- IT&Production - https://www.it-production.com -

Manufacturing IT auf dem Weg zur übergreifenden Lösung

Erfolgsfaktor für die Produktion

Manufacturing IT auf dem Weg zur übergreifenden Lösung

Aufwand und Komplexität des Managements von Produktions- und angrenzenden Abläufen sind in den letzten Jahren enorm gestiegen. Damit steigt auch der Stellenwert der Prozessoptimierung unter Nutzung aller Ressourcen und Informationsquellen. Unterstützung bietet nicht zuletzt die Automatisierung oder Teilautomatisierung der Zusammenarbeit zwischen den Beteiligten verschiedener Prozessketten. Voraussetzung dafür sind geeignete prozessketten-übergreifende Werkzeuge.

Bild: ZVEI

Zahlreiche firmen- oder branchenspezifisch entwickelte Softwarelösungen unterstützen die Verwaltung und Organisation von betrieblichen Abläufen. Während Enterprise Resource Planning-Systeme (ERP) zur Planung und Steuerung der Auftragsabwicklung, des Bestandsmanagements und der Beschaffung dienen, unterstützen Manufacturing Execution-Systeme (MES) das operative Management. Die Lösungen für die Produktionssteuerung reichen hier von Office-Anwendungen Marke ‚My Excel Sheet‘ bis zur umfassenden Verknüpfung, Verwaltung, Organisation und automatischen Bearbeitung aller produktionsrelevanten Vorgänge. Diese Heterogenität erschwert es, eine vergleichende und allgemeingültige Anwendbarkeit von Lösungen in unterschiedlichen Anwendungsgebieten zu finden und ihr Potenzial für die Produktionssteigerung richtig zu bewerten.

Komplexe Fertigungsabläufe fordern produktionsnahe Systeme

Auch in Bezug auf die Verbreitung von MES-Anwendungen in verschiedenen Branchen ergibt sich ein uneinheitliches Bild. Je höher die Komplexität und Flexibilität der Produktion und je größer die Produktvarianten, desto alternativloser ist der Nutzen von MES-Lösungen in der Produktion. Der Verbreitungsgrad folgt entsprechend. Großserienfertigung in der Automobilindustrie ist ohne MES nicht mehr denkbar. Dieser Situation Rechnung tragend, hat die ZVEI-Arbeitsgruppe ‚MES‘ in einer Informationsschrift heute verfügbare oder realisierbare Lösungen beschrieben. Dabei wurden insbesondere branchenspezifische Anforderungen berücksichtigt. Grundlage für die Aufbereitung der MES-Lösungen sind die Festlegungen der Normenreihe IEC EN 62264, die die funktionalen Ebenen eines Unternehmens beschreibt, auf denen mit unterschiedlichen Zeithorizonten und unterschiedlichem Detaillierungsgrad Entscheidungen getroffen werden

Vier zentrale Funktionsbereiche in Produktionsbetrieben

Das Management eines Produktionsbetriebs kann in vier zentrale funktionale Bereiche eingeteilt werden. Dazu zählen Produktionsmanagement, Qualitätsmanagement, Lager- und Bestandsmanagement sowie Instandhaltungsmanagement. In diesen Bereichen lassen sich verschiedene Aktivitäten identifizieren, deren Zusammenwirken durch ein verallgemeinertes Aktivitätsmodell beschrieben wird. Die Inhalte der Aktivitäten bestehen wiederum aus einzelnen Aufgaben, die sich entsprechend der zu realisierenden Funktionen unterscheiden. Einzelne Aktivitäten sind durch Informationsflüsse miteinander verknüpft. Die konkreten Informationen, die zwischen den Aktivitäten ausgetauscht werden, sind ebenfalls von der jeweiligen Funktion abhängig. Für diese Aktivitäten und die Umsetzung der Informationsflüsse werden diverse Produkte aus dem MES-Umfeld angeboten. Die konkreten Ausprägungen der Softwareprodukte und Dienste sind funktions-, branchen- und produktspezifisch.

Für jede Aufgabe das passende Softwaremodul

MES-Lösungen werden heute weitgehend aus vorgefertigten Modulen zusammengestellt. Der konfigurierbare Anteil beträgt dabei in der Regel 60 bis 70 Prozent, den Rest machen branchen- und kundenspezifische Erweiterungen aus. Um die Bedeutung verwendeter Begriffe zu verdeutlichen, stellt die ZVEI-Broschüre die derzeit geläufigen Begriffe als Orientierungshilfe vor. Darüber hinaus werden für die Branchen ‚pharmazeutische Wirkstoffproduktion‘, ‚Nahrungsmittel und Brauereiindustrie‘, ‚Raffinerie und Petrochemie‘, ‚Chemie und Feinchemie‘, ‚Großserienfertigung‘, ‚Maschinen- und Anlagenbau‘ sowie ‚Papier und Metall‘ typische Betriebsabläufe beschrieben und erläutert, wie Betriebsaktivitäten in den Bereichen Produktion, Qualität, Instandhaltung und Lagerhaltung durch MES-Werkzeuge unterstützt werden. Angesichts der Vielzahl der angebotenen Funktionen ist es umso wichtiger, die richtige Anpassung einer MES-Lösung zu finden. Grundsätzlich liefert hier erst die an die Aufgabenstellung angepasste Softwareanwendung die Problemlösung.

In den unterschiedlichen Unternehmensebenen von produzierenden Betrieben werden abgestimmte Aufgaben umgesetzt. Bild: IEC 62264

Manufacturing IT in Prozess- und Fertigungsindustrie

Anhand branchentypischer Anforderungen können dabei wesentliche Gemeinsamkeiten zwischen MES-Anwendungen in Prozess- und Fertigungsindustrie herausgearbeitet werden. In beiden Industriebereichen erfolgt die Abstimmung benachbarter Geschäftsprozesse oftmals unzureichend, was einer effizienten, dynamischen Betriebsführung entgegensteht. Das drückt sich zum Beispiel in einer zu geringen Vernetzung von MES-Anwendungen und Betriebsumgebung, zu niedriger Aktualität von Informationen und unterschiedlicher Datenstruktur sowie Detaillierungstiefe aus. Die wirtschaftlichen Ziele beider Industrien sind weitgehend vergleichbar und schließen unter anderem effizienten Rohstoff- und Energieeinsatz, Minimierung von Produktionsausfällen, die Verbesserung der Anlagennutzung und die Beherrschung hoher Produktvielfalt ein. Moderne MES müssen somit in allen Marktsegmenten und Branchen die vertikale und horizontale Integration in Echtzeit und im Einklang mit benachbarten Systemen ermöglichen.

Die effektive Gestaltung und Ausführung von Produktionsaufträgen werden durch Planungs-, Überwachungs- und Kommunikationsfunktionen unterstützt. Hinsichtlich der Unterschiede zwischen den genannten Industriebranchen fällt auf, dass die Fertigungsindustrie meist durch deutlich höhere Produkt- und Variantenvielfalt gekennzeichnet ist. Daher fallen die Anforderungen an Aktualität, Vollständigkeit, Konsistenz und Datendurchsatz der MES-Anwendungen höher aus und reichen bis zur Steuerung verketteter Produktionsschritte. In der Prozessindustrie kommt es hingegen darauf an, Struktur und Parameter der Rezepte aus den angeschlossenen Zielsystemen zu erfassen und in geeigneten Datenbankstrukturen abzuspeichern. Dabei müssen insbesondere in der Pharma- und Lebensmittelindustrie spezielle Test- und Validierungsprozeduren zur Gewährleistung der Produktsicherheit integriert werden. Messwerte werden kontinuierlich erfasst und meist über sehr lange Zeiträume archiviert. Für die entsprechend anspruchsvolle Verwaltung und Analyse großer Datenmengen mit zum Teil erheblicher Dynamik werden Werkzeuge mit speziellen Algorithmen zur Informationsverdichtung genutzt.

Trend hin zu übergreifenden Lösungsansätzen

Obwohl in beiden Bereichen gleichermaßen individuelle Lösungen anzutreffen sind, lassen sich doch diverse Punkte identifizieren, die zu übergreifenden Lösungsansätzen führen können. Insbesondere für hybride Produktionsbetriebe können integrative Lösungen geschaffen werden. Vor dem Hintergrund eines umfassenden Ansatzes für eine branchenübergreifende Lösung lässt sich ein Trend von einzelnen, isolierten MES-Lösungen, die universell einsetzbar sind, hin zu kollaborativen Systemen mit diversen Applikationen erkennen. Diese sind über die verschiedenen Funktionsebenen von ERP, MES und Process Control sowie die Bereiche Produktion, Instandhaltung, Qualität und Bestandsführung verteilt und arbeiten dennoch zusammen. Möglich wird dies unter anderem durch die Verwendung serviceorientierter Architekturen (SOA), durch XML für den transaktionsorientierten Austausch von Daten und durch Web-Services, so dass eine Applikation auf einfache Art und Weise Services anderer Applikationen aufrufen und nutzen kann.

 

Arbeitshilfe für MES-Anwender

Der vorliegende Beitrag fasst einige wesentlichen Inhalte und Schlussfolgerungen der Broschüre ‚Manufacturing Execution Systems – Branchenspezifische Anforderungen und herstellerneutrale Beschreibung von Lösungen‘ des Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e.V. (ZVEI) zusammen. Die Broschüre wurde in der Arbeitsgruppe ‚MES‘ durch Mitarbeiter von ABB, Emerson, Honeywell, Ifak, Bayer Technology Services, Proleit, PSI Production, Siemens, der TU Dresden, Yokogawa und des ZVEI erarbeitet. Die Broschüre kann in gedruckter Form beim ZVEI bestellt oder als PDF-Dokument von der Homepage des Verbandes heruntergeladen werden.