Qualitätsparameter
• Wegesteuerung für Blendkomponenten und Produktbehälter
Zeitliche Einordnung der Instandhaltungsaufgaben gemäß
Einsatz- und Ressourcenplan mit Hilfe von CMMS
Planung bzw. Anpassung der
Ressourcen nach aktuellem Bedarf
Optimale Führung der Produktionseinheiten
• stabile, konsistente Fahrweise von Anlage und Teilanlagen (Leitsystem)
• automatisierte oder teilautomatisierte betriebliche Prozeduren (gleichbleibende Abläufe und Qualitäten, weniger Grenzfälle)
• Verwaltung betriebsbedingter variabler Parametersätze zur Regelung und Steuerung der Anlagen
• Optimierung der Betriebsparameter von Produktionseinheiten (MPC)
• Koordination der Teilanlagenparameter für optimalen Gesamtbetrieb (Simulation)
Produktmischung gemäß Spezifikation
• Sollwertführung der Mischungsparameter
• Vermeidung von besseren Qualitäten als in der Spezifikation gefordert (give-away)
• stabile Steuerung und Regelung der Mischungsverhältnisse
Mischungsqualität
• Messung und Dokumentation der
eingestellten Produktqualität (on-line, Labor)
Anlagenbezogenes Asset Management (PAM)
• Erfassung der Betriebsparameter von Einrichtungen
• Rückführung in die Planung von Instandhaltungsmaßnahmen
• Kopplung zur Lagerhaltung und zur Ersatzteil- und Materialbestellung
Betriebsabhängige Durchführung von Instandhaltungsaktivitäten
• Überwachung und betriebsabhängige Anpassung von
Wartungszyklen betrieblicher Assets (prozessbezogenes
Asset Management)
• Überwachung der Regelkreise und ihrer Elemente (Control Loop Performance Monitoring) zur proaktiven Bewertung notwendiger Aktionen an Mess- und Stellgeräten
Anpassung der Lagerdaten je nach
Betriebssituation
Erfassung und Visualisierung aktueller Prozess- und Ereignisparameter (Leitsystem)
• Nutzung aktueller und über einen kürzeren Zeitraum (Tage, Wochen) in den Komponenten des Leitsystems archivierter Betriebsparameter durch den Operator in der Messwarte
Messwarte genutzt
Definition, Erfassung und Ablage
allgemeiner Qualitätsindikatoren für
den Produktionsbetrieb
Labordatenerfassung
• Erfassung und Speicherung von
Analysedaten des Labors (LIMS)
Aktualisierung der Daten zur Instandhaltung bei betriebsbedingten Veränderungen
Aktualisierung der Daten zur
Lagerhaltung bei betriebs
bedingten Veränderungen
Soll-Ist-Auswertung und Darstellung von Betriebsparametern im laufenden Betrieb
Qualitätsparametern im laufenden Betrieb
Anpassung der Daten zur Instandhaltung, ggf. nach definierten
Mechanismen
Anpassung der Daten zur Lagerhaltung, ggf. nach definierten
Mechanismen
• Vergleich der Planungsdaten aus dem LP-Modell mit erzielten Betriebsdaten
• Korrektur der Planungsmodelle mit aktuellen Daten
Auswertung der archivierten Produktionsparameter
• Analyse und Dokumentation der Betriebsparameter unter wirtschaftlichen Aspekten
• Analyse und Dokumentation abnormaler Situationen in Anlage oder Teilanlagen
• Analyse und Dokumentation zu Korrelationen betrieblicher Parameter
• Analyse und Dokumentation der Alarm-, Ereignis- und Meldedaten aus dem Leitsystem
Auswertung archivierter Ereignisfolgen
• Analyse und Dokumentation der Sequence of Events-Daten (SoE) nach Grenzfällen
von Qualitätsdaten und Key
Performance-Indikatoren (KPIs)
Analyse und Dokumentation von Instandhaltungsdaten
• Laufzeiten, Personalaufwand, problematische technische
Bereiche, Kosten
• Korrelation mit Betriebsparametern und Betriebsbereichen
Lagerdaten
• Verbräuche, Bestände
Spezifikations
management
• Rohstoffanalyse sowie Verwendung einer Rohöldatenbank; Ergebnis sind Ertrags- und Qualitätsdaten der verfügbaren Rohöle
• Eingangsdaten für LP-Modelle oder andere Simulationswerkzeuge in der
Versorgungskette
Lagerhaltung
Datenerfassung
Instandhaltung
Langzeitplanung der Raffineriebelegung
• Aufnahme aktueller und erwarteter Marktanforderungen und Zuordnung vorhandener Kapazitäten auf Unternehmens-,
Standorts- und Produktionsebene
• Langzeitplanung der Materialversorgung für das Unternehmen und die einzelnen Anlagen unter Beachtung von Rohstoffverfügbarkeit
und Kosten für Material und Transport (strategische, taktische und betriebliche Versorgungsplanung)
• Langzeitplanung der erforderlichen Assets in den Betrieben gemäß allgemeinem Marktbedarf und konkreten Kundenanforderungen
• Optimierung der Parameter Rohstoffeinkauf, Produktbedarf, Verteilungskosten, Verteilungskapazitäten, Produktionskapazitäten,
Herstellkosten und Bestandsmengen
• Minimierung betrieblicher Umstellungen und Anpassungen
• Personalplanung
Analyse
Aktivitäten
Qualität
Verfolgung
Produktion
Tabelle 4: MES-Module für die Aktivitäten im Bereich Raffinerie / Petrochemie gemäß Prozessmodell
38
39
5
5.4 Chemie / Feinchemie
Der Industriebereich Chemie / Feinchemie ist geprägt durch eine Vielzahl an Prozessen, Produkten und
Anlagentypen. Es sind sowohl kontinuierliche und semi-kontinuierliche Prozesse als auch typische
Chargenprozesse mit einer Spanne von wenigen (<10) bis zu mehreren hundert Produkten bzw.
Produktvarianten in einer Anlage anzutreffen.
Daraus ergeben sich sehr breit gefächerte Anforderungen an die jeweiligen Betriebe, an die notwen
digen Automatisierungskonzepte sowie hinsichtlich der Komplexität. Der Bedarf und die Ausprägung der
zugehörigen MES-Module fallen dementsprechend unterschiedlich aus.
Vor allem in Mehrproduktanlagen ist häufig die Möglichkeit paralleler Produktionsabläufe in zum Teil
identischen Teilanlagen mit flexibel belegbaren Produktionsstraßen gegeben. In speziellen Anlagen
kann ein Produktwechsel auch mit Anpassungen der apparativen Einrichtungen oder der Leitungsführung
verbunden sein. Die Einsatzstoffe werden üblicherweise über Leitungen aus Tanks oder mittels sogenannter Gebinde (Fässer, Big-Bags, Container, etc.) der Produktion zugeführt. In derartigen Anlagen
gehört eine Software zum Chargenmanagement mit der Verwendung modular strukturierter Rezepte und
der koordinierten Steuerung der Abläufe sowie der flexiblen Belegung der Einheiten inzwischen zu
einem weitgehend etablierten Standard.
Bei den kontinuierlichen Prozessen sind Produktwechsel eher selten. Die meisten Einsatzstoffe werden
über Rohrleitungen bzw. aus Silotanks zugeführt, so dass eine chargenorientierte Fahrweise und
Dokumentation der Produktion außer in den vor- und nachgelagerten Stufen kaum vorkommen.
5.4
C hemie / F einchemie
Auch bei weniger komplexen Anlagenstrukturen mit überschaubarer Anzahl an Produktvarianten (z. B. Kunststoffproduktion
mit verschiedenen Qualitätsklassen) kommt inzwischen häufig
eine Rezeptsteuerung zum Einsatz. Dadurch werden auch hier
Anpassungsvorgänge der Ablaufparameter erleichtert. Es wird
eine strukturierte und konsistente Implementierung forciert. Die
Auswertung der Produktion kann in Bezug auf Teilanlagen und
Produktchargen erfolgen. Insgesamt wird ein transparenter
Einblick in die betrieblichen Zusammenhänge erreicht.
Vor allem bei mehreren Standorten eines Unternehmens oder
bei an einem Standort verbundenen Produktionsstätten ist die
Verwendung von MES-Werkzeugen zur Planung, Überwachung
und Führung der gesamten Versorgungskette sehr wirksam.
Bei der Vielzahl an Anlagentypen in der Chemie / Feinchemie gibt es nicht den einen typischen
Betriebsablauf. Generell lässt sich jedoch aufzeigen, welche Elemente in welchem Betriebsstadium eine
Rolle spielen können.
Im Allgemeinen erfolgt zunächst die Analyse des konkreten Marktbedarfs und darauf basierend werden
dann die Vorgaben an die Produktionsplanung (make-to-order) definiert.
Eine Übersicht über alternative Anlagenstrukturen und deren Komplexitätsgrad gibt Bild 11.
Betriebl. Anforderung
Rezept-Komplexität
Parallele Rezepturen
Parallele Rezepte
(parallele Rezeptabläufe in einer Anlage)
Feste / Flexible Prozedur
Prozedur-Flexibilität
Parallele Produktion
Ein- / Mehr-Wege
Ein- / Mehr-Strang
Mehr-ProduktAnlage
Parallele Produktionen
(parallele Teil-Produktionen für ein Produkt)
Wege - Flexibilität
Mehr-Produkt /
Ein-Produkt
Parameter - Flexibilität
(nur Parameteranpassungen)
Ein-ProduktAnlage
Keine Rezeptverwaltung
Keine Rezeptverwaltung
Produktionsaufträge aus der Planung werden im Betrieb als Kampagne disponiert, dabei in Einzel
chargen aufgeteilt und den verfügbaren Teilanlagen zugewiesen. Teil der Disposition ist auch die
Überprüfung der Verfügbarkeit der erforderlichen Rohstoffe und der notwendigen Kapazitäten für
Produktlagerung und Versand. Bei komplexen Anlagenstrukturen und Produktionsabläufen kommen
Planungswerkzeuge zum Einsatz, mit denen die frühere Plantafel auf dem Bildschirm nachgebildet wird.
Diese liefern dynamisch aktualisierte Informationen für einen Dispositions-Leitstand. Vor allem bei
überschaubaren Anforderungen ist aber häufig die vorwiegend manuelle Disposition mit Zuordnung
und Überwachung der Ressourcen noch üblich.
Je höher die Produktionsvielfalt ist, umso wichtiger wird es aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten,
Werkzeuge zur Planung der Versorgungskette gezielt zu nutzen. Diese übernehmen vor allem in MehrProduktanlagen die Planung und Überwachung der Rohstoffversorgung und der Bestände unter Beachtung
von Verfügbarkeitskriterien und Kosten am Markt.
Auf Basis der Herstellvorschrift für ein Produkt werden die Vorgaben automatisch (Rezepte), teilautomatisch (Rezeptablauf mit manueller Interaktion) oder vollständig manuell ausgeführt. Eine modulare
Rezeptsoftware, die als MES-Modul oder als Funktion im Leitsystem ausgeführt sein kann, sorgt für
flexiblen und dennoch transparenten und dokumentierten Betrieb, selbst bei komplexen Ablaufanfor
derungen und Anlagenstrukturen.
Eine ständige Überwachung der Einsatzstoffe hinsichtlich Zusammensetzung und Menge sowie die oftmals integrierte Messung von Qualitätsdaten in Produkten oder Zwischenprodukten unterstützen den
Betrieb bei der reibungslosen und spezifikationsgerechten Herstellung. Hierzu sind u.U. spezifisch
aufbereitete Analysen mit der Einbindung des Labors sowie die Nutzung eines Labor Information
Management Systems (LIMS) notwendig. Das LIMS enthält Vorschriften für die jeweilige Probenahme
und deren Auswertung sowie die Möglichkeit zur Speicherung erfasster Daten und deren Transfer zu
anlagenweiten Informationssystemen.
Produktionesflexibilität bestimmt Automatisierungsentwurf
Bild 11: Anlagentypen in der Chemie / Feinchemie
40
41
5
In Chargenbetrieben wird die zeitnahe Auswertung durch spezielle MES-Module gestützt, die Prozess-,
Chargen- und Analysendaten in Bezug zu Rezeptinhalten sowie zur Anlagenstruktur aufarbeiten, zugeordnet visualisieren und protokollieren.
a) die Analyse des Marktbedarfs für bestimmte Produktgruppen oder Produkte.
b) das Aufzeigen möglicher Anwendungen mit den Produkten der Anlage bei potenziellen Abnehmern.
c) die Anpassung von Produkteigenschaften (charakteristische Parameter, Qualitäten) und Produktions
vorgaben (Menge) für die Produktion.
d)die Bewertung von Auftragsdaten (Wirtschaftlichkeit, Termin, Anlagenkonflikte) und ggf. Aufzeigen
von Alternativen.
e) die Planung und Bestellung von Einsatzstoffen.
f) die Planung und Zuordnung von Anlagenkapazitäten.
g)Vorgaben für die Instandhaltung zwecks Einplanung von Instandhaltungsarbeiten sowie für die
Beschaffung von Ersatzteilen (Laufzeitdaten).
h) die Planung von Vorgaben für den Versand (Einlagerung, Behälterkapazitäten, Transportwege).
5.4
a)die Erfassung und Archivierung von Prozess- und Analysedaten sowie den Produktionsvorgaben
(z. B. in Rezepten).
b)die Analyse der Produktionsdaten und der Leistungsindikatoren; je nach Prozess oder Fahrweise
Bedarf an Detaillierung der Analysen nach Teilanlagen, Chargenkennungen, Prozessdaten.
c) die betriebliche und ggf. behördliche Protokollierung der Betriebs- und Chargendaten zwecks Nach
verfolgbarkeit der Produktionen.
d) die Rückführung der Analysen in die Anlagendisposition und die Produktspezifikation (Rezepte).
e) die Übertragung ausgewählter Rückinformationen in die Unternehmensplanung.
a) das Generieren von internen Produktionsaufträgen mit Mengen- und Qualitätsvorgaben.
b) die Anpassung von Rezeptinhalten (Abläufe, Parameter) je nach Produktanforderung.
c) die Disposition von Produktionseinheiten (Produktionsstraßen, Teilanlagen, Behälter).
d) die Kampagnenaufteilung in Einzelchargen entsprechend Kapazität der Produktionseinheiten.
e) die Disposition von Einsatzstoffen, gegebenenfalls Beschaffungsauftrag.
f) die Disposition des benötigten Produktionspersonals unter Beachtung erforderlicher Qualifizierungen.
g) die Disposition von absehbar benötigten Ersatzteilen während des Betriebs.
a)die Übernahme der Produktionsaufträge (Rezepte, Sollwerte, Anweisungen) aus der Produktions
vorbereitung und -planung.
b) die Prozessführung nach Kriterien der Produktflexibilität (variable Rezepte) und der Wirtschaftlichkeit
(Energieverbrauch, Qualität, Ausbeute).
c) die Überwachung und Steuerung der Abläufe nach automatisierten Rezeptvorgaben oder manuellen
Herstellvorschriften.
Der Automatisierungsgrad in den Anlagen und die Realisierung der durchzuführenden Funktionen
mit den leittechnischen Komponenten können je nach lokalen Präferenzen, vorhandener Automations
infrastruktur und weiteren firmenoder produktspezifischen Randbedingungen sehr unterschiedlich
ausfallen. Aufgabenstellungen für den Einsatz von MES ergeben sich vor allem auch unter dem Aspekt
der zunehmenden Integration der Ausführungssysteme zu einem logistischen und technologischen
Gesamtsystem (Stichwort vertikale und horizontale Integration) mit Einbindung der Aufgaben und
Verantwortlichkeiten aus ERP, Wareneingang, Produktion, Lager, Labor und Versand.
d) Prozessstabilität, Prozesssicherheit.
Sicherheitsrelevante Funktionen sowie die Anforderungen an die Basisautomatisierung werden
grundsätzlich oder bevorzugt nicht in der MES-Ebene angesiedelt, sondern mit Komponenten der
leittechnischen Basisarchitektur abgedeckt, die bei Bedarf redundant ausgeführt sind.
e) die Überwachung von Behälterständen.
f) die Erfassung von Produktqualitäten (Labor, in-line) und ggf. Anpassung der Betriebsparameter oder
auch einzelner Abläufe:
-Laboranalyse nach Probenahme im Betrieb
-in-line-Analyse durch spezielle Analysengeräte
-Berechnung der Indikatoren.
42
43
5
5.4
5.4.2 Betriebsablauf unterstützt durch MES Funktionen
Bereiche
Lagerhaltung
Planung der zeitgerechten Verfügbarkeit
notwendiger Assets für unterbrechungsfreien
Betrieb
• Stillstands- und Reparaturplanung von
Einrichtungen (zyklisch)
• situationsabhängige Wartung vorsehen
• Personalplanung gemäß der zu erwartenden
Betriebsphasen und kurzfristigem Bedarf
Langzeitplanung von Bedarf und Kapazität für
Material und Einrichtungen
• strategische, taktische und betriebliche
Versorgungsplanung
• angepasste Lagerbestände entsprechend
Produktionsplanungen
• Beschaffung, eventuell (temporäre)
Kapazitätserweiterungen vorsehen
Präzisierung der Auftragsdaten
• Mengen (Losgrößen), Qualitäten, Termine
Festlegung betrieblicher Grenzdaten
• Laufzeiten, Auslastungsgrenzen, Alarmierungsgrenzen
Definition der Herstellvorschriften / Rezepte
• produktspezifische Vorgaben erstellen und abspeichern
Nachträgliche Anpassung der Spezifikationsdaten nach durchgeführter Produktion
Spezifikation von Stoffeigenschaften
• Rohstoffqualitäten
• Rohstoffprüfungen und Freigabeprozedur
• Produktqualitäten
• Produktprüfung und Freigabeprozedur
Anpassung von Qualitätsdaten
• Mechanismen für auftragsbezogene
Anpassung
• Vermeidung von zu hohen Produktqualitäten
Vorgaben zu Kriterien und Intervallen
der betrieblichen Instandhaltung
• Ablauforganisation für technische
Störmeldungen und Instandhaltungsaufträge
• Instandhaltungsaufträge (betriebliche
Einrichtungen, Arbeitsschritte, Zuordnung
zu Gewerken)
• betriebsabhängige Anpassung (Laufzeit indikatoren und Belastungsprofile nutzen)
• KPIs für Assets festlegen
Festlegung und Verwaltung von Indikatoren zu
wirtschaftlicher Lagerhaltung
Vorgaben zu Bestandmengen festlegen
(Sicherheitsmengen)
Prozedur bei Verletzung der Bestandslimits
• Übernahme der Produktionsaufträge aus ERP oder der Software zum Supply Chain Management
• Dispositionskriterien Logistik – Quantität – Qualität; typische Zielfunktion = f (Profit, Performance); Minimierung der Betriebskosten;
maximale Erträge und Auslastung
• Berücksichtigung von Auftragsdaten, Rohstoffeingängen und verfügbaren Leitungswegen
• Aufteilung von Kampagnen in Einzelchargen
• Zuordnung betrieblicher Produktionseinheiten (Produktionslinien / Wege, Teilanlagen, Behälter)
• kurzfristige Plananpassung bei Bedarf
• Planung und Zuordnung von Material, Energien und Hilfsmitteln
• Kopplung zu logistischen und betrieblichen Applikationen
• Visualisierung der Anlagenbelegung und des Produktionsstatus
Anpassung der logistischen Planung
entsprechend gegebener Qualitätskriterien
• Anpassung von Stoffeigenschaften und
Betriebsparametern
• Einplanung von Analysen im
Produktionsablauf
• Rücklauf der Analysedaten zur weiteren
Optimierung der Qualitätsvorgaben
Überführung von Planungsdaten in die Module
zum Instandhaltungsmanagement
Überführung von Planungsdaten in die Module
zum Lagermanagement
• Material- und Stoffdisposition nach konkreten
Produktionsmengen
• automatisierte Übernahme der Vorgaben aus der Feinplanung oder durch Bedieneraktivierung
• bei Bedarf Anpassung der Materialwege je nach Status der Einrichtungen
• Freigabe des Produktionsstarts
• Vorgabe und Führung bzw. Überwachung der Qualitätsparameter
Prüfung der Stoffeigenschaften
Planung bzw. Anpassung der Ressourcen nach
aktuellem Bedarf
Planung bzw. Anpassung der Ressourcen nach
aktuellem Bedarf
Optimale Führung und Steuerung der Produktionseinheiten
• stabile, konsistente Fahrweise von Anlage und Teilanlagen (Leitsystem)
• automatisierte oder teilautomatisierte betriebliche Prozeduren mit oder ohne Rezeptfahrweise
(gleichbleibende Abläufe und Qualitäten, weniger Grenzfälle)
• Verwaltung betriebsbedingter variabler Parametersätze zur Regelung und Steuerung der Anlagen (Rezeptinhalte)
• Optimierung des Regelungsverhaltens kritischer Produktionseinheiten (APC)
• automatisierte Wegesteuerungen
Produktqualität
• Messung der Produktqualität im
laufenden Betrieb
• Vermeidung von besseren Qualitäten als in
der Spezifikation gefordert (give-away)
Anlagenbezogenes Asset Management (PAM)
• Erfassung der Betriebsparameter von
Einrichtungen
• Rückführung in die Planung von
Instandhaltungsmaßnahmen
• Kopplung zur Lagerhaltung und zur
Ersatzteil- und Materialbestellung
Betriebsabhängige Durchführung von Instandhaltungsaktivitäten
• Überwachung und betriebsabhängige
Anpassung von Wartungszyklen betrieblicher
Assets (prozessbezogenes Asset Management)
• Überwachung der Regelkreise und ihrer
Elemente (Control Loop Performance
Monitoring) zur proaktiven Bewertung
notwendiger Aktionen an Mess- und
Stellgeräten
Anpassung der Lagerdaten je nach Betriebssituation
Vorgaben zu Produkteigenschaften
• Erfassung geforderter Qualitätsdaten
• Vergleich mit betrieblichen Produktions möglichkeiten
• Analyse und Speicherung relevanter
• Bewertung (Annahme oder Ablehnung)
• Bewertung des Einflusses auf die
Produktionsvorgaben, eventuell Anpassung von Parametern vorsehen
Feinplanung
Instandhaltung
Marktanalyse und Lieferfähigkeit
• Modelle zur Bedarfsvorhersage für Produktgruppen und selektive Produkte
• Bewertung von Aufträgen (Kundenbewertung)
• Bewertung der Produktions- und Lieferfähigkeit (Kapazitäten, Termine, Qualitäten)
• Betrachtung von Produktionsalternativen (Standorte, Kapazitäten, Kosten)
• Optimierung der Parameter Rohstoffeinkauf, Verteilungskosten, Verteilungskapazitäten, Produktionskapazitäten,
Herstellkosten und Bestandsmengen
• Zuordnung von Produktionsaufträgen zu Produktionsstandorten; Minimierung betrieblicher Umstellungen und Anpassungen
• Langzeitplanung der erforderlichen Assets in den Betrieben gemäß allgemeinem Marktbedarf und konkreten Kundenanforderungen
Masterplan für die Produktion (Supply Chain)
• taktische und strategische Planung
• Planung von Verbrauchsmaterialien
• Belegungsplan (grob)
• Vorplanung möglicher Stoffströme (Rohstoffe, Produkte)
Reporting der Produktionshistorie auf Planungsebene
• Termin der Produktlieferung, Produktmengen, Produkteigenschaften
ERP-Kopplung
• Bestelldaten, Verbrauchsdaten, Lieferdaten...
Aktivitäten
Qualität
Einplanung
Produktion
Fortsetzung auf nächster Seite
44
45
5
5.4
Fortsetzung von vorheriger Seite
Bereiche
Analyse
Verfolgung
Datenerfassung
Produktion
Qualität
Instandhaltung
Lagerhaltung
Erfassung und Visualisierung aktueller Prozess- und Ereignisparameter (Leitsystem)
• Nutzung aktueller und über einen kürzeren Zeitraum (Tage, Wochen) in den Komponenten des Leitsystems archivierter Betriebsparameter durch den Operator in der Messwarte
• Vergleich ausgewählter aktueller Prozessdaten mit entsprechenden historischen Daten während der laufenden Produktion und entsprechende Anpassung von Parametern (Golden Batch-Prinzip)
Messwarte genutzt
• Auswertung in Bezug zu Anlagenmodell (Teilanlagen), Rezeptstrukturen, Ereignisdaten der Produktion, kontinuierlichen Produktionsdaten
• Flexible Analyseabfragen gemäß aktuellem Bedarf; Protokollierung
Definition, Erfassung und Ablage allgemeiner
Qualitätsindikatoren für den Produktions
betrieb
• Labordatenerfassung
• Erfassung und Speicherung von Analysedaten aus Prozess oder Labor
Aktualisierung der Daten zur Instandhaltung bei
betriebsbedingten Veränderungen
Aktualisierung der Daten zur Lagerhaltung
bei betriebsbedingten Veränderungen
Soll-Ist-Auswertung und Darstellung von Betriebsparametern im laufenden Betrieb
• Vergleich ausgewählter aktueller Prozessdaten mit entsprechenden historischen Daten während und nach der laufenden Produktion und
entsprechende Anpassung von Parametern (Golden Batch-Prinzip)
Qualitätsparametern im laufenden Betrieb
Anpassung der Daten zur Instandhaltung, ggf.
nach definierten Mechanismen
Anpassung der Daten zur Lagerhaltung, ggf.
nach definierten Mechanismen
• Vergleich der Produktionsvorgaben mit den vergleichbaren, aktuellen Betriebsdaten
• Korrektur der Planungsmodelle mit aktuellen Daten
Auswertung der archivierten Produktionsparameter
• Analyse und Dokumentation der Betriebsparameter aus Anlage, Chargenstruktur und Prozess unter betrieblichen, organisatorischen und
wirtschaftlichen Aspekten
• Analyse und Dokumentation von abnormalen Situationen in Anlagen oder Teilanlagen
• Analyse und Dokumentation zu Korrelationen betrieblicher Parameter
• Analyse und Dokumentation der Alarm-, Ereignis- und Meldedaten aus dem Leitsystem, je nach Bedarf in Bezug zu Chargen oder
selektiven Einrichtungen
Auswertung archivierter Ereignisfolgen
• Analyse und Dokumentation der Sequence of Events-Daten (SoE) nach Grenzfällen
Qualitätsdaten und
Key Performance-Indikatoren (KPIs)
Analyse und Dokumentation von Instand
haltungsdaten
• Laufzeiten, Personalaufwand, problematische
technische Bereiche, Kosten
• Korrelation mit Betriebsparametern und
Betriebsbereichen
Analyse und Dokumentation von Lagerdaten
• Verbrauch, Bestände
Tabelle 5: MES-Module für die Aktivitäten in der Chemie / Feinchemie gemäß Prozessmodell
46
47
5
5.5 Großserienfertiger
(Fahrzeughersteller,
Zulieferer)
Man unterscheidet grundsätzlich zwei Arten der Serienfertigung:
1.die Linienfertigung mit vollständig verketteten Anlagen, auf denen ein oder mehrere Produkte in
unterschiedlichen Varianten produziert werden (vollständig verkettete Linien) sowie
2.die Fertigung in großen Losen, wobei die Produktströme zwischen den einzelnen Fertigungs
einrichtungen je nach Ausprägung des Produktes unterschiedliche Wege einnehmen (losorientierte
Fertigung).
Je nach Branche und den zu fertigenden Produkten (z. B. weiße Ware, braune Ware, elektronische
Bauelemente, mechanische Kleinteile, etc.) können beliebige Mischformen der beiden o.g. Arten der
Serienfertigung auftreten.
Da als Beispiel für Serienfertigung die Automobilindustrie herangezogen wird, sind die nachstehenden
Ausführungen gemäß der in dieser Branche typischen Arbeitsteilung zwischen Original Equipment
Manufacturer (OEM, Automobilhersteller) und Zulieferer aufgeteilt.
OEM:
Nach dem heutigen Stand der Technik können auf einer Linie mehrere Fahrzeugmodelle im Mix gefertigt
werden, wobei die Variantenanzahl sehr hoch sein kann. Es ist nicht ungewöhnlich, dass beispielsweise
innerhalb eines Monats keine zwei identischen Fahrzeuge ein Band verlassen.
Zulieferer:
Zulieferer müssen vor dem Hintergrund steigender Produktvarianten und der Reduktion der Produktions
kosten immer öfter flexible Fertigungssysteme mit dem einstigen „Einprodukt-Linien-Konzept“ kombinieren. Das bedeutet eine hohe Flexibilisierung mit gleichzeitigem hohen Anspruch an Qualität,
Durchsatz etc.
Betriebsablauf aus Sicht eines OEM:
Produktionsplanung
Die Produktionsplanung in der variantenreichen Serienfertigung fokussiert sich nicht auf einzelne
Maschinen. Die Fertigungseinrichtungen sind in der Regel vollständig verkettet, die Beplanung einzelner Maschinen spielt damit keine Rolle. Engpassstellen werden zum Zeitpunkt der Anlagenplanung
identifiziert und beseitigt. Die Taktzeit richtet sich nach dem Fertigungsschritt mit der längsten
Aufenthaltsdauer an einer Bearbeitungsstation.
Der wichtigste Aspekt in der Produktionsplanung für Serienfertiger ist die richtige Festlegung der
Reihenfolge unterschiedlich ausgestatteter Produkte, um eine möglichst gleichmäßige Auslastung der
Bearbeitungsstationen zu erreichen.
Eine Woche bis drei Tage vor Produktionsbeginn einer Karosse wird die Produktionsreihenfolge
(Perlenkette) festgelegt, in der Produkte mit unterschiedlichen Merkmalen gefertigt werden. Komplexe
Produkte wechseln sich mit weniger komplexen ab.
Die Kriterien der Reihenfolgeplanung sind von Fertigungsbereich zu Fertigungsbereich unterschiedlich:
• Karosseriebau: Wechsel von komplexen und weniger komplexen Produkten (Komplexitäts- und
Merkmalsmix).
• Lackiererei: Blockung von Produkten mit gleichen Merkmalen (Farbe).
• Montage: wie Karosseriebau, z.T. verbunden mit Just-in-Sequence-Abrufen (JIS) von Zulieferteilen.
Die Materialbereitstellung im Karosseriebau, insbesondere aber in der Montage, ist durch ausgefeilte
Abrufstrategien gekennzeichnet. Während es sich bei den Karosserieteilen weitestgehend um hauseigene Zulieferer handelt (Presswerk), sind es im Bereich der Montage überwiegend externe Zulieferer.
Mit Auflegen der Produktionsaufträge werden die Zulieferer über die benötigten Materialmengen und
Ausführungsvarianten in Form von Abrufen informiert. In der Phase der Erstellung der endgültigen
Produktionsreihenfolge werden die Abrufe je nach angewandter Strategie – z. B. Just-in-Time (JIT) oder
Just-in-Sequence (JIS) – endgültig festgelegt.
48
5.5
G r o S S se r ienfe r tige r ( F ah r zeughe r stelle r , Z uliefe r e r )
Produktionsvorbereitung
Alle durch Abrufe gesteuerten Materialien benötigen keine besondere Produktionsvorbereitung, da
diese in die Verantwortung der Zulieferer verlagert wird. Mit Hilfe einer ausgefeilten und präzise funktionierenden Logistikkette wird sichergestellt, dass zu verbauendes oder zu bearbeitendes Material zeitoder sogar reihenfolgengerecht in der Produktion zur Verfügung steht.
Andere Materialien werden aus Lagern zusammengestellt und auftragsbezogen kommissioniert. Das
Personal wird dabei durch teil- oder vollautomatisierte Lagertechniken unterstützt (z. B. Pick-to-Light),
bei denen der Lagerort verschiedener Materialien durch ein Lichtsignal gekennzeichnet und die zu
entnehmende Menge dargestellt wird.
Das für die Produktion benötigte Personal wird bei der Serienfertigung nicht auftragsbezogen geplant,
sondern ist durch die Anzahl der Bearbeitungsstationen (also durch die Struktur der Anlage) a priori
festgelegt. Die Planung der Personalressourcen definiert sich über die Anzahl der zu fahrenden
Wochenschichten und wird in entsprechenden Schichtplänen festgehalten.
Aufgrund der vollständigen Verkettung der Anlagen findet die Beplanung einzelner Bearbeitungsstationen
nicht statt.
Bei vollautomatischen Bearbeitungsstationen (z. B. Roboterzellen im Karosseriebau) muss die Produk
tionsvorbereitung sicherstellen, dass alle für die unterschiedlichen Varianten benötigten Fertigungs
programme abrufbar in den Anlagen vorhanden sind. Über Identifikationsnummern (Fahrzeug-ID oder
Skid-ID) wird eine Produktvariante erkannt und das entsprechende Fertigungsprogramm geladen und
ausgeführt.
Produktionsdurchführung
In der Serienfertigung beginnt die Produktionsdurchführung bereits mit der Einlastung eines Pro
duktionsauftrages in die produktionsrelevanten Systeme (Abrufsteuerung, Kommissionierung etc.). Als
Objekt sichtbar wird ein Produktionsauftrag mit Auflage der Rohkarosse im Karosseriebau. Die
Fahrzeug-ID entsteht dort, auch wenn dieses Fahrzeug erst viel später einem Kundenauftrag zugeordnet
wird (spätestens in der Montage).
Mit der Produktionsplanung und -vorbereitung ist die Materialversorgung für eine Serienfertigung
sichergestellt.
Ein hoher Stellenwert bei der Produktionsdurchführung kommt der Überwachung der Fertigungs
einrichtungen zu. Es ist sicherzustellen, dass die Anlagen verfügbar sind (keine Reparaturen), dass die
Produktionsparameter die vorgegebenen Grenzwerte einhalten und die produzierte Qualität den
Produktspezifikationen entspricht (Toleranzen, Spaltmaße, Oberflächengüte usw.). Neben der Über
wachung von Prozessparametern wie Drücke, Ströme, Spannungen, Temperaturen, Maße etc. befinden
sich an ausgeprägten Stellen Prüfeinrichtungen in der Linie (z. B. Lichttunnel zur Erfassung der
Oberflächengüte von Lack), um die geforderten Qualitätsanforderungen zu erfüllen. Zusätzlich werden
Stichproben von Produkten entnommen und detailliert untersucht.
Die hierbei entstehenden Produktions- und Qualitätsdatensätze
werden – wie z. T. durch den Gesetzgeber vorgeschrieben – einem
Produkt zugeordnet. Diese Daten verbleiben auch nach Aus
lieferung eines Produktes beim Hersteller und werden mit der
Produkt-ID (i.d.R. Fahrgestellnummer) fest verankert.
Die Montage der Fahrzeuge (Motor, Getriebe, Fahrgestell,
Innenausstattung) ist nach wie vor ein stark manuell geprägter
Fertigungsbereich. Der Führung der Werker erfolgt durch detaillierte Montagepläne, die in der Regel anhand ausgedruckter
Listen, befestigt am Fahrzeug, abgearbeitet werden. Das verbaute Material, sofern durch eigene Seriennummern identifiziert,
wird durch Einrichtungen der Betriebsdatenerfassung erkannt
und dem Fahrzeug zugeordnet (Scanner, Tastatur oder ähnliche
Erfassungseinrichtungen).
49
5
Mit Hilfe dieser Produktionsrückmeldungen ist die Produktionsüberwachung in der Lage, den
Fertigungsstand einzelner Produktionsaufträge zu verfolgen und die Materialzuführung bzw. -bereitstellung nachfolgender Bearbeitungsstationen zu steuern.
Produktionsauswertung / Nachverfolgung
Mit der Erfassung der oben aufgeführten Produkt-, Qualitäts- und
Produktionsdaten ist eine genaue Verfolgung unterschiedlicher
Produktionskennwerte möglich.
In der laufenden Produktion werden so schichtbezogen das
Produktionssoll, der aktuelle Produktionsstand (Ist) sowie die
Ausbringung (Anzahl der produzierten Gutteile) auf geeigneten
Tafeln angezeigt.
Des Weiteren werden diese Daten herangezogen, um die Anlagen
verfügbarkeit und zusammen mit der Ausbringung die Betriebs- und
Produktionskosten laufend zu ermitteln (Bild 12). Über- oder unterschreiten diese Daten gewisse Grenzwerte, werden gezielt Analysen
durchgeführt, um Schwachstellen in der Produktion zu identifizieren
und mit Hilfe kontinuierlicher Verbesserungsprozesse (KVP) zu
beseitigen.
Bild 12: Übersichtsbild mit Zählerstän
den in der Automobilfertigung
Betriebsablauf aus Sicht eines Zulieferers:
Der Betriebsablauf in der Automotive-Zuliefer-Industrie und aus Sicht eines Automotive-OEM differiert
in einigen grundlegenden Punkten.
In der Zulieferindustrie finden sich in großem Maße Unternehmen, die nach dem Prinzip der klassischen
Serienfertigung oder in Auftragsfertigung mit kleineren Serien produzieren. Ein Produkt wird in unterschiedlichen Varianten in z. T. großen Stückzahlen gefertigt. Eine unikatsbezogene Sequenzierung wie im
Fahrzeugbau erfolgt indes nicht. Die Produkte unterliegen zunehmend einer Individualisierung durch
Seriennummern, die auf Grund von produkt-, gesetzes- oder unternehmensspezifischen Vorgaben wie
z. B. einer durchgehenden Rückverfolgbarkeit (Traceability) notwendig wird.
Der Automatisierungsgrad der Fertigung ist je nach Produkt unterschiedlich. Insbesondere Unternehmen
der Elektronikfertigung unterliegen einem deutlichen höheren Automatisierungsgrad als Unternehmen
der mechanischen Fertigung, die durch überwiegend teilautomatisierten Einzelprozesse mit vor- und
nachgelagerten manuellen Arbeitsprozessen charakterisiert sind.
Produktionsplanung
Als notwendige Basis zur Produktionsplanung und -steuerung dienen die terminierten Abrufe der OEMs
entsprechend deren logistischen Konzepten wie z. B. Order-to-Stock, JIT, JIS etc. Diese Logistikkonzepte
verlagern die Flexibilität zum Lieferanten, dessen Produktionskapazitäten demzufolge auch entsprechend flexibel ausgelegt und gesteuert werden müssen. Eine vollständige Verkettung von Fertigungs
systemen über mehrere Produktstufen ist daher i.d.R. nicht möglich.
Produktionsvorbereitung
Die Produktionsvorbereitung ist prinzipiell vergleichbar mit den bereits zuvor beschriebenen Merkmalen
für die Automobilhersteller (OEMs).
Materialien werden auftragsbezogen kommissioniert oder in der Serienfertigung teils auch vollautomatisch bedarfsorientiert bereitgestellt. Das notwendige Personal wird auf Basis der Linien- und Fertigungs
struktur geplant. Hierbei erfolgt die Planung bedarfs- und verrichtungsorientiert anhand der Schicht
planung.
Die Belegung der Bearbeitungsstationen ergibt sich aus der Fertigungsstruktur und wird nicht mit
Produkten sequentiell, sondern oftmals aus vorgelagerten Pufferlägern bedient. Die Planung erfolgt
daher auftragsbezogen auf Basis von Fertigungsaufträgen des ERP-Systems.
50
5.5
Bei vollautomatischen Prozessen (SMD, verkettete Montagelinien, Prüfsysteme etc.) muss die
Produktionsvorbereitung sicherstellen, dass die für die unterschiedlichen Varianten benötigten
Fertigungs- und Prüfprogramme vorbereitet sind und den Anlagen automatisiert zur Verfügung gestellt
werden können. Über Identifikationsnummern (eindeutige Unikats- bzw. Seriennummer) wird eine
Produktvariante erkannt und das entsprechende Fertigungs- oder Prüfprogramm geladen und aus
geführt.
Produktionsdurchführung
Die Serienfertigung beginnt mit der Produktionsplanung und der Einlastung eines Produktionsauftrages
in die produktionsrelevanten Systeme (Abrufsteuerung, Kommissionierung etc.). Bei der Fertigung von
Produkten mit Seriennummer wird diese oftmals im ersten Prozessschritt festgelegt. Sie dient zur eindeutigen Identifizierung des Produkts und kann zur Bestimmung des Produktstandes (Auftrag) herangezogen werden.
Die Einhaltung von Produktionsvorgaben und damit auch die Sicherstellung der vorgeschriebenen
Produktqualität stellen wesentliche Ziele dar. Hinzu kommt die optimale Auslastung der
Produktionsressourcen. Die „Quality Gates“ sind daher im Produktionsprozess integriert und entweder
durch mitlaufende Stichprobenprüfungen oder aber vermehrt durch 100%-Prüfungen im
Produktionsprozess implementiert. Fehlerhafte Produkte werden direkt im Prozess detektiert und nachgearbeitet oder aus dem Produktionsprozess ausgeschleust. Der Auftragsfortschritt und die mengen
bezogene Rückmeldung auf Produktionsaufträge erfolgt zeitnah, um notwendige Erhöhungen der
Auftragsmengen oder Neueinlastungen von weiteren Produktionsaufträgen zu triggern und für die
Folgeprozesse bereitstellen zu können.
Produktionsauswertung / Nachverfolgung
Vor allem in Bereichen mit hohen Qualitätsansprüchen oder mit hoch getakteten Produktionen erfolgt
die Produktionsauswertung „online“, also zur Laufzeit der Produktion, im Sinne eines Monitorings. Ziel
ist es, frühzeitig korrigierend eingreifen zu können, um damit die Produktionsvorgaben vollends zu
erfüllen.
Diese und weitere Daten werden herangezogen, um die Anlagenverfügbarkeit, die Ausbringung sowie
die Betriebs- und Produktionskosten laufend zu ermitteln. Über- oder unterschreiten diese Daten vordefinierte Grenzwerte, werden gezielt Analysen durchgeführt, um Schwachstellen in der Produktion zu
identifizieren und mit Hilfe kontinuierlicher Verbesserungsprozesse (KVP) zu beseitigen.
Die Standardisierung von Prozessen und Systemen für den betrieblichen Ablauf ist ein Schlüsselfaktor
zur effizienten Erfüllung der hohen Leistungsanforderungen. Neben globalen Aspekten für Unter
nehmensstandards ist es wichtig, ebenfalls lokale Präferenzen, sprachliche und kulturelle Aspekte sowie
werksspezifische Besonderheiten abzubilden.
Um flexibel und wirtschaftlich auf schwankende Marktanforderungen reagieren zu können, sind nachfragegesteuerte Fertigungsstrategien erforderlich. Dabei gilt es, auf Änderungen schnell und flexibel zu
reagieren und eng mit den Nachbarsystemen zu kommunizieren (u.a. Ebene 4, Ebene 2, JIS, JIT,
Qualität, Instandhaltung).
Durch eine hohe Datenverfügbarkeit ist eine zielgerichtete und wirtschaftliche Instandhaltung möglich.
Routineüberprüfungen entfallen bzw. werden entsprechend der betrieblichen Ereignisse eingeplant.
Die zunehmende Anzahl gesetzlicher Bestimmungen führt generell zu hohen Anforderungen an
Datenerfassung und Berichterstellung.
Umfassende Berichtsfunktionen und die Möglichkeit, in kürzester Zeit die richtigen Daten abrufen zu
können, sind heute bei allen qualitäts- und umweltschutzbezogenen Fragen essentiell. Die detaillierte
Dokumentation qualitätsrelevanter Daten ermöglicht es, die Kosten für Haftpflichtrisiken und Gewähr
leistungsansprüche verursachergerecht zu steuern.
Die für den Betriebsablauf relevanten Themen werden nachfolgend aufgeführt und jeweils hinsichtlich
der Bereiche Produktion, Qualität, Instandhaltung und Lagerhaltung näher betrachtet.
51
5
5.5
Bereiche
Ressourcen
management
Planung und Überwachung von
• Maschinendaten
• Personal
• Instandhaltungsanleitungen und
Dokumentationsmitteln
• Werkzeugen
• Ersatzteilen
• Lagerressourcen
• Lagerbetriebsmitteln
Informationsaustausch mit Lagersystemen
bzgl. Zu- und Abbuchungsvorgängen
Festlegung der
• Produktstammdaten
• Produktionsmaschinen, Produktionsprogramme
• Produktionsdaten, Produktionsreihenfolgen, Produktionsflüsse
• Prüfvorgaben und Programme
Die Spezifikationen erfolgen in der Regel in Systemen der Ebene 4 (bevorzugt PLM oder ggf. ERP, CAQ)
Festlegung der
• geforderten Qualitätsmerkmale,
• relevanten Prüfvorschriften und -prozesse
Festlegung der
• Instandhaltungsvorschriften
• Instandhaltungszyklen
Festlegung der
• Produktlagerungsstrategien
Umsetzung von Fertigungsaufträgen aus ERP in serienfertigungsgerechte Sequenzen
Berücksichtigung von Fertigungsengpässen
• Personaleinsatz
• Anlagen- und Werkzeugverfügbarkeiten
• Materialverfügbarkeiten (KanBan Management, Car Kit Management)
Planung von Maßnahmen zur Qualitätssicherung mit dem Ziel der
• Reduzierung von Qualitätsschwankungen
• Vermeidung von Nacharbeit und Ausschuss
Planung von Instandhaltungsmaßnahmen
Verfügbarkeitsprüfung von
• Instandhaltungsplänen und programmen
• Personal
• Material
Ankündigungen gegenüber Logistikeinrichtungen
und verbundenen Supply Chain-Partnern
Mögliche Verwirbelungen im Gesamtproduktionsprozess müssen mit den Zulieferprozessen (JIS/JIT)
und den Sub-Montagen vorgeklärt werden
Freigabe von
• Fertigungsaufträgen und deren zugehörigen Sub-Fertigungsaufträgen
• Zulieferaufträgen
Belegung von Pufferbereichen
Prozessbegleitende Einplanung
• der Qualitätsprüfungen
• der Erfassung von Qualitätsdaten
Zuweisung der
• Instandhaltungsaufträge
• Lageraufträge
• Kommissionieraufträge
• Steuerung der Produktionsaufträge
• Steuerung der Produktionseinrichtungen
• Übermittlung von Arbeitsanweisungen
• Überwachung von Soll- und Ist-Mengen
• Sicherstellen der Materialversorgung (Materialnachschub)
• PMC (Production Monitoring & Control) – Überwachen der Zustände von Produktionseinrichtungen (Sicherstellen der Verfügbarkeit)
• Prüfen auf vorgegebene Spezifikationen / Anwenden und Überwachen
• Durchführung, Überwachung und
Dokumentation von Instandhaltungsaufträgen
• Durchführung von Lager- und Kommissionieraufträgen
• Lagerfüllstandskontrollen
• Lagerreichweitenberechnungen
• Leergutverwaltung
• Signalzustände aus der Automatisierungsebene
• Buchungen, Fertigmeldungen, Materialverbräuche etc. (automatisiert oder manuell – BDE, Barcode, RFID…)
• Maschinendaten, -zustände, Prozesswerte
• Personal, Versionsstände der zur Herstellung
relevanten Produktionssoftware, Produkte,
Ladungsträger und Einbauteile zur
Sicherstellung einer vollständigen
Genealogie zwecks späterer Nachverfolgung
bei Gewährleistungsansprüchen
• Qualitätsmerkmale (allgemeine Produkt merkmale und dokumentationspflichtige Montagearbeiten wie z. B. Airbagmontage)
• Maschinenlaufzeiten, Takte, Hüben etc.
• durchgeführte Wartungs- und
Instandhaltungsarbeiten
• Dokumentation von Instandhaltungsarbeiten
• Artikel
• Transportmittel
• Produktionsstückzahlen für Soll-Ist-Vergleiche
• Einbauteile zur Nachschubregelung
• Fahrzeugenidentifikationen zur Takt-, Linien- und Puffersteuerung
• Qualitätsmerkmale zur dauerhaften
Sicherstellung eines Qualitätsniveaus
(intern/extern)
• Zuordnung von Prozess-, Maschinen-,
Material- und Qualitätsdaten zu Produkten
• Einhaltung von Wartungszyklen
• Durchführung von Instandhaltungsaufträgen
• Instandhaltungsaufwände (Material, Personal,
Zeitaufwände)
• Bewertung von Auswirkungen und/oder
Einschränkungen auf die Produktion
• Lager- und Materialflussbewegungen
• Unter- oder Überschreitungen von Lagerkenngrößen
Berechnen und Anzeigen
• aller produktionsrelevanten Kennzahlen (KPIs)
• von KPIs aus aktuellen Produktionswerten (z. B. für Andon-Boards)
Bewertung
• des Ressourceneinsatzes und der Kosten (Personal, Maschinen, Energie etc.)
• des Materialeinsatzes (Gutteile, Ausschuss, Nacharbeit)
• der Maschinenauslastungen und -verfügbarkeit
• Ableiten von Einflussfaktoren, die zu einer Verbesserung oder Verschlechterung der Produktqualität führen
• Aufzeigen des Qualitätsverlaufs während des
mittel- und längerfristigen Produktions-
verlaufs
• Analyse der Anlageverfügbarkeit im
Zusammenhang mit durchgeführten
vorbeugenden (geplanten) Wartungsarbeiten
• Ermittlung der Anzahl von ereignisgesteuerten IH-Maßnahmen (Kosten, Produktionsausfälle…)
• Optimierungsstrategien zur Instandhaltung
• Logistikdaten
• Lieferfähigkeiten, Lieferqualitäten
• Verbräuchen und
• Beständen
Ausführungs
management
• Personal
• Prüfmitteln, -programmen und
statistischen Methoden
• Dokumentationsmitteln
• RWM (Rework Management)
Spezifikations
management
Lagerhaltung
Feinplanung
Instandhaltung
Einplanung
Qualität
• Personalressourcen in der erforderlichen Anzahl und Qualifikation
• Produktionsmitteln (Werkzeuge, Fertigungsmaschinen, fördertechnische Einrichtungen, Einrichtungen zur Material- und Teileversorgung,
JIS / JIT / KanBan)
• Produktionsmaterial (Rohteile, Montage- und Anbauteile)
• Stromnetzen, Datennetzen, Steuerungen und Programmen
Analyse
Verfolgung
Datenerfassung
Aktivitäten
Produktion
Tabelle 6: MES-Module für die Aktivitäten bei Großserienfertigern (Fahrzeughersteller, Zulieferer) gemäß Prozessmodell
52
53
5
5.6 Maschinen- / Anlagenbau
(Einzelfertiger)
Als Beispiel für Einzelfertigung werden in dieser Broschüre Hersteller von Sondermaschinen und industriellen Anlagen herangezogen. Typisch für Einzelfertiger sind geringe Losgrößen, häufig sogar bis zur
Menge 1 (= Unikate). Auch bei einer Losgröße 1 sind die Hersteller bestrebt, Maschinen und Anlagen
modular aufzubauen, so dass möglichst viele Gleichteile verwendet werden können.
Bekannte Beispiele für Maschinen- und Anlagenbauer sind Hersteller von
• Pressen und Pressenstraßen
• kombinierten Bearbeitungszentren (Bohren, Fräsen, Schleifen)
• Maschinen zur Bearbeitung von Tafelware (Lasern, Nibbeln, Plasmaschneiden)
• Anlagen zur Verarbeitung von Nahrungsmitteln (Milch, Zucker, Getreide)
• Anlagen zur Gewinnung von Ausgangsprodukten aus Rohstoffen (Erdöl, Kohle, Gas)
• Anlagen zur Gewinnung von Industriegasen aus der Luft (Luftzerleger)
5.6
Bild 13: Ergebnisdarstellung der
Auftragsfeinplanung eines
Maschinenleitstandes
Die Fertigungsabläufe bei den Einzelfertigern lassen sich grob in zwei typische Abläufe aufteilen:
1. eine der Serienfertigung nachempfundene Fertigungslinie, bei der das zu fertigende Objekt (Maschine,
Gerät, Komponente) von Arbeitsplatz zu Arbeitsplatz geschoben wird. Die einzelnen Stationen sind dabei
nicht oder höchstens wenig vernetzt, so dass eine Folgestation in der Regel frei gewählt werden kann.
2. eine sehr stationäre Fertigung, bei der das zu fertigende Objekt von Anbeginn im Wesentlichen an
einem Ort verbleibt. Insbesondere bei sehr großen Anlagen oder Maschinen wird diese Art der
Fertigung angewandt. Einzelne Teile und Komponenten werden von den Bearbeitungsstationen
(Drehbänke, Biegemaschinen, Pressen, Schneidmaschinen usw.) und von Vormontagestellen zum zu
fertigenden Objekt gebracht.
Ein prominentes Beispiel für eine Mischform aus 1 und 2 stellt die Luftfahrtindustrie, beispielsweise
Airbus, dar.
a)die Bestimmung von Gut- und Schlechtteilen der Fertigungslose / -chargen
(z. B. zur Reichweitenermittlung oder Aktualisierung von Korrekturmengen).
b)die Erfassung der Qualitätsdaten (Maßhaltigkeit, Materialgüte, Festigkeiten,
Funktion etc.).
c) die Aufarbeitung der Qualitätsdaten, um Rückschlüsse auf Verschleiß von Werk
zeugen und Vorrichtungen, falsche Prozessparameter o.ä. ziehen zu können.
d)die Zuordnung von Serienteilen zu übergeordneten Komponenten, ggf.
Übernahme der Daten in das PLM (Product-Lifecycle-Management).
Charakteristisch für Einzelfertiger ist es, dass alle für die Fertigung notwendigen Prozessschritte und
Betriebsmittel nicht zwangsläufig am gleichen Ort vorhanden sein müssen. In vielen Fällen werden
mitten im Fertigungsprozess liegende Arbeitsschritte außer Haus verlagert.
Unter dem MES-Gesichtspunkt stellen solche Verlagerungen insofern eine Herausforderung dar, als die
Objekte als Abgang erfasst und dann wieder zugebucht werden müssen. In der Regel ist während der
außerhäusigen Verweilzeit keine Information über den Bearbeitungszustand erhältlich. Dies stellt an die
Überwachung für Fertigstellungstermine besondere Anforderungen.
a) die Identifikation von Standardkomponenten und Sonderkonstruktionen.
b) die Beauftragung und Terminierung der Konstrukteure (ggf. müssen noch Test- und Erprobungszeiten
mitberücksichtigt werden).
c) den Terminabgleich zwischen neu zu konstruierenden und vorhandenen Komponenten.
d) die Belegungsplanung von Maschinen und Montageplätzen (Bild 13).
e) die Koordination von interner und externer Fertigung (Zulieferer).
f) die Personaleinsatzplanung unter Einbezug erforderlicher Qualifikationen.
g)die Festlegung von Test und Prüfzeitpunkten inkl. des dafür erforderlichen Personals und der
Betriebsmittel.
h) die Erstellung der Dokumentation, insbesondere für Sonderkomponenten.
i) die Festlegung von Abnahmen (SAT, FAT) samt den dafür erforderlichen Abnahmekriterien.
54
a) die Bereitstellung von Rohmaterialien und der zur Bearbeitung notwendigen Werkzeuge.
b) die Bereitstellung von Halbzeugen.
c)die Bereitstellung von Montageplätzen inkl. der für die Montage notwendigen Werkzeuge, Vor
richtungen und Fertigungsprogramme.
d) die Kommissionierung von Kleinteilen und Verbrauchsmaterialien.
a)die Bereitstellung der zu verarbeitenden Materialien, welche z. B. durch
Kommissionierung, direkte Lagerabrufe oder an den Maschinen vorhandenen Beständen einem Produktionsauftrag zugeordnet wurden.
b) die Einrichtung der Maschinen durch Werkzeugwechsel, das Anbringen von
Vorrichtungen oder Aufspielen von Fertigungsprogrammen (CNC, SPS) bzw.
die Parametrierung für Halb- oder Vollmaterialien.
c)die Verarbeitung der Rohmaterialien zu Komponenten oder Halbzeugen
gemäß Fertigungsvorschriften (Zeichnungen, Text- und/oder Bildanweisungen
etc.). Die produzierten Mengen werden je nach Komplexität der Teile entweder direkt über Zähler an der Maschine erfasst (MDE), als Chargenmengen
von Mitarbeitern über Terminals manuell ermittelt (BDE) oder bei komplexen
Teilen über eine eigene Seriennummer in das MES eingelesen (z. B. mittels
Bar-Code mit Scannern – Bild 14).
d)die Rückverfolgbarkeit produzierter Teile (z. B. bei sicherheitsrelevanten
Teilen).
Über die Mengenerfassung hinaus müssen mit den Chargen- oder Teiledaten
auch die Prozessparameter, das beteiligte Personal sowie Eckdaten der
Ausgangsmaterialien mit erfasst werden. In aller Regel geschieht dies
manuell mit Hilfe der BDE-Einrichtungen.
e)die Erfüllung der vorgegebenen Sollmengen. Entweder wird eine nach
Statistik ermittelte Mehrmenge produziert oder es wird die Qualität in der
laufenden Produktion ermittelt (Anzahl von Gut- und Schlechtteilen). In
diesem Fall werden in der Produktion die Qualitätsdaten mittels QMS mit
erfasst (In-Line-QM, Stichproben etc.).
Unter Zugrundelegung der oben aufgeführten Beispiele sollen im Folgenden die Anforderungen an
MES-Werkzeuge exemplarisch dargestellt werden. Charakteristisch für die hier beschriebene Branche ist,
dass die Entscheidung, die Produktionsplanung und -durchführung auf MES-Werkzeuge abzustützen,
nicht zwangsläufig bedeutet, dass diese durchgängig eingesetzt werden. Dies gilt sowohl innerhalb von
Produktionsbereichen als auch über Produktionsbereiche hinweg.
Vor allem der Sondermaschinenbau ist dadurch gekennzeichnet, dass keine Maschine der anderen gleicht.
Dies bedeutet für die Dokumentation und Variantenverwaltung, aber auch für das Instandhaltungsma
nagement, dass die eingesetzten Werkzeuge besondere, aufgabenspezifische Anforderungen erfüllen müssen.
M aschinen - / A nlagenbau ( E inzelfe r tige r )
Bild 14: Typische Bedienoberfläche
eines Terminals zur Betriebs
datenerfassung (BDE/MDE)
Die Auswertung der Produktionsdaten weist meistens in zwei Richtungen. Zum einen definieren diese
die Qualität des Endproduktes (oder Halbzeuge oder Komponenten), zum anderen geben sie Auf
schluss über den Zustand der Produktionseinrichtungen. Letztere können z. B. für die Instandhaltung,
Anlagenerneuerung oder gar für Investitionsentscheidungen herangezogen werden.
Die Betriebsabläufe der Einzelfertiger sind gekennzeichnet durch hohe Flexibilitätsanforderungen, die
durch die Individualität der Produkte und die dahinterstehende Kundenanforderungen geprägt sind
MES-Lösungen müssen in diesem Anwendungsfeld diese Flexibilitätsanforderungen uneingeschränkt
unterstützen, sie dürfen auf keinen Fall ein Hindernis sein. Die von MES-Werkzeugen erstellten
Ergebnisse müssen in aller Regel manuellen Änderungen zugänglich sein. Diese Änderungen oder
Vorgaben können durchaus partieller Natur sein, d.h., nur ein Teil der Planung wird manuell festgelegt,
die verbleibenden Teile werden von den entsprechenden Werkzeugen bearbeitet.
Im folgenden Kapitel stehen die Anforderungen im Vordergrund, die eine hohe Produktionsflexibilität
mit sich bringen.
55
5
5.6
M aschinen - / A nlagenbau ( E inzelfe r tige r )
Bereiche
Lagerhaltung
• Einsatzplanung von Instandhaltungspersonal
• Instandhaltungsplanung von Werkzeugen,
Vorrichtungen
• Abbuchen verbrauchter Materialien, Bestimmen und
Führen von Arbeitsbeständen
• Zubuchen neu produzierter Teile
• Arbeitsanweisungen (Vorbereitung, Fertigung, Montage)
• Einstellanweisungen
• Sicherheitsanweisungen
• Definition der benötigten Betriebsmittel
• Materialfestlegungen
• Ver- und Bearbeitungsvorschriften
• Montagerichtlinien
• Prüfverfahren und -methoden
• Festlegen von Grenzwerten/Toleranzen
• Erstellen von Instandhaltungsanweisungen
und -abläufen
• Wartungspläne (zeitgesteuert, abhängig von
Stückzahlbelastung usw.)
• Werkzeugprüfungen
• Kalibrierungen
• Toleranzvorschriften
• Änderung von Instandhaltungsstrategien
• Erstellen von Lagerbedingungen für empfindliche
Materialien und Komponenten (Klimatisierung,
Luftreinheit, etc.)
• Definition von Betriebsmitteln für die Lagerung
(Paletten, Vorrichtungen usw.)
• Erstellen von Lagerungsvorschriften (senkrecht,
liegend, hängend usw.)
• Rücknahmestrategien für ausgegebene Materialien
und Komponenten
• Produktions- und Montageplanung in Abhängigkeit technologischer, produkt- oder produktionsspezifischer Randbedingungen
• Feinplanung für Engpassmaschinen unter Optimierung von Rüstzeiten oder anderer bearbeitungsspezifischer Parameter (Maschinenleitstand)
• Einsatzplanung von Personal mit besonderer Qualifikation (Personalzeitmanagement)
• Planung spezieller Messmittel bzw. -einrichtungen
• Möglichkeit manueller Eingriffe (Meister- und Eilaufträge)
• Zuordnung zu Messmitteln und Prüfpersonal
• Umplanung wegen Eilaufträgen
• Erstellen der Einsatzpläne des Instand-
haltungspersonals gemäß Qualifikation
• Erstellen der Wartungspläne gemäß Instand haltungsstrategien (Zeit, Stückzahl, erbrachte
Leistung etc.)
• Kommissionierung hochwertiger Materialien
Werkzeuge zur Einlastung müssen in der Lage sein, einzelne Fertigungsaufträge an mehrere Arbeitsplätze zu verteilen (z. B. wenn diese
gleichwertig sind), aber Aufträge auch gezielt bestimmten Fertigungs- oder Montageplätzen zuzuweisen (z. B. wenn nur diese bestimmte
Voraussetzungen erfüllen). Beispiele für wesentliche Aufgaben sind
• Zuweisen von Fertigungsaufträgen zu Maschinen und Anlagen (Umformen, Schneiden, Schweißen, Bohren, Fräsen etc.)
• Zuweisen von Montageaufträgen (Zusammenbau, Befüllen, Reinigen etc.)
• Zuweisung von Fertigungsaufträgen
gemäß Prüfstrategien zu
• Funktionsprüfungen
• Materialprüfungen
• Prüfungen der Maßhaltigkeit
• Zuweisung von Prüfaufträgen zur
Kalibrierungen von Werkzeugen
• Zuweisen der Aufträge für Wartung und
Instandhaltung von Maschinen und Montageeinrichtungen
• Aus- und Einlagerungen
• Kommissionierung
• Zustandsanzeigen für Produktionsmengen
• Überwachen von Soll- und Ist-Mengen
• Arbeitsvorräte
• Überwachen und Steuern von Prozessdaten (Druck, Strom, Temperatur etc.)
• Abarbeitungsreihenfolgen
• Übermittlung elektronischer Arbeitsanweisungen (Wort, Bild)
• Engpassmanagement (Material, Betriebsmittel, Personal)
• Überwachung von Qualitätsdaten
• elektronische Übermittlung von
Prüfanweisungen
• Anweisung zur Sperrung bzw. Freigabe
von Materialien
• Reklamationsmanagement
• Schadensmanagement
• Überwachen von Instandhaltungsaufträgen
• Überwachen von Mehr- und Minderleistungen
• Übermitteln der benötigten Instandhaltungs-
anweisungen
• Anweisungen zur Materialentnahme
• Anweisungen zur Zusammenstellung auftrags bezogener Materialbedarfe (Kommissionierung)
• Überwachen von Materialbeständen an Maschinen
und Montageplätzen
• Reichweitenberechnungen
• Materialrücknahmen
• manuelle oder maschinelle Erfassung von Stückzahlen (BDE, MDE)
• Erfassung von Seriennummern und ggf. deren Zuordnung zu übergeordneten Komponenten (BDE)
• Ermittlung des Zustandes/Fortschritts von Produktionsaufträgen
• Produktions- und Ausschussmengen
• Prozessparameter
• Stillstandszeiten (Störung, Pause)
• Störungen
• Aufzeichnung von Maschinen- und Personalzeiten
• Messen von Prozessparametern (MDE)
• Manuelle Ermittlung von Qualitätsdaten per Stichproben (Maße, Gewichte, Festigkeiten, Materialeigenschaften etc)
• Störarten, Schadensbilder
• Instandsetzungszeiten
• Ersatzteile
• Personalbedarf
• Wartungshilfsmittel
• Verbrauchsmaterialien
• Instandsetzungszeiten
• Materialbewegungen (Ein- und Auslagerungen)
• Leerguterfassung
• Rückläufer
• Erfassen von Seriennummern (bei komplexen,
sicherheitsrelevanten oder hochwertigen Bauteilen)
• Bearbeitungszustand, Grad der Fertigstellung
• Materialeinsatz
• Energieeinsatz
• Personaleinsatz
• Lagerort
• Weg des Auftrags durch die Produktion
• Lokalisierung von Produktionsaufträgen (beispielsweise bei großen Anlagen, externen Produktionsstätten u.ä.)
• Prüfdaten produzierter Güter
• Prozessparameter
• Kalibrierungs- und Verschleißdaten
• Art der Wartungsarbeiten
• eingesetzes Instandhaltungsmaterial
• Arbeitszeiten
• Lagerbewegungen Material
• Materialbestände
• Komponenten mit Serien- oder Chargennummern
• Personal
Zur Erschließung von Verbesserungs- und Optimierungspotentialen erfolgen
• auftragsbezogene Auswertungen hinsichtlich Verweilzeit in der Produktion, Materialeinsatz, Personaleinsatz, Kosten,
Gesamtproduktionszeit inkl. Transport und Lagerzeiten
• maschinen- oder arbeitsplatzbezogene Auswertungen wie Durchsatz, Gut-/Schlechtteile, Erfüllung der Vorgaben, Wartezeiten etc.
• übergreifende Auswertungen (Fertigungsbereiche, Fabriken)
• Erzeugen von Kennwerten (KPIs)
• Erzeugen von Kenndaten bezogen auf die produzierten Güter
• Kenndaten bezogen auf Prozessparameter und Kalibrierungswerte
• Verknüpfung produkt- und prozessbezogener Daten zur Fertigungsoptimierung
• Prüfparameter und -ergebnisse
• effektive Anlagenverfügbarkeit
• Stillstandszeiten (geplante und ungeplante
Stillstände)
• Verschleiß- und Zuverlässigkeitsanalysen
• Instandhaltungskosten (Material, Personal,
Energie)
• Ermittlung von Kosten des gebundenen Kapitals
• Lagerumschläge in Relation zur Produktion
• Beschaffungs- bzw. Vorlaufzeiten
• Liefertreue (Termin, Menge)
Ausführungs
management
Einplanung
Feinplanung
Spezifikations
management
Ressourcen
management
• Einsatzplanung von Mess- und
Prüfeinrichtungen
Datenerfassung
Instandhaltung
• Einsatzplanung des Personals
• Einsatzplanung von Produktionsmitteln (Maschinen / Anlagen, Montageeinrichtungen und -bereiche)
• Aufteilung oder Sequenzierung von Produktionsaufträgen auf Maschinen und Montageplätze (PPS)
• Materialbereitstellung für Verarbeitung und Montage
Analyse
Aktivitäten
Qualität
Verfolgung
Produktion
Tabelle 7: MES-Module für die Aktivitäten im Maschinen-/Anlagenbau (Einzelfertiger) gemäß Prozessmodell
56
57
5
5.7 Papier / Metall
5.7
d)die Einhaltung der Zulieferzeiten, da die Produkte oft Zwischenprodukte (Halbprodukte) für die
weitere Verarbeitung sind.
e)die Anpassung der Kundenaufträge. Beispielsweise kann ein Kunde eine Menge von 10 Tonnen
A4-Blätter bestellen, mit einer Mutterrolle und bestimmten Eigenschaften als „Rohstoff“. In der
Papierherstellung ist die dazugehörige Schnittplanung in Bezug auf eine effektive Ausnutzung kritisch. In der Stahlproduktion spielt entsprechend das heat / slab design eine zentrale Rolle.
f) die Planung hinsichtlich der Instandhaltung, der Beschaffung oder aber auch der Bereitstellung von
nötigen Komponenten, z. B. Hülsen mit den richtigen Dimensionen vor dem Schnittverfahren.
g)die enge Abstimmung der Planung mit anderen Aufgaben, wie z. B. der Verschnitt- oder Lager
optimierung.
h) die Informationen über die Leistungsfähigkeit der Produktion (Bild 15).
Papier- und Metallprodukte werden in komplexen Prozessen hergestellt, die viele der üblichen MESFunktionalitäten erfordern. Die Produktion erfolgt typischerweise in mehreren Produktionsschritten,
zwischen denen das Material gelagert und transportiert wird, so dass die Inventur eine wichtige Rolle
spielt. Die Fertigungsprozesse sind von hybrider Natur: Die Prozesse zu Beginn sind zeitlich kontinuierlich (z. B. Zellstoffproduktion, Metallvorverarbeitung), dann folgen Batch- bzw. Kampagnenprozesse
(Stoffaufbereitung im Papierbereich, Gießereien), bis schließlich hin zu mehr chargenorientierten, diskreten Prozessen mit trennenden (im Gegensatz zu zusammenfügenden) Produktionsschritten.
Charakteristisch für die Prozesse sind hohe Produktionskosten und Produktionsvolumina. Die Produkte
sind oft Zwischenprodukte (Halbprodukte) für die weitere Verarbeitung; daher ist die Einhaltung der
Zulieferzeiten entscheidend. Wegen der zeitlich anspruchsvollen Produktionsketten sind Prognosen
wichtig für die Schwerindustrie (Kampagnenplanung). Enterprise Resource Planning (ERP)-Systeme,
externe Planungsmodule oder MES-interne Komponenten werden für die Block- bzw. Grobplanung verwendet. Dies stellt auch besondere Herausforderungen an ein MES, das die verschiedenen Ablaufschritte
teilweise koordinieren muss. In diesem Kapitel liegt der Hauptfokus auf den ersten Produktionsschritten,
d.h. in einer Papierfabrik bei den Aktivitäten der Papiermaschine bis zur Verpackung der Papierrollen
und in der Metallindustrie beim Schmelzwerk.
a)die Prüfung, ob das Material vorhanden und ob der Anlagenzustand in
Ordnung bzw. verfügbar ist, sowie die Vorbereitung der erforderlichen
Komponenten.
b) die Vorbereitung von Produktwechseln sowie die dazugehörige Ausrüstung.
c) den Transport von Material (Hülsen, Verpackung, Schrott), das Leeren von
Kübeln und Mulden und die Standardreinigung.
d) die Sicherstellung, dass die benötigten Ressourcen verfügbar sind und die
Arbeitsverteilung stimmt.
e) die Analysen der laufenden Qualität (Profile, Trends, Probleme) und anderer
Eigenschaften sowie mögliche Anpassungen der Feinplanung.
Die Kundenaufträge laufen über die IT-Infrastruktur in die Systeme der Ebene 4 ein und werden beispielsweise in einem ERP-System zusammengeführt. Aus dieser Vorgabe werden größere Produktions
mengen innerhalb einer Sorte gesammelt, z. B. die Produktionsvolumina für eine Woche, um eine effiziente und wirtschaftlich sinnvolle Produktionskapazität zu erreichen. Weil die Kosten für die Umrüstung
oft erheblich sind, sind unnötige Produktwechsel (Sortenwechsel) nicht gewünscht. Deshalb werden ein
MES oder ein manuelles Planungsverfahren benutzt, um die Kundenaufträge mittels Produktionsaufträgen
zu erfüllen.
Die Produktion läuft häufig in Kampagnen, um teure Umrüstungszeiten bei der Papiermaschine oder im
Stahlwerk zu minimieren und um die Produktivität zu optimieren. Innerhalb einer Kampagne wird eine
bestimmte Qualität (Sorte) produziert und die einzelnen Produkte entstehen, z. B. in der Papierherstellung,
erst nach dem nachfolgenden Schnittverfahren. Durch dieses Verfahren werden die gewünschten
Produkte wie Rollen oder Blätter in verschiedenen Dimensionen erreicht und die Papiere mit eventuellen
Zusatzstoffen beschichtet, um besondere Eigenschaften zu erzielen.
a) die Festlegung der Produkteigenschaften mittels Lagerhaltungsnummern (der im Lager vorhandenen
Artikel) anstelle von (eindeutigen) Materialnummern. Diese Vorgehensweise ist bei der Bearbeitung
von Kundenaufträgen in beiden Branchen anwendbar.
b) die Prognosen hinsichtlich der Kampagnenplanung (insbesondere in der Schwerindustrie).
c) die erforderliche Abstimmung der Aufträge mit den Kapazitäten (Kundenaufträge ↔ mehrere Pro
duktionsaufträge), da die Produktion in mehreren Schritten / Abschnitten erfolgt. Hier muss auch der
jeweilige Zwischen-Lagerbestand berücksichtigt werden.
P apie r / M etall
Bild 15: Informationen zur Leistungs-
fähigkeit der Produktion (OEE)
a)die Überwachung des Prozesszustands. Für Industrien mit komplexen
Prozessen ist die Fertigungskontrolle extrem wichtig: Im Walzwerk gibt es
verschiedene Temperatur- und Druckregler und in Papiermaschinen werden
zum Beispiel Flächenmasse, Feuchtigkeit und Papierdicke kontinuierlich
gemessen und in Längs- und Querrichtung geregelt.
b) die frühzeitige Erkennung von eventuellen Störungen und eine Unterstützung bei der automatischen
Datenanalyse.
c)die Qualitätsüberwachung durch verschiedene Sensoren (online und offline), wobei dutzende
Qualitätsmerkmale geprüft werden können. Für das Labor werden Proben gesammelt und Tests
durchgeführt.
d) die Verfolgung, Sammlung und Analyse von Material-, Emissions- und Energieverbrauchsdaten.
e)die Komplettierung computergestützter Planungs- und Steuerungssysteme durch manuelle
Interaktion.
f) die Freigabe von Prozessschritten durch das Bedienpersonal bei fehlender Integrationsplattform.
g) die innerbetrieblichen Materialtransporte mittels Kran und Gabelstapler.
h)die Zusammenstellung der Qualitätsdokumente für jeden Kundenauftrag und die Zuordnung aller
Dokumente für die Auslieferung.
a) die automatisierten Qualitätskontrollsysteme mit sehr komplexer Messtechnologie (extreme Tempera
turen, Geschwindigkeiten etc.) sowie zugehörige schnelle PIMS / LIMS.
b)die Verfügbarkeit der Materialeigenschaften und -besonderheiten. Diese müssen direkt nach der
Produktion vorliegen, weil Qualitätsdokumente oft mitgeliefert werden.
c) den Vergleich von vielen Qualitätseigenschaften mit den zugehörigen Kundenanforderungen und
eventuelle Maßnahmen zum Ausschuss oder zur Weiterverarbeitung der Produkte.
Sowohl die Papier- als auch die Metallherstellung sind sehr massenintensive Produktionsprozesse.
Beispielsweise werden auf eine Papiermaschine bei einer Geschwindigkeit von 100 km / h, einer Papier
in)
breite von 8 m und einem Gewicht von 100 g /m
2 pro Stunde 80 Tonnen Papier (oder etwa 1,3 t /m
hergestellt. Eine typische Stahlbramme wiegt etwa 15 Tonnen. Die typischen Chargengrößen umfassen
hier 120 bis 150 Tonnen. Der typische Durchsatz einer Stahlfabrik liegt bei 50 bis 100 t / h. Dadurch
werden etwa 40.000 bis 200.000 Euro Produktwert stündlich produziert. Weil die Produktionsprozesse
in beiden Industriezweigen außerdem sehr energieintensiv sind, spielt ein gut funktionierendes MES
eine zentrale Rolle.
58
59
5
5.7
P apie r / M etall
Bereiche
Lagerhaltung
Überwachung des Zustands der Produktions
ressourcen (Asset Management)
• Informationen über die Leistungsfähigkeit
der einzelnen Produktionseinheiten
• Asset Management- Module; Bereitstellung von Informationen für die zustandsabhängige Inspektion und Wartung (Predictive Maintenance)
• Verbindung zum Ausführungsmanagement und zur Datenerfassung: Anlagenüberwachung für Betriebsstörungen und zur Diagnose
• enge Abstimmung zwischen Instandhaltung sowie der Produktions- und Fertigungsplanung
Lagerbestandskontrolle
• Berichte über Ausgleich und Verluste zur
Produktkostenberechnung.
• Fertigungsbereich ist Teil der
Warenbestandskapazität
Verwaltung von Produktinformation
• Herstellungsregeln, Rezepte, Standard Operating Procedures (SOP), Standard Operating Conditions (SOC)
• Nutzung von Regeln zur Produktherstellung (insbesondere in der Metallherstellung)
• Sammlung von Regeln oft in Datenbanken; Änderungen nur durch berechtigtes Personal möglich (Rezeptverwaltung)
Spezifikation der Qualität und Prozeduren
für die Qualitätsprüfung
• Prüfmethoden und -vorschriften
• Definition der Produktqualität durch
verschiedene kundenspezifische Merkmale
Verwaltung
• Einhaltung besonderer Vorgehensweisen und Wartungsintervalle, die auch bei der Produktion berücksichtigt werden müssen
Definition und Verwaltung
• Lager- und Transportanweisungen für Materialien
• Lagerbestand
Generierung von detaillierten und plausiblen Produktionsplänen
• Maschinenbelegung und Reihenfolge bei der Produktion im Rahmen der Spezifikationen
• Verschnittoptimierung in der Papierindustrie sowie Kampagnenplanung für die Produktion von Papier & Zellstoff sowie für Metalle
• Schnittstelle zum ERP-System zur Übertragung von Prozessaufträgen aus dem ERP-System
• manuelles Verfahren zur Bewertung und Änderung der optimierten Produktionsfeinplanung
-z. B. Schnittplanänderungen, Gruppierung von Aufträgen
- Verschiebung und Bearbeitung von Kundenaufträgen
• Hinweis auf Ressourcen- und Materialengpässe zum geplanten Zeitpunkt
Planung
• erforderliche Qualitätsmaßnahmen
(Analysen, Prüfungen etc.)
• erforderliche Analysen
Verwaltung von Instandhaltungsaufträgen
• enge Integration von Instandhaltungsarbeiten
und anderer Wartungsaufgaben mit der
Feinplanung, um Kapazitätsengpässe zu vermeiden
Verwaltung von
• Zwischenlagerstand
• Transporten
• Freigabe von Materialien
Der Lagerbestand spielt eine wichtige Rolle bei
Prozessen mit mehreren Produktionsschritten:
Entschieden wird, ob ein Zwischenprodukt
vorhanden ist oder produziert werden muss
Ausgabe von Arbeitsaufträgen
• durch Akzeptanz eines gewählten Produktionsplans Bekanntgabe des Arbeitsauftrags in der Fabrikebene
• letzte Entscheidungen hinsichtlich der Produktionsanlagen und -schritte
• manuelle Korrekturverfahren wenn nötig (kurzfristige Änderungen oder nicht automatisierte Schritte)
• Koordination der gesamten Produktionsabläufe
Auftragszuweisung
• der Prüfaufträge
Ausgabe von
• geplanten Instandhaltungsaufträgen an
die zugehörigen Gewerke
Auftragszuweisung
• Übergabe von Aufträgen zur Bestandsermittlung
• Verwaltung notwendiger Transportvorgänge
Ausführungsmanagement bzw. Verfolgung des Produktionsablaufs
• Statusanzeige des realen bzgl. des geplanten Zustands, Alarme bei Abweichungen
• Funktionen der Fertigungskontrolle insbesondere für Industrien mit komplexen und schnellen Prozessen, z. B.
- Die Kontrolle der Zellstoffmischung und des Trockenbereichs der Papiermaschine
- Materialabrisse, die ein Problem für rollende Prozesse darstellen
• Einhaltung der Umwelt- und Sicherheitsbeschränkungen
• Vorausschätzung der benötigten Material- und Energiemengen zur Durchführung des Produktionsplanes
Durchführung von Qualitätsprüfungen
• Überwachung von Produkteigenschaften
bzw. Toleranzen
Überwachung und Durchführung von
Instandhaltungsaufträgen
• Weiterleitung von unerwarteten Ereignissen
an die Feinplanung
Überprüfung und Überwachung
• von Lager- und Transportvorschriften,
• von Statusberichten
• der Abrechnung des Lagerbestands
• Übertragung der Analysedaten des LIMS und QCS in die Chargendaten im MES an die Produktdokumentation
• Auswertung und Weitervermittlung von Sensorwerten und Statusinformationen
Qualitätsüberwachung
• Datenbearbeitung (Berechnungen, Rapporte) und Datenbankverwaltung
• Datenvermittlung zu anderen
MES-Komponenten
Die Komplexität und der Umfang dieser
Qualitätsmodule können stark variieren
Verwaltung
• Instandhaltungshistorie mit den zugehörigen
Anlagenbaugruppen / -komponenten
• Zustand der in Instandhaltung befindlichen
Komponenten
• Ausfallzeit
• erforderlich gewesene Ressourcen
(Personal- und Ersatzteilaufwand, Kosten)
Beschaffung und Auswertung
• Lageraktivitäten, -bestände und -bedingungen
• erforderlich gewesene Aufwände hinsichtlich Lager
und Transport
Verfolgung von Produktionszielen und Qualität
• Analyse von zeitlichen Abweichungen
• KPIs (Material, Energie, Produktionskosten, Emissionen)
Erfassung von Qualitätsdaten
• Sammlung von qualitätsrelevanten
Abweichungen (Zeit, Werte, Maschine, Schlüsseldaten)
• Analyse und Reporting von Störungen
(historische Datenbanken)
Verfolgung von geplanten und erledigten
Instandhaltungsaufträgen
• Vorbereitung der Instandhaltungsprozesse durch Daten der Produktionsanalyse
• Prüfung des Gerätezustands für die geplanten Instandhaltungsaufträge
Erfassung der Lagerbenutzung
• Lagerpositionen, Produkte, Transportverläufe
• Registrierung von RFID und Barcodes für eine
spätere Nachverfolgung
Produktionsanalyse
• Zykluszeiten von Produktionsanlagen (bei der Produktionsplanung werden statistische Werte benutzt)
• Auslastung, Leistung und Effektivität von Prozeduren
• Berechnungen von Key Performance Indicators (KPIs)
Qualitätsüberwachung, Auswertung und
Dokumentation von
• qualitätsrelevanten Abweichungen
• Papier & Zellstoff: Online-Messgeräte QCS (Quality Control Systems), visuelle Analyse
WIS (Web Imaging Systems) und
Laboruntersuchungen
• Metallen: Analyse von Brammenqualität (Oberfläche), chemische Zusammensetzung
Festlegung
• optimale Instandhaltungsstrategie
• Return on Assets (ROA)
• Instandhaltungsmessgrößen für weitere
Optimierungen
Verwaltung der
• Lageranalyse bzgl. Lagereffektivität und
Ressourcennutzung
• Übersicht von Lieferqualität, Lagerverlusten
und Materialbewegungen
• Feststellung von Lagerindikatoren
Spezifikations
management
Verwaltung
• der Prüfgeräte und -mittel
Feinplanung
Instandhaltung
Materialbestandsverwaltung
• Verknüpfung mit der umgebenden Fertigungskette (Walzwerk, Verarbeitung, etc.), um einen problemlosen Materialfluss sicherzustellen
• Verbindung zum Tracking: Wie ist der aktuelle Materialbestand?
• komplexe MES und CPM-Systeme (bestehen aus mehreren Lösungen), anspruchsvolle Handhabung der Schnittstellen zwischen
den Anwendungen
• ATP (Available-to-Promise)- und CTP (Capable-to-Promise)-Checks
• flexible Anpassung der Personalplanung an die Produktion. Zum Beispiel sind die Papiermaschinen nur von speziell ausgebildetem Personal zu betreuen
• ständige und aktuell einzuhaltende Sicherheitsanweisungen (sind wichtig für jeden Schwerindustrieprozess)
Einbindung der Personalverwaltung als Bestandteil eines ERP-Systems
Analyse
Verfolgung
Datenerfassung
Ausführungs
management
Aktivitäten
Qualität
Einplanung
Produktion
Tabelle 8: MES-Module für die Aktivitäten bei der Papier- und Metallproduktion gemäß Prozessmodell
60
61
6 W esentliche G emeinsamkeiten und U nte r schiede zwischen den M E S - A nwendungen in de r
P r o zess - und F e r tigungsindust r ie
6 Wesentliche Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen den
MES-Anwendungen in der Prozess- und Fertigungsindustrie
An moderne und leistungsfähige Betriebsführungskonzepte werden immer vielfältigere Anforderungen
gestellt. Diese Betriebsführungskonzepte müssen sehr flexibel mit den unterschiedlichsten Heraus
forderungen umgehen können. Hierzu zählen z. B. Veränderungen hinsichtlich der Kundenanforderungen
oder aber auch in den Beschaffungsmärkten.
Derartige Veränderungen können unmittelbaren und sehr kurzfristigen Einfluss auf die tagesaktuelle
Produktionsplanung sowie auf die Steuerung der zugehörigen Produktionsaufträge nehmen. Im Ver
gleich zu früher sind in der Prozessindustrie An- und Abfahrprozeduren sowie Produkt- und Lastwechsel
häufiger geworden. Auch in der Fertigungsindustrie sind tendenziell kleinere Losgrößen zu beobachten,
begleitet von zunehmenden Produktwechseln und einer höheren Anzahl an Produktvarianten.
Die Beherrschung dieser Herausforderungen ist Grundvoraussetzung, um sowohl in der Prozess- als auch
in der Fertigungsindustrie die eigene Wettbewerbsfähigkeit auszubauen und somit in einer globalisierten Wirtschaft bestehen zu können.
Obwohl in beiden Bereichen vielfältige spezifische Lösungen zu jeweils spezifischen Problemstellungen
anzutreffen sind, lassen sich neben der grundsätzlich vergleichbaren MES-Aufgabe weitere strukturelle
Analogien zu vielen Aspekten aufzeigen, die auch zu übergreifenden Lösungsansätzen führen können.
Die gegenseitige Kenntnis von gemeinsamen und unterscheidenden Merkmalen sollte hierzu einen
Beitrag leisten und helfen, die Trennlinien zwischen den Branchen abzubauen. Vor allem in hybriden
Produktionsbetrieben kann dies von direktem Nutzen sein.
Im nachfolgenden Kapitel werden unmittelbar ersichtliche Gemeinsamkeiten sowie strukturelle
Analogien der Bereiche aufgezeigt, während das daran anschließende Kapitel markante Unter
scheidungsmerkmale hervorhebt.
6.1 Gemeinsamkeiten
Beiden Industriebereichen ist gemeinsam, dass meist noch eine Vielzahl von Unzulänglichkeiten in der
Abstimmung benachbarter Geschäftsprozesse einer dynamischen, effizienten Betriebsführung und
damit einem durchgängigen Informationsfluss entgegenstehen.
Als wichtige Ursachen derartiger Informationsbarrieren sind in fast allen Branchen oft noch anzutreffen:
• Zu geringe Vernetzung der MES-Anwendungen mit der Betriebsumgebung. Die Konsequenz resultiert
in einer nicht ausreichenden Datenbasis als Entscheidungs- und Steuerungsgrundlage.
• Nicht ausreichende Aktualität der Informationen.
• Zuordnungsfehler zwischen dem übergeordneten ERP-System und den MES-Anwendungen als Folge
verschiedener Datenstrukturen und der unterschiedlichen Detaillierungstiefe von Informationen.
• Mangel an geeigneten Werkzeugen, um die Informationslücken in den Steuerungsmechanismen
einer marktorientierten Fertigung zu schließen.
Auch wenn die Fertigungsorganisationen in den Firmen beider Industriebereiche sehr unterschiedlich
ausgeprägt sind, weisen diese hinsichtlich ihrer betriebswirtschaftlichen Ziele dennoch eine Fülle von
Gemeinsamkeiten auf:
• Effizienter Rohstoff- und Energieeinsatz
• Minimierung der Produktionsausfälle
• Verbesserung der Anlagennutzung
• Beherrschung einer hohen Produktvielfalt
• Konstante und hohe Produktqualität.
Moderne MES müssen somit in allen Marktsegmenten und Branchen die vertikale und horizontale
Integration in Echtzeit und im direkten Einklang mit den benachbarten Systemen ermöglichen. Vor
diesem Hintergrund ist es in Prozess- und Fertigungsindustrie gleichermaßen erforderlich, dass die MESAnwendungen sowohl die Aufgaben eines Planungs- und Überwachungs- als auch eines Kommunikationswerkzeuges für die effiziente Gestaltung und Ausführung von Produktionsaufträgen erfüllen.
62
6
W esentliche G emeinsamkeiten und U nte r schiede zwischen den M E S - A nwendungen in de r
In der kontinuierlichen Fertigung wird die Produktion meist in Batch- oder Semi-Batch-Fahrweise betrieben. Der Batch-Betrieb in der Prozessindustrie kann als Äquivalent zur Stückgutfertigung angesehen
werden. Oft besteht die Produktionsanlage hier aus miteinander vernetzten Fertigungsbereichen, die
auch entkoppelt voneinander betrieben werden können. Dies entspricht in der Fertigungsindustrie den
Produktionsinseln, deren Wechselwirkungen abhängig vom zu fertigenden Produkt ebenfalls mehr oder
weniger stark ausgeprägt sind. In allen Fällen müssen die Produktdurchläufe der jeweiligen Bereiche
aufeinander abgestimmt und miteinander synchronisiert werden.
Prozessleitsysteme mit einer integrierten Rezeptfahrweise koordinieren die entsprechenden Arbeitsabläufe
auf Basis sogenannter Grund- bzw. Steuerrezepte. Diese Rezepte enthalten die zugehörigen Ablauf
prozeduren und Produktionsparameter, die für die Umwandlung der Rohstoffe in Produkte erforderlich
sind. Weiterhin sorgen die Rezeptvorgaben dafür, dass der Produktionsprozess innerhalb der spezifizierten Toleranzen betrieben wird.
Rezepte können auch auf Steuerungsebene (PLS) verwaltet und ausgeführt werden. Bindet man solche
„intelligenten“ Subsysteme in das MES-Szenario ein, wird die ausführende Intelligenz nicht mehr vorwiegend in der MES-Anwendung, sondern zum überwiegenden Teil auf der Ebene der Anlagensteuerung
betrieben.
Das Prinzip der verteilten Intelligenz hat den Vorteil, dass eine gewisse Unabhängigkeit von der MESAnwendung besteht. Sollte das MES einmal ausfallen, kann trotzdem in den angeschlossenen
Herstellbereichen weiter produziert werden.
Auch hierzu gibt es eine Entsprechung in der Fertigungsindustrie. In hochautomatisierten, flexiblen
Roboterfertigungsstraßen werden die jeweiligen Programmvarianten für die Bahn-, Handhabungs-,
Montage- oder Schweißabläufe produktbezogen von den Robotersteuerungen verwaltet.
Für die Dokumentation in Batch-Prozessen werden meist nur ausgewählte Kurvenabschnitte verwendet, die
im Rahmen einer Charge entstanden sind (z. B. um sie in einen zugehörigen Chargenreport einzufügen).
Die Herausforderung für die MES-Anwendungen in der Prozessindustrie besteht an dieser Stelle darin, die
kontinuierlichen Aufzeichnungen in zeitdiskrete, der Charge zugeordnete Darstellungen zu transferieren.
Für diese Funktionalität ist eine Verknüpfung mit dem Rezeptmodul des PLS erforderlich, damit die zeitlichen Ereignisse einer Charge mit den entsprechenden Trenddaten kombiniert werden können.
Mit dieser Verknüpfung wird sowohl die Herstellungshistorie lückenlos protokolliert als auch die
Chargenrückverfolgung eines Produktes ermöglicht. Systemeingriffe aber auch Änderungen an den
Arbeitsabläufen, den Rezepten sowie den Chargenreports werden somit vollständig, reproduzierbar und
fälschungssicher dokumentiert.
Diese Funktion ist in Pharma-Anlagen durch die FDA-Vorschrift 21 CFR Part 11 [5], [6] zwingend vorgeschrieben und in der Lebensmittelindustrie in etwas abgeschwächter Form ebenso erforderlich.
In der Fertigungsindustrie besteht das Analogon
hierfür im Product-Lifecycle-Management (PLM).
Mit diesen Systemen werden Daten von sicherheitsrelevanten Komponenten erfasst und weit über die
Produktionsgrenzen hinaus verfolgt. Beispiele hierfür sind Airbags, Bremsen oder Motorsteuerungen.
Verfolgung über Produktionsgrenzen hinweg heißt,
dass für eine Komponente die wichtigsten Produk
tionsdaten mit einer eindeutigen Seriennummer
oder mindestens mit einem Fertigungslos verknüpft
werden. Im Montageprozess wird dann diese
Komponente mit dem übergeordneten Bauteil und
schlussendlich mit dem Endprodukt zusammengeführt und inklusive Auslieferungsdaten in einer
Produktakte geführt. Handlungsanweisungen bzw.
Vorschriften sind hierbei zu beachten.
63
6 W esentliche G emeinsamkeiten und U nte r schiede zwischen den M E S - A nwendungen in de r
Eine große und gemeinsame Herausforderung besteht nach wie vor in einem durchgängigen Engineering
und Design zwischen den beteiligten Automatisierungsebenen nach dem Prinzip „Single point of information“. Dies gilt sowohl für die Prozess- als auch für die Fertigungsindustrie.
6.2 Unterschiede
Hinsichtlich der Unterschiede in den Industriebranchen fällt auf, dass die Fertigungsindustrie meist
durch eine deutlich höhere Produkten- und Variantenvielfalt gekennzeichnet ist.
Hieraus ergeben sich entsprechende Anforderungen an die MES-Anwendungen, insbesondere bei der
Produktionsplanung sowie bei der Steuerung von Fertigungsaufträgen und Teilaufträgen. Die Zwischenund Endprodukte in der Fertigungsindustrie werden häufig aus einer hohen Anzahl von Einzelkomponenten
zusammengefügt. Weiterhin ist der Herstellprozess in diesem Industriezweig eher durch stark verkettete
Anlagen mit wenigen Zwischenpuffern gekennzeichnet. Aus diesen Gründen werden MES-Anwendungen
in der Fertigungsindustrie oft auch zur Steuerung verketteter Produktionsschritte verwendet.
Diese Merkmale der Fertigungsindustrie setzen daher die wirksame Beherrschung einer anspruchsvollen
Versorgungskette voraus. MES-Anwendungen müssen hier im Vergleich höheren Anforderungen hinsichtlich der Aktualität, Vollständigkeit, Konsistenz und Geschwindigkeit von Datenmengen gerecht
werden.
In Fertigungsanlagen sind häufig viele Anlagenbereiche unterschiedlicher Hersteller anzutreffen, die
nicht selten auch eine heterogene DV- und MES-Landschaft mit sich bringen. Übergeordnete, insbesondere bereichsübergreifende Leitsysteme haben sich in der Fertigungsindustrie im Gegensatz zur
Prozessindustrie weniger durchgesetzt.
Die in der diskreten Fertigung üblichen Stücklisten und Fertigungspläne eignen sich in der Prozess
industrie meist weniger für die vollständige Abbildung und Modellierung der dort vorherrschenden
Arbeitsabläufe.
Die MES-Anwendung in der Prozessindustrie muss hingegen in der Lage sein, Struktur und Parameter
der Rezepte aus den angeschlossenen Zielsystemen als Stammdaten, aber auch als Bewegungsdaten für
die Steuerung und Dokumentation von Produktionsaufträgen zu erfassen und in geeigneten
Datenbankstrukturen abzuspeichern.
In der Prozessindustrie werden die Herstellvorschriften (d.h. die Grundrezepte) nicht im ERP-System
definiert, wie dies häufig in der diskreten Fertigung praktiziert wird, sondern im Rezeptmodul des MES
oder PLS. Die Grundrezepte selbst müssen sehr speziellen Test- und Validierungsprozeduren unterzogen
werden, bevor sie für den Herstellprozess freigegeben werden dürfen. Die letztgenannten Aspekte sind
insbesondere in der Pharma-, aber auch in der Lebensmittelindustrie von überragender Bedeutung für
die Gewährleistung der Produktsicherheit.
Die meisten Messwerte in der Prozess
industrie werden kontinuierlich in Mess
wertkurven bzw. Trends erfasst und archiviert. Die Archivierungszeiträume erstrecken
sich in der betrieblichen Praxis meist über
Jahre. Da die Messwerte und somit die
Kurvendarstellungen sich sehr schnell
ändern können, muss die Archivierung entsprechend robust ausgelegt sein. StandardSQL-Datenbanken sind in diesem Umfeld
wegen ihrer geringen Performance weniger
geeignet. Deshalb kommen hier spezielle
Datenbanken zum Einsatz, die sich für die
Verarbeitung großer, sich schnell ändernder
Messwerte eignen und spezielle Algorithmen
zur Komprimierung und Reduzierung der
erfassten Datenmengen nutzen.
64
7
V o r gehen bei M E S - P r o jekten – H inweise aus de r P r a x is
7 Vorgehen bei MES-Projekten – Hinweise aus der Praxis
In diesem Kapitel sind einige Hinweise und Empfehlungen zusammengestellt, die sich in der Praxis bei
der Einführung von MES bewährt haben. Es handelt sich dabei um Anregungen und Bedenkenswertes
und ersetzt keinesfalls die für Software-Projekte üblichen und etablierten Vorgehensweisen.
Grundsätzlich sei an dieser Stelle festgehalten, dass es sich bei Manufacturing Execution Systems um
IT-Werkzeuge handelt, die – ordentlich aufgestellt und eingeführt – effizient und umfassend zur Lösung
von Aufgabenstellungen in der Produktion beitragen. Wie für alle IT-Werkzeuge gilt: Sie sind keine
Problemlöser „per se“. Das heißt, nicht das Werkzeug löst Probleme oder schwierige Aufgabenstellungen,
sondern diese müssen in einer Analysephase für die künftigen IT-Werkzeuge praxisnah aufgearbeitet
und dann in einem Lastenheft niedergelegt werden.
Nachfolgend sind beispielhaft Zielvorgaben aufgeführt, wie man sie in jedem produzierenden
Unternehmen vorfindet. Schon ein Teil dieser Zielvorgaben kann zur Motivation für die Einführung von
MES beitragen.
Beispiele für Zielvorgaben
Einige typische Zielvorgaben, die den Einsatz von MES rechtfertigen, sind nachfolgend zusammengestellt ([2], Anhang B). Die Relevanz dieser Vorgaben ist stark abhängig von der jeweiligen Branche.
• Lieferzusicherungsfähigkeit (Availability / Capable to Promise):
Fähigkeit, kurzfristig Liefertermine und -mengen aus Lagerbeständen, Fertigungskapazitäten,
Rohmaterialbestand und -zugang zu ermitteln.
• Verkürzung von Durchlaufzeiten (Cycle Time Reduction):
Es gilt, aufgrund verfügbarer Informationen und Optimierungsstrategien die Produktion so zu organisieren und auf Störungen so zu reagieren, dass die Zeit zwischen Auftragseingang und Lieferung
minimiert und die Anlagenrendite (ROA, Return on Assets) dadurch erhöht wird.
• Senkung spezifischer Herstellkosten (Production Efficiency – Production Cost Savings):
Die Produktionskosten durch Ressourceneinsparungen (Rohstoffe / Material, Energie und Personal)
und ohne Qualitätseinbußen senken.
• Anlageneffizienz (Asset Efficiency):
Verfügbare Information so zusammenführen und aufbereiten, dass mit Hilfe von Optimierungsstrategien
die Produktion so organisiert und auf Störungen so reagiert werden kann, dass die Anlagenauslastung
maximiert und die Anlagenkosten minimiert werden. Damit erhöht sich die Anlagenrendite (ROA,
Return on Assets).
• Flexibilität (Agile Manufacturing):
Dafür sorgen, dass die Produktionsanlagen flexibel und zeitfolgeoptimiert betrieben werden, um mit
vorhandenen Anlagen möglichst viele Produkte herstellen zu können.
• Optimierung der Zulieferung (Supply Chain Optimization):
Es gilt die Lieferung von Einsatzstoffen und Zulieferteilen so zu organisieren, dass sie rechtzeitig und
zu minimalen Kosten für die Produktion zur Verfügung stehen.
• Qualität und Verfolgbarkeit (Quality & Traceability):
Verfügbare Information ausnutzen und aufbereiten, um die Qualität von Einsatzstoffen, Zulieferteilen
und Produkten nachweisen, deren Verwendung nachvollziehen und die Einhaltung behördlicher oder
sonstiger Auflagen sicherstellen zu können.
• Verlagerung der Entscheidungskompetenz (Operator Empowerment):
Verlagerung von Entscheidungskompetenz direkt auf die in der Produktion tätigen Mitarbeiter. Dazu
muss den Mitarbeitern die für die Entscheidungsfindung notwendigen Informationen aus übergeordneten Geschäftsbereichen zur Verfügung gestellt werden.
• Verbesserte Planung (Improved Planning):
Die Verbesserung der Produktionsplanung ist für alle Unternehmen eine immerwährende Auf
gabenstellung. Sie erfordert die kontinuierliche Rückmeldung über die Produktion, die verbrauchten
Ressourcen sowie die aktuellen Bestände.
65
7 V o r gehen bei M E S - P r o jekten – H inweise aus de r P r a x is
7
• Reduktion von Lagerbeständen (Inventory
Reduction):
Minimale Lagerbestände gelten als einer der
wichtigen Faktoren hinsichtlich Wettbewerbs
fähigkeit. Reduktion von Lagerbeständen
erfordern Prozessanpassungen in Logistik,
Lagerhaltung und Produktion. Eine Maßnahme
ist die Reduzierung von Durchlaufzeiten.
Begleitend dazu gilt es, die Material
bereit
stellung zu optimieren, z. B. durch lieferantengesteuerte Bestandsführung oder, intern, durch
eine bedarfsoptimierte Bevorratung mit Echt
zeitsicht auf die Kapazitäten im Produktionsund Fertigwarenlager.
MES: Projekte mit Vernetzungscharakter
Man würde nicht über Systeme reden, hätten MESLösungen nicht einen hochgradig vernetzenden
Charakter. Die Initiatoren eines solchen Projektes
(in der Regel die Führungsebene) sollten die mit
der Planung und später mit der Durchführung
Betrauten mit entsprechenden Befugnissen ausstatten, damit diese abteilungs-, bereichs- oder
sonst übergreifend im Unternehmen tätig werden
können.
Alle betroffenen Teile eines Unternehmens müssen verpflichtet werden, unterstützend beizutragen.
Wenn möglich, sollte die Einführung von MES beschränkt werden, d.h., nur ein Teilbereich oder wenige
Unternehmensteile hat / haben den Einführungsaufwand zu tragen. Danach folgt der „roll-out“ auf die
verbleibenden Unternehmensteile.
Das berühmte und zeitlich nie ganz abzugrenzende Warten, bis die Einführung abgeschlossen ist, birgt
die Gefahr, dass sich der roll-out sehr lange hinzieht. Hier gilt es, den Mut aufzubringen, ab einem
bestimmten Funktionsumfang die Folgeschritte einzuleiten.
MES unterstützen betriebliche Prozesse, und diese unterliegen ständigen Veränderungen (z. B. wegen
gelebter KVP), so dass ein Fertigsein nicht scharf zu bestimmen ist. Belohnt wird dieser Mut durch einen
schneller einsetzenden ROI.
MES-bezogene Aspekte bei Ist-Analyse und Sollvorgaben
Die Einführung von MES folgt der Vorgehensweise üblicher großer Software-Projekte. Entsprechend
lassen sich einschlägige etablierte Methodiken anwenden. Die Praxis zeigt jedoch (insbesondere bei
Unternehmen mittelständischer Prägung), dass die klassische Vorgehensweise bestehend aus
•
•
•
•
•
•
•
Prozess- und Bestandsanalyse,
Lastenheft,
Zielformulierung / -vorgaben,
Ausschreibung,
Lieferantenauswahl,
Pflichtenheft
Und Umsetzung
wesentlich pragmatischer gehandhabt wird. Die Budgetverantwortlichen haben meist eine grobe
Vorstellung darüber, ob man das Vorhaben mit einem „Vollsortimenter“ und damit einem verantwortlichen Lieferanten oder mit den jeweils besten Lösungen am Markt durchführen will. Letzteres bewirkt
nicht unerheblichen technischen und organisatorischen Organisationsaufwand für das Unternehmen.
Des Weiteren sollte nicht vergessen werden, alte Zöpfe abzuschneiden und Prozesse nach modernen
Gesichtspunkten zu gestalten, die häufig auch einen Standard oder defacto-Standard darstellen. Dabei
müssen MES-Produkte mit bestehenden IT- und Automatisierungskomponenten gekoppelt werden. Es ist
notwendig, dass die zum Einsatz kommenden Produkte mit den vorhandenen Systemen technisch kompatibel und so offen konzipiert sind, dass auch zukünftigen Erweiterungen durch Produkte anderer
Lieferanten nichts im Wege steht.
Nachstehend ist eine Reihe aufeinander aufbauender Schritte mit Hinweisen dargestellt, welche wichtigen Aspekte zu beachten sind:
Im Rahmen einer Analyse sind die relevanten Ist-Prozesse zu erfassen und zu dokumentieren:
• Prozessabläufe: Zu den bestehenden Geschäftsprozessen sind alle Interaktionen aufzunehmen und
zu beschreiben. Gibt es zu einem Geschäftsprozess unterschiedliche Varianten, sind diese entsprechend abzubilden.
• Dokumentation: Den Geschäftsprozessen sind die erforderlichen Dokumente (sowohl Papier- als auch
elektronische Dokumente) wie z. B. Arbeitsbeschreibungen, Stücklisten, Rückmeldeformulare etc.
zuzuordnen. Zusätzlich muss dokumentiert werden, wie die Daten zum Prozess erfasst werden.
• Beteiligte Systeme: Den Geschäftsprozessen sind die Interaktionen mit den beteiligten IT- und
Automatisierungskomponenten zuzuordnen (PCs, Scanner, SPS, PLS, Batch-Steuerung, Kopfstationen,
ERP-System etc.).
• Infrastruktur: Die vorhandene bzw. erforderliche Infrastruktur für Energie und Kommunikation
(Netzwerk, Terminals, Handhelds etc.) muss betrachtet werden.
Auf Basis der Prozessbeschreibung der Ist-Analyse und unter Beachtung der technischen und organisatorischen Randbedingungen des Unternehmens sind die Sollprozesse zu definieren:
• Standardisierung: Bei der Definition der Sollprozesse sollte soweit möglich eine Standardisierung
vergleichbarer Prozesse im Unternehmen durchgeführt oder allgemeingültige Standards zugrunde
gelegt werden.
• Beste Verfahren aus der Praxis (Best Practices): Die dokumentierten Prozesse sollten in Bezug auf in
der Praxis bewährte Verfahren und existierende Standards überprüft und ggf. angepasst werden.
• Automatisierung: Für die Sollprozesse ist zu prüfen, wie durch den Einsatz von Online-Datenerfassung
und -ausgabe die Prozesse sowie die Durchgängigkeit, Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit von
Informationen optimiert werden können.
Auf Basis der gefundenen und definierten Sollprozesse kann dann eine Evaluierungsmatrix für die
Ausschreibung erstellt werden. Auch hier gilt es, allgemeingültige und unternehmensspezifische
Standards mit einzubeziehen. Diese Evaluierungsmatrix könnte die folgenden Punkte umfassen:
• Liste der abzudeckenden Funktionen
• Integrationsplattform (z. B. Standards wie OPC, XML, B2MML etc.)
• Software-Plattformen (z. B. Betriebssystem, Datenbank, Entwicklungsumgebung etc.)
• Hardware-Konzept (Single Server, Cold / Hot Standby, Cluster etc.)
• Roll Out-Konzept
• Terminplan
• Systemverfügbarkeit
• Service und Support
• MES-Produkt-Roadmap (Updates / Upgrades)
• Preise (Hardware, Software, Dienstleistungen, Wartung etc.)
• Referenzen.
Selbstverständlich erheben die hier aufgezählten Punkte und Kriterien keinen Anspruch auf Voll
ständigkeit, sondern sollen als Orientierungshilfe dienen.
OPC
B2MML
66
Hot Standby
XML
Serv
67
7 V o r gehen bei M E S - P r o jekten – H inweise aus de r P r a x is
Lieferantenauswahl
Bei der Auswahl der Lieferanten sollte möglichst systematisch vorgegangen werden, auch für den Fall,
dass die Auswahl möglicher Lieferanten bereits durch vorgegebene Weichenstellungen durch die
Budgetverantwortlichen eingeschränkt wurde. Zur Strukturierung dieser komplexen Aufgabe wird
empfohlen, sich z. B. an dem Standard IEC 62264 zu orientieren. Das dort beschriebene Ebenenmodell
dient zur Ein- und Zuordnung der anzuschließenden Systeme, von der Automatisierungs- bis hin zur
ERP-Ebene.
Die identifizierten oder vorgegebenen Funktionsumfänge können beispielsweise anhand des dort aufgeführten Funktionenmodells eingeordnet und auf Vollständigkeit, Verbindungen zu benachbarten
Systemen oder Funktionskomplexen, erforderliche Datenflüsse etc. geprüft und ergänzt werden. Diese
Vorgehensweise hat den Vorteil, dass die Grundlagen für ein Lastenheft nicht erst projektspezifisch
erarbeitet werden müssen. Man erhält so ein herstellerneutrales, auf anerkannten Standards basierendes Dokument für die Lieferantenauswahl. Der Lieferant wiederum hat den Vorteil, sich selbst an dem
Funktionenmodell orientieren und ein entsprechend strukturiertes Angebot erstellen zu können. Ein
weiterer Vorteil ergibt sich für die anschließende Bewertung, da die Vergleichbarkeit verschiedener
Angebote besser sein sollte als ohne jegliche Strukturierungsvorgaben.
7
Müssen nach einem Ausfall Daten wiederhergestellt werden, so ist sicherzustellen, dass die notwendigen Backup- und Restore-Mechanismen vom System unterstützt werden.
Änderungen an Stammdaten, wie Benutzerkonten, Herstellvorschriften (Rezepten) oder Material
stammdaten, müssen ohne Unterbrechung des laufenden Betriebs möglich sein.
Anforderungen aufgrund behördlicher Auflagen
In den meisten Industriebranchen wird vom Gesetzgeber, von Behörden oder auch von Herstellerverbänden
gefordert, dass die während des Herstellungsprozesses anfallenden Daten aufgezeichnet und den
Produkten zugeordnet werden können. Zu den hierfür bekannten Branchen gehören die Nahrungsmittel-,
Pharma- und Kosmetikindustrie, aber auch die Fahrzeugindustrie und Elektrotechnik sowie andere
Hersteller von Produkten, welche die Sicherheit und die Gesundheit von Menschen betreffen. Zuneh
mend werden auch Umweltaspekte durch entsprechende Gesetze geregelt.
In der Pharmaindustrie müssen unter anderem Anforderungen gemäß GMP oder EU 178 erfüllt werden.
Typische Aspekte sind zum Beispiel, archivierte Daten gegen Veränderung und Manipulation zu schützen
und über zehn Jahre lesbar und darstellbar zu halten. Anforderungen in Bezug auf Prüfaufzeichnungen
und die elektronische Unterschrift gehören ebenfalls zu diesem Komplex.
Die Auswahl eines MES bedeutet in der Regel eine langfristige Bindung an den Lieferanten und
bestimmt somit auch die langfristige Sicherung der Investition. Neben Letzterer sind im Rahmen des
Einführungsprojekts auch Ausbildungskosten für Anwender und Betreuer zu betrachten. Der System
lieferant muss in der Lage sein, neue Versionen des Systems zu liefern, wenn sich die Randbedingungen
wie Betriebssystem oder Datenbanken ändern. Aufgrund der begrenzten Laufzeit von HardwareKomponenten, wegen der kurzen Innovationszyklen in der IT-Welt, ist es nur mit hohem Aufwand möglich,
den Status Quo nach erfolgreicher Einführung eines Systems beliebig lange fortzuschreiben. Auf
Änderungen im Umfeld des MES gilt es, angemessen zu reagieren. MES haben meist viele Schnittstellen
zu ERP, PLS, SPS und anderen Systemen. Der Systemlieferant muss langfristig (bis zu 15 Jahre) Wartung
und Weiterentwicklung seiner MES-Produkte sicherstellen und sollte Anforderungen von Anwendern
systematisch in seiner Produktentwicklung berücksichtigen.
Vor diesem Hintergrund sollten Investitionsrechnungen die voraussichtliche Gesamt-lebensdauer des
Systems und damit auch die Folgekosten im Rahmen einer sogenannten TCO-Betrachtung (TCO: Total
Cost of Ownership) berücksichtigen.
Anforderungen an die Systemtechnik
Die folgenden Punkte geben eine Orientierung, welche Aspekte über die Leistungen eines MES hinaus
bei der Auswahl einer Lösung einbezogen werden sollten.
• Verfügbarkeit:
Die Anforderungen an die Verfügbarkeit bestimmen die technischen und organisatorischen Maß
nahmen. Als technische Maßnahme kommen Redundanz oder Puffermechanismen in Frage (nicht
immer muss man 24 h / 7 d fordern). Diese müssen vom System unterstützt werden. Für organisatorische Maßnahmen wie Backup und Archivierung müssen ebenfalls die Voraussetzungen gegeben
sein, z. B. Backup im laufenden Betrieb.
• Offenheit und Kompatibilität:
In den meisten Fällen müssen MES-Produkte mit bestehenden IT- und Automatisierungskomponenten
in einem Unternehmen gekoppelt werden. Dazu ist es notwendig, dass die eingesetzten Produkte mit
den vorhandenen Systemen technisch kompatibel und so offen konzipiert sind, dass auch zukünftigen Erweiterungen durch Produkte anderer Lieferanten nichts im Wege steht.
• Anforderungen aus Betrieb und Betreuung:
Störungen müssen kurzfristig erkannt und beseitigt werden können. Erforderlich sind dazu eine
selbsttätige Systemüberwachung und Aufzeichnung (Log) aller Meldungen, die eine Analyse ermöglichen. Für weitergehende Untersuchungen müssen Monitoring- und Debugging-Möglichkeiten
gegeben sein. Nach Ausfall müssen der Wiederanlauf des Systems und die Wiederherstellung der
Verbindungen zu Nachbarsystemen möglichst automatisch erfolgen.
68
69
8 M eh r we r t und N utzen
8
8 Mehrwert und Nutzen
MES-Module sind seit mehr als zwei Jahrzehnten in der betrieblichen Anwendung. Daher wäre eigentlich
zu erwarten, dass der Nutzen dieser Applikationen weitgehend akzeptiert und der Mehrwert durch
zahlreiche Projekte allgemein nachgewiesen und dokumentiert sind. Tatsächlich rückt der Aspekt
Wirtschaftlichkeit dennoch immer wieder in den Fokus und wird in jedem Projektvorhaben neu
betrachtet. Dies belegt die interdisziplinäre Komplexität der Zusammenhänge und die Problematik
einer allgemein gültigen Quantifizierung von Effekten selbst in erfolgreichen Projekten.
Im Kern gibt es bei der Frage nach dem Mehrwert und Nutzen eines MES eine zunächst einfach erscheinende, jedoch vorwiegend qualitativ ausgerichtete Antwort. Der Nutzen besteht in der Verbesserung der
Effizienz der betrieblichen Organisation und ihrer Arbeitsabläufe. Beiträge wie Genauigkeit und zeitgerechte Verfügbarkeit von Betriebsdaten, Erhöhung des Durchsatzes, Reduktion von Kosten oder Aspekte
zur Kundenzufriedenheit spielen eine primäre Rolle.
Insofern sind MES-Lösungen Teil des Strebens eines Unternehmens nach „Operational Excellence“ und
eng verbunden mit dem Ziel, die betrieblichen Vorgänge zu analysieren und zu optimieren.
Beispiele für das Optimierungspotenzial durch die Einführung eines MES zeigen vor allem die folgenden
Bereiche:
• erhöhte Transparenz über Bestände und Produktionskapazitäten und damit
- Online-Zugriff der Auftragsannahme auf mögliche Liefertermine,
- verbesserte Analyse in Bezug auf geforderten Liefertermin und Gesamtlieferkosten,
- schnellere Planung und Auftragserfüllung,
- bessere Liefertreue,
- höhere Flexibilität in Bezug auf Änderungen,
- effizientere Anlagennutzung.
• Verringerung von Fehlern und Mängeln durch permanente rechnergestützte Überwachung aller
wichtigen Produktionsparameter.
• Verringerung von Produktionskosten und bessere Ausnutzung der Anlagenkapazität aufgrund rechnerbasierter Produktionsplanung und Disposition.
• Verringerung der Rüstzeiten durch Optimierung der Anlagenbelegung.
• Verringerung der Lagerbestände (Einsatzstoffe, Fertigprodukte) durch verbesserte Planung und flexiblere, am Bedarf orientierte Herstellung.
• effektivere Abläufe durch Vernetzung und durchgängigen Datenaustausch zwischen den involvierten
Betriebs- und Automationsebenen (ERP, MES, PLS).
• effektive Organisation, Überwachung und Dokumentation behördenkonformer betrieblicher
Arbeitsabläufe (z. B. cGMP / FDA).
• schnellere Datenanalyse und Freigabe von Produktionschargen, dadurch geringerer Lagerbestand an
Fertigprodukten.
M eh r we r t und N utzen
Sinnvollerweise kann die konkrete Nutzen-Betrachtung immer nur auf den speziellen Einzelfall ausgerichtet sein, da individuelle Ausgangssituationen und der jeweilige Umfang der Aufgabenstellungen
einer generischen Bewertung entgegenstehen.
Der quantitative Mehrwert eines MES-Projektes ergibt sich allein aus dem genauen Vergleich der Abläufe
und der mit ihnen verbundenen Kosten vor und nach der Einführung des Systems. Nicht zu vernachlässigen sind auch Effekte außerhalb der betrieblichen Abläufe, wie zuverlässigere Lieferplanung,
Vermeiden von Konventionalstrafen, Reduzieren von Unruhekosten usw.
Daher ist zur Vorbereitung des Projektes und damit auch zur Bewertung der erwarteten Effekte eine
Soll-Ist-Studie mit einer Beschreibung der aktuellen und zukünftigen Arbeitsabläufe sehr zu empfehlen.
Eine solche Studie kann auch die größten Potenziale und damit die Handlungsfelder bei einer schrittweisen Einführung von MES aufzeigen.
Positive Effekte ergeben sich vor allem auch durch das Zusammenspiel mehrerer Module, wenn diese
als integrierte Elemente einer durchgängigen Automationslösung konzipiert sind. Die Bedeutung der
jeweiligen Module in den einzelnen Betrieben und Branchen kann dabei unterschiedlich gewichtet sein.
Bei einem MES-Investitionsanteil von ca. 1 % (große kontinuierliche Anlagen) bis zu ca. 10 % (z. B.
Pharmaanlagen) bezogen auf das Gesamtprojekt ergibt sich ein typischer belegbarer ROI in der
Größenordnung von 1 bis 2 Jahren. Durchweg aufgewertet werden diese Werte aber noch durch zusätzliche, allerdings schwer kalkulierbare MES-Vorteile (soft earnings).
Eine grafische Darstellung von Aussagen aus Produktionsbetrieben gibt einen Eindruck der dort gesehenen Potenziale von MES-Funktionen (Bild 16).
Nutzungspotenzial von MES-Funktionen
(Häufigkeit der Nennung)
Produktionssteuerung/
Materialflusssteuerung
Produktionsdokument
Produktionsfeinplanung
Bestandsführung
Wartung
Qualitätsmanagement
Betriebsübergreifende
Produktionsplanung
Quelle: NAMUR 2004
Bild 16: MES-Potenziale
Erfahrungsberichte in der einschlägigen Fachliteratur beschreiben den Nutzen eingeführter MESLösungen: wie die Ziele erreicht wurden und welche weiteren Effekte sich zum Teil auch ungeplant
ergeben haben.
Da diese Broschüre sich zum Ziel gesetzt hat, branchenübergreifend MES zu betrachten, dürfen an
dieser Stelle Erfahrungsberichte aus bereits gelebten Projekten nicht fehlen. Es sollen bewusst unterschiedliche Aspekte herausgehoben werden, was zwar die Vergleichbarkeit der erzielten Ergebnisse
erschwert, jedoch deutlich macht, wie vielfältig die zu betrachtenden Ziele sein können.
70
71
8
Die automatisierte Erstellung und Freigabe behördlich notwendiger Chargenreports ist ein weiteres
Merkmal der Realisierung und von Bedeutung für die erzielten Effekte.
Die Ausführungen beschreiben jeweils den Betrieb bzw. Prozess, die Ausgangssituation vor der MESEinführung, die realisierte MES-Lösung, den erzielten Nutzen sowie weitere projektspezifische
Besonderheiten. Wo möglich werden auch Quantifizierungen vorgenommen, deren Absolutwerte als
beispielhaft angesehen werden sollten.
8.1 Erfahrungsbericht
Biopharmazie: Durchgängige
Betriebsautomation – ERP-MES-PLS
Mehrwert und Nutzen
Die installierte rechnergestützte Lösung ersetzt die papierbasierte Dokumentation und verringert deutlich bisher zeitaufwendige Vorgänge zur Produktfreigabe. Der sonst übliche Aufwand zur Erfassung,
Überprüfung, Datenanpassung und Freigabegenehmigung konnte von mehreren Wochen auf nur wenige
Stunden reduziert werden – mit entsprechend quantifizierbaren Effekten.
Prozessbeschreibung
Als Beispiel für eine durchgängige Automation über mehrere Automationsebenen hinweg dient eine
biotechnologische Anlage zur Herstellung von biopharmazeutischen Wirkstoffen. Die typischen
Produktionsstufen des Prozesses bestehen aus: Medienvorbereitung, Medienzugabe, Reaktorsterilisation,
Inokulation, Fermentation, Ernte und Produkttransfer sowie Reinigung. Zwei Ansatzstraßen und 8
Fermenter bilden den Kern der Anlage. Insgesamt wurden 80 Teilanlagen in das Konzept eingebunden,
zu denen Reinigungseinheiten (WFI, Reindampf, CIP), die Chromatographie und die Filtration gehören.
Infolge der übergreifenden Konzeption mit einheitlicher Bedienumgebung und deren interdisziplinären
Realisierung werden Risiken und Kosten in allen Phasen der Anwendung minimiert. Projektierung,
Betrieb und Qualitätssicherung nutzen ein nach außen einheitliches System für den Zugriff auf alle
verfügbaren Produktionsdaten und deren Visualisierung. Zuvor isoliert agierende Betriebsabteilungen
arbeiten Hand in Hand als eine Einheit nach einer gemeinsam festgelegten Ausrichtung, was zu
Einsparungen in diesem Bereich von mehr als 30 % führt.
Ausgangssituation
Die neu errichtete Wirkstoffanlage sollte in ihren Betriebsabläufen und bei notwendigen Produktions
entscheidungen durch eine am Markt verfügbare MES-Software unterstützt werden. Frühzeitig wurde die
Problematik offenkundig, dass MES-Module weitgehend als isolierte Applikationen ablaufen und mit
den angrenzenden Automationsebenen, vornehmlich mit den Funktionen des Leitsystems, lediglich über
spezifische Schnittstellen zum Austausch von Daten miteinander kommunizieren. Als Folge davon sind
oft unterschiedliche Konzeptansätze und Implementierungen mit unzureichender Interoperabilität und
uneinheitlicher Bedienumgebung anzutreffen.
MES-Lösung
In dem Projekt wurde marktgängige Leittechnik und MES-Software zur Führung und Steuerung des Betriebes
eingesetzt. Beide Bereiche wurden als eine einheitliche Umgebung über alle Automationsebenen konzipiert,
und das in Übereinstimmung mit behördlichen Anforderungen. Dies gilt für die Projektierung, die rezeptgeführten Abläufe und die Anlagenbedienung. Rezepte werden an einer Stelle definiert und einschließlich der
Versionsführung verwaltet. Je nach Bedarf erfolgt während der Ausführung die Übergabe an andere, für die
spezielle Teilaufgabe besser geeignete Systembereiche. Zusätzlich werden mobile Reaktionseinheiten ebenso
in das Konzept eingebunden wie elektronisch geführte Herstellanweisungen bei manuellen Vorgängen, die
integrierte Materialverfolgung, die optimierte Nutzung betrieblicher Assets (Einrichtungen, Stoffe, Personal),
die Kopplung mit Qualitätsdaten aus dem Labor, die Disposition der Produkte und die Integration mit der
betriebswirtschaftlich orientierten Unternehmenssoftware. Das System besteht insgesamt aus 50 verkoppelten
Rechnern mit Server-Funktion, 60 prozessnahen Komponenten, 20 SPS und über 100 Bedienstationen.
ERP
MES-Projektierung
Insgesamt wird der ökonomische Effekt durch die integrierte Gesamtlösung und das systemgestützte
Berichtswesen mit mehr als 2 Mio € /a angegeben. Darin sind noch nicht die mehr qualitativen Effekte
durch die verbesserte innerbetriebliche Kommunikation, der Nutzen einer effizienteren Projektphase
sowie die bessere Analyse und Ablaufoptimierung dank einer zentralen Informationsbasis enthalten.
Zusatzinformationen
Der gesamte Projektablauf umfasste ca. 2 Jahre.
Nahrungsmittel:
Energiedatenerfassung als
Entscheidungshilfe für
Investitionen
Prozessbeschreibung
Ein bedeutender Hersteller von Mineralwasser und Erfrischungsgetränken füllt an einem seiner Standorte
pro Jahr insgesamt 200 Millionen Flaschen ab. Die Produktionsanlagen bestehen im Wesentlichen aus
der Wasserversorgung, dem Sirupraum mit der nachgeschalteten Ausmischung der Getränke sowie den
zugehörigen Abfüllanlagen für Mehrwegflaschen.
Den sogenannten Hilfsbetrieben obliegt die Bereitstellung von Heißwasser und Dampf für Produktion
und Heizung sowie für die Reinigung der Anlagen.
Ausgangssituation
Aufgrund von Energieengpässen, speziell an kalten Wintertagen, stand eine Ersatzinvestition für die
Wärmeversorgung an. Der bisherige Dampfkessel aus dem Jahre 1978 mit einer Dampfleistung von
6 t / h sollte ersetzt werden.
Die Herausforderung bestand darin, herauszufinden, wie groß der neue Kessel dimensioniert werden
muss. Basis für eine Abschätzung boten lediglich Maximalverbräuche, die im Monatsraster vorlagen.
Eine exakte Berechnung des Heißwasser- und Dampfbedarfes war somit nicht möglich.
Pharma-MES
Es fehlte an Transparenz über die Energieverteilung im Werk, da eine Zuordnung der Verbrauchswerte
auf die einzelnen Anlagen nicht vorhanden war.
Rezept-Projektierung
PLS-Projektierung
Batch Control
Batch Analyse
Technische Funktion
Prozess- / Ereignis-Historie
Einzelsteuerung
PLS-Projektierung
Einzelsteuerung
MES-Lösung
Um eine sichere Entscheidungsgrundlage für die Bedarfsermittlung zu haben, wurde ein Energiemanage
mentsystem installiert. Dieses sollte neben Gas und Strom (Primärenergie) die Verbrauchserfassung auch
für die Sekundärenergieträger Heißwasser und Dampf sowie eine Spitzenlastabschaltung übernehmen.
Hierzu mussten Wärmemengenzähler im Kesselhaus eingebaut werden, um den Energieverbrauch von
Heißwasser zu ermitteln. Dampfmengenzähler sollten die Dampfmengen aufnehmen und Gaszähler den
Verbrauch der einzelnen Gaskessel messen. Gleichzeitig wurden Stromzähler in den Abgängen der
Trafostationen und der einzelnen Anlagen installiert. Die Zähler wurden über ein bestehendes Bussystem
angebunden und in das Energiemanagementsystem integriert. Nach einem halben Jahr standen genügend
Prozess-/Ereignis-Historie
Bild 17: Durchgängige Automationskonzeption
72
73
8
MEHRWERT UND NUTZEN
8
Benzinmarkt erforderte jedoch neue Systeme und Modellwerkzeuge zur flexibleren und frühzeitigen
Planung und Disposition der beteiligten Stoffe. Dabei wurde auf eine transparente Handhabung Wert
gelegt, die dem eigenen Personal die Nutzung und Pflege ohne externe Modell- und Systemspezialisten
ermöglichen sollte. Die vorhandene Infrastruktur des Altsystems sollte in der schrittweise vorzusehenden
Neu-Installierung wieder verwendet werden. Zusätzlicher Bedarf bestand hinsichtlich der Verbesserung
der internen Arbeitsabläufe und der Verwaltung der Tankdaten.
Daten für die Investitionsentscheidung zur Verfügung. Die Auswertung ergab, dass ein kleinerer Dampfkessel mit 4 t / h Dampfleistung ausreicht. Der bisherige Heißwasserkessel mit 2.400 kW Wärmeleistung
fängt als Ersatz die Winterheizungsspitzen ab, und der Altkessel wird redundant vorgehalten.
1/4 h- Übersicht Kesselhaus Wärmemengen
900
reinigen Anl. C + aufheizen Anl. A
MES-Lösung
Die implementierte modellbasierte Lösung dient sowohl zur Analyse der Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit
alternativer Produktstrategien als auch zur monatlichen Planung der Versorgung für die Raffinerie. Das
erste Modul betrachtet die schrittweise Anlagenumstellung, zunächst für die Reduktion von Schwefel im
Benzin und Diesel, dann bezüglich der Umschichtung zu bleifreiem Benzin. Die komplexen Zusammenhänge der Raffinerieanpassung sowie die Effekte neuer Teilanlagen werden transparent gemacht
und dienen als Entscheidungsbasis der neuen Ausrichtung.
800
2.000
700
reinigen Anl. C
600
reinigen Anl. A
kW
500
1.000
400
m3 / h
1.500
Die Monatsplanung, das zweite Modul, bezieht die Aktivität in der Versorgungskette einschließlich
der Rohstoffauswahl und -verteilung mit ein. Sie macht außerdem Vorgaben für den optimierten
Produktionsbetrieb, die Produktführung im Hinblick auf spezifische Teilmärkte sowie die Verwaltung des
Bestandes und die Verteilung der Produkte. Die bereichsübergreifenden Planungsdaten gehen ein in das
LP-Modell der Raffinerie zur konkreten Vorgabe der betrieblichen Disposition und Mischung sowie zur
Berechnung der Führungswerte in APC-Applikationen.
300
500
200
100
0
0
Ein anlagenweites Dateninformationssystem dient u.a. zur Aktualisierung der Modellwerte mit realen
Prozessdaten.
So
2
M 2:0
o 0
M 02:
o 0
M 06: 0
o 0
M 10: 0
o 0
M 14: 0
o 0
M 18: 0
o 0
Di 22: 0
0 0
Di 2:0 0
0 0
Di 6:0
1 0
Di 0:0
1 0
Di 4:0
1 0
Di 8:0
2 0
M 2:0
i0 0
M 2:0
i0 0
M 6:0
i1 0
M 0:0
i1 0
M 4:0
i1 0
M 8:0
i2 0
Do 2:0
0
Do 02:0
0
Do 06:0
0
Do 10:0
0
1
Do 4:0
0
1
Do 8:0
0
2
Fr 2:0
02 0
Fr :0
0 0
Fr 6:0
1 0
Fr 0:0
1 0
Fr 4:0
1 0
Fr 8:0
22 0
:0
0
Dampf Wärmesumme
Zeitraum von So 18.01.09 18:00
bis
Arbeit
Gesamt
144.560 kWh
Dampf Wärmesumme
79.907 kWh
Heißwasser Wärmesumme
69.632 kWh
Schnelldampferzeuger
- kWh
Heisswasser Wärmesumme
Gas Übergabezähler
Mehrwert und Nutzen
Das Modell bietet flexible Möglichkeiten zur Untersuchung von Parametern, die das Betriebsverhalten
und das Ergebnis in der Raffinerie beeinflussen. Die solide und erweiterte Entscheidungsbasis für die
strategische und wirtschaftliche Ausrichtung und die realitätsnahen Planungsvorgaben liefern einen
hohen Beitrag zum Geschäftsgewinn, auch wenn präzise ökonomische Effekte nur auf Basis von
Annahmen quantifizierbar sind. Strategische Fehlentscheidungen aufgrund fehlender Basisdaten oder
mangelnde Planungsflexibilität bei vorhandenen Alternativen der Stoffbeschaffung bedeuten einen
großen wirtschaftlichen Nachteil für das Unternehmen. Die abgeschätzten Margeneffekte liegen bei ca.
5 % bezogen auf die Kosten der Einsatzstoffe, was eine Größenordnung von ca. 3 Mio € /a ausmacht.
Fr 23.01.09 22:00
KW 3
Spitze
Gasverbrauch
2.792 kW
15.831 m3
2.292 kW
7.525 m3
1.040 kW
8.306 m3
- kW
0 m3
Bild 18: Übersicht über die Wärmemengen
Mehrwert und Nutzen
Die Daten, die das Energiemanagementsystem lieferte, zeigten exakt den Energieverbrauch der einzelnen Produkte auf den Produktionsanlagen auf und ermöglichten damit eine gezielte Optimierung der
Produktionsabläufe (Bild 18). So werden inzwischen verschiedenen Anlagen zeitversetzt hochgefahren,
um Leistungsspitzen zu vermeiden. Eine Spitzenlastabschaltung überwacht die Lüftung der Produktionsanlagen, die Klimaanlagen im Büro und den Schalträumen sowie die Neutralisationsanlagen für
das Abwasser. Ziel ist, Stromspitzen und Leistungsvorbehalt der Gasversorgung am Standort auf Dauer
zu reduzieren. So sollen die Lastspitzen von 1.850 kW auf 1.700 kW gesenkt werden, wodurch das
Unternehmen jährlich etwa 10.000 Euro einsparen kann. Eine Reduzierung des Energievorhalts von
4.000 kWh Gas auf 3.000 kWh bringt weitere 7.000 Euro jährlich.
Prozessbeschreibung
Die betrachtete Raffinerie hat eine Kapazität von 125.000 bpd. Neben der Aufbereitung der Rohöle vermarktet das Unternehmen die primären Ölprodukte und bietet seinen Abnehmern eine Unterstützung bei den
Anwendungen an. Das Unternehmen betreibt am selben Standort zusätzlich eine Schmierstoff-Mischanlage.
In der Raffinerie werden sowohl unverbleites Gasöl als auch Schmierstoffe und andere Chemikalien
produziert. Aufgrund der geänderten Marktnachfrage nach bleifreien Gasölen wurde die Produktion neu
ausgerichtet, hin zu höher oktanhaltigen Anteilen.
Ausgangssituation
Vorhandene Planungswerkzeuge deckten die etablierten Beschaffungswege und Produktvarianten der
Raffinerie weitestgehend ab. Die notwendige Umstellung der Produktpalette für einen bleifreien
Zusätzlicher Nutzen entsteht durch die optimale Auslastung der Mischeinheiten bei gleichzeitig vereinfachten, systemgestützten Arbeitsabläufen infolge genauer und zeitnaher Eingangsdaten. Einen weiteren finanziellen Vorteil bringt die vereinfachte Handhabung der transparenteren Modellstrukturen.
Schulung und Pflege der Inhalte sind wesentlich kostengünstiger als mit der vorherigen Lösung.
Plan-Limit
Zielwert
näher am Limit
Planungswert
8.3 Erfahrungsbericht Raffinerie:
Langzeitplanung und Disposition
MEHRWERT UND NUTZEN
reduzierte
Variabilität
Zielwert
(tief)
konventionelle Planung
Planungssystem
t
Bild 19: Effekte modellbasierter Planung
74
75
Automobilindustrie:
Auftragsmanagement für die
Powertrain-Montage
8
Prozessbeschreibung
Eine zunehmende Variantenvielfalt, verkürzte Lieferfristen und die Erwartung der Kunden, ihre
Bestellung auch kurzfristig noch ändern zu können, kennzeichnen die Situation auf dem Automobil
markt. Für die Automobilindustrie ergibt sich daraus die Herausforderung, steigende Komplexität zu
beherrschen und gleichzeitig immer flexibler auf Kundenwünsche einerseits und etwaige Engpässe bei
Zulieferungen andererseits zu reagieren. Technische Voraussetzung dafür ist ein durchgängiger Daten
fluss vom Auftragseingang bis zur Auslieferung sowie vom ERP-System bis zur Maschinensteuerung. Ein
führender deutscher Automobilhersteller hat sich bei der Planung der Produktionssequenz in der
Aggregate-Montage für eine MES-Standardsoftware und damit für ein Höchstmaß an Zukunftssicherheit
entschieden.
Sogenannte First Tier Supplier, zu denen auch die eigenen Zulieferwerke der Automobilhersteller zählen,
liefern ihre Systeme oder Baugruppen just in time, immer häufiger sogar just in sequence direkt an die
Montagelinien der Automobilhersteller. Sie müssen den höchsten Anforderungen an Qualität und
Liefertreue genügen. Sollte es hier zu Ausfällen kommen, stehen die Bänder – ein folgenschweres
Szenario, das unter allen Umständen vermieden werden muss. Die Fertigungstiefe für den komplexen
Antriebsstrang oder Power Train ist vergleichsweise hoch, die Variantenvielfalt – bei zum Teil kleinen
Losgrößen – erhöht den Aufwand für die Automatisierung. Besonders anspruchsvoll ist die Fertigungs
logistik in der Montage.
Ausgangssituation
Um die Anforderungen der Aufbauwerke als konzerninternen Kunden zu erfüllen sowie eine maximale
Anlagenauslastung und eine gleichmäßige Produktionsauslastung zu erreichen, muss die Produktions
sequenz genau geplant, optimiert und ggf. nachgeregelt werden. Bei der Steuerung der PowertrainAggregatemontage war dafür in allen deutschen Werken bisher ein proprietäres Produktionsleitsystem
im Einsatz. Die Software generierte aus ERP-Aufträgen technische Fertigungsaufträge für die Ferti
gungslinien. Als die Hard- und Softwarebasis nicht weiterentwickelt wurde, konnte die zukünftige
Betriebssicherheit des Systems nicht mehr gewährleistet werden. Erweiterungen und geänderte
Anforderungen konnten nicht oder nur mit hohem Aufwand umgesetzt werden, so dass ein Ersatz für
das Altsystem gefunden werden musste. Wesentliche Aspekte für die Vergabe des Implementierungs
auftrags waren Zukunftssicherheit und Flexibilität des einzuführenden Systems. Aus diesem Grund
entschied sich das Management des Auftraggebers frühzeitig für die Einführung eines MESStandardsystems statt einer individuellen Neuentwicklung.
MES-Lösung
Die Wahl fiel auf ein MES Software Framework, das sich modular an die jeweiligen Anforderungen
anpassen lässt. Nur durch ein flexibel anpassbares MES können einerseits die Anforderungen bezüglich
funktionaler und systemtechnischer Standardisierung und andererseits die erforderliche Flexibilität
beim Roll-Out auf unterschiedliche Werke mit unterschiedlicher Maschinenaustattung in Einklang
gebracht werden.
Bei der Steuerung der Aggregatemontage besteht die Aufgabe darin, vom ERP-System kommende
Produktionsaufträge um technische Informationen für eine korrekte Produktion zu erweitern. Bei diesen
technischen Informationen handelt es sich einerseits um Produktspezifikationen, andererseits um
Spezifikationen der vorhandenen Liniensegmente. Daraus werden Regeln und Strukturen für technische
Aufträge erstellt und Liniensegmente festgelegt, die für die Abarbeitung dieser Aufträge in Frage kommen. Aus dem entstandenen Regelsatz und dem jeweiligen Produktionsauftrag ermittelt die Software
dann zur Laufzeit den konkreten technischen Auftrag. Dieser wird auf den Arbeitsplatz geladen und vom
Automatisierungssystem auf einen Datenträger auf dem jeweiligen Aggregat (Getriebe, Motor, Welle
etc.) geschrieben. Erreicht ein Aggregat die vorgesehene Arbeitsstation, liest diese die Werte zur
Ausführung der richtigen Operation aus. Gleichzeitig sammelt das MES die Daten, um die Bearbeitungs
schritte nachvollziehen zu können. Der Status des Produktionsauftrages wird dabei in Echtzeit an das
ERP-System rückgemeldet.
Neben den funktionalen Anforderungen wie Sequenzplanung, Lieferfähigkeitscontrolling, Produkt
rückverfolgung und Produktionsberichtswesen standen insbesondere sehr anspruchsvolle System
anforderungen in Bezug auf Datenvolumen und Durchsatz, Antwortzeitverhalten sowie Systemverfügbarkeit
im Mittelpunkt des Projekts.
Mehrwert & Nutzen
• Flexibilität des Systems gewährleistet optimale Nutzung der Betriebsmittel:
Für den Fall, dass eine Station aufgrund von Materialmangel die geplanten Aufträge nicht ausführen
kann, schlägt das MES eine Sequenzänderung vor, die jedoch ohne Rückwirkung auf die Planungsvorgaben
bleibt. Sollte der Speicher für technische Aufträge fast leer sein, können direkt vom jeweiligen
Liniensegment aus neue technische Aufträge angefordert werden. Somit wird sichergestellt, dass nur die
für das Liniensegment relevanten Aufträge verfügbar sind.
Ein Blick auf das Mengengerüst des Projekts lässt die Komplexität der Aufgabenstellung erkennen.
Erstellt und ausgeführt werden technische Produktionsaufträge für 38 Produktionslinien und 5 Versand
systeme. Über einen Zeitraum von 3 Tagen sind bis zu 90.000 Aufträge aktiv, über einen Zeitraum von
drei Monaten sind 2 Millionen Aufträge online verfügbar, erst dann werden die Daten archiviert. Pro
Auftrag sind im Mittel 500 Attribute zu verwalten – bei einzelnen Aufträgen sind es bis zu 2.000 Attribute.
Auf die webbasierte Lösung können gleichzeitig 300 Nutzer zugreifen. Es mussten Schnittstellen zu
14 IT-Systemen eingerichtet werden.
76
77
8
• Betriebssicherheit durch hochverfügbare Hardwarearchitektur:
Um eine Verfügbarkeit von 99,75 % sicherzustellen, wurde auf eine ausgeklügelte Hardware-Architektur
gesetzt. Die Server des zentralen Leitsystems sind als Clusterverbund ausgelegt und über Netzwerk an
externe Speichersysteme angebunden. Dezentrale PC-basierte Zellsysteme puffern die Aufträge auf
Anlagenebene. Sie können Störungen von etwa einer Stunde überbrücken. Die Möglichkeit, Linien auf
diese Weise autark zu betreiben, beugt nicht nur Stillständen im Störfall vor. Sie wird beispielsweise
auch dann genutzt, wenn das Gesamtsystem gewartet wird.
Ein Kundenauftrag für einen solchen Einzelfertiger hat nicht zur Folge, dass ein Auftrag anhand von
Stücklistenauflösungen in Fertigungs- und Montageaufträge zerlegt wird, sondern hier werden zunächst
Engineering-Prozesse angestoßen. Das Engineering legt dann fest, aus welchen vorhandenen oder auch
neu zu konstruierenden Teilen die Anlage gebaut wird. Die Fertigung besteht somit aus einer Mischung
von Werkstattsteuerung und partiellen Neuentwicklungen, wobei in beiden Fällen auch externe
Unternehmen eingebunden werden. Auch diese müssen im Gesamtprojekt entsprechend koordiniert
werden.
Obwohl der Zeitrahmen für die Implementierung des neuen Systems eng war, war die Verfügbarkeit der
Anlage zu keiner Zeit gefährdet – es gab bisher keine einzige produktionsrelevante Störung.
• Erhöhte Wirtschaftlichkeit durch Roll-out auf weitere Anlagen:
2008 ging die Montage für einen komplett neuen Motorentyp in Betrieb, 2009 begann der Roll-out auf
weitere Bereiche. Inzwischen hat sich das System sowohl bei der Generierung von Fertigungsaufträgen
für V-Motoren als auch für kleinere Motorentypen bewährt. Der Roll-out für die Produktion der Hinterund Vorderachsen, der Getriebe und der Benzin-Reihenmotoren ist in Vorbereitung. Der Projektabschluss
ist für 2011 geplant. Der Kundenprojektleiter: „Die Möglichkeit, eine einmal auf unsere Belange optimierte Softwarelösung durch einfache Anpassung von Parametern an ganz unterschiedliche Montagelinien
anpassen zu können, war uns wichtig. Nachdem der Roll-out innerhalb der Motorenfertigung problemlos
funktioniert hat, sehen wir kein Problem, die Nutzung auch auf Achsen und Getriebe auszudehnen.
Diese Mehrfachnutzung – ohne Neuprojektierung – bietet ein wesentliches Einsparpotenzial. Insgesamt
überzeugt die Flexibilität des Systems, auch wenn es um Anpassungen an Produktänderungen in der
IT-Umgebung geht.“
Durch die Reduzierung der IT-Plattformen auf zwei Ebenen und die Standardisierung der Zellsysteme ist
eine kostengünstige und skalierbare Hardware-Architektur entstanden.
• Zukunftssicherheit:
Der Kundenprojektleiter sieht sich nicht nur in der richtigen Auswahl eines zukunftssicheren Standard
produktes bestätigt. Innovative Technik alleine ist kein Garant für Zukunftssicherheit – entscheidend ist
auch die Sicherheit, dass der Anbieter in der Lage ist, langfristige Produktpflege zu gewährleisten. Nur
so können Anwender an zukünftigen Innovationen des Anbieters partizipieren, ohne erheblich in Neuoder Anpassungsentwicklungen investieren zu müssen.
Rückblickend wird noch ein weiterer Nutzen der automatisierten Produktionssequenzplanung und -optimierung klar: die gleichbleibende Prozessqualität. Die Software zwingt sozusagen dazu, den als optimal
erkannten Prozess auch zu realisieren, und trägt damit zu gleichbleibender oder steigender Produkt
qualität in einer zunehmend komplexer werdenden Lieferkette bei.
Einzelfertiger: MES vom
Engineering bis zur
Transportlogistik
Prozessbeschreibung
Charakteristisch für Einzelfertiger wie z. B. Hersteller von Sondermaschinen und industriellen Anlagen
sind geringe Losgrößen häufig sogar bis zur Menge 1 (Unikate). Deshalb stehen bei dieser Branche nicht
nur die Prozesse in der Fertigung und Montage im Vordergrund der Optimierung, sondern auch die
dazugehörenden Engineering-Aufgaben bis hin zur Transportlogistik.
Ausgangssituation
Ein Hersteller großer Anlagen mit jeweils einem Einzelwert von mehreren 100 Millionen Euro, der nur
bedingt auf Norm- bzw. Wiederholteile zurückgreifen kann, sah sich in der folgenden Situation wieder:
In der gesamten Kette von Engineering, Planung und Koordination interner und externer Fertigung,
Material- und Lagerplanung, Vormontage, Transport und Endmontage wuchs in den Jahren eine Vielzahl
dedizierter Werkzeuge heran, die sich die jeweiligen Fach- und Fertigungsabteilungen geschaffen
haben. Zum Teil waren dies Eigenentwicklungen, zum Teil am Markt erworbene Lösungen. Die Durch
gängigkeit, angefangen vom Log-In, über die Bedienung bis hin zum Datenaustausch, war nicht
gewährleistet und mit vertretbarem Aufwand nicht mehr darstellbar.
MES-Lösung
Es galt nun, diese Insellösungen mit Hilfe eines MES abzulösen. Die dargestellte Ausgangssituation legt
nahe, dass man die Aufgabenstellung nicht mit punktuellen MES-Werkzeugen lösen kann, sondern ein
umfassendes und flächendeckendes MES eingeführt werden muss. Nur so kann die oben genannte Kette
beplant, überwacht und anhand dedizierter KVPs ständig analysiert werden. Ständig heißt hier, jedes
Kundenprojekt wurde nach Einführung von MES mit den zur Verfügung gestellten Werkzeugen geplant,
koordiniert und bewertet.
Interessant war dabei, dass die Verbesserung der Produktionskosten und -effizienz nicht an erster Stelle
als vorrangiges Ziel ausgegeben wurde. Man konzentrierte sich bei der Einführung eines MES genau auf
zwei Kernziele:
a) Ablösung der aus Insellösungen bestehenden Landschaft von IT-Werkzeugen, aus deren Bedienung
und Pflege viele kleine, Zeit verschlingende Tätigkeiten resultieren, die sich über mehrere Projekte
hinweg zu nennenswerten Kostenfaktoren summierten.
b)Verbesserung der Termintreue durch transparente und nachvollziehbare Planung der Projekte. Ziel
ist es, sowohl Pönalen als auch andere Zusatzkosten (Transportlogistik) zu vermeiden.
78
79
8
Wie unter b) aufgeführt stellte die unbedingte Einhaltung vereinbarter Liefertermine ein weiteres Ziel
dar. Grund dieser Zielsetzung war die Vermeidung von hohen bis sehr hohen Konventionalstrafen sowie
die Vermeidung von Kosten bei der Reorganisation der Transportlogistik. Letzterer Punkt stellt insofern
einen hohen Kostenfaktor dar, als LKW, Hebeeinrichtungen, Bahn und Schiff Monate im Voraus gebucht
werden müssen.
Mehrwert und Nutzen
Die nachstehende Tabelle gibt hinsichtlich der unter a) aufgeführten Ziele ausgewählte Positionen und
deren Einsparungspotenzial beispielhaft wieder:
Aufgaben
Kundenauftrags- / Werksauftrag- / Projektüberwachung
Einsparungspotenzial/
Jahr in €
24.000
Instandhaltung
Thema
Systemunterstützung bei Kostenverfolgung / Projektcontrolling
10 Projektleiter * 4 h / Monat * 50 €
Erstellung von Auswertungen
nicht beziffert
Bisher: intern über Access und ODBC; ExcelListen; Kataloge definieren, anpassen,
komprimieren; Auswertung programmieren;
Zugriff ermöglichen
Entfall von Suchvorgängen in anderen Systemen
108.000
Termine, Fortschritte, Informationen suchen
und Anfragen
Betrifft ca. 10 Mitarbeiter * ca. 10 h / Monat *
60 € + 10 Mitarbeiter ca. 5 h / Monat * 60 €
Einsparungspotenzial [€ / Jahr]
Konventionalstrafe bei einem Anlagenwert von
100 Millionen € (pro Anlage)
500.000
Reorganisation Transportlogistik pro Anlage
125.000
Tabelle 10: Einsparungspotenziale aufgrund erhöhter Termintreue
Projektreporting
39.000
Automatische Erstellung und Verteilung von
Reports (MIS)
30 Mitarbeiter * 2 h / Monat * 50 €
10 Mitarbeiter * 0,5 h / Monat * 50 €
Aufwand Fremdbeschaffung – Anfragen
Aufwand Fremdbeschaffung – Angebote / Bestellungen
12.500
6.250
eProcurement
1.000 Anfragen pro Jahr – 15 min pro Anfrage
500 Bestellungen pro Jahr – 15 min pro Bestellung
Entfall von Insellösungen – Eigenentwicklungen
nicht beziffert
Wartungskostenreduzierung
Entfall von doppelten Dateneingaben, Systeme usw.
40.000
2 Mitarbeiter beschäftigt 1h / Tag +
1 Mitarbeiter 2h / Tag
Dokumente direkt über Dokumentenmanagement
dem Auftrag zugeordnet (techn. Zeichnung)
nicht beziffert
Einfachere BDE – Benutzung durch Touchscreen und
Barcode-Pistolen
62.000
1.500 BDE-Ereignisse / Tag * 10 h
Eingabeersparnis * 200 Arbeitstage * 68 € / h
Reduzierung von Besprechungs- und Abstimmungsaufwand durch einheitliche Datenbasis und verbesserte Transparenz der Prozesse
54.000
Summe 24 h / Woche * 45 Wochen
Abschätzen jährliches Einsparungspotenzial ohne
Berücksichtigung der nicht bezifferten Aufgaben
345.750
Tabelle 9: Mögliche jährliche Einsparungspotenziale
80
Die Einführung von MES brachte nicht nur Kosten-, sondern auch Termintransparenz und damit
Planungssicherheit. Im Rückblick kann der Anlagenbauer feststellen, dass nach Einführung von MES
keine Konventionalstrafen mehr fällig waren und – dank der damit verbundenen Termintreue – auch die
Zusatzkosten der Transportlogistik entfielen.
Papierindustrie:
Effizienzsteigerung
in der Produktion
Prozessbeschreibung
Produktionsanlagen in der Papierindustrie verarbeiten große Mengen an Holzschliff, Zellstoff, aufbereitetem Altpapier, also recycelten Fasern, Wasser und Zusatzstoffen zu Papier- und Kartonprodukten mit
einer großen Bandbreite, von leichtem Tissue bis zu schwerem Karton, und hohen Qualitätsanforderungen
wie Flächengewicht, Dicke, Farbe. Die Steuerung und Visualisierung der Materialflüsse in Papierfabriken
sowie die kontinuierliche, übergreifende Qualitätsüberwachung und Rückverfolgbarkeit gehören zu den
entscheidenden Herausforderungen.
Ausgangssituation
Die Papier- und Zellstoffindustrie ist in ihrer Produktionskette auf effiziente logistische und technologische Abläufe angewiesen. In den vergangenen Jahrzehnten haben sich hier rechnergestützte Einzel
lösungen (Insellösungen), aber auch miteinander verzahnte Lösungen in unterschiedlichster Ausprägung
entwickelt. Es besteht die Notwendigkeit, die Einzelsysteme funktional enger zu vernetzen, um die
Effizienz der Produktion weiter zu verbessern und transparenter zu machen. Ziel ist eine höhere
Gesamtanlageneffizienz, die durch die Reduktion von Zwischen-, Rohstoff- und Endlagerbeständen
sowie den optimierten Einsatz von Energie erzielt werden soll.
MES-Lösung
In zwei Papierfabriken, einer europäischen und einer US-amerikanischen, wurden beispielhaft moderne,
umfassende MES-Lösungen auf standardisierten Plattformen in enger Zusammenarbeit zwischen dem
Anbieter und dem Anlagenbetreiber eingeführt. Diese MES-Lösungen tragen nicht nur zu einer weitestgehend reibungslosen Koordination von Material- und Produktionsflüssen sowie von Entscheidungen
bei, sondern ermöglichen auch die Visualisierung und Dokumentation von wichtigen Produktions- und
Qualitätsdaten.
Mehrwert und Nutzen
Der Vergleich von Produktionsdaten vor und nach der Einführung zeigt in beiden Fällen, dass die
Einführung der MES-Lösungen die Profitabilität der Anlagen stark verbessert hat. Die Produktionseffizienz
konnte um 1,2 % bzw. 4 % erhöht werden, vornehmlich durch Verringerung der Schnittverluste und
durch eine Verbesserung der Produktionsqualität. Die Zwischenlagerbestände wurden um 25 % bzw.
35 % reduziert. Damit wurden 6,25 Millionen Euro bzw. 2,3 Millionen US-Dollar an gebundenem Kapital
81
9
frei. In der europäischen Fabrik gingen zudem die Kundenbeanstandungen um 59 % zurück – bis zur
Einführung der MES-Lösung war dies eines der größten bekannten Probleme dieses Papierherstellers.
Der jährliche Gewinn vor und nach der Einführung stieg in beiden Fällen – um 4,5 Millionen Euro bzw.
um 2,2 Millionen US-Dollar.
Zusatzinformationen
Die Transparenz der Materialflüsse über die gesamte Produktionskette hinweg führt zudem oft zu verbessertem Service für die Kunden der Hersteller, da der aktuelle Stand der Produktion leicht zu ermitteln
ist und der Produktionsablauf flexibel angepasst werden kann. Die Vorhersage von Lieferzeiten wird so
genauer. In vielen Fällen verbessert sich zusätzlich die Produktqualität, da Produktionsflüsse gleichmäßiger und regulierter gesteuert und Vorgaben / Rezepturen eindeutiger und reproduzierbarer werden
(Bild 20). Für spezielle Produkte, die in der Nahrungsmittelindustrie verwendet werden, ist gerade eine
Rückverfolgbarkeit zunehmend erforderlich.
Z usammenfassung und A usblick
9 Zusammenfassung und Ausblick
Eine Broschüre über MES wäre nicht vollständig, ohne dass am Ende ein Ausblick auf die weitere
Entwicklung und die Zukunft von MES gewagt würde.
Ende der 1980er bis Mitte der 1990er Jahre war die MES-Landschaft hauptsächlich geprägt von einzelnen kundenspezifischen MES-Projekten. Viele waren erfolgreich, manche hatten jedoch auch mit den zu
dieser Zeit typischen Schwierigkeiten von Software-Entwicklungsprojekten zu kämpfen – mangelnde
Spezifikation, schlecht abschätzbare Entwicklungskosten, Kosten- und Terminüberschreitungen bis hin
zur Einstellung des ganzen Projekts. So wich die anfängliche allgemeine MES-Euphorie teilweise der
Ernüchterung und der Einsatz und Nutzen von MES-Werkzeugen wurde in der Folge kritischer betrachtet.
Daraus resultierend ergibt sich in Bezug auf die Verbreitung von MES-Anwendungen über die verschiedenen Branchen hinweg ein bis heute uneinheitliches Bild. Je höher die Komplexität und Flexibilität der
Produktion und je größer die Produktvarianten, desto alternativloser und weniger umstritten war und
ist der Nutzen von MES-Modulen in der Produktion und umso höher deren Verbreitung. Großserienfertigung
z. B. – zumal in der Automobilindustrie – ist heute ohne MES nicht mehr denkbar.
Ziel dieser Broschüre ist es, das Potenzial von MES-Lösungen für Anwender in unterschiedlichen Branchen
aufzuzeigen und unabhängig von einzelnen Herstellern und Lieferanten einen Überblick über die heute
auf dem Markt verfügbaren bzw. realisierbaren Lösungen zu geben. Die Kinderkrankheiten aus den
Anfängen der MES-Zeit sind überwunden. Sowohl Anwender als auch Lieferanten haben ihre Lektionen
gelernt und u.a. mit der IEC 62264 ein gemeinsames Verständnis und eine gemeinsame Sprache geschaffen. MES-Lösungen werden heute nicht mehr aus dem Vollen geschnitzt, sondern weitgehend aus konfigurierbaren Modulen zusammengestellt. Typischerweise beträgt der konfigurierbare Anteil ca. 60 bis 70 %,
die kundenspezifischen Erweiterungen machen zwischen 30 und 40% der Funktionen aus.
Weitere Bestrebungen zur Standardisierung der Datenstrukturen auf Basis etablierter Unternehmensund Ablaufmodelle sowie der Mechanismen zum transparenten Transfer der Daten zwischen den
Applikationsbereichen können einen wesentlichen Schritt zu einer weiteren Verbreitung und einer innovativen Weiterentwicklung der Möglichkeiten von MES-Anwendungen bedeuten.
Bild 20: Nachvollziehbare Qualitätsparameter für jede Rolle und Anfertigung
Die Komplexität der Inhalte bedingt jedoch, dass man Erfolg und Nutzen von MES-Vorhaben immer
wieder kritisch hinterfragen muss. Zahlreiche Projekte belegen inzwischen indes die Relevanz von MES
für die Wirtschaftlichkeit der Betriebe. Voraussetzung ist, dass die Ziele am jeweils individuellen Bedarf
ausgerichtet sind und ihre Realisierung entsprechend konkret geplant wird. Zunehmende Erfahrungen
in der Industrie, sowohl was den personellen Umfang als auch die Qualität betrifft, sind Garanten für
eine in Zukunft intensivere Ausschöpfung dieses Optimierungspotenzials.
Dabei sollte vor allem auf die frühzeitige Ausrichtung und Gestaltung der innerbetrieblichen und unternehmensweiten IT-Infrastruktur geachtet werden. Dies gilt sowohl hinsichtlich der erforderlichen
Architektur der Netzwerke als auch in Bezug auf die Struktur notwendiger Basisdaten und nicht zuletzt
auch in Bezug auf Sicherheitsaspekte.
Wird zusätzlich berücksichtigt, dass die Effekte aus einem MES-Projekt nur dann nachhaltig wirken,
wenn auch Kosten und Personal für die Pflege der Installation vorgesehen sind, steht dem Erfolg zukünftiger MES-Vorhaben fast nichts mehr im Wege.
Und wie geht es in Zukunft weiter?
Wie dargelegt besteht sowohl die wirtschaftliche Notwendigkeit als auch die technische Möglichkeit
zur Integration und Verknüpfung aller Aspekte der Produktionsplanung und -ausführung und des
Informationsflusses im Unternehmen. Und so ist es nur logisch, dass dies zu einer weiteren Verbreitung
des Einsatzes von MES-Lösungen in allen Branchen führen wird: bis hin zu dem Punkt, an dem Lösungen
und Systeme in der Ebene 3 des Unternehmensmodells – Management des Produktionsbetriebs – ebenso
selbstverständlich zum Einsatz kommen wie heute die IT-Lösungen auf der Ebene 4 – Unternehmensplanung
und Logistik – oder die Automatisierungslösungen der Ebene 2 – Prozessführung und Datenerfassung.
82
83
9 Z usammenfassung und A usblick
L ite r atu r / A bbildungsve r zeichnis
Die Integration in den Unternehmen wird dabei künftig vermehrt alle 3 Achsen der kollaborativen
Zusammenarbeit im Unternehmen berücksichtigen müssen:
• Enterprise-Achse:
• Supply Chain-Achse:
• Life Cycle-Achse:
Planung – Management – Produktion
Lieferant – Produktion – Kunde
Entwicklung – Produktion – Support
Vor diesem Hintergrund wird man sich von der Vorstellung einer einzelnen, monolithischen MESLösung, die alle Bereiche abdeckt, verabschieden müssen. Die Zukunft wird in einem kollaborativen
Neben- und Miteinander verschiedener Applikationen liegen, die über die verschiedenen Funktionsebenen
(ERP, MES, Process Control), Bereiche (Produktion, Instandhaltung, Qualität und Bestandsführung) und
Achsen (Enterprise, Supply Chain, Life Cycle) verteilt sind und doch zusammenarbeiten.
Möglich werden wird dies z. B. durch die Verwendung serviceorientierter Architektur (SOA), durch XML
für den transaktionalen Austausch von Daten und durch Web-Services, so dass eine Applikation auf
einfache Art und Weise auch Web-Services anderer Applikationen aufrufen und nutzen kann.
Die Anwender dürfen von der Verteilung und dem Neben- und Miteinander der Applikationen nicht
berührt sein. Für sie müssen aufgabenbezogene, webbasierte Portale unter einem User-Account individuell die Applikationen und Ansichten aus allen Ebenen des Unternehmensmodells zur Verfügung
stellen, die sie zur optimalen Erfüllung ihrer Aufgaben benötigen.
Dazu werden in Zukunft auch vermehrt parallel laufende Simulations- und Echtzeitoptimierungen
gehören. Sie werden es erlauben, anhand bestimmter Kriterien die besten Produktionsalternativen zu
ermitteln, und können so die Verantwortlichen in ihren Entscheidungsprozessen unterstützen.
Alles in allem ist dies also eine MES-Zukunft voll von zusätzlichem Nutzen für die Anwender und technisch spannender Aufgaben für die Hersteller.
Die Mitglieder der Arbeitsgruppe und Autoren der vorliegenden Broschüre wünschen all jenen, die
hilfreiche Anregungen aus den Ausführungen der vorangegangenen Kapitel ziehen konnten, viel Erfolg
bei der Umsetzung ihrer MES-Projekte!
84
Literatur
[1] VDI Richtline 5600 „Manufacturing Execution Systems / Fertigungsmanagementsysteme“
[2]IEC 62264-1, Enterprise-Control System Integration – Part 1: Models and Terminology (2003);
Deutsche Fassung DIN EN 62264-1: 2008
[3] IEC 62264-2, Enterprise-Control System Integration – Part 2: Model Object Attributes (2004)
[4]IEC 62264-3, Enterprise-Control System Integration – Part 3: Activity Models of Manufacturing
Operations Management (2007)
[5]FDA 21CFR Part 11 – Final Rule: Electronic Records; Electronic Signatures; Final Rule. Electronic
Submissions; Establishment of Public Docket; Notice. Food and Drug Administration, U.S.
Department of Health and Human Services, March 20, 1997
[6]FDA 21CFR Part 11 – Final Guidance: Guidance for Industry - Electronic Records; Electronic
Signatures – Scope and Application. Food and Drug Administration, U.S. Department of Health and
Human Services, August 2003
Abbildungsverzeichnis
Bild 1: Funktionshierarchie nach IEC 62264-3, Fig. 2 [4]
9
Bild 2: Modell der Aktivitäten zum Management des Produktionsbetriebs nach IEC 62264-3,
Fig. 1 [4] mit Kennzeichnung der MES-relevanten Bereiche (grau)
9
Bild 3: Generisches Aktivitätenmodell zum Management des Produktionsbetriebs nach IEC 62264-3 [4], Fig. 6
10
Bild 4: Aktivitäten unterschiedlicher Kategorien und deren technische Integration (beispielhaft)
nach IEC / EN 62264-3 [4], Fig. 31
11
Bild 5: Generisches Aktivitätenmodell gemäß Bild 3 – erweitert um die Schnittstellen zum Prozess
13
Bild 6: Integrierte Rezepterstellung und Verwaltung für MES (grün) und PAS (blau) in einem Rezept-Editor des MES
26
Bild 7: Bedienerführung bei der Materialverwiegung nach Rezept über mobile oder fest installierte
Bedienterminals 27
Bild 8: Übersicht zur Tankbelegung als Planungsunterstützung
31
Bild 9: Automatische Zuordnung von Ressourcen und Prozessausführung im MES
31
Bild 10: Wertschöpfungskette Raffinerie
36
Bild 11: Anlagentypen in der Chemie / Feinchemie
40
Bild 12: Übersichtsbild mit Zählerständen in der Automobilfertigung
50
Bild 13: Ergebnisdarstellung der Auftragsfeinplanung eines Maschinenleitstandes 55
Bild 14: Typische Bedienoberfläche eines Terminals zur Betriebsdatenerfassung (BDE / MDE)
55
Bild 15: Informationen zur Leistungsfähigkeit der Produktion (OEE)
59
Bild 16:MES-Potenziale
71
Bild 17: Durchgängige Automationskonzeption
72
Bild 18: Übersicht über die Wärmemengen 74
Bild 19: Effekte modellbasierter Planung 75
Bild 20: Nachvollziehbare Qualitätsparameter für jede Rolle und Anfertigung
82
85
T abellenve r zeichnis
Tabellenverzeichnis
86
Tabelle 1: Einordnung typischer MES-Module und MES-verwandter Begriffe
19
Tabelle 2: MES-Module für die Aktivitäten in der pharmazeutischen Wirkstoffproduktion gemäß Prozessmodell
28
Tabelle 3: MES-Module für die Aktivitäten in der Nahrungsmittelproduktion gemäß Prozessmodell
32
Tabelle 4: MES-Module für die Aktivitäten im Bereich Raffinerie / Petrochemie gemäß Prozessmodell
38
Tabelle 5: MES-Module für die Aktivitäten in der Chemie / Feinchemie gemäß Prozessmodell
46
Tabelle 6: MES-Module für die Aktivitäten bei Großserienfertigern (Fahrzeughersteller, Zulieferer) gemäß Prozessmodell
52
Tabelle 7: MES-Module für die Aktivitäten im Maschinen- / Anlagenbau (Einzelfertiger) gemäß Prozessmodell
56
Tabelle 8: MES-Module für die Aktivitäten bei der Papier- und Metallproduktion gemäß Prozessmodell
60
Tabelle 9: Mögliche jährliche Einsparungspotenziale 80
Tabelle 10: Einsparungspotenziale aufgrund erhöhter Termintreue
81
87

MES - ZVEI

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