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Komplexität in der Produktion beherrschen

Entscheidungen durch den Einsatz von MES absichern

Komplexität in der Produktion beherrschen

Die Anforderungen an die Produktionsplanung sind in den letzten Jahren in vieler Hinsicht gestiegen. Als Folge kürzerer Produktlebenszyklen, steigender Variantenvielfalt und fortschreitender Globalisierung der Wertschöpfungsnetzwerke entstehen immer komplexere Planungs- und Steuerungsprozesse, die sich in vielen Fällen nicht ohne den Einsatz von Manufacturing-Execution-Systemen beherrschen lassen.

Bild: Fraunhofer IPA

Komplexität in der Produktion wird zunehmend als Gegenspieler eines leistungsfähigen Produktionsplanungssystems (PPS) gesehen, da der Mangel an Standardisierbarkeit den Prinzipien moderner industrieller Fertigung nach dem Lean-Gedanken widerspricht. Im Gegensatz zu komplizierten Sachverhalten lassen sich komplexe Probleme weder in Teillaufgaben zerlegen noch ihr Ausgang eindeutig berechnen, da sich zahlreiche Handlungs- und Entscheidungsalternativen gegenseitig beeinflussen. Komplexe Aufgaben lassen sich nur durch Verringern oder Beherrschen der Komplexität lösen. Während eine Komplexitätsreduktion auf die Beseitigung der Ursachen zielt, verringert die Strategie der Komplexitätsbeherrschung negative Auswirkungen von Entscheidungen in komplexen Systemen. In der Produktion treten an verschiedenen Stellen Komplexitätstreiber auf, welche sowohl die Produktionsplanung als auch die -steuerung beeinflussen. Diese Treiber werden maßgeblich durch vier Faktoren bestimmt:

Planung und Steuerung im Blick

Aus diesen vier Faktoren ergibt sich für jedes Produktionsunternehmen ein individuelles Komplexitätsprofil. Ein typisches Profil zeigt die Komplexitätstreiber mit Auswirkungen auf Planungs- und Steuerungsseite. Auf der Planungsseite spielen vorwiegend externe Faktoren wie Liefer- und Wiederbeschaffungszeiten, Schwankungen in Bedarf und Auftragsmix sowie kurze Produktlebenszyklen eine Rolle. Auf Steuerungsseite sind mit Änderungen bezüglich Mengen und technischen Merkmalen, Qualitätsproblemen, Rssourcenausfall sowie Unsicherheiten auf Beschaffungsseite vor allem interne Einflüsse für Komplexität verantwortlich. Die Ermittlung der Ausprägungen dieser Aspekte sowie das Bewusstsein für daraus folgende Problemstellungen dienen als Grundlage für sämtliche Maßnahmen zur Bewältigung der Komplexität. Dieser Blick auf Planung und Steuerung macht deutlich, dass sich viele Komplexitätsaspekte nicht merklich reduzieren lassen. Gegenmaßnahmen beschränken sich daher in der Regel auf Kompromisse, die von Nebenwirkungen begleitet werden. Dazu zählen etwa vertragliche Ausschlüsse von Schwankungen in Bedarf oder Lieferzeit.

Komplexe Abläufe bewältigen

Beim Ansatz der Komplexitätsbeherrschung wird das Komplexitätsprofil einer Fertigung nicht verändert. Stattdessen werden Maßnahmen abgeleitet und umgesetzt, die Komplexität beherrschbar machen. Dazu ist zunächst eine klarer Blick auf die Produktionsprozesse erforderlich, der auf Basis eines vollständigen Abbilds der Handlungs- und Entscheidungsalternativen sowie von Wechselwirkungen mit aktuellen oder zukünftigen Abläufen eine Minimierung der Risiken von Fehlentscheidungen gestattet. Kern dieses Ansatzes ist eine aktuelle, strukturierte Datenbasis über die Produktionsprozesse. Diese Basis kann eine MES-Lösung bieten, etwa durch Aufbereitung von Betriebs- und Maschinendaten (BDE/MDE) zur Verwendung im Enterprise Resource Planning-System (ERP). Das MES-Datenmanagement dient dabei als Schnittstelle zwischen ERP-System und Automatisierungsebene.

Komplexitätstreiber in der Produktionsplanung und -steuerung

Entscheidungen durch MES sichern

Vom ERP-System erhält die produktionsnahe Lösung neben Fertigungsauftrags- und Stammdaten auch Plandaten wie etwa Produktionsaufträge. Die Daten werden verarbeitet und an die untergeordnete Ebene weitergeleitet, etwa in Form von Maschinenbelegungsplänen. In der anderen Richtung verarbeitet das MES Rückmeldedaten der Shop Floor-Ebene – beispielsweise Produktionszahlen – und visualisiert diese im Rahmen der Auswertefunktionen. Bei Bedarf spielt das System diese Daten auch in passender Aufbereitung an die ERP-Lösung zurück.

Aktuelle Datenbasis als Grundlage

Die Entscheidungsfunktionen eines MES umfassen Material-, Betriebsmittel- und Personalmanagement sowie Feinplanung und -steuerung. Mit diesen Funktionen generiert das System eine aktuelle Datenbasis, aus der die zur Komplexitätsbeherrschung notwendige Transparenz entsteht. Ergänzend bieten Entscheidungsfunktionen Lösungsvorschläge für unerwartere Situationen in der Produktion, etwa für die Reaktion auf Engpasskonflikte. Für Auswertung und Dokumentation stehen Module für Qualitätsmanagement, Leistungsanalyse und Informationsmanagement bereit. Erst das Zusammspiel dieser Funktionen im MES schafft Mehrwert für das Ablaufverständnis und macht das System zu einem Werkzeug für die Komplexitätsbeherrschung. Zuvor kaum beherrschbare Situationen, beispielsweise ein plötzlicher Maschinenausfall, werden durch das MES transparent und steuerbar: Das Datenmanagement registriert den Maschinenausfall, auf Basis von Stammdaten und aktuellen Fertigungsaufträge kann das MES in Echtzeit umplanen und Vorschläge zur Engpassverarbeitung liefern. Dabei werden auch Plan- und Istwerte zu Betriebsmitteln, Material und Personal berücksichtigt. Darüber hinaus können zeitkritische Reaktionen wie Chargensperrung, Ausfallzeitenauswertung oder Fehlerreports automatisiert werden, deren manuelle Ausführung und Bewertung ohne entsprechendes System eine komplexe Aufgabe darstellt.



MES-Funktionen lassen sich nach der VDI-Richtlinie 5600 in die drei Kategorien Datenmanagement, Entscheidungsfunktionen sowie Auswertungs- und Dokumentationsfunktionen gliedern.

Strukturiertes Vorgehen gefragt

Vor der erfolgreichen Komplexitätsbeherrschung durch den Einsatz eines MES sind jedoch einige Hürden zu überwinden. Bei der Einführung einer solchen IT-Lösung lauern zahlreiche Fallstricke, wie falsch eingeschätzter Ressourcenbedarf oder Akzeptanzprobleme, die auf unzureichende Schulung oder mangelnde Einbeziehung der Anwender zurückzuführen sind. Insbesondere bei ‚organisch gewachsenen‘ Produktionsstrukturen können Redundanzen, unnötige Funktionen, falsche Konfiguration oder Implementierung zusätzliche Komplexität in Produktionsplanung und -steuerung bewirken. Daher sollte ein MES erst eingeführt werden, nachdem organisatorische, funktionale und datenbezogene Schwachstellen beseitigt wurden. Generell sollten die späteren Nutzer frühzeitig in das Projekt einbezogen werden. Denn selbst die beste MES-Lösung verfehlt das Ziel, wenn sie von Mitarbeitern aufgrund von Akzeptanzproblemen nicht genutzt wird.

Risikofaktor Systemgröße

Die erfolgreiche Systemeinführung beginnt daher bereits bei der Analyse der bestehenden Prozesse, um den notwendigen Funktionsumfang des MES zu bestimmen und gegebenenfalls den Funktionsumfang im Vorfeld zu reduzieren. Denn der Einsatz unter- oder überdimensionierter Systeme birgt die Gefahr, anstelle der gewünschten Prozessverschlankung sogar zusätzliche Komplexität zu erzeugen, da sie zentrale Produktionsstellgrößen nicht im gewünschten Umfang oder der geforderten Geschwindigkeit beherrschen können. Die Auswahl der passenden Lösung anhand der Anforderungen aus dem Komplexitätsprofil sowie ein Vergleich des gesamten Marktangebots sind daher eine wichtige Grundlage für die erfolgversprechende Systemeinführung – und damit eine IT-gestützte Fertigung, die auch komplexe Planungs- und Steuerungsprozesse ‚im Griff‘ des Anwenders hält.