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Software-Konzept für eine erfolgreiche Systemeinführung

Die Manufacturing-Execution-System – Modeling Language (MES-ML) ist eine interdisziplinär verständliche, grafische Beschreibungssprache für die Anforderungserhebung und Spezifikation von Manufacturing Execution Systemen. Mit ihrer Hilfe soll der Spezifikationsprozess effizienter gestaltet werden und es soll Fehlern bei der Anforderungsanalyse vorgebeugt werden. Entwickelt wurde sie im Rahmen des Förderprojekts 'Spezi-MES'.

Übersicht über die Teilmodelle der MES-ML, die in Zusammenarbeit mit den Industriepartnern BN Automation AG sowie Trebing & Himstedt Prozeßautomation GmbH & Co. KG entstanden ist. Das Modellierungswerkzeug wurde in ersten Einsätzen in der Industrie bereits sehr positiv bewertet. Derzeit erarbeitet das AIS?an der TU?München in Zusammenarbeit mit der Fortiss GmbH ein Modell zur Weiterentwicklung der Methode zur Produktreife, an dem sich interessierte Unternehmen beteiligen können.

Damit die Einführung eines Manufacturing-Execution-Systems (MES) erfolgreich durchgeführt werden kann, ist eine eindeutige, interdisziplinär verständliche Spezifikation nötig, die alle funktionalen und technischen Anforderungen an das System exakt beschreibt. Denn bislang gibt es keine MES-Standardkonfiguration, weshalb immer eine unternehmens- und anlagenspezifische Spezifikation erstellt werden muss. Durch die hohe Komplexität von MES sowie zahlreiche Schnittstellen und Abhängigkeiten zu IT- und Automationssystemen gestaltet sich die Spezifikation jedoch häufig aufwändig und fehleranfällig. Als Folge sind kostspielige Nacharbeiten keine Seltenheit. Durch die enge Zusammenarbeit mit Industriepartnern konnten im Rahmen des Projekts Spezi-MES viele Herausforderungen aus der Implementierungspraxis identifiziert werden.

Integration als Herausforderung

Dazu zählt vor allem die starke interdisziplinäre Prägung des Spezifikationsprozesses: Viele Informationen sind nicht zentral verfügbar, sondern liegen bei Mitarbeitern aus unterschiedlichen Abteilungen und Fachrichtungen vor. Dabei haben beispielsweise Produktionsmitarbeiter eine andere Sicht auf Prozesse und Anlagen als die Geschäftsleitung; auch Wissensstand und Anforderungen an die Systeme unterscheiden sich. Zusätzlich kommen teils unterschiedliche Begriffe und Beschreibungsmittel zum Einsatz, was die Zusammenarbeit der am Spezifikationsprozess beteiligten Personen weiter behindert. Das kann beispielsweise dazu führen, dass im Unternehmen vorhandenes Prozesswissen nur unzureichend genutzt wird.

Zudem werden MES-Spezifikationen in der Regel in reiner Textform erstellt, was zusammen mit oft nicht eindeutigen Formulierungen das Verständnis für Mitarbeiter aus den Fachabteilungen erschwert. Hinzu kommt, dass durch die vielen Schnittstellen und System-Abhängigkeiten die Übersicht über das Gesamtsystem schnell verloren gehen kann. Hat ein MES-Anbieter den Auftrag zur Umsetzung eines Integrationsprojekts angenommen, muss er oft die Spezifikation des Kunden weiter ausdetaillieren. Vor allem bei der Identifikation von Schnittstellen zu bestehenden IT-Systemen und Datenanbindungspunkten zum Prozess können Probleme auftreten: Bestehende Schnittstellen sind oft nur unzureichend dokumentiert, schwer zu interpretieren und nicht eindeutig aus einer textlichen Beschreibung zu entnehmen.

Modellierung in drei Stufen

Eine richtige Zuordnung der Informationen kann nur erfolgen, wenn dem Systemanbieter eine detaillierte Prozess- und Anlagenbeschreibung zur Verfügung steht. Dazu wurde die Manufacturing Execution System-Modeling Language (MES-ML) entwickelt. Dabei handelt es sich um eine grafische Beschreibungssprache, die drei verschiedene Sichten auf eine Anlage vereint und so eine interdisziplinäre Kommunikation fördert: Das Modell des technischen Systems beschreibt den Aufbau einer Anlage – vom Ort der Anlage über Linien, Module und Maschinen bis hin zum Sensor und allen vom MES verwertbaren Signalen.

Das Produktionsprozessmodell wird hingegen für die Darstellung von Produktionsabläufen, Geschäftsprozessen und Abläufen zur Erhaltung des Betriebszustands genutzt. Hier steht der Ablauf, nicht das technische System, im Vordergrund. Zur Darstellung wird ein angepasster Satz der Elemente der Business Process Model and Notation (BPMN) verwendet, was eine präzise, eindeutige und trotzdem leicht verständliche Modellierung erlaubt. Das MES-Modell schließlich bildet den Systemumfang, die Funktionen angrenzender Systeme wie PLS oder ERP sowie deren Schnittstellen ab.

Da sich die Modellierungselemente nur geringfügig von denen für die Produktionsprozesse unterscheiden, müssen zum Verständnis so gut wie keine zusätzlichen Notationselemente erlernt werden. Über Verknüpfungen zwischen den drei Modellarten der MES-ML kann beispielsweise definiert werden, welche Anlagenkomponente einen bestimmten Prozessschritt ausführt, wie die Schnittstellen zwischen MES und Anlage aussehen und wie und welche Prozessdaten an das MES übergeben werden.

Leichtes Spiel bei der Spezifikation

Die MES-ML arbeitet mit einem relativ geringen Umfang an grafischen Elementen. Dadurch kann eine Einarbeitung in die Sprache sehr schnell erfolgen. Vor allem für die interdisziplinäre Nutzung ist dies von großer Bedeutung, da innerhalb kürzester Zeit eine gemeinsame Diskussionsgrundlage in Form von Modellen geschaffen werden kann. Die einfache Integration von Informationen aus zahlreichen Fachabteilungen kann so zu einer vollständigeren Spezifikation führen; teure Nacharbeiten aufgrund von ungenauen Spezifikationen können vermieden werden.

Die bei Nutzung der MES-ML entstehende Spezifikation ist grafischer Natur, daher sehr übersichtlich, leicht verständlich aber trotzdem eindeutig. Sie zeigt auf, wo Schnittstellen und Abhängigkeiten zwischen Systemen vorhanden sind und erlaubt es, diese präzise zu definieren. Der Ansatz erlaubt zudem eine bessere Kommunikation zwischen Anwendern und Systemanbietern, um MES-Projekte effizienter und kostengünstiger abzuwickeln. Durch eine präzise und vollständige Spezifikation kann so sichergestellt werden, dass der Anwender genau das System bekommt, welches er auch wirklich benötigt.

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