Manufacturing Execution Systems (MES)

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1 Wissen Kompakt Zeitschrift für erfolgreiche Produktion Manufacturing Execution Systems (MES) Berichterstattung Fakten, Hintergründe, Trends Marktübersicht MES-Anbieter Im Portrait Hersteller und Produkte 2012/13 In Kooperation mit:

2 Steigende Ansprüche an die Produktwelt in puncto Qualität, Variantenvielfalt, lückenlose Rückverfolgbarkeit etc. implizieren gleichzeitig eine rasant wachsende Anforderung an die Produktionsprozesse. Zudem erfordern erhöhte Rohstoff-, Betriebs- und Produktions- sowie Energiekosten einen optimierten Material- und Maschineneinsatz. Eine moderne Fertigung steht vor der Aufgabe, dieser Problematik adäquat zu begegnen und erfolgreiche Lösungsmechanismen zu implementieren. Die itac Software AG ist ein führender Anbieter von Manufacturing Execution Systemen (MES). Als System- und Lösungsanbieter entwickelt, integriert und wartet das Unternehmen seine intelligente, plattformunabhängige itac.mes.suite für produzierende Unternehmen auf der ganzen Welt. Sprechen wir über Ihre Anforderung unsere Lösung!... perfekt aufeinander abgestimmt.

3 MES Wissen Kompakt Energie-Effizienz mit System Natürlich grün Die Energiedebatte dreht sich derzeit vor allem um die Frage, woher Energie nach dem Vollzug des Atomausstiegs sinnvoller Weise kommen soll. Ein einheitliches Votum zu finden ist schwierig sowohl regenerative Energiequellen wie Photovoltaik oder Windenergie als auch Übergangstechnologien wie die Braunkohle bringen Nachteile mit sich. Hinzu kommen Herausforderungen für die Stromnetze. Nur eines ist klar: Es muss gespart werden. Für Betriebe ist das bis zu einem gewissen Grad eine Binsenweisheit, schließlich gilt es Energiekosten wie alle Ausgaben möglichst niedrig zu halten. Zusätzliche Anreize liefern Regelungen wie die Umlagenbefreiung im Rahmen der Normenharmonisierung hin zur DIN EN ISO Für die Beantwortung der herausfordernden Frage, wie am besten gespart werden kann, bringt der Einsatz produktiosnaher IT zwei Vorteile mit sich: Zum einen profitieren Unternehmen mit Maschinen- und Betriebsdatenerfassung von einer IT-Infrastruktur, die sich grundsätzlich auch für das Quantifizieren von Verbräuchen eignet, zum anderen bringen einige Manufacturing Execution-Systeme Funktionen für Energiemanagement und -analyse mit. Allerdings wäre es falsch, den Nutzen der Lösungen dabei auf Verbrauchsmanagement zu reduzieren; auch die umfassende, IT-gestützte Prozessoptimierung spielt eine zentrale Rolle. Denn gerade hier liegen Schlüssel zum Einsparen wertvoller Ressourcen wer durch gezieltes Qualitätsmanagement Ausschuss verhindert, durch geschickte Feinplanung die Laufzei- ten von Maschinen optimiert und Transportwege verkürzt, vermeidet im besten Sinne eines Lean Management Verschwendung und senkt damit auch Rohstoff- und Energieverbrauch. Ein stringentes Prozesscontrolling in der Werkhalle zieht im Rahmen von Bestrebungen zur Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit einen verantwortungsvollen, weil effizienteren, Umgang mit Energie und Rohstoffen nach sich. Eine effiziente Produktion liefert so in jedem Fall einen zentralen Beitrag für erfolgreiches Energie- und Ressourcenmanagement. Weiteren Mehrwert für das Energiemanagement verspricht dann der systematische Einsatz dedizierter Funktionen und Systeme. Leitender Redakteur IT&Production 3

4 MES Wissen Kompakt 2012/13 Serviceorientierte Architekturen Mehr als Standard-Software S.06 Effizienz-Werkzeug für Industriebetriebe Einsatz und Nutzen von MES S.10 Seite 06 Der Einsatz flexibler Systemarchitekturen kann Betriebe unterstützen, genau die Funktionsbausteine einzusetzen, die sie benötigen und gleichzeitig helfen, Lizenzkosten und Implementierungsaufwand am tatsächlichen Bedarf auszurichten. Bild: MPDV Globale Produktion Auf dem Weg zu agilen Qualitätsprozessen S.14 Kennzahlen für die Verbrauchserfassung Energiemanagement in der produktionsnahen IT S.18 Vielfältiges Einsparpotenzial Energieverbräuche und Prozessdaten zuordnen S.20 Enterprise Manufacturing Intelligence Dezentrales Fertigungscontrolling S.24 Seite 20 Produzierende Unternehmen kommen in Zugzwang, ihre Energieverbräuche zu reduzieren oder zumindest gezielter zu steuern. Für die Zuordnung der Verbräuche zu den Prozessen in der Werkhalle kann produktionsnahe IT einen zentralen Beitrag leisten. Bild: Fotolia/Max Tactic Prioritäten richtig setzen IT-gestützte Kapazitätsplanung S.28 Fehler im Datenfluss vermeiden Werkzeugdaten im IT-System S.30 Marktübersicht Manufacturing Execution-Systeme S.32 Erfolgreiche Systemeinführung Das passende Software-Konzept S.38 Seite 40 Die intelligente Vernetzung von Fertigungsanlagen, eine flexible Automation und der Einsatz produktionsnaher IT bilden das technologische Fundament für die Produktion 2020 die integrierte Fertigungstechnik der Zukunft. Bild: Technologie Centrum Westbayern Intelligente Produkte in der Fabrik der Zukunft Neue Anforderungen an die Fertigungs-IT S.40 Vorausschauendes Produktionsmanagement Condition Based Monitoring S.44 Ansprechpartner für die Industrie MES-Verbände und -Initiativen S.46 Impressum S.82 4

5 Hersteller und Produkte A+B Solutions GmbH 50 AIS Automation Dresden GmbH 51 ATS Ges. für angew. techn. Systeme mbh 52 DE software & control GmbH 53 Digital-Zeit GmbH 54 Dürr Systems GmbH 55 FASTEC GmbH 56 Seite 49 FORCAM GmbH 57 gbo datacomp GmbH 58 GFOS mbh 59 GUARDUS Solutions AG 60 IBS AG 61 IGZ Logistics + IT GmbH 62 Industrie Informatik 63 innotec Systemtechnik GmbH 64 Invensys Systems GmbH 65 ISTEC GmbH 66 itac Software AG 67 Seite 62 Seite 62 Krones AG 68 MESAS quality improving systems GmbH 69 mpdv Mikrolab GmbH 70 ORBIS AG 71 Provitec GmbH 72 PROXIA Software AG 73 PSIPENTA Software Systems GmbH 74 SALT Solutions GmbH 75 SAR Elektronic GmbH 76 SEAR GmbH 77 T.CON GmbH & Co. KG 78 Seite 72 T.I.G. GmbH 79 Trebing & Himstedt 80 TXTe-solutions GmbH 81 5

6 MES Wissen Kompakt: Systemarchitektur Serviceorientierte Architekturen Mehr als Standard-Software Produktionsnahe IT wird häufig als Funktionsblock wahrgenommen, der zwischen den Geschäftssystemen und dem Online-Geschehen in der Automation angesiedelt ist. In der Realität hat das Fertigungsmanagement jedoch eine Reihe von Facetten, die von der Steuerung des Produktionsgeschehens bis hin zu Personal- und Qualitätsmanagement reichen. Dabei kann der Einsatz flexibler Systemarchitekturen Betriebe unterstützen, genau die Funktionsbausteine einzusetzen, die sie benötigen und gleichzeitig helfen, Lizenzkosten und Implementierungsaufwand am tatsächlichen Bedarf auszurichten. Der MES-Gedanke hat sich im Drei-Ebenen-Konzept eines Fertigungsunternehmens fest etabliert: Produktionsnahe Systeme verbinden die Ebene des Unternehmensmanagements mit der Ebene der Arbeitsplätze und Automation und unterstützen so das Fertigungsmanagement. Dabei werden Manufacturing Execution-Systeme (MES) häufig als ein Funktionsblock wahrgenommen, der zwischen der längerfristigen Enterprise Resource Planning-Zeitachse (ERP) und dem Online- Geschehen in der Automation angesiedelt ist. In der Realität hat das Fertigungsmanagement jedoch eine Reihe von Facetten: Es geht auf der einen Seite um das Fertigungsgeschehen an sich, mit der Erfassung der Fertigungsdaten und Durchführung der Feinplanung. Weiterhin ist das Personalhandling gerade in Hochlohnländern von besonderer Wichtigkeit, und zum Dritten gewinnt angesichts steigender Kundenerwartungen der Bereich des Qualitätsmanagements an Bedeutung. MES sollte daher mindestens in diesen drei Aspekten unterscheiden werden. Der Blick in die Betriebe zeigt, dass außerdem die Aufgabenstruktur, wie sie in der VDI-Richtlinie 5600 festgelegt ist, eine sehr praxistaugliche Sicht auf die MES-Welt darstellt. Das Papier legt insgesamt acht zentrale Aufgaben für die produktionsnahe IT fest, von Betriebsmittel- und Materialdisposition bis hin zu Qualitäts- und Personalmanagement. Neuere Entwicklungen auf dem Fertigungsmarkt, wie zum Beispiel die zunehmende Bedeutung von Energiemanagement oder Produktverfolgung zeigen, dass der Bedarf vorhanden ist, solche Themen ebenfalls in der MES-Ebene anzusiedeln. Anwendungsebenen für Produktionsleiter und Werker Eine typische IT-Applikation greift mit Pflege- und Auswertungsprogrammen auf einen Datenbestand zu. Das gilt im Prinzip auch für MES, nur teilen sich die Applikationen hier in einen Auswertungs- und einen Erfassungsteil, denn beide bewegen sich in der Regel auf unterschiedlichen Bediener-Ebenen. Die Datenerfassung wird von Werkern durchgeführt oder auch durch automatische Kopplung an Maschinen und Aggregaten bewerkstelligt. Die Auswertungen finden hingegen eher auf der Leitungsebene statt. Dadurch ergeben sich an diese Teilapplikationen auch ganz unterschiedliche Anforderungen. Bei den Auswertungen wird üblicherweise auf erfasste oder vorverdichtete Daten zurückgegriffen, die in einem oder mehreren Fenstern dargestellt werden. Anders als beim Einsatz einer Durchschnittsapplikation wird hier vom Benutzer eine intensive grafische Unterstützung erwartet. Das Gleiche gilt für die Darstellung der Daten in mehreren Dimensionen: So soll etwa der aktuelle Nutzungsgrad einzelner Aggregate und dessen Verlauf über die Zeit sichtbar sein. Dazu soll das System aber auch die OEE anzeigen sowie die Aufträge, die gerade auf diesen Aggregaten laufen. Das alles erwartet der Anwender auf einen Blick, und möglichst in untereinander synchronisierten Fenstern. Auch Korrelationen und Vergleiche mit anderen Zeiträumen oder mit anderen Aggregaten sollten auf einfache Art und Weise möglich sein. 6

7 Bild: MPDV Mit dem Wettbewerbsdruck auf dem Markt steigen auch die Ansprüche an Hard- und Software in der Werkhalle. Sowohl die Auswertungen für den Produktionsleiter als auch die Datenerfassung an der Linie müssen immer höheren Anforderungen Rechnung tragen. Als Folge ersetzen leistungsfähige Industrie-PC die ehemals einfachen Eingabegeräte, doch auch die Funktionsweise der Software selbst befindet sich im Wandel. Steigende Anforderungen an Soft- und Hardware Etwas anders verhält es sich bei der Teilapplikation für die Datenerfassung. Hier konzentriert sich der Fokus darauf, alle notwendigen Fakten mit möglichst wenig Aufwand zu erfassen. Dies stellt einerseits gewisse Anforderungen an die Hardware, die mit Touchscreen oder geeigneter Tastatur ausgerüstet werden muss, andererseits wird von der Applikation selbst erwartet, dass sie alle für die Eingabe benötigten Informationen bereithält und dass mit wenigen Tastendrücken eine Buchung geführt werden kann. Fehleingaben, Vertauschungen und ähnliches sollten möglichst vermieden werden, indem man die Oberfläche entsprechend intuitiv gestaltet. Dazu müssen auch Plausibilitätsprüfungen durchgeführt werden, mit deren Hilfe das System Fehler sofort lokalisieren und dem Bediener signalisieren kann, dass er eine Korrektur vornehmen muss. Je besser und umfangreicher diese Prüfungen gestaltet sind, umso geringer ist die Nacharbeit zur Korrektur fehlerhafter Buchungen. Wenn in einer Produktion ein solches Netzwerk an Dateneingabemöglichkeiten geschaffen wird, dann ist es nur konsequent, diese Maschinerie auch für den umgekehrten Weg nämlich als Informationsquelle zu nutzen. Hier können alle die Daten, die ein Werker oder ein Maschinenbediener benötigt, um seine Arbeit effizient durchzuführen, auf elektronischem Wege an den Arbeitsplatz verbracht werden. Dies spart nicht nur Papier, Gestaltungs- und Erstellungsaufwand, sondern fördert auch die Aktualität der vor Ort vorliegenden Daten. Schon aus dieser Betrachtung ergibt sich, warum in den Werkhallen anstelle einfachster Erfassungsgeräte inzwischen mehr und mehr Industrie- PC (IPC) mit Windows-Betriebssystemen zum Einsatz kommen. Neben guter Bedienbarkeit bieten IPC noch den Vorteil der Schnittstellenvielfalt, um etwa industrietaugliche Sensorik direkt im Produktionsprozess oder an den Aggregaten anbringen zu können. Anwendungslandschaft im Wandel Bei den bisherigen Betrachtungen stand eine Applikationsstruktur im Mittelpunkt, die entweder in Ferti- 7

8 MES Wissen Kompakt: Systemarchitektur gungs-, Personal- und Qualitätsmanagement aufgesplittet wurde oder unter funktionalen Aspekten wie etwa Betriebsdatenerfassung, Maschinendatenerfassung, Fertigungsleitstand, Qualitätssicherung, Personalzeiterfassung, Personalzeitwirtschaft, Personaleinsatzplanung, Energiemanagement, Tracking & Tracing oder Materialmanagement betrachtet wurde. Um ein derart umfangreiches Funktionsspektrum abbilden zu können, hat das Software-Angebot auf dem MES- Markt eine Wandlung durchgemacht. Von den Anfängen Ende der 80er- beziehungsweise Anfang der 1990er-Jahre, als noch stärker kundenspezifisch programmiert wurde, sind die Systemanbieter heute über die Variante der reinen Standardfunktionalität bei der Grundidee des modifizierbaren Standards angekommen. Viele der am Markt befindlichen MES sind zwar immer noch stark proprietär und kundenspezifisch programmiert, doch erste Software-Hersteller verfolgen bereits einen flexibleren Ansatz, der sich in der IT-Industrie abzuzeichnen beginnt. Dabei wird die Gestaltbarkeit von IT-Applikationen in den Vordergrund gestellt. Anpassbarkeit in Maßen senkt Integrationskosten Die serviceorientierte Architektur (SOA) zeigt hier die prinzipielle Entwicklungsrichtung an: Eine IT-Applikation besteht hier nicht mehr aus einem fixen Programmverbund, der durch wenige Parameter gesteuert werden kann. Stattdessen setzt sich das System aus einer Reihe von Serviceprogrammen zusammen, die diese Applikation eigentlich bilden. Anwender müssen sich damit nur den Funktionsumfang zusammenstellen, den sie tatsächlich benötigen; auch Lizenz- und Verwaltungsaufwand orientieren sich am Benötigten. Als zweiter Vorteil lassen sich einzelne Serviceprogramme für besondere Zwecke auch austauschbar gestalten. Die Systemanbieter können allerdings trotz dieser Grundidee nicht in die Zeiten kundenspezifischer Programmierung zurückfallen. Die Serviceprogramme müssen aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten so gestaltet werden, dass sie in weiten Grenzen modifizierbar und damit an die Anwenderbedürfnisse anpassbar sind. Nur mit solchen Standards lässt sich eine Software oft genug verkaufen, dass sich deren Erstellung lohnt und der Preis für den Abnehmer in überschaubaren Regionen bleibt. Flexible IT-Lösungen auf Basis dienstorientierter Architekturen Dazu sollte ein System dem Integrator gestatten, über Parameter in den entsprechenden Services oder Modulen Anwenderspezifika leicht einzustellen. So sollte es kein Problem sein, in einer Maschinendatenerfassung Störgründe, deren Zuordnung zu Konten und ähnliches zu parametrieren, das Gleiche gilt für das Festlegen von Planungsstrategien in einem Fertigungsleitstand. Gerade im Bereich MES haben sich zudem in vielen Fertigungsunternehmen besondere Kennzahlen etabliert, die oft von den Standarddefinitionen abweichen. Hier ist es notwendig, in den Services Formeln hinterlegen zu können, mit denen man diesen abweichenden Strukturen Rechnung tragen kann. Bei moderneren und hochwertigen Systemen ist es inzwischen möglich, sogenannte User-Exits zu implementieren. Dabei besteht die Möglichkeit, eine standardisierte Verarbeitung mit Hilfe eines in einer Scriptsprache erstellten Zusatzes zu modifizieren beziehungsweise Berechnungen parallel zum Standard abzuarbeiten. Eine weitere Hilfestellung für Benutzer, die maßgeschneiderte Lösungen brauchen, bieten sogenannte Anwendungsgeneratoren, mit deren Hilfe sich auf der Auswertungsseite eigene Applikationen erstellen lassen. Produktionsdatenintegration per Plug-in MES-Lösungen schweben nicht im freien Raum, sondern sind üblicherweise an ein ERP gekoppelt und sollten über Schnittstellen zu Maschinen und Anlagen verfügen, um notwendige Produktionsdaten automatisiert aufnehmen zu können. Im Bereich der ERP-Kopplung bieten heute die meisten Anbieter von Unternehmenssoftware leistungsfähige Schnittstellen an. Systemspezifische Abschottungsmechanismen gehören damit im Großen und Ganzen der Vergangenheit an. Auf der Seite der Maschinenschnittstelle ist es jedoch immer noch eine gewisse Kunst, eine Kopplung herzustellen. Die Schnittstellen vieler Maschinenhersteller sind oft 8

9 Bild: MPDV Beispielhafter Bildschirmaufbau für eine Auswertungsfunktion auf Seite der Produktionsleitung: Betriebszeiten, Kennzahlen und Auftragsdaten müssen verknüpft dargestellt und grafisch aufbereitet werden. Solche Anzeigen und Berechnungen lassen sich bei der passenden Systemarchitektur ohne großen Programmieraufwand an Anwenderbedürfnisse anpassen. entweder zu einfach oder zu kompliziert gestaltet, um praxisorientiert und kostengünstig angewendet zu werden. Auf der MES-Seite lassen sich hier einige Vorkehrungen treffen, um diese Situation abzumildern etwa indem systemintern ein Standard geschaffen wird, der die Kopplung zur realen Außenwelt mit verschiedenen Plug-ins einigermaßen einfach und kostengünstig bewerkstelligen kann. Entsprechende, praxisbewährte Lösungen befinden sich bereits im Einsatz. Diese Betrachtungen zeigen, dass MES durch Weiterentwicklungen in der Systemarchitektur auch in der IT-Integration immer weitere Fortschritte machen können und sich dadurch eine weitere Stabilisierung der Drei-Ebenen- Struktur innerhalb von Fertigungsunternehmen abzeichnet. Die beschriebene Modifizierbarkeit solcher Systeme kann dafür sorgen, dass sich produktionsnahe IT-Lösungen schneller in der Industrie ausbreiten und so durch den Einsatz fortschrittlicher Fertigunstechnologie auch die Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit der klassischen Industrieländer merklich unterstützen. Autor Professor Dr.-Ing. Jürgen Kletti ist Geschäftsführer und Gesellschafter der MPDV Mikrolab GmbH in Mosbach sowie Vorsitzender des MES D.A.CH. e.v. 9

10 MES Wissen Kompakt: Trends & Märkte Einsatz und Nutzen von MES Effizienz-Werkzeug für Industriebetriebe Anforderungen nach kundenindividuellen Produktlösungen, kurzen Lieferzeiten bei hoher Termintreue und verstärkter Wettbewerbsdruck stehen als zentrale Treiber hinter dem steigenden IT-Einsatz im Produktionsumfeld: Für das Fertigungsmanagement kommen zunehmend Manufacturing Execution-Systeme als Bindeglied zwischen der Unternehmensleitebene und der Produktionsebene zum Einsatz. Die Lösungen ermöglichen dem Anwender, direkt in die Fertigungsabläufe einzugreifen und zeitnah auf Änderungsbedarfe zu reagieren. Doch mit der Etablierung der Systeme steigen auch die Anforderungen an deren Funktionsumfang. Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart hat fünf Jahre nach der Durchführung seiner ersten Studie zum Einsatz von Manufactruing Execution-Systemen im Jahr 2006 in Zusammenarbeit mit der Trovarit AG erneut eine Befragung zum Thema MES durchgeführt. Die auf Grundlage dieser Befragung Ende 2011 erschienene Studie MES - Vom Trend zur Notwendigkeit? zeigt neben den aktuellen Einsatzgebieten und Nutzenerwartungen an produktionsnahe IT auch Entwicklungstrends auf. Befragt wurden vor allem Entscheidungsträger und Systemanwender aus der diskreten Fertigung. Die Untersuchung verdeutlicht, dass sich in den letzten fünf Jahren ein einheitliches Verständnis bezüglich des Nutzens von MES entwickelt hat und sich die Systeme in der Industrie als Hilfsmittel zur Unterstützung verschiedener Aufgabenbereiche etabliert haben. Überwiegend zufriedene Systemanwender Im Rahmen der Studie wurden auch die Kosten- und Nutzenaspekte bei Teilnehmern, die ein MES im Einsatz haben, abgefragt. Insgesamt ergibt sich dabei ein sehr positives Bild der Studienteilnehmer bezüglich ihrer IT- Systeme: Gut 70 Prozent der insgesamt 140 Befragten sind der Ansicht, dass der mit der Systemeinführung verbundene Nutzen größer ist als die hiermit verbundenen Kosten. Lediglich jeder zehnte Anwender vertritt die Meinung, dass der durch das System erzielbare Nutzen die Zusatzkosten nicht rechtfertigt. Ähnlich stellt sich das Ergebnis beim Verhältnis von Planungsgenauigkeit und Datenpflegeaufwand dar: Zwei Drittel der Teilnehmer stimmen der Aussage zu, dass die verbesserte Planungsgenauigkeit den erhöhten Datenpflegeaufwand rechtfertigt. Mit gut 85 Prozent sieht ein Großteil der Studienteilnehmer das MES als eine Möglichkeit zur Verbesserung der Prozesse; allerdings gibt knapp die Hälfte der Befragten an, dass der IT-Einsatz lediglich die Symptome der auftretenden Turbulenzen, nicht aber deren Ursachen bekämpfe. Einsatz für Datenerfassung, Analyse und Planung Die VDI-Richtlinie 5600 teilt die Funktionen von MES- Systemen in acht Aufgabenbereiche von Feinplanung bis Informationsmanagement ein. Doch da die konkrete Ausgestaltung eines Systems stark von den Anforderungen des Anwenders abhängt, sind in der Regel nicht alle acht Aufgabenbereiche gemeinsam im Einsatz. Das größte Gewicht geben die Befragten in 10

11 Bei der Bewertung von MES-Aufgabenbereichen stehen prozessbezogene Funktionen wie Datenerfassung und Feinplanung im Fokus, Personal- und Qualitätsmanagement werden seltener als Einsatzbereiche hervorgehoben. der Studie den Aufgaben Datenerfassung und -verteilung, Feinplanung und -steuerung sowie Leistungsanalyse : Jeweils über 60 Prozent der Teilnehmer erachten ein MES zur Unterstützung in diesen Bereichen als wichtig bis sehr wichtig. Die Datenerfassung ermöglicht die Abbildung des aktuellen Fertigungszustands und stellt ein echtzeitnahes Reagieren auf Veränderungsbedarfe sicher. Im Rahmen der Feinplanung und -steuerung wird, unter Berücksichtigung von Termin-, Ressourcen- und Materialbedingungen, ein möglichst optimaler Belegungsplan erzeugt. Bei unerwarteten Ereignissen oder Engpässen kann der Belegungsplan in Echzeit angepasst werden, wobei es möglich ist, aus mehrere Lösungsalternativen die am besten geeignete auszuwählen. Durch die Leistungsanalyse führt das System einen permanenten Soll-/Ist- Vergleich durch und liefert damit Kennzahlen und Informationen für die Ableitung von Handlungsbedarfen und die Optimierung der Produktionsorganisation. Als weiteren Schwerpunkt für den Systemeinsatz macht die Befragung Betriebsmittel- und Materialmanagement aus, die für knapp 50 Prozent der Teilnehmer eine wichtige Rolle spielen. Die MES-Aufgabe Betriebsmittelmanagement stellt sicher, dass die Betriebsmittel termin- und bedarfsgerecht zur Verfügung stehen und deren technische Funktionsfähigkeit gewährleistet ist. Für über 40 Prozent der Befragten spielen zudem Informations-, Personal- und Qualitätsmanagement eine wesentliche Rolle. Während ein einfacherer und schnellerer Informationsfluss Ziel des Informationsmanagements ist, stehen beim Qualitätsmanagement sowohl Qualitätsplanung als auch Qualitätsprüfung und Prüfmittelmanagement im Fokus. Das Personalmanagement schließlich sorgt dafür, dass unter Berücksichtigung von Kapazitätsdaten etwa aus dem Schichtplan zu einem bestimmten Termin Personal mit geeigneter Qualifikation zur Verfügung steht. Transparenz und Datenqualität stehen im Fokus Die Bedeutung der MES-Aufgabenbereiche spiegelt sich auch in den Ergebnissen der abgefragten direkten Nutzenerwartungen wider. Die Verbesserung der allgemeinen Transparenz war für die meisten Befragten der Hauptgrund für den Einsatz einer MES-Lösung mehr als 80 Prozent der Teilnehmer gaben dies als direkte Nutzenerwartung an. Entscheidende Nutzenaspekte stellen mit über 50 Prozent der Antworten auch die Leistungsbewertung basierend auf Kennzahlen und die höhere Datenqualität dar. Von Bedeutung sind auch die Produktrückverfolgbarkeit sowie die Lieferterminer- 11

12 MES Wissen Kompakt: Trends & Märkte mittlung. Hinsichtlich indirekter Nutzenerwartung wird produktionsnahe IT vor allem als Werkzeug zur kontinuierlichen Verbesserung gesehen: 45 Prozent der Befragten nennen Produktivitätsverbesserung als indirekten Nutzen eines MES. Die Erhöhung von Termintreue und Planungssicherheit sowie die Durchlaufzeitreduktion sind mit über einem Drittel Nennungen ebenso wichtige Nutzenfaktoren. Bestandsreduzierung, Flexibilitätserhöhung und Kosteneinsparung werden hingegen als eher untergeordnet bewertet. Herausforderung durch steigende Prozessautomatisierung In Zukunft werden MES aber auch neue Herausforderungen meistern müssen. Zur Bewertung verschiedener Entwicklungstrends wurden die Teilnehmer der Studie nach ihren Nutzenerwartungen bezogen auf verschiedene Anforderungen befragt. Den größten Zusatznutzen sahen die Befragten im Bereich der automatisierten Betriebsdatenerfassung, zum Beispiel durch das Ablösen manueller Eingaben durch RFID-Erfassung. Dies reduziert Eingabezeiten und erhöht auch die Qualität der rückgemeldeten Daten, da Falscheingaben vermieden werden können. Ein weiterer Trend aus Anwendersicht liegt in der Unterstützung bei der papierlosen Fertigung: Gut 80 Prozent der Befragten sehen einen Zusatznutzen in diesem Aufgabenfeld. Innerhalb der papierlosen Fertigung ermöglicht produktionsnahe IT schnelle und aufwandsarme Bereitstellung von Informationen, darüber hinaus lässt sich durch die elektronische Erfassung die Aktualität der Informationen sicherstellen. Veraltete oder geänderte Daten können ohne großen Aufwand direkt ausgetauscht werden. Die Realisierung der papierlosen Fertigung stellt jedoch hohe Anforderungen an die Datenqualität. Nur bei korrekten und vollständigen Daten können die digitalen Daten den Papieranteil in der Fertigung reduzieren. Bessere Unterstützung für flexible Produktionslandschaften Eine weitere Anforderung an zukünftige System wird außerdem sein, neue oder veränderte Produktionsan- Beurteilung von Entwicklungstrends: Steigende Ablaufautomation und die papierlose Fertigung versprechen aus Sicht der Umfrageteilnehmer den höchsten Zusatznutzen. Doch auch eine schnelle Systemintegration und Simulationsfunktionen zählen zu den häufig genannten Anforderungen an die nächsten Systemgenerationen. 12

13 lagen einfacher in bestehende Systeme zu integrieren. Denn um prozessnah handeln zu können, benötigt MES die direkte Anbindung an die Automatisierung. Zur aufwandsarmen Integration neuer Anlagen müssen diese Schnittstellen so gestaltet sein, dass nach dem Anschließen neuer oder veränderter Produktionsanlagen ein direkter Betrieb ermöglicht wird. In heutigen Anwendungen stellt sich die Anbindung der Produktionsanlagen an das MES-System jedoch oftmals als zu aufwändig für echtes Plug-and-work heraus: Verschiedene Anlagenhersteller nutzen unterschiedliche Kommunikationsstandards, was die Einbindung in ein übergeordnetes IT-System erschwert. Ebenfalls großen Zusatznutzen erwarten die Befragten durch die Möglichkeit, Simulationen mit Echtzeitdaten durchzuführen. Hierbei können beispielsweise die Auswirkungen eines Maschinenausfalls auf die zu erwartenden Pufferbestände zeitnah simuliert werden. In der Unterstützung einer dezentralen selbstorganisierenden Produktion sehen knapp 75 Prozent der Studienteilnehmer einen Zusatznutzen. Weitere Nutzenerwartungen haben die Befragten im Bereich einer besseren Integration von MES-Komponenten verschiedener Hersteller zum Abbau von Insellösungen sowie bei der aufgaben- und rollenspezifische Informationsweitergabe, um Nutzer zeitaktuell mit relevanten Daten zu versorgen. Energieeffizienz gewinnt an Bedeutung Ein relativ junger aber als wichtig bewerteter Trend beim Einsatz von produktionsnaher IT liegt in der Erfassung von Energieverbrauchsdaten. Hierbei wird das MES als Schnittstelle zwischen der Unternehmensleitebene und der Anlagenebene als Basis für das innerbetriebliche Energiemanagement genutzt. Durch die Kopplung dieser beiden Ebenen werden die für die Erfassung und Bewertung des prozessbedingten Energieverbrauchs benötigten Daten in einem gemeinsamen System bereitgestellt. Ein Großteil der Befragten sieht in der Möglichkeit zur Schaffung zusätzlichen Überblicks bezüglich des Energieeinsatzes im Unternehmen einen großen Zusatznutzen in der Anwendung eines MES. Die verbrauchsgerechte Zuordnung von Energiekosten zu den jeweiligen Produkten ermöglicht beispielsweise eine genauere Preiskalkulation und wird von einem Drittel der Befragten als großer Zusatznutzen bewertet. Die Zurechnung von Energiekosten zu einzelnen Prozessschritten kann die Basis für die konkrete Verbesserung einzelner Produktionsanlagen darstellen und wird von jedem vierten Befragten als äußerst nützlich bewertet. Umstritten ist die Fragestellung nach dem Nutzen einer verursachungsgerechten Kostenverteilung auf Abteilungsbasis: Jeweils rund 20 Prozent der Befragten sehen in dieser Möglichkeit entweder einen großen oder gar keinen Zusatznutzen. Eine genauere Zuteilung von Energiekosten zu einzelnen Abteilungen könnte hierbei den innerbetrieblichen Anreiz zur Steigerung der Energieeffizienz erhöhen, da Einsparungen direkt bewertet und an die entsprechenden Abteilungen weitergegeben werden könnten. Knapp 50 Prozent der Befragten bewerten eine derartige abteilungsbezogene Energiekostenverrechnung mit einem geringen Zusatznutzen. Insgesamt lässt sich festhalten, dass MES-Systeme nach Einschätzung des meisten Teilnehmer ein wirkungsvolles Instrument zur Unterstützung der betrieblichen Abläufe darstellen und dabei helfen können, Optimierungspotenziale im Bereich des Produktionsmanagements auszuschöpfen. Zukünftige MES-Systeme werden darüber hinaus weitere Aufgaben übernehmen, um den Anforderungen der Anwender gerecht zu werden. Autoren Thomas Wochinger und Markus Weskamp arbeiten in der Abteilung Unternehmenslogistik & Auftragsmanagement am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart. 13

14 MES Wissen Kompakt: Globale Produktion Auf dem Weg zu agilen Qualitätsprozessen Immer mehr Unternehmen sind international tätig manche in zehn, andere in 100 oder mehr Ländern. Ihre meist von Standort zu Standort unterschiedlichen Systeme produzieren Unmengen an Daten. Damit steht das Management vor der Frage, wie sich daraus sinnvolle Erkenntnisse für das Unternehmen gewinnen lassen. Immer öfter zeigt sich dabei, dass sich nur mit den passenden Intelligence-Lösungen Daten konsolidieren und Prozesse produktiver gestalten lassen. Um das zu erreichen gilt es, ein IT-Rahmenwerk auf die Beine zu stellen, das sich in alle Produktionsprozesse nahtlos integriert und so einen ganzheitlichen Blick auf den Fertigungszyklus erlaubt vom Design über die Produktion bis hin zur Auslieferung und darüber hinaus. Die Grundlagen der Produktion haben sich in den letzten 30 Jahren merklich verändert. Noch in den 80er-Jahren war es üblich, dass Arbeitskräfte in den Produktionshallen lediglich ein lokales Prozesswissen aufbauen mussten. Viele Angestellte befanden sich ihr gesamtes Arbeitsleben am selben Standort und konnten auf Basis eines soliden Know-hows meistens die richtigen Entscheidungen treffen. Gleichzeitig waren in den meisten Betrieben weder Produkte noch Herstellungsprozesse derart komplex wie heute. Produktion und Verkauf erfolgten lokal dementsprechend gering war der Bedarf an standortübergreifender oder gar weltweiter Prozessstandardisierung. Dieser werkszentrierte Ansatz funktioniert jedoch nur so lange, bis die ersten Spezialisten in den Ruhestand gehen und ihr Wissen mit sich nehmen. Dann laufen Unternehmen Gefahr, dass ihre Prozesse nicht mehr unterbrechungsfrei funktionieren. Mittlerweile stellt sich die Situation in den Betrieben zudem deutlich anders dar: Unternehmen produzieren und liefern weltweit und geraten durch den globalen Wettbewerb unter Profitabilitätsdruck gleichzeitig aber nimmt die Komplexität der Produkte stetig zu. Ein Beispiel liefert die Automobilindustrie: Fahrzeuge sind schon lange nicht mehr nur rein mechanische Produkte mit geringen Auswahlmöglichkeiten hinsichtlich Farbe und Innenraum-Variationen. Heute reichen die Optionen der Modelle von Bluetooth-Kompatibilität über automatische Einparkhilfen bis hin zu Sprachsteuerung. Nicht zuletzt durch den steigenden IT-Anteil in den Produkten werden auch die involvierten Produktionsprogramme umfangreicher: Allein um ein Basismodell zu produzieren, müssen die Systeme bis zu anderthalb Millionen Zeilen Code pro Fahrzeug verwalten. Auch die Prozesse haben einen Wandel durchlaufen, wie etwa die Produktionsmethoden, die sich mehr und mehr von Build-to-stock hin zu Build-to-order bewegen. Steigende Komplexität in der Fertigung bewältigen Damit Firmen, die weltweit produzieren und verkaufen, nicht an dieser Komplexität scheitern, müssen sie ihre Abläufe präzise definieren und standardisieren. Das ist auch deshalb notwendig, weil gesetzliche Vorschriften und Compliance-Standards der Unternehmen zusätzlichen Druck auf die Prozesse ausüben. Sie vergrößern die Kosten und Komplexität weiter. Denkt man diesen Sachverhalt konsequent zu Ende, können auch die Systeme für das Management dieser Strukturen und Prozesse nicht mehr dieselben sein: Die Lösungen müssen in der Lage sein, Datenmengen zu verwalten, die exponentiell wachsen und diese in Echtzeit global verfügbar machen. Denn auf ihrer Infor- 14

15 Bilder: Apriso In vielen Branchen steigt die Zahl der Produktvarianten immer mehr - nicht zuletzt aufgrund der zunehmenden Durchdringung der Erzeugnisse mit Elektronik-Komponenten und IT-Systemen. Das bedeutet eine nicht zu unterschätzende Herausforderung für die Abstimmung der Qualitätsprozesse entlang der Lieferketten. mationsbasis erstellt das Management geschäftskritische Analysen, um über die Leistung ihres Unternehmens auf dem Laufenden zu sein. Steigende Qualitätsstandards effizient unterstützen Bei der Optimierung globaler Produktionsprozesse ist ein Faktor besonders wichtig: das Qualitätsmanagement. Wird darauf zu wenig Aufmerksamkeit verwendet, schaden Produkte mit schlechter Qualität der Marke. Um solche Fehler nicht immer wieder aufs Neue zu begehen, müssen die hinter den Abläufen stehenden IT-Systeme Initiativen und Programme zur kontinuierlichen Verbesserung (KVP) unterstützen. Dabei lediglich die Zahl der Qualitätsprüfungen zu erhöhen könnte zwar die Produktqualität verbessern, dieses Vorgehen würde jedoch die Produktion verlangsamen und erhöhte Arbeits- und Materialkosten verursachen. In effizienzgetriebenen Branchen sind solche Schritte daher nicht praktikabel. Bei Qualitätsproblemen ist Geschwindigkeit entscheidend. Schließlich sind die Produktionspläne straff organisiert und die Lagerlogistik Just-in-time -getrieben. Bei diesem Tempo können sich Kleinigkeiten schnell zu ernsthaften Bedrohungen für die Glaubwürdigkeit einer Marke entwickeln. Steuert das Management jedoch zeitnah gegen, lassen sich Folgeschäden am ehesten vermeiden. Das zeigt das Beispiel eines großen Automotive-Konzerns: Im Rahmen von Qualitätsprüfungen wurde ein Klappergeräusch in einem der Fahrzeugmodelle entdeckt. Der Fehler war schwierig zu identifizieren; zunächst sah es aus, als wäre nur eine Gruppe von Autos zufällig betroffen. Mit den passenden Analysetechniken zeigte sich aber: Ein am Produktionsprozess beteiligter Techniker besaß nicht die nötige Zertifizierung und hatte bei der Montage das falsche Drehmoment gewählt. Das Armaturenbrett, das er montierte, wurde deshalb nach und nach locker und verursachte das Klappern. Nachdem die Ursache gefunden war, konnte sie leicht behoben werden. Um nun den heiklen Spagat zwischen Qualität, Kostenkontrolle und Komplexitätsmanagement zu schaffen, müssen Unternehmen neue Wege zu mehr Effizienz finden, Prozesse verschlanken und kontinuierlich verbessern. 15

16 MES Wissen Kompakt: Globale Produktion Standardisierter Informationsfluss entlang der Lieferkette Das lässt sich nur realisieren, indem Produktionsbetriebe Transparenz in ihre Prozesse und die ihrer Zulieferer und Partner bringen. Nur durch eine umfassende Standardisierung von Abläufen und Informationsflüssen lassen sich Lieferketten aufeinander abstimmen und das Einhalten von Qualitätsstandards im gesamten Wertschöpfungsnetzwerk gewährleisten. Geschieht das nicht, drohen im Fall von unvorhergesehenen Ereignissen irreversible Absatzeinbußen: So sahen sich manche Lieferanten als Folge des letzten wirtschaftlichen Abschwungs gezwungen, ihre Werke zu schließen. Die Hersteller wiederum standen damit auf einmal vor der Herausforderung, beträchtliche Lücken in ihren Lieferketten kurzfristig schließen zu müssen. Das war zum Teil gar nicht, zum Teil nur unter erhöhtem Kostenaufwand möglich. Um solchen Situationen frühzeitig begegen zu können, müssen Unternehmen Systeme implementieren, die Daten in Echtzeit zur Verfügung stellen und frühzeitig Warnsignale geben. Führende Unternehmen stellen dazu zusätzlich Pläne auf, die möglichst viele Eventualitäten einbeziehen damit Kosten, Materialverfügbarkeit und Liefertreue im Blick bleiben. Wissen wird zum zentralen Wettbewerbsfaktor Hersteller stehen an einem Scheideweg: Wer sich im Wettbewerbsfeld behaupten will, muss Wege finden, umfassendes Datenmaterial zu sammeln, in nützliches Wissen umzuwandeln und automatisiert zu analysieren, um die Produktion zu verwalten und zu optimieren. Wer dieses Ziel nicht erreicht, kann Marktanteile an gezielter agierende Wettbewerber verlieren. Beim Herausfiltern der für die Produktion relevanten Informationen verlassen sich zum Beispiel viele Hersteller noch auf althergebrachte Business-Intelligence-Lösungen, die sich im Unternehmen im Einsatz befinden. Gerade Systeme der letzten Generation wurden allerdings meist für den Finanzbereich entwickelt und sind aufgrund langer Datenverarbeitungszyklen für die Produktion eher ungeeignet. Durchgehende Prozesse für die Fabrik der Zukunft Jedes IT-System im Unternehmen produziert Daten. Als problematisch erweisen sich dabei neben der reinen Informationsmenge auch die unterschiedlichen Formate und damit der drohende Integritätsverlust. Lösen lässt sich das Problem mit einem System, das in alle beteiligten Prozesse integriert ist, Produktionsdaten in Echtzeit analysiert und zeitnah zur Verfügung stellt. Liefert die Lösung die Informationen außerdem in standardisierten Formaten, hilft das dem Management, sie direkt weiter zu verarbeiten. Es ist notwendig, die Komplexität zu senken, die Qualität zu steigern und eine funktionierende Manufacturing Intelligence zu realisieren. Denn die Fabrik der Zukunft hat neben den Anforderungen des Betreibers auch Anforderungen der Kunden, Partner, Aktionäre und Mitarbeiter zu erfüllen. Dazu können Unternehmen bereits heute aus existierenden Best Practice -Ansätzen Strategien für ein möglichst ideales Produktionsmodell ableiten. Als Ziel winken Leistungssteigerungen, Kostensenkungen und steigende Profitabilität für alle Beteiligten der Wertschöpfungskette. Autor Der Autor John Fishell ist Vice President Produktmanagement bei Apriso. 16

17 Die gesamte Produktion unter Kontrolle... von A bis ZZZZZZZZZ! 100% MES-Kompetenz Leistungsmaximierung Sichtbare Ergebnisse Qualitätsoptimierung Kostensenkung unternehmensweite konnektivität Von Tracking & Tracing bis hin zu vollständiger Integration mit Business Systemen - Wonderware MES Software bietet offene und skalierbare Lösungen auf Basis der ArchestrA-Technologie. Bei Wonderware gibt es kein one-size-fits-all sondern konkrete, individuelle Ansätze! Zahlreiche Anwender weltweit schlafen entspannt, weil Sie ein großes Optimierungspotential nutzen. Weitere Informationen unter Real Collaboration. Real-Time Results. TM Avantis Eurotherm Foxboro IMServ InFusion SimSci-Esscor Skelta Triconex Wonderware Copyright All rights reserved. Invensys, the Invensys logo, Avantis, Eurotherm, Foxboro, IMServ, InFusion, Skelta, SimSci-Esscor, Triconex and Wonderware are trademarks of Invensys plc, its subsidiaries or affiliates. All other brands and product names may be trademarks of their respective owners.

18 MES Wissen Kompakt: Energiemanagement Kennzahlen für die Verbrauchserfassung Während die Ressourceneffizienz von Anlagen, Maschinen oder Automatisierungskomponenten eher ein Thema für die technischen Einkäufer ist, richtet sich die Anforderung, in den Fertigungsprozessen Energie einzusparen, unmittelbar an die Verantwortlichen in der Fertigung. Dabei sind durch geschickten und bewussten Umgang mit der vorhandenen Technik spürbare Einsparungseffekte zu erzielen. Als Basis für ein systematisches Energiemangement mit Manufacturing IT bietet sich der Rückgriff auf standardiserte Kennzahlen an. Alleine das Abschalten von vorübergehend nicht benötigten Maschinen, die im Standby-Betrieb rund 30 Prozent der Energie verbrauchen, die sie unter Volllast benötigen, wirkt sich positiv auf die Verbrauchsbilanz der Werkhalle aus. Ein weiteres Beispiel für Sparpotenzial in Produktionsprozessen sind kaskadierende Anlaufstrategien für den Maschinenpark bei Arbeits- oder Schichtbeginn: Während beim fast zeitgleichen Einschalten des gesamten Maschinenparks sehr teure Stromverbrauchsspitzen entstehen, können diese bei einem gezielt zeitversetzten Zuschalten der Fertigungsmitten nacheinander vermieden werden. Energiemanagement: Vom Erfassen bis zum Planen Vor dem Hintergrund solcher Überlegungen und weil für die Zukunft zu erwarten steht, dass industrielle Fertiger eine ressourcenschonende Produktion nachweisen müssen hat sich der VDMA-Arbeitskreis, der mit dem Einheitsblatt bereits MES-Kennzahlen standardisiert beschrieben hat, entschlossen, diese um Kennzahlen für das Energiemanagement zu ergänzen. In diesem Zusammenhang ist zunächst zu hinterfragen, welchen Beitrag Manufacturing Execution-Systeme (MES) zum Thema Energieeffizienz leisten können, welche Rolle die IT-Systeme dabei haben und wo ihre Grenzen in diesem Zusammenhang liegen. Vor allem zwei Aspekte kommen in Betracht: Das Erfassen und das Planen des Energieverbrauchs. Da produktionsnahe IT unmittelbar mit der Automatisierungsebene in der Fertigung kommuniziert, eignet sie sich hervorragend als Datensammler auch für Energieverbrauchsdaten. Dabei kommt als Quelle einerseits das intelligente Maschinenterminal in Frage. Zum anderen wächst aber das Angebot an preiswerten, IP-fähigen Energiezählern, die nachträglich an Energieverbraucher angeschlossen werden können und so als Informationslieferant einsetzbar sind. MES übernimmt so gewisser Maßen die Rolle einer Betriebsdatenerfassung für Energiemanagement oder einer Energiedaten-Erfassung (EDE). Entscheidend ist, dass die Daten dabei auch zentral erfasst und interpretiert werden und dann zum Beispiel als verdichtete Kennzahlen Entscheidungen bezüglich des Energiemanagements unterstützen können. Durch die gleichzeitige Integration von MES zu Enterprise Resource Planning-Systemen (ERP) ist es weiterhin denkbar, dass der Energieverbrauch einzelner Maschinen als Kostenträger an ERP übergeben wird und so bis in die Kostenstellenrechnung lückenlos einfließt. Dies schafft Voraussetzungen für eine Transparenz von der Fertigungsebene über die Steuerungsebene bis in die Planungsebene, die in der Vergangenheit nicht mit vertretbarem Aufwand geleistet werden konnte. Simulative Planung zukünftigen Energieverbrauchs Neben der Interpretation der Energieverbrauchsdaten hat die zentrale Datenverwaltung einen weiteren nützlichen Effekt: MES ist das Feinplanungswerkzeug, welches in Echtzeit auf Veränderungen reagieren kann und je nach Leistungsspektrum des Systems zudem Möglichkeiten zur Simulation unter- 18

19 Bild:Fotolia/Mikhail Mishchenko schiedlicher Fertigungsszenarien bietet. So lässt sich eine IT-gestützte Planung und Steuerung gegen alle klassischen Ressourcen, Personalverfügbarkeit sowie Betriebsmittel- und Materialverfügbarkeit ohne hohen Aufwand durchführen. Dementsprechend liegt es nahe, auch die Energieverbräuche über dieses Werkzeug zu steuern. Über die Möglichkeiten der produktionsnahen IT können die oben genannten, beispielhaften Problemstellungen sehr wirkungsvoll gesteuert werden: Manufacturing Execution-Systeme kennen die Auftragslast der einzelnen Fertigungsstellen sowie die damit verbundene Terminsituation der Fertigungsaufträge auf den Arbeitsplätzen. Auf dieser Grundlage ist eine Planung und Steuerung von An- und Abschalten einzelner Maschinen mit recht geringem Aufwand möglich. Ähnliches gilt auch für Anfahrszenarien für ganze Produktionsbereiche. Diese Szenarien können auf Grundlage der Bedarfe simulativ eingelastet, geplant, optimiert und dann in Kraft gesetzt werden. Hier ist sogar eine automatisierte Ansteuerung der einzelnen Maschinen denkbar, so dass nicht der Werker von Maschinen zu Maschine läuft, um sie einzuschalten, sondern dass diese planmäßig nacheinander gestartet werden. Kennzahlen für produktbezogene Informationen Prinzipiell werden sich MES-Kennzahlen für Energiemanagement nur auf den direkten Verbrauch beziehen, der an den Fertigungsressourcen gemessen und von den Systemen in der skizzierten Weise erfasst werden kann. Dabei wird in der Regel ein Bezug zum hergestellten Produkt oder der produzierten Einheit möglich, so dass sich Kennzahlen zu Energieeffektivität, Energieverbrauch, Energiekapazitätsauslastung und CO 2 -Anteil pro produzierter Einheit unter unterschiedlichen Gesichtspunkten herleiten lassen. Unter diesen Voraussetzungen steht zu erwarten, dass sich durch den Rückgriff auf einheitliche Kennzahlen, auch wenn sich deren Anzahl in einem überschaubaren Rahmen halten wird, eine Fülle wichtiger, produktbezogener Informationen gewonnen werden können, die sowohl für Dokumentation als auch Optimierung des Energieverbrauchs in der Fertigung wertvolle Hinweise liefern können. Auf diese Weise erweitert sich das Nutzenpotenzial von MES für Anwender, um ein wirksames Energiemanagement aufzusetzen. Autor Volker Schnittler ist Fachreferent für kaufmännische Unternehmenssoftware in der Abteilung Informatik beim Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA). 19

20 MES Wissen Kompakt: Energiemanagement Energieverbräuche und Prozessdaten zuordnen Vielfältiges Einsparpotenzial Energiekosten zählen aktuell zu den Hauptkostentreibern für Produzenten. Bedingt durch den Atomausstieg und die politisch gewollte Umstellung auf erneuerbare Energien, ist ein Ende der Preissteigerungen im Energiesektor nicht zu erkennen. So werden in Zukunft Energiekosten einen immer höheren Anteil an den Kosten einnehmen. Produzierende Unternehmen kommen dadurch in Zugzwang, ihre Energieverbräuche zu reduzieren oder zumindest gezielter zu steuern. Für die Zuordnung der Verbräuche zu den Prozessen in der Werkhalle kann produktionsnahe IT einen zentralen Beitrag leisten. Um Energieverbräuche den Produktionsprozessen exakt zuordnen zu können, müssen zwei völlig unterschiedliche Datenarten ermittelt und anschließend miteinander verknüpft werden: Auf der einen Seite gilt es, die Energieverbräuche so detailliert wie möglich zu erfassen. Auf der anderen Seite sind die Rückmeldungen an den Arbeitsplätzen oder zu den Aufträgen und Artikelnummern zu verbuchen. Erst durch die Verknüpfung der ermittelten Energieverbräuche mit den Rückmeldungen lässt sich die Frage beantworten, wann welche Charge welches Auftrags an welchem Arbeitsplatz in der Bearbeitung war und wie viel Energie dort in die Bearbeitung geflossen ist. Auf dieser Datenbasis können dann Auswertungen in jeder erdenklichen Ausprägung erstellt werden. Über eine gezielte Verdichtung dieser Datenbasis ist es dann beispielsweise möglich artikel-, auftrags-, arbeitsplatz- oder auch zeitraumbezogene Auswertungen durchzuführen. Über derart detaillierte Auswertungen entlang der Prozesskette können Energiefresser gezielt aufgespürt und anschließend die zugehörigen Prozesse optimiert werden. Bevor es soweit ist, gilt es aber die beiden angesprochenen Datentöpfe zu füllen. Als Grundlage bietet sich der Einsatz eines Manufacturing Execution Systems (MES) an, da durch die Erfassungs- und Auswertungsfunktionen dieser produktionsnahen IT-Systeme bereits ein Großteil der benötigten Informationen zusammengeführt wird. Verbrauchserfassung: Aus der Steuerung ins IT-System Den ersten Schritt bei der Ermittlung von Optimierungspotenzial bei den Energieaufwendungen stellt das Erfassen der Verbräuche dar. Eine wichtige Datenquellen sind hier die Verbraucher, also die Anlagen selbst. Über moderne Schnittstellen zu den Steuerungen der Anlagen lässt sich ein MES mit den nötigen Daten versorgen. Man spricht bei dieser Art der Datenerfassung auch von Prozessdatenerfassung, kurz PDE. Die Schnittstelle, um die erfassten Prozessdaten in das IT-System zu portieren, kann grundsätzlich die gleiche sein wie für die Maschinendatenerfassung (MDE). Dazu kann beispielsweise der international etablierte OPC-Standard zum Einsatz kommen. Die MDE liefert dann neben Informationen zu produzierten Stückzahlen und Fehlern auch Prozessdaten, wie etwa Informationen zu Strom-, Wärme-, Dampf- oder Wasserverbrauch. An eine moderne OPC-Karte können neben den Steuerungen der Anlagen aber auch einfache Sensoren angeschlossen werden. Das MES fragt die Messwerte der Sensoren über die Schnittstelle gezielt ab und berechnet aus den Rohdaten der Sensoren die aktuell anfallenden Verbräuche. Auf Basis von mehreren Messpunkten können dann über Differenzbildung oder auch über weitere Formeln die Energieverbräuche pro Anlage 20

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