VDI Das ideale MES

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1 30 1 Neue Wege für die effektive Fabrik VDI Der VDI (Verein Deutsche Ingenieure) hat im Jahr 2004 begonnen aus den oben genannten Normen sowie aktuellen Erkenntnissen und Marktentwicklungen den Begriff MES in einer VDI-Richtlinie zu definieren. Ein besonderes Anliegen dieser Richtlinie ist es, dem Begriff MES eine Bedeutung zu geben, und so seine Erosion in der Wahrnehmung der Fertigungsindustrie zu verhindern. In dieser Richtlinie soll beim MES-Bedarf und bei den MES-Funktionen nach verschiedenen Fertigungstypen unterschieden werden. Der stark automatisierte Linienfertiger wird einen anderen Bedarf an Funktionen haben als der Kleinserienfertiger. Die Richtlinie fragt in ihrem Aufbau nicht primär nach Funktionen, die ein MES- System bereitstellen soll, sondern definiert die Aufgaben, die ein MES System in einem Fertigungsbetrieb wahrnehmen soll. Bei der Ausgestaltung der Richtlinie wird besondere Sorgfalt auf die Anwendbarkeit dieser Empfehlung gelegt. Dazu wird ausdrücklich eine praxisnahe Terminologie verwendet. Die Aufgaben, die ein MES-System gemäß VDI wahrnehmen kann sind folgende: Feinplanung und Feinsteuerung, Betriebsmittelmanagement, Materialmanagement, Personalmanagement, Datenerfassung und -verarbeitung, Schnittstellenmanagement, Leistungsanalyse, Qualitätsmanagement, Informationsmanagement Das ideale MES Bei den bisher beschriebenen Aufgaben, die ein MES im Kontext von verschiedenen Steuerungsstrategien und verschiedenen Typen von Fertigern erfüllen sollte, stellt sich die Frage nach dem idealen MES. Gibt es überhaupt ein ideales MES? Über alle Fertigungsindustrien hinweg ist diese Frage sicherlich nicht mit ja zu beantworten. Es soll jedoch versucht werden, für das Umfeld einer diskreten Fertigung bzw. auch einer losorientierten Fertigung Funktionalitäten zu skizzieren, die ein MES idealerweise haben sollte. Der Arbeitsbereich eines MES erstreckt sich naturgemäß vom Interfacing mit den Anwendungen des Unternehmens- Managements bis hin zu den tiefsten Tiefen der Datenerfassung, der Kommunikation mit industriellen Systemen und Bereitstellen von Daten für Maschinensteuerungen oder Beeinflussung der Maschinensteuerungen direkt. Dieses breite Arbeitsfeld, das nicht nur eine umfangreiche Thematik überstreicht, sondern das auch verschiedene Zeitebenen von Tagen und Wochen bis hin zu Sekunden abdecken muss, erfordert auch eine gestufte Betrachtung der einzelnen Funktionalitäten. Die Betrachtung lässt sich dabei in folgende Bereiche einteilen:

2 1.4 Manufacturing Execution Systeme (MES) 31 die Funktionalitäten eines MES selbst, Kommunikation mit den Anwendungen des Unternehmensmanagements, Kommunikation mit dem Fertigungsumfeld. Ein PPS umfasst in der Regel drei Funktionsgruppen: Fertigung, Qualität und Personal. Innerhalb dieser Funktionsgruppen gibt es leistungsfähige Module, die je nach Bedarf eingeführt und benutzt werden können. Ein Basissystem stellt die zeitnahe Verknüpfung aller Module untereinander sicher und stellt weiterhin modulübergreifende Funktionalitäten zur Verfügung. Eine weitere wichtige Funktion ist die der Informationsdrehscheibe. ERP QM Personal Fertigung BDE, MDE, Leitstand, DNC, WRM, MPL... Qualität REK, SPC, WE/WA, PMV, PDV... Personal PZE, PEP, LLE ZKS... ESK Waagen Maschinenkopplung Meßmittel Industrielle Bussysteme Terminals Abb MES Funktionsgruppen Analog zu diesen Funktionsgruppen im PPS/ERP-System gliedert sich ein MES ebenfalls in drei Funktionsgruppen. Das sind erstens die Funktionalitäten für die Fertigung, die Funktionalitäten für die Qualität und die Funktionalitäten für die Personaldisposition. Um diese Funktionen nicht allzu abstrakt erscheinen zu lassen, werden hierfür die Beschreibung und teilweise die Bezeichnung der klassischen Definitionen der Module herangezogen, aus denen sich MES entwickelt hat. Funktionsgruppe Fertigung Die Funktionsgruppe Fertigung kann die folgenden Module enthalten: BDE Betriebsdatenerfassung Hier werden auftrags- und personenbezogen Zeiten und Mengen erfasst. Bei den Mengen wird zwischen Gutstück und Ausschuss sowie Ausschussarten un-

3 32 1 Neue Wege für die effektive Fabrik terschieden. Ebenso ist es möglich, direkt Materialverbräuche und Abnutzungen von Betriebsmitteln oder Hilfsstoffen zu erfassen und den Aufträgen zuzuordnen. Die über Schichten, Tage oder Wochen kumulierten Daten werden entsprechend aufbereitet und den Anwendungen des Unternehmensmanagements zur Verfügung gestellt. Für die Organisation in der Fertigung können detailliertere und zeitnahe Darstellungen und Auswertungen parallel dazu erstellt werden. MDE Maschinendatenerfassung Hier werden Maschinen oder sonstige betriebliche Ressourcen verwaltet. Über eine umfangreiche Systematik können Zustandsdaten manuell und automatisch erfasst werden und diese Ressourcen oder Ressourcengruppen zugeordnet werden. Die Daten können dann dabei nicht nur von typischen Terminals sondern auch von industriellen Bussystemen angeliefert werden. Auch automatisierte Mengenerfassung über Zähler, über Waagen und vergleichbare Einrichtungen sollen an dieser Stelle unterstützt werden. Die erfassten Daten können dann in verdichteter Form dem Unternehmensmanagement für Effektivitätsaussagen zur Verfügung gestellt werden, erlauben aber auch in detaillierter Form eine Schwachstellenanalyse innerhalb der Fertigung. Leitstand, Plantafel Diese Funktionalitäten sind heftig diskutiert. Einerseits bieten ERP-Systeme über APS-Funktionen Planungsmöglichkeiten innerhalb einer Schicht an. Bei den Leitstands- und Plantafelmodulen eines MES-Systems liegt der Fokus noch mehr im Erstellen von technisch machbaren Plänen, wobei die Machbarkeit auch aus einer aktuellen Situation heraus beurteilt werden sollte. Pläne zu machen, deren Eintrittswahrscheinlichkeit relativ gering ist, ist Verschwendung. Daraus folgt, je detaillierter und genauer geplant werden muss, umso mehr muss der Plan auf aktuelle Situationen bezogen werden. Hier sollten die Feinplanungsmodule eines MES einfach zu bedienende manuelle Eingriffe und eine Unterstützung bei vollautomatischer Belegung wie auch bei Simulation und Optimierung bieten. WRM, DNC Werkzeug- und Ressourcenmanagement und Einstelldatenübertragung Ein MES sollte Werkzeuge und sonstige Fertigungshilfsmittel technisch orientiert verwalten können. Es geht dabei weniger um die Inventarisierung, wie sie im Bereich des Unternehmensmanagements notwendig und üblich ist, es geht hier vielmehr um den technischen Zustand der Betriebsmittel, um aktuelle Verfügbarkeiten, um das Verwalten von Kompatibilitäten zu Maschinen und die qualitative Beurteilung dieser Hilfsmittel. Aus der direkten Nähe zur Maschinendatenerfassung ergeben sich hier auch Möglichkeiten der präventiven Wartung und damit einem effektiven Mittel, um unvorhergesehene Stillstände reduzieren zu können.

4 1.4 Manufacturing Execution Systeme (MES) 33 MPL Material- und Produktionslogistik Ein besonders wichtiger Punkt in der Fertigung sind die im Umlauf befindlichen oder in Zwischenlagern gelagerten Materialien. Hier hilft ein Modul Material- und Produktionslogistik (MPL) den Überblick zu bewahren und fällige Transportvorgänge rechtzeitig anzustoßen. Eine solche Funktion sollte nicht mit einer Lagerverwaltung verwechselt werden. Hier geht es ausschließlich um WIP (Work in Progress), also die Materialien, die sich außerhalb der klassischen Lager in Umlauf befinden. MPL liefert aktuelle im Umlauf befindliche Mengen. Funktionsgruppe Qualität Die Funktionsgruppe Qualität im Sinne einer operativen Qualitätssicherung sollte nicht verwechselt werden mit einem Qualitätsmanagement, wie es beispielsweise die großen ERP-Systeme bieten und die darunter ein unternehmensweit planendes und verwaltendes Qualitätsmanagement verstehen. SPC (Statistische Prozessregelung) Hier geht es um das Ankoppeln von Messmitteln, um das konkrete Erfassen von Messwerten, der Online-Vergleich der gemessenen Werte mit einem Sollwert und der direkten Ausgabe von Warnungen, falls die beiden Werte über ein geeignetes Maß hinaus differieren. SPC speichert natürlich diese Stichproben und erlaubt es, gewisse Trends zu verfolgen und diese Trends auch direkt online in der Fertigung anzuzeigen und damit vielleicht fehlerhafte Produktionen zu vermeiden. REK Reklamationsmanagement Hier werden reklamierte Produkte nach technischen Gesichtspunkten, nach den Herstellbedingungen und nach den Einsatzstoffen zurückverfolgt. Über eine Maßnahmensystematik werden Gegenmaßnahmen eingeleitet und verfolgt. WEK Wareneingang Unter Wareneingang und Warenausgang (WE/WA) ist hier nun weniger das Rating von Lieferanten zu verstehen, wie dies im QM üblich ist, sondern hier geht es um die konkrete Erfassung von angelieferten Waren bzw. von ausgelieferten Waren, das Verifizieren von Chargennummerierungen und auch hier wieder eine Online-Alarmierung, falls die Vorgabewerte verletzt werden. PMC Prüfmittelverwaltung Die Prüfmittelverwaltung ist direkt vergleichbar mit dem WRM aus der Funktionsgruppe Fertigung. Hier werden Prüfmittel und Messmittel verwaltet. Hier wird sichergestellt, dass sie den geforderten Normen genügen und dass sie für die entsprechenden Prüfungen auch eingesetzt werden können. Diese Informationen müssen natürlich während des Prüfvorgangs auch direkt abrufbar zur Verfügung stehen.

5 34 1 Neue Wege für die effektive Fabrik PDC Prozessdatenverarbeitung Eine Besonderheit in diesem Kontext ist das Modul Prozessdatenverarbeitung. Hier trägt man der Überlegung Rechnung, dass Qualität nicht nur eine Eigenschaft des Produktes ist, sondern dass Qualität auch von den Produktionsumständen abhängt. Hier kann z. B. die bei der Produktion verwendeten Drücke und Temperaturen für die Qualität ausschlaggebend sein, deshalb sollte ein MES auch hier die Möglichkeit haben, Prozesswerte direkt zu erfassen und gegenüber Toleranz- bzw. Eingriffsgrenzen zu verifizieren und bei Fehlern auch konkrete Gegenmaßnahmen zu empfehlen. Funktionsgruppe Personal PZE Personalzeiterfassung Die Funktionsgruppe Personal ist aus der Historie heraus immer sehr nahe am Unternehmensmanagement angehängt. Für die Personaldisposition und die Personalverwaltung in der Fertigung ergibt sich eine Reihe von eleganten Vereinfachungen, wenn das fertigungsnahe Personalhandling im MES abgebildet wird. Das Modul Personalzeiterfassung erfasst die Kommt- und Geht-Daten sowie die Abwesenheitszeiten und kann soweit sinnvoll auch monatsbezogene Zeitkonten führen. Diese Vorgehensweise ist besonders dann ideal, wenn in Fertigungen (was sehr häufig der Fall ist) Personalkapazitäten eine wichtige Rolle spielen und diese Personalkapazitäten zeitnah disponiert werden müssen. LEE Leistungslohnermittlung Die PZE im MES spielt dann ihre Stärken aus, wenn es um die Realisierung von Prämiensystemen geht. Hier kann das Modul Leistungslohnermittlung durch die direkte Nähe zur Betriebsdatenerfassung sehr effektiv die Verbindung von Anwesenheits- zu Auftragszeiten herstellen und damit eine Berechnung von Leistungsgraden sehr vereinfachen. PEP Personaleinsatzplanung Das Modul Personaleinsatzplanung bietet die Möglichkeit, ähnlich wie die Plantafel in der Funktionsgruppe Fertigung, eine Übersicht über das aktive Personal zu behalten und elegant oder auch mit Hilfe von Automatismen entsprechende Einsatzpläne zu erstellen, die sich an der Belastungssituation einer Abteilung oder des Unternehmens oder des Werkes orientieren. Auch hier gilt wieder: kurzfristig wirksame Pläne können nur effektiv auf Basis eines aktuellen Fertigungsabbildes erstellt werden. ZKS Zutrittskontrolle Hat man im MES eine PZE integriert, so kann man als einfachen Nebeneffekt auch die Zutrittskontrolle in der Fertigung über das Modul ZKS realisieren. ESK Eslakationsmanagement Im Gesamtkonzept eines MES lassen sich weitere Mechaniken verankern, um zeitnah agieren zu können und automatisch bei Verletzung von Grenzwerten

6 1.4 Manufacturing Execution Systeme (MES) 35 (hier im weitesten Sinne gemeint sind Qualitäten, Nutzungsgrade, Stillstände usw.) entsprechende Eskalationen oder Alarmierungen ermöglichen und damit das Andauern von fehlerhaften Zuständen deutlich verringern. Ein Eskalationsmanagement (ESK) unterstützt hier das Fertigungscontrolling und die operative Ebene Technische Voraussetzungen Datenhaltung Die Datenhaltung eines MES sollte immer auf dem technisch neuesten Stand sein und in standardisierten Datenbanken erfolgen. Ein besonders wichtiger Punkt ist die Anpassbarkeit eines MES. Fertigungen sind vielfältig strukturiert. Die Abläufe in verschiedenen Fertigungen haben ein sehr breites Spektrum. Ein Standard kann kaum so mächtig sein, dass man über Parameter alle erdenklichen Veränderungen vornehmen kann. Auch muss die Komplexität einer Parametrierung überschaubar sein. Der goldene Mittelweg ist hier eine Parametrierung, die vom Anwender noch durchgeführt werden kann gepaart mit der Möglichkeit, mit geeigneten Hilfsmitteln Verarbeitungen zu steuern und eigene Applikationen zu entwickeln. Hier kann der heutige Anwender einen Solution Designer in einem MES erwarten, der ihm die Möglichkeit gibt, in verschiedenen Levels eigene Applikationen zu entwickeln und diese in das Menüsystem einzubinden. Über einfache Befehlszeilen sollte der Anwender auch die Möglichkeit haben, Verarbeitungen im MES zu beeinflussen, um seine Ergebnisse möglichst effektiv zu erhalten. Auf der Darstellungsseite sollten natürlich gut parametrierte Auswertungen performant zur Verfügung stehen. Diese Auswertungen sollten auch in einem vernünftigen Rahmen userspezifisch einstellbar sein. Kommunikation zum Unternehmensmanagement Ein MES muss über entsprechende Schnittstellen verfügen, die standardmäßig mit den gängigsten ERP-, Personal- und QM-Systemen am Markt kommunizieren können. Für alle die Fälle, bei denen es sich eher um untypische Produkte handelt, sollte ein MES leicht parametrierbare Schnittstellen zur Verfügung haben, die leicht einstellbar sind. Kommunikation zum Fertigungsmanagement Das heutige Fertigungsumfeld bietet natürlich eine breite Palette von Produktionseinrichtungen, von dem ein MES Daten abgreifen muss und umgekehrt auch Daten für die Beeinflussung dieses Umfeldes bereitstellen muss. Die Kopplung zu Maschinen und Waagen werden benutzt, um Mengen, Qualitäten und auch Schwachstellen zu erfassen. Hier werden entsprechende Bibliotheken vorgehalten, die den einfachen Anschluss auch an nicht standardisierte Produkte erlauben. Immer mehr Maschinen- und Bearbeitungszentren von Herstellern werden über eige-

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