Die Produktion vieler Unternehmen der Lebensmittelbranche ist auch geprägt durch ein Nebeneinander von Insellösungen mit überlappenden Funktionen. Um die Vorteile von digitalisierten Prozessen im Sinn einer Industrie 4.0 zu nutzen, kann ein Manufacturing Execution-System als Datendrehscheibe dienen. Die Einführung ist alles andere als trivial, dafür sprechen jedoch deutliche Effizienzvorteile entlang der gesamten Fertigungskette.

Bild: Rockwell Automation GmbH

Die neueste Studie der Manufacturing Enterprise Solutions Association (Mesa) zeigt einmal mehr die Vielzahl an Anbietern produktionsnaher Anwendungen. Doch so wichtig wie die Software selbst ist das Branchen-Know-how eines Unternehmens. Denn erst durch die Kombination von branchenspezifischen Produkten und dem entsprechendem Prozesswissen kann ein passgenaues ‚Change Management‘ erfolgen, welches die Erfolgsaussichten für die Einführung eines Manufacturing Execution-Systems (MES) deutlich verbessert. In der Lebensmittelindustrie mit ihren weitreichend automatisierten Anlagen kommt noch ein weiterer Aspekt hinzu, denn hier ist die Abdeckung der gesamten vertikalen Integration entscheidend, um im Zuge der Initiative Industrie 4.0 die bestehenden Prozesse zu digitalisieren und somit eine Harmonisierung und Synchronisation der Prozesse zu realisieren. Das Bild oben aus dem Prozessbereich zeigt eine Unterteilung der Abläufe in Prozesszellen nach ISA 88, die dann wiederum autark oder in Abhängigkeit des Zustandes einer MES-Lösung gesteuert werden können, in diesem Fall durch eine SPS-basierte Sequenzierung. Sowohl bei der SPS- basierten Sequenzierung als auch bei einer autarken Batch-Lösung ist die Integration und der enge Daten- beziehungsweise Eventaustausch mit dem MES erforderlich, denn kritische Events und Informationen sollen in der Regel digitalisiert und gespeichert werden.

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Backen und Verpacken integrieren

Der Datenaustausch im kontinuierlichen Teil der Linie, wie das Backen oder Verpacken, kann mithilfe einer Rapid Line-Integrationslösung sichergestellt werden. Die Lösung nutzt die standardisierte Schnittstelle zwischen Automatisierungsebene und IT-Systemen zum Austausch von Informationen und Befehlen und ermöglicht somit sowohl eine problemlose Berechnung anlagen- und maschinenspezifischer Kennzahlen (OEE, MTBF, MTTR und so weiter) und das Sammeln von Tracking- und Tracing-Events für die Rückverfolgbarkeit als auch ein integriertes Liniensteuerungskonzept. Die Integration der Schnittstelle erfolgt dabei durch einfaches Mapping der herstellerspezifischen Programmierstandards auf das Rapid-Interface in der SPS des Herstellers. Verwendet dieser bereits den PackML-Standard der Omac, erfolgt das Mapping automatisch. Die Standardisierung der Schnittstelle inklusive der Handshakes mit dem MES und ihre Testbarkeit bereits beim produzierenden Unternehmen führen dazu, dass typische Integrationsprobleme beim Zusammenführen der Automatisierungs- und IT-Welt während der Inbetriebnahme vermieden werden und die Integration der Maschinen in die MES-Umgebung problemlos erfolgen kann. Dieses Verfahren reduziert das Risiko und ermöglicht die Harmonisierung und Digitalisierung der bestehenden Prozesse.

Manuelle Systempflege durch überlappende Funktionen

Viele Prozesse in der Lebensmittelindustrie stellen Unternehmen vor eine weitere Herausforderung. Entweder die Prozesse werden isoliert betrachtet oder manuell realisiert. Im Falle von vorhandenen Applikationen und isolierten Lösungen lässt sich häufig eine Vielzahl an Applikationen mit überlappenden Funktionalitäten erkennen. Das führt dazu, dass ein Unternehmen mehrere Applikationen beziehungsweise Anwendungen pflegt, aber die Prozesse nicht ineinander greifen und somit immer wieder manueller Aufwand betrieben werden muss, um etwa benötigte Analysen und Auswertungen in der geforderten Zeit zu realisieren. Untersuchungen haben ergeben, dass die in Unternehmen verwendeten Applikationen für den Produktionsbereich um rund 50 bis 70 Prozent reduziert werden können. Diese Transformation kann zusammen mit der Einführung einer MES-Lösung umgesetzt werden, die gleichzeitig auch bei der Realisierung von Aspekten des Industrie 4.0-Konzepts hilft. So lassen sich etwa Prozesse digitalisieren und vereinfachen sowie die unterlagerte Sensorik und Automatisierung zielgerecht einsetzen.

Beispiele für digitalisierte Prozesse

Wie sich eine solche Harmonisierung auswirken kann, zeigt folgendes Beispiel: Die Stromwerte eines Motors werden überwacht und ein kritischer Anstieg aus der Automatisierung – Energy Management – verursacht eine Eventmeldung im MES, was wiederum einen Instandhaltungsauftrag im Enterprise Resource Planning-System (ERP) auslöst. Gleichzeitig erhält der Instandhaltungsplaner eine Mitteilung, wann der aktuelle Auftrag an der Linie des gefährdeten Motors voraussichtlich beendet ist und der nächste Produktionswechsel vorliegt. Aufgrund dieser Informationslage entscheiden die Verantwortlichen, ob dieser Zeitpunkt genutzt werden kann, um den Fehler zu beheben, ohne eine zusätzliche Stillstandzeit zu verursachen. Ein weiteres Beispiel ist die Vermeidung von Backflash-Material im ERP und somit eine reale Rückmeldung von konsumierter und produzierter Menge je Prozesszelle. Das MES kann hierbei die Information liefern, welches Material und welche Menge verbraucht wurden, welche Menge neben dem erwarteten und geplanten Produkt real produziert oder welcher Abfall beziehungsweise Rework produziert wurde. Diese Rückmeldung ermöglicht zum einen eine bessere Planung, was in der Regel zu einer Reduzierung des Lagerbestands auf der Rohmaterialseite führt. Zum anderen werden durch fehlendes Material hervorgehende ungeplante Stillstände vermieden, bei denen das Planungswerkzeug ERP durch nicht aktuelle Bestandsrückmeldung immer noch von einem bestehenden Material für den nächsten Auftrag ausgegangen war.

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Einführung sorgfältig vorbereiten

In Zusammenarbeit mit dem MES-Verband Mesa hat der Systemanbieter das Potenzial durch die Einführung einer MES-Lösung ermittelt. Um dieses zu erschließen, müssen vorhandene Prozesse allerdings zunächst individuell analysiert werden. Zudem hängt viel von der unterlagerten Automatisierung und der System- und Applikationslandschaft ab. Das Wissen um diese Punkte sollte vor der Einführung einer produktionsnahen Anwendung zusammen mit dem Prozesswissen des Software-Herstellers in eine Risikoanalyse und Kosten/Nutzen-Darstellung einfließen. Das vergrößert die Erfolgsaussichten des Einführungsprojektes in der Regel deutlich. Diese lohnen sich: Eine gut integrierte MES-Anwendung im Unternehmen ist eine solide Grundlage, die eigene Produktion auf veränderte Anforderungen im Sinne der Initiative Industrie 4.0 vorzubereiten. Das Personal kann mit passender Softwareunterstützung die steigenden Herausforderungen im Shopfloor besser bewältigen und wirtschaftliche Entscheidungen auf der Grundlage fundierter Daten treffen.

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