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Mit Software die Fabrikleistung steigern

Was werksnahe IT heute leistet

Mit Software die Fabrikleistung steigern

Bei der Optimierung der Produktion nehmen Manufacturing Execution Systems eine immer wichtigere Rolle ein. Die Anwendungen helfen insbesondere dabei, Ressourcen effizienter einzusetzen und den Aufwand für Planung und Steuerung zu senken.

(Bild: ©auremar/stock.adobe.com) [1]

(Bild: ©auremar/stock.adobe.com)

Bereits Mitte der 1990er Jahre wurde der Begriff Manufacturing Execution System in den USA entwickelt. Damals wurde zur Bewältigung der Fertigungskomplexität und der wechselnden Zielvorgaben ein integriertes Fertigungssystem benötigt, welches die verschiedenen Software-Lösungen der Fertigung vereint. Dabei ist ein ME-System zwischen der Unternehmensleit- bzw. Planungsebene und der Prozessebene angeordnet (Abbildung 1). Es bildet die Schnittstelle zwischen dem ERP-System und der Automatisierungsebene. Die Kernfunktion eines MES ist dabei die Datenerfassung in Echtzeit und die Übertragung exakter Informationen (Rückmeldung) zwischen der Prozess- und Planungsebene. In der VDI-Richtlinie 5600 sind die folgenden Aufgaben als Hauptbestandteile eines ME-Systems definiert:

In den marktverfügbaren Lösungen werden diese Aufgaben in der Regel oft in einzeln auswählbaren Modulen abgedeckt.

Das vierphasige Stufenmodell der erfolgreichen MES-Einführung (Bild: CIM Aachen GmbH) [2]

Das vierphasige Stufenmodell der erfolgreichen MES-Einführung (Bild: CIM Aachen GmbH)

Generelle Nutzenaspekte

Als Stärken eines MES gilt seine Unterstützung bei der Planung und Steuerung, dem Erfassen und Überwachen von Produktionsdaten in Echtzeit sowie der Anbindung und Integration von Instandhaltung und Qualitätsmanagement. Somit hilft das ME-System die Produktionsprozesse in einem Unternehmen rund um die Uhr zu kontrollieren, analysieren, steuern und langfristig zu verbessern. Für viele Unternehmen ist daher vor allem die Vereinfachung des Planungsprozesses oder auch die Datenerfassung oder Chargenüberwachung der Hauptentscheidungsgrund für die Einführung eines ME-Systems.

Planen mit Rückmeldungen

Da viele Unternehmen die Produktion auf Basis der ERP-Daten planen, kann dabei in der Regel nicht der aktuelle Produktionsstatus berücksichtigt werden. Aufgrund der fehlenden Rückmeldung erfolgt ein Soll/Ist-Vergleich damit meist nur am Ende einer Schicht. Dies hat zur Folge, dass auf Störungen in der Produktion oder auf den Status einzelner Fertigungsaufträge erst nach Schichtende reagiert werden kann. Das gleiche gilt auch für Produktionsabweichungen, welche somit erst im nächsten Planungsschritt berücksichtigt werden können. Dabei gilt: Je länger der Planungshorizont ist, desto größer ist das Risiko für Störungen. Eine Fertigungsregelung mit Eingriffszeiten von unter einer Stunde, lässt sich meist nur mit einem gekoppelten ME-System realisieren.

Einfluss auf die Lieferzeiten

Weiterhin beklagen Unternehmen oft die Schwierigkeit, einen Auftragsstatus und den Fertigstellungszeitpunkt zu bestimmen. Dabei liegen die Herausforderungen nicht nur darin, die Informationen überhaupt zu ermitteln, sondern auch im hohen manuellen Aufwand zur Informationsbeschaffung. Unterstützung bietet hier der MES-Fertigungsleitstand, durch eine Planung unter Berücksichtigung des tatsächlichen Status und der Produktionskapazitäten. Der Leitstand bildet dabei das Herzstück eines MES und bietet die Möglichkeit, unter Berücksichtigung definierter und gewichteter Zielkriterien automatisch zu planen. Dadurch können die zur Verfügung stehenden Kapazitäten, wie Anlagen, Personal und Material, berücksichtigt werden – genauso wie Planungsregeln, Multiressourcenplanung oder Kapazitätsbegrenzungen. Zusätzlich zur automatischen Planung lässt ein System auch eine manuelle Planung zu, oft unterstützt durch eine Planungssimulation.

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Weitere MES-Module

Andere Module einer MES-Lösung widmen sich dem Instandhaltungsmanagement, Qualitätsmanagement und Energiemanagement. Im Bereich Instandhaltung lässt sich mit einem ME-System schnell auf Störungen reagieren und die Wartungsplanung organisieren. Archivierte Ausfallursachen im Sinn eines Maschinenlebenslaufes können zudem eine vorbeugende Instandhaltung erleichtern. In Kombination mit der Auftragsplanung über den Leitstand kann die Wartungsplanung besser mit der Maschinenbelegung harmonieren, was für eine verbesserte Kapazitätsvorausplanung in der Instandhaltungsabteilung sorgen kann. Entscheidet man sich für das Qualitätsmanagement-Modul eines ME-Systems, lassen sich die Prüfpläne und Prüfvorschriften in der Anwendung verwalten und Messmittel zur permanenten Qualitätsüberwachung anbinden. Bei der Feststellung von Qualitätsabweichungen kann somit in die Produktion eingegriffen und die Störung an den Leitstand gemeldet werden. Zusätzlich bietet ein MES die Möglichkeit, die ermittelten Daten zu speichern und für die Erstellung von Prüfzertifikaten bereitzustellen oder für eine eventuelle Chargenrückverfolgung zu nutzen. Damit unterstützt ein MES die Sicherung der Qualitätsstandards durch frühes Erkennen von Schwachstellen. Weiterhin hilft das System den Arbeitsaufwand zu reduzieren, da die Doppelerfassung von Qualitätsdaten (Messdaten) vermieden wird. Gerade für Unternehmen mit geforderter Chargenverfolgung erleichtert ein ME-System die übergreifende Dokumentation.

Energieverbrauch rückt in den Fokus

Durch steigende Energiekosten und gewachsenes Umweltbewusstsein sowie gesetzliche Vorgaben werden Maßnahmen zur Energieeinsparung für Industrieunternehmen wieder wichtiger. Das Energiemanagementmodul eines MES hilft, den Energieverbrauch je Anlage zu erfassen. Abgeleitet davon lassen sich gezielt Maschinen mit besonders hohen Energieverbräuchen ermitteln. Diese Daten können auch als Entscheidungshilfe für Investitionen in neue Maschinen genutzt werden. Darüber hinaus bietet das Modul die Möglichkeit, den Energieverbrauch der Produktion zu steuern und beispielsweise zu prüfen, ob es zur Vermeidung von Lastspitzen möglich ist, energieintensive Arbeitsschritte nachts oder zu einem Zeitpunkt mit geringerer energetischer Auslastung durchzuführen, ohne dabei den Liefertermin zu gefährden. Dafür kann das System ein Energielastprofil simulieren und der Produktionsplaner somit in Abhängigkeit der Energiekosten und des Liefertermins den geeigneten Bearbeitungszeitpunkt bestimmen. Durch dieses Energielastmanagement, also durch eine optimale Planung der Produktion unter Berücksichtigung des Strompreises, lassen sich je nach Fertigung Lastspitzen vermeiden und enorme Stromkosten einsparen.

Sorgfältige Recherche

Die Anforderungen an eine MES-Software unterscheiden sich von Firma zu Firma. Auch der Funktionsumfang der verschiedenen Module unterscheidet sich je nach Anbieter teils deutlich. Befassen sich produzierende Unternehmen demnach mit der Integration einer entsprechenden Anwendung, sollten die Bedürfnisse in der eigenen Fabrik sorgfältig mit den angebotenen Möglichkeiten abgeglichen werden.

Einordung eines MES in die IT (in Anlehnung an Jürgen Kletti, 2007) (Bild: CIM Aachen GmbH) [3]

Einordung eines MES in die IT (in Anlehnung an Jürgen Kletti, 2007) (Bild: CIM Aachen GmbH)