MES - Integriertes Produktionsmanagement

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1 MES - ntegriertes Produktionsmanagement Leitfaden, Marktübersicht und Anwendungsbeispiele von Klaus Thiel 1. Auflage Hanser München 2011 Verlag C.H. Beck im nternet: SBN Zu nhaltsverzeichnis schnell und portofrei erhältlich bei beck-shop.de DE FACHBUCHHANDLUNG

2 Leseprobe Klaus Thiel MES - ntegriertes Produktionsmanagement Leitfaden, Marktübersicht und Anwendungsbeispiele SBN: Weitere nformationen oder Bestellungen unter sowie im Buchhandel. Carl Hanser Verlag, München

3 Anforderungen bestimmen Entwicklung eines integrierten Produktionsmanagementsystems Simulationsbeispiele 2 Entwicklung eines integrierten Produktionsmanagementsystems (MES) 2.1 Grundstruktur eines MES Nachfolgend entwickeln wir ein integriertes Produktionsmanagementsystem, das sich an den Forderungen, Überlegungen und Trends, wie wir sie in den vorherigen Kapiteln erläutert haben, ausrichtet. Es werden insbesondere auch die Standards herangezogen, wie sie in der SA-95 etwas abstrakt abgehandelt werden. Wir legen großen Wert auf einen allgemeinen Standard, d. h. das Modell soll branchenübergreifend und produktionsprozesstypunabhängig funktionieren. Es soll zumindest 90 % aller Funktionalitäten durch einen integrierten Ansatz abdecken. Das hier vorgestellte integrierte Produktionsmanagementsystem ist in den letzten zehn Jahren im Rahmen von Beratungsaufgaben im Produktionsumfeld entstanden. n diesem Zusammenhang wurde ein Simulator (S- MES) entwickelt, mit dem Produktionsprozessabläufe branchenneutral simuliert werden können. Sämtliche Beispiele und Maskendarstellungen beruhen auf diesem System. Das System wird nur für Schulungsund Simulationszwecke verwendet. Order Processing (1.0) Product Cost Accounting (8.0) Product Shipping Administration (9.0) Production Scheduling (2.0) Material and Energy Control (4.0) Production Control (3.0) Product nventory Control (7.0) Quality Assurance (6.0) Procurement (5.0) Maintenance Management (10.0) Marketing and Sales Research Development and Engineering Abbildung.2-1: Kontrollmodell des Produktionsunternehmens gemäß SA-95 Quelle: nach ANS/SA Formerly ANS/SA-S

4 2.1 Grundstruktur eines MES Manufacturing Flow Manufacturing Flow Manufacturing Flow Design Planung Ausführung Produktdatenmodell nach SA-95: Product Definition Management Resources Management Produktionsdatenmodell nach SA-95: Work Scheduling Management Work Execution Management Anhand dieses Bildes wird eine etwas komplexere Produktstruktur angezeigt, die mittels der Kernelemente Manufacturing Flow Design definiert, mit Manufacturing Flow Planning auftragsbezogen geplant und mit Manufacturing Flow Execution ausgeführt wird. Abbildung.2-2: Dreisäulenmodell eines MES Die SA-Kontrollfunktionen Die SA-95 hat in einem eigenen Modell (Abbildung.2-1) die Funktionsbausteine definiert, die die Kontrollfunktionen eines Produktionsunternehmens ausmachen und die wir im Kapitel 2.4 in unserem strukturierten MES-Modell nachbilden bzw. erweitern. Mit der dick gepunkteten Grenzlinie soll zum Ausdruck gebracht werden, in welchem Maße sich ERPund MES-Funktionen überschneiden, die SA hat dieses bislang nicht eindeutig erklärt, auch wenn in den SA-Standards Product Definition Management und Resources Management dem Level 3 zugeordnet sind und daher die gepunktete Linie weit nach außen gerückt werden müsste. Es zeigt sich bei diesem Kontrollmodell das ganze Ausmaß an Problemen, die entstehen, wenn man versucht, künstliche Grenzen zwischen dem Level 4 und dem Level 3 aufzubauen (siehe die dick gestrichelte Linie im Modell). Die Funktionsverteilung innerhalb der SA-95 ist ziemlich vage und zum Teil irreführend. Wir verweisen auf unsere Ausführungen zum Verschmelzen der Systeme und dass es Sinn macht, alle Produktionsfunktionen, auch die operativen Beziehungen zu den Kunden und zu den Lieferanten, in einem integrierten Produktionsmanagement abzubilden und man sich allmählich von Begriffen wie ERP und MES verabschieden sollte. n einem integrierten Produktionsmanagement übernimmt die Business- Ebene nur die rein strategischen Funktionen im Rahmen der Kunden- und Lieferantenbeziehungen mit den dazugehörenden Finanzfunktionen Die drei Kernelemente Von MES werden sämtliche operativen Aufgaben wahrgenommen. n den vorherigen Kapiteln haben wir immer wieder betont, wie wichtig das Zusammenspiel aller Funktionen ist. Ein solches Modell kann sich daher nicht auf den Ausführungsteil beschränken, sondern muss insbesondere die Produktstammdaten und die darauf aufbauende Auftragsplanung mit integrieren. Wir bauen daher unser Modell auf folgenden drei Säulen auf: Manufacturing Flow Design (MFD) Manufacturing Flow Planning (MFP) Manufacturing Flow Execution (MFE) Wie schon an anderer Stelle dargelegt, liefern herkömmliche ERP-Systeme kein Stammdatensystem, 67

5 Anforderungen bestimmen Entwicklung eines integrierten Produktionsmanagementsystems Simulationsbeispiele PLM Produktdatenmanagement MES Produktdefinition = ntellektuelles Produkt Produktproduktion = Physisches Produkt Operative Unterstützung = Ressourcen Abbildung.2-3: Zusammenarbeit zwischen PLM und MES das die Anforderungen der Produktion umfassend bedienen kann, sondern die gelieferten Daten sind nur ein Rudiment eines Gesamtdatensystems. MES-PM-Konzeption nach MES Consult n der SA-95 werden Product Definition Management und Resources Management als Teil eines Produktionsmanagementsystems festgelegt und Business-Ebene SCM ERP CRM Standardschnittstellen nach S95 Standardschnittstellen nach S95 Funktionen eines MES/PM nach SA-95 PDM MOM PLM by Third Party MFD OMS MFP MFE MPM Standardschnittstellen nach S95 Standardschnittstellen nach S95 P M Echtzeiterfassungs- und Kontrollmanagement nach SA-95 SCADA SPS PLM = Product Livecycle Management PDM = Product Data Management OMS = Order Management System MOM = Manufacturing Operation Management MFD = Manufacturing Flow Design MFP = Manufacturing Flow Planning MFE = Manufacturing Flow Execution MPM = Manufacturing Performance Management Fremdsysteme MES/PM Funktionen Abbildung.2-4: MES Funktionen-Schema 68

6 2.1 Grundstruktur eines MES ERP Konsistentes Datenmodell PLM Produktdatenmodell Produktionsdatenmodell PM Abbildung.2-5: Konsistentes Datenmodell für alle Mit diesem Bild soll die Bedeutung eines konsistenten Datenmodells für die Produktion klar werden, wobei PLM im Wechselspiel mit MES die Produktdaten entwickelt. MES verwaltet die Produktdaten und passt sie im Rahmen eines Change Managements in Abstimmung mit PLM an. MES selbst liefert die eigentlichen Leistungsdaten der Produktion. ERP greift bezogen auf seine Belange auf dieses Datenmodell zu. sind damit MES (Level 3) zugeordnet. Dies ist auch logisch, weil derjenige seine Daten zu verwalten hat, der für deren Qualität verantwortlich ist. Dies ist nun einmal die Produktion. Dabei sei hier aber auch angemerkt, dass MES vorrangig nur die Produktdaten verwaltet und in den Produktionsprozess einbindet, die ein PLM durch einen Entwicklungsprozess zur Verfügung stellt. Mit diesem Bild wird die enge Verknüpfung zwischen einem PLM und einem MES angezeigt. Die zweite wichtige Säule unseres MES-Modells ist die Auftragseinplanung, d. h. die kurzfristige Verplanung der Aufträge nach dem Pull-Prinzip bei simultaner Berücksichtigung der Ressourcenverfügbarkeit. Dies beinhaltet die Fähigkeit, auch komplexeste Prozessketten aufzulösen und zu verplanen. Dabei kann die Planung verschiedensten Rahmenbedingungen unterliegen (ekanban, Heijunka etc.). Die dritte Säule ist der eigentliche Ausführungsprozess mit seinen Einzelfunktionen zu BDE, MDE, Logistik, Qualitätssicherung, Wartung. Ein wesentlicher Gesichtspunkt ist eine intelligente Materialflusssteuerung, damit ein lückenloses Tracking und Tracing möglich ist. Daraus ergibt sich ein umfassendes MES-Funktionsschema. Die Produktentwicklung übergibt die Produktdaten MFD zur weiteren Verwaltung. Das MES besteht dann weiter aus dem Order Management (OMS), der operativen Planung (MFP), dem Durchführungsprozess (MFE) und dem Performance Management (MPM) sowie einer eingebundenen SCADA-Funktionalität. Dieses Schema findet auch Verwendung bei der Beurteilung der am Markt angebotenen MES-Produkte Konsistentes Datenmodell Perfektion wird nur erreicht, wenn ein konsistentes Datenmodell für die Produktion existiert. Das Zusammenpflücken von Daten aus unterschiedlichen Quellen mag zwar mit Tools zum Master Data Management im Einzelfall gelingen, aber es ist sicherlich nicht ideal. Das Fundament allen Planens und Ausführens ist ein konsistentes, umfassendes Produkt- und Produktionsdatenmodell für den Leistungsprozess, auf das sowohl die Business-Ebene als auch die ShopFloor-Ebene zugreifen. Das wird in den Kapiteln 2.4 und im Detail dargestellt. Wir meinen, dass man nicht den Weg des Zusammensuchens von Produkt- und Produktionsdaten aus unterschiedlichen Quellen gehen sollte, sondern es Ziel sein muss, dass alle Daten in einem konsistenten Datenmodell für die Produktdaten (Stammdaten) und für die Produktionsdaten (Leistungsdaten) zusammenspielen. Dieser Weg ist im ersten Schritt zwar schwierig, aber unter langfristigen Gesichtspunkten 69

7 Anforderungen bestimmen Entwicklung eines integrierten Produktionsmanagementsystems Simulationsbeispiele lohnt es sich, in sein Datensystem Ordnung zu bringen und insbesondere Redundanzen auszumerzen. Ein solches konsistentes Datenmodell steht dann sowohl ERP als auch PLM und MES zur Verfügung. Dabei wird es Sinn machen, die T-Abteilung vollkommen zu neutralisieren Firmenstrukturmodell Bei der Entwicklung eines allgemeingültigen MES beschränken wir uns nicht auf die Abbildung der Produkte innerhalb eines Werkes, sondern ziehen die SA-95-Anlagen-Hierarchie heran, die sich sehr gut eignet für die Strukturierung innerhalb einer Multi-Plant-Umgebung. Für die Betrachtung in einem MES ist das Kernobjekt immer die Production Unit, d. h. die Anlage/Maschine, in der ein Wertschöpfungsprozess vollzogen wird. nnerhalb eines MES macht es sicherlich in den seltensten Fällen Sinn, produktspezifisch noch tiefer einzusteigen. Rezepte mit ihren Prozeduren innerhalb der Prozessindustrie werden zweckmäßigerweise unter den Produktionsverfahrensanweisungen für das Produkt verwaltet. Dabei stellen die eigentlichen Prozeduren ein Mini-MES dar, das automatisch bzw. halbautomatisch nach den Standards der SA-88 einen Prozess steuert. Die Anlagen/Maschinen selbst werden produktspezifisch den Arbeitsgängen eines Arbeitsplans zugeordnet. n der Hierarchie steht an oberster Stelle das Unternehmen (enterprise). Dem unterstellt sind eine mögliche 1-n Werke (sites). Jedes Werk kann wieder unterteilt werden in einzelne Bereiche, Profitcenters (areas). nnerhalb einer solchen Struktur werden die einzelnen Produkte mit ihren Produktdaten eindeutig definiert. Die Eindeutigkeit ergibt sich im Zugriff durch die Kombination Unternehmen, Werk, Bereich, Produkt. Damit wird es dann auch möglich, ein Produkt, das Unternehmen 1-n Werk 1-n Typischer Aktivitätenbereich Level 4 Diese Hierarchie findet ihr Ebenbild im Arbeitsplan auf der Ebene des Arbeitsgangs Abteilung 1-n Niedrigste Planungsobjekte in Level 3 und 4 Produktions- Prozesszelle Produktionseinheit linie 1-n 1-n Typischer Aktivitätenbereich Level 3 Einheit Arbeitszelle Betrachtungsebene bei Batch Operationen Betrachtungsebene bei kontinuierlichen Operationen Betrachtungsebene bei diskreten Operationen Abbildung.2-6: SA-95-Anlagen-Hierarchie Quelle: ANSSA

8 2.1 Grundstruktur eines MES Unternehmen Werk 1 Werk 2 Werk 3 Werk n Werk 1 Artikel Gruppe Phase Bezeichnung Einh. Status Kopfdatei Beschreibung Varianten Substanzhw. Substanzinh. Artikelhistorie e Arbeitsplan Bestände Kosten Detaildateien Konfiguration Zeiteinsatz Verkettung Personaleins. Materialeinsatz Artikeleinsatz Betriebsmittele. Transportmein. PVA Prüfplan nstruktionen Hiermit wird angezeigt, wie das Arbeitsplansystem des Simulators in die Firmenstruktur integriert ist. Abbildung.2-7: Das Produkt innerhalb der Unternehmenshierarchie 71

9 Anforderungen bestimmen Entwicklung eines integrierten Produktionsmanagementsystems Simulationsbeispiele in mehreren Werken produziert wird, mit derselben Nummer zu belegen. Die Unterscheidung erfolgt durch die Hierarchie-dentifikation. Daher werden wir in unserem MES-Ansatz die Verwaltung einer solchen Struktur sämtlichen Produktdaten voranstellen. Das eigentliche Produkt besteht aus einer Kopfdatei, an die eine Reihe von Dateien mit Detailinformationen angehängt werden, wobei die Verwaltung des Arbeitsplans die zentrale Rolle spielt Das Phasenmodell Bei dem von uns entwickelten MES schließen wir den Entwicklungsprozess als Lieferanten der Produktdaten mit ein. Dabei verwaltet MES die Produktdaten, die ein PLM entwickelt. Ein Beispiel für einen möglichen Ablauf einer Produktdatenentwicklung, die dann in MES einmündet, zeigen wir anhand der Siemens-Teamcenter-Lösung zu PLM und der Verknüpfung mit SMATC T in Kapitel Wir integrieren in einem Entwicklungs-MES die Erfassung der Leistungsdaten innerhalb des Entwicklungsprozesses, damit man den Leistungsprozess zu einem Produkt über den gesamten Lebenszyklus in einem Datenmodell abbilden kann Das Zählsystem Ein weiterer wichtiger Aspekt des von uns vorgeschlagenen MES ist die nstallation eines umfangreichen Zählsystems, mit dem das Bedarfs- und Verhaltensmuster eines Produkts abgeleitet werden kann. Mit einem solchen Zählsystem soll kurzfristig die Bedarfsentwicklung bei den Produkten überwacht werden, Vorgabegrößen können angepasst und entsprechend exakte Verrechnungssätze ermittelt werden. Die unterste Ebene eines Zählsystems bildet der Arbeitsgang eines Produkts. Hier werden die Materialeinsatz- und Produktionsmengen festgehalten, die als Bezugsgrößen für die Verrechnung von Gemeinkosten herangezogen werden können. Dasselbe gilt für die an eingesetzten Materialien, den am Arbeitsgang eingesetzten Betriebsmittel und den zu prüfenden Qualitätsmerkmalen. Das Mitschreiben und Kumulieren von Zeitverbräuchen, nach Zeiträumen abgegrenzt, ermöglicht die Bildung von Durchschnittswerten, die zur Kontrolle von bestehenden Vorgabewerten dienen. Das Zählsystem hat entsprechende Dateien zu führen, die von der untersten Ebene ausgehen und nach den verschiedensten Gesichtspunkten für das Produkt bzw. für die einzelnen Ressourcen Kumulationen vornehmen. Nachfolgend stellen wir in einer Tabelle einzelne Zählgrößen zusammen, die letztlich die eigentlichen Kostentreiber eines Produkts darstellen, mit denen Verhältnisrechnungen und die Zuteilung der Gemeinkosten relativ exakt vorgenommen werden können. Tabelle.2-1: Mögliche Zählergrößen Funktionsbereiche Aktivität Kostentreiber-/ Verursacher- Zählgröße Vertrieb Einkauf Auftragseinplanung Verwaltung/ Finanzen Produktbezogene Kostentreiber Anfragebearbeitung CRM- Analysen Marketing Auftragsbearbeitung Preisverhandlung Bestellungen Wareneingänge AV/Produktionsplanung Aufträge Aufträge Bestellungen Aufträge Lieferungen Aufträge nein nein nein nein 72

10 2.1 Grundstruktur eines MES F & E Versand Produktion Personalverwaltung Buchungen Aufträge Rechnungen Lieferantenrechnungen Produktkonzipierung Konstruktion Ablaufplanung Produktionsservice Qualitätssicherung Wartung/ nstandhalt. Verpacken Versenden Rüsten Fertigen Ausbau/ Reinigen Der Arbeitsplan Leistungsstunden Leistungsstunden Leistungsstunden Menge PLZ Prüfmerkmale Betriebsmittel Aufträge Lieferungen Stunden Stunden Stunden nein m Mittelpunkt unseres MES steht der Arbeitsplan, der Dreh- und Angelpunkt in allen Phasen des Produktlebenszyklus ist. Wir unterscheiden dabei zwischen den Arbeitsplänen für die einzelnen Phasen des Entwicklungsprozesses, die für die Erfassung und Dokumentation des intellektuellen Wertschöpfungsprozess verwendet werden, und dem Arbeitsplan für die Produktion des realen Produkts. m intellektuellen Wertschöpfungsprozess ist der nput ein intellektuelles Material im Sinne von Spezifikationsdaten. Der Output jeder Phase ist wieder ein angereichertes intellektuelles Produkt, das am Ende der Entwicklungsphasen den realen Arbeitsplan mit all seinen Daten MES zur Verfügung stellt. Die Arbeitspläne im Entwicklungsprozess bestehen im Regelfalle aus wenigen Arbeitsschritten. Es geht insbesondere darum, im Sinne des MES-Gedankens auch die intellektuelle Wertschöpfung festzuhalten und zu bewerten. Der reale Arbeitsplan kann aus einer sehr komplexen Ablaufstruktur bestehen, die durch eine grafische Modellierung transparent gemacht wird (Buchteil, Kapitel 3: Grafische Prozessflussmodellierung). Auf ihm bauen alle Planungs- und Durchführungskomponenten auf. Bisherige Systeme, ob ERP oder MES, haben diesem Gesichtspunkt in der Vergangenheit viel zu wenig Aufmerksamkeit gewidmet. Der Arbeitsplan war dabei meist nur ein rudimentäres Gebilde und musste speziell auf der Produktionsebene entsprechend ergänzt werden, weil ein konsistentes, umfassendes Arbeitsplanmodell fehlte. Wir handeln daher den Arbeitsplan im Kapitel zum Produktdatenmodell im Detail ab Das Nummernsystem Das Objekt der Begierde ist das Produkt, das eine eindeutige dentifikationsnummer benötigt. Diese fängt bereits bei der Geburt, bei der Erstanfrage eines Kunden an. Um dem Kind einen Namen bzw. eine Nummer zu geben, muss diese strukturiert aufgebaut werden. Das Produkt wird zuerst eingebettet in die Firmenstruktur. Aus der Nummer soll ersichtlich werden, in welchem Bereich eines Werkes das Produkt produziert wird. Die dentifikationscodes für Unternehmen, Werk, Bereich bilden praktisch den Vorspann der Produktnummer. Danach wird eine Phasenkennung zugeordnet. Es folgt die Zuordnung zu einer Produktgruppe, die in einer Produktgruppendatei verwaltet und selektiert wird. Die eigentliche Nummer kann ein fortlaufender Zähler sein oder es wird ein bestimmtes Nummernmuster manuell 73

11 Anforderungen bestimmen Entwicklung eines integrierten Produktionsmanagementsystems Simulationsbeispiele Tabelle.2-2: Beispiel Produktnummernaufbau Unternehmen Werk Bereich Phase Produktgruppe Lfd. Nummer Bezeichnung Produktnummer U1 W1 B1 ANF GR01 PRO01 Muster Produkt PRO01 U1 W1 B1 ANFGR01PRO01 eingegeben. Danach wird diese Nummer automatisch mit der Phase, der Produktgruppe und dem Firmenvorspann gekoppelt. Es entsteht eine eindeutige Anfrageidentifikation, die in der Entwicklungsphase gleichzeitig als Bearbeitungsauftragsnummer gelten kann. Die Grundstruktur der Nummer bleibt, nur die Phase ändert sich. m eigentlichen Produktionsprozess werden Aufträge generiert, die mit einem Artikel verbunden werden. Da ein Endartikel auf einer komplexen Prozessstruktur aufbauen kann, die eine Vielzahl von Ebenen mit Subartikeln durchläuft, muss dies bei der Nummerngenerierung des Auftrags berücksichtigt werden, damit an jeder Stelle die Auftragsstruktur erkannt werden kann. Dies wird in dem vorgestellten Konzept simuliert (siehe Kapitel 3.1) Prozesskettensynchronisation nach dem Pull-Prinzip Ein wesentliches Kriterium für ein kundenorientiertes MES ist ein Modul, das in jeder Form die einzelnen Prozessketten vorwärts wie rückwärts auflösen und synchronisieren kann. Dies beinhaltet mehrere Aufgaben, die beherrscht werden müssen. Kern ist die Beherrschung der Vorgänger-/Nachfolgerbeziehungen bzw. der Nachfolger-/Vorgängerbeziehungen, wie sie in den Push- bzw. Pull-Prinzipien zum Ausdruck gebracht werden. Bei der Konzentration auf die Nachfrage steht logischerweise das Pull-Prinzip im Vordergrund. Ausgehend von einem individuellen Kundenbedarf ist die gesamte davor liegende Kette aufzulösen und zu synchronisieren. Synchronisation heißt aber auch, dass nicht nur die Vorgänger zu synchronisieren sind, sondern auch die Nebeneinsteiger, d. h. die bereitzustellenden Rohmaterialien und die eigengefertigten Subartikel, die selbst wieder eine zu synchronisierende Prozesskette durchlaufen. Nach diesem Prinzip vollzieht sich das Auflösen und Terminieren komplexester Prozessketten. Wir glauben, dass ein solches Modul die entscheidende Steuerungsdrehscheibe in einem MES bildet. Wünschenswert wäre, dass Entwickler eines MES ein solches Modul selbst entwickeln, um das mit Problemen behaftete Einbinden von Fremdprodukten zu vermeiden, was aber die meisten MES- Anbieter aufgrund der Komplexität der Algorithmen überfordert Bearbeitungsform eines Entwicklungs-MES (Abbildung.2-8) Die Grundstruktur eines Entwicklungssystems (Entwicklungs-MES) ist prinzipiell immer gleich, auch wenn sich die Bearbeitungsinhalte und die Übernahme- und Übergabedokumente unterscheiden. Eine mögliche Grundstruktur ist nachfolgend dargestellt. Sie besteht aus einem Nummerngenerierungsframe mit Auswahlmöglichkeiten der nputs für den intellektuellen Wertschöpfungsprozess. Jeder Entwicklungsschritt besteht aus einem Steuerungsmenü für die verschiedenen Aufgaben, die abzuarbeiten sind. Ein eigener Frame zeigt den Standardarbeitsplan für die Phase an, in einem weiteren Frame werden nformationen aufgrund einer Ähnlichkeitsmustersuche für das Produkt abgerufen bzw. neue nformationen über Berechnungen oder durch gesteuerte Eingaben von Eigenschaftsmustern zum neuen Produkt erzeugt Steuerungscockpit der Anfragetypen (Abbildung.2-9) Die Nachfrageformen kann man in drei Typen einteilen, deren Bearbeitung am besten über ein Cockpit gesteuert wird. 74

12 2.1 Grundstruktur eines MES Der erste Typ ist die Anfragesteuerung für ein neues Produkt, bei der im Mittelpunkt die schnelle Ermittlung eines zuverlässigen Preises steht. Der zweite Typ ist die Weiterführung des ersten Typs, d. h. wenn der angebotene Preis vom Kunden akzeptiert wird, wird der eigentliche Entwicklungsprozess angestoßen. Die Steuerung der einzelnen Entwicklungsphasen führt zu einem konsistenten Produktdatenmodell. Der dritte Typ von Nachfragen sind Nachfragen zu bestehenden Produkten (anonyme und kundenspezifische Produkte), bei denen im Vordergrund schnelle, zuverlässige Terminabgaben stehen. Für die dazu erforderliche Software benötigt man zuerst eine Bearbeitungsstruktur für die Sachbearbeiter im Umfeld der Anfragetypen, die sich am besten an einem Bearbeitungscockpit darstellen lässt. Dieses wird in den folgenden Kapiteln im Detail er- Diese Form ist ein Beispiel, wie die Bearbeitung der Daten in einem Entwicklungs-MES innerhalb einer Phase gestaltet werden könnte. Der obere Frame übernimmt Daten von der Vorgängerphase, greift auf bestehende nformationen zu. m Rahmen von Einzelfunktionen, die abgearbeitet werden, entstehen neue Spezifikationsdaten, die erfasst und in strukturierter Form weitergegeben werden. Abbildung.2-8: Bearbeitungsform für ein Entwicklungs-MES 75

13 Marktübersicht der Dienstleister 3. Softwareanbieter 3.1 Überblick Die dritte Kategorie von Dienstleistern sind die eigentlichen Softwareanbieter. Eine Beurteilung der einzelnen Anbieter von MES-Produkten ist etwas schwierig, weil die angebotenen Systeme sehr heterogen sind. Gerade die Softwarebranche neigt dazu, ein Modewort aufzugreifen und ihre Produkte unter diesem Begriff anzubieten. Man kann die Anbieter in drei Typenklassen einteilen. Jede Klasse geht mit einem anderen Gesichtspunkt an das Thema MES heran. Es sei auch angemerkt, dass eine Reihe von Anbietern vor ihre z. T. schon veralteten Produkte den Namen MES setzen, obwohl dies von der Sache her nicht gerechtfertigt ist. Nachfolgend werden eine Reihe von MES-Anbietern dargestellt, die wir nach den von uns entwickelten Beurteilungskriterien näher untersucht haben: ERP-Anbieter ERP-Anbieter haben mit ihren Verwaltungs- und Abrechnungssystemen hrzehntelang die T-Landschaft geprägt und dominiert, haben aber bis vor wenigen Jahren die Anforderungen der Produktion ignoriert bzw. man hat immer wieder Lösungen angekündigt, die in einer künftigen Version vorhanden sein sollten. Die Ergebnisse sind bekannt. Hier ist ein Wandel eingetreten. ERP geht auf die Produktion zu. Noch vor einigen Jahren hat SAP immer wieder betont, dass man MES den Spezialisten überlässt, man hat aber dennoch Firmen mit Produkten aus dem MES-Umfeld aufgekauft und diese in das eigene Produktportfolio integriert. Heute tritt SAP als neuer MES-Anbieter auf. ERP wäre eigentlich durch sein Top Down -Denken am ehesten geeignet, MES zu integrieren. Festzustellen ist aber, dass kaum Produktions-Know-how vorhanden ist und man daher auf Systemintegratoren angewiesen sein wird. Klassische BDE/MDE-Anbieter Schon Anfang der 1980er-Jahre gab es erste, noch recht unintelligente BDE-Systeme. m Rahmen der technologischen Entwicklung kamen dann immer mehr Maschinendatenerfassungssysteme hinzu. Gerade deutsche Hardware- und Softwareanbieter hatten hier eine gewisse Führungsstellung. Diese Anbieter fühlten sich aber immer als Erfüllungsgehilfen von ERP-Systemen, denen sie die benötigten Leistungsdaten für Abrechnungszwecke zurückmeldeten. Eigenständige integrierte Produktionsmanagementsysteme sind nicht entstanden. m Rahmen der steigenden Anforderungen von Produktionsseite hat man immer wieder Zusatzfunktionen hinzugeflickt, entweder über Eigenprogrammierung oder durch Einbindung von Fremdprodukten. Es entstanden mehr oder weniger Patchworksysteme. Aus finanziellen Gründen konnte man kein Neudesign vornehmen. Man hat auch viel zu lange gewartet, die Systeme auf den neuesten technologischen Stand zu bringen (Browser-Technologie). Die Anbieter im deutschsprachigen Raum sind gegenwärtig dabei, ihre vorhandene Software webfähig zu machen. Es muss auch festgestellt werden, dass man sich nicht um das Produktionsstammdatengerüst gekümmert hat, sondern sich weitgehend auf die bekanntermaßen rudimentären Stammdatensysteme von ERP verlassen hat. Dasselbe gilt für die Funktion der operativen Planung. Man übernimmt die von ERP eventuell vorgeplanten Auftragsdaten und versucht durch Verschiebeprozesse an interaktiven Leitständen eine Optimierung zu erreichen. Da aber meist keine Planungsalgorithmen vorliegen, kann dabei wenig Brauchbares entstehen. Momentan besteht aber ein Trend zur Einbindung qualifizierter Fremdprodukte für operative Planungsfunktionen. Automatisierer Die großen Automationsfirmen haben Ende der 1990er-Jahre erkannt, dass reine Steuerungssysteme mit ihren Hardware- und Softwarekomponenten 498

14 3.1 Überblick Tabelle.3-1: Liste der betrachteten Softwareanbieter Firma Produkt Anmerkung Siemens AG SMATC T Automatisierungskompetenz, wenig kompetentes MES-Personal, kaum Ansprechpartner FORCAM GmbH Factory Framework Coscom Computer GmbH Coscom MES Rockwell Factory Talk, PMX Automatisierungskompetenz, wenig kompetentes MES-Personal Camstar nsite US amerikanisches Produkt GE Fanuc ntelligent Platforms Automatisierungskompetenz, wenig MES-Kompetenz Freudenberg T KG Adicom Suite Teil von Freudenberg T nfor ERP XA MES Suite Heute keine kompetenten Ansprechpartner PS Penta PSmes mpdv Microlab GmbH Hydra Wurde auf Wunsch von mpdv aus der Betrachtung bzw. Beurteilung herausgenommen GUARDUS Solutions AG Guardus Grass GmbH coago Spezialist für Rollenerzeugung und -verarbeitung BS AG Prisma Honeywell POMS Automatisierungskompetenz, wenig kompetentes MES-Personal Werum PAS X Spezialist für die Prozessfertigung ndustrie nformatik Cronet Work MES auf dem Stand der Technik, gutes eigenes Planungstool tac Software AG tac MES Suite SAP AG SAP ME Sehr gute Konzeption mit guten Produktkomponenten, man muss abwarten, ob man Kompetenz für die Produk tion entwickelt APRSO FlexNet Sehr gute Mischung aus ERP und MES, SaaS Computing Gefasoft AG Legato MES Man kommt aus dem Bereich Automationstechnik. Es wird gegenwärtig eine Neuentwicklung vorgenommen. gbo Datacomp GmbH bisoft GFOS GmbH X/Time MES Kratzer Automation AG intrafactory Camline GmbH LineWorks Felten GmbH PM SCADA MES Spezialist für die Prozessfertigung Fauser AG JobDispo MES Mischung von ERP und MES, für Klein- und mittelständische Firmen ausgelegt Plex Systems, nc. Plexus online US amerikanisches Produkt, sehr modular, SaaS Computing Bronermetals Broner APS-MES Spezialist für Rollenerzeugung und -verarbeitung Wonderware GmbH MES Software Suite Spezialisiert auf stark automatisierte Prozesse mit hohen Visualisierungsanforderungen nqu nformatics GmbH nqu MES Gutes MES mit eigenständigen Planungssystem, auf dem Stand der Technik Lighthouse Shop Floor online Englisches Softwarehaus, umfassendes System auf dem Stand der Technik Eyelit nc. Eylit MES BASEt Solumina ntercim LLC Pertinence Suite nteressantes MES mit einem Modul zur Thematik Pattern Recognition Pro Leit AG Plant T nvistics MachSix HighJump HighJump MES Aspen Tech aspenone Spezialisiert auf komplexe Prozesse in der Prozessindustrie (Petrochemie etc.) 499

15 Marktübersicht der Dienstleister nicht mehr den Marktanforderungen genügen werden, und sie haben in einem ersten Schritt MES- Anbieter mit ihren Produkten aufgekauft. Beispiele dafür sind Honeywell, Rockwell und allen voran Siemens. Man erkannte die nicht vorhandene Kompetenz, wenn es um Managementsysteme geht. Wir haben aber den Eindruck gewonnen, dass diese Firmen weitgehend nur gekauft wurden, weil man neues Kundenpotenzial hinzugewinnen konnte. Man hat zwar weiterentwickelt und sogenannte Frameworks gezimmert, aber man vertreibt die Produkte mehr als Zusatzpack zu den eigentlichen Kernprodukten. Auch merkt man, dass die Automatisierer Bottom Up denken und nicht Top Down, was aber bei einem strategischen Produkt wie MES notwendig ist. Als Datenjäger und -sammler bieten sie heute in neuem Gewand sogenannte Multi-Plant -Performance-Management-Systeme an, in denen auf ansprechenden Cockpits Leistungsdatenvergleiche zu mehreren Werken in einem Unternehmensverbund mittels Web-Technologie vorgenommen werden. Erfolgreiche MES-Projekte sind aus unserer Sicht nur durch Systemintegratoren abzuwickeln, weil intern bei den Automatisierern nicht die benötigten Kapazitäten und das Know-how für MES vorhanden sind Beurteilungskriterien Zur Beurteilung der einzelnen Anbieter wurde von uns ein Schema entwickelt, mit dem es möglich ist, die einzelnen angebotenen Produkte relativ objektiv zu qualifizieren. Das Schema richtet sich an den drei Kernelementen unseres MES-Modells aus. Wenn wir die Beurteilung an der ntegration der drei Kernelemente in einem System ausrichten, so geschieht dies aufgrund unserer Überzeugung, dass diese fugenlos zusammenspielen müssen und es langfristig wenig Sinn macht, dies auf verschiedene Systeme zu verteilen. Durchführung. Diese Aufgabe muss die Produktion im Zusammenspiel mit F & E übernehmen, weil hier die Verantwortung für die Daten liegt. Hier arbeiten PLM und MES entsprechend eng zusammen. MFD beinhaltet ein konsistentes Produktdatenmodell, das die Produktionsabläufe in einem flexiblen Arbeitsplan umfassend beschreibt. Damit verbunden sind auch die Verwaltung der Ressourcen und ihre Zuteilung in den Arbeitsplänen. Dies ist nhalt der SA-95 Product Definition Management und Resources Management. Manufacturing Flow Planning (MFP) Auch zur operativen Planung liefert ERP nicht die erforderlichen nstrumente, die Planungssysteme von ERP haben eine andere Ausrichtung. Die BDE-Seite hat bis auf wenige Anbieter dieses Thema ignoriert. Heute setzen die Anbieter aus dem BDE- oder QS-Bereich meist Systeme von Fremdanbietern ein. Diese Option kann man akzeptieren, auch wenn ein gutes eigenständiges Planungstool die bessere Lösung wäre. MFP muss heute aber neben der operativen Planung auch ein Ordermanagementsystem mit Verfahren zur Produktionsglättung beinhalten. Manufacturing Flow Execution (MFE) MFE ist zwar die Stärke der klassischen BDE-Anbieter, aber meist liegt diese Stärke in Einzelfunktionalitäten. Ein durchgängiges Gesamtsystem, das folgende Funktionen abdeckt, fehlt im Regelfall: BDE MDE nstruktionssteuerung Qualitätssicherung Wartung Materialflusssteuerung Echtzeitkostenkontrolle Leistungsanalysen Auftragsrückverfolgung. Manufacturing Flow Design (MFD) Weder die ERP- noch die klassischen BDE-Anbieter liefern ein umfassendes Stammdatensystem für die Produktion. Das Produktdatenmodell ist aber Grundlage für die operative Planung und die eigentliche Eine entscheidende Rolle innerhalb der Hauptbeurteilungskriterien ist die Umsetzung des Fließprinzips. Für ein kundenorientiertes integriertes Produktionsmanagement sind die Kernelemente zu gewichten. 500

16 3.1 Überblick MFD, das Fundament der anderen Elemente, gewichten wir mit dem Faktor 2. MFP trägt die Hauptverantwortung für Kundenorientierung und ntegration. Daher bekommt MFP den Gewichtungsfaktor 3. Die Qualität von MFE wird durch eine Reihe von Einzelfunktionen ausgedrückt und diese werden entsprechend bewertet. Die Logistik mit ihren Vorgänger-/Nachfolgerbeziehungen und den damit verbundenen Lagerbewegungen, also den Kern eines echten Tracking und Tracing, wird entsprechend höher gewichtet als die klassische BDE/MDE-Funktionalität, die in einem MES vorausgesetzt wird. Wir definieren einzelne Qualitätsklassen nach dem Erfüllungsgrad der Systeme einmal bezüglich der Hauptkriterien für ein neues integriertes Produktionsmanagementsystem und auf der anderen Seite bezüglich des Qualitätsniveaus innerhalb eines der Hauptkriterien. Die Hauptkriterien sind: MFD-Qualitätsstufen nnerhalb des Hauptkriteriums MFD unterteilen wir nach vier Qualitätsstufen: Beurteilung MFP-Qualitätsstufen Erläuterung Von ERP abhängig, Daten werden jeweils auftragsspezifisch übernommen Daten, speziell der Arbeitsplan, werden mittels Masterdaten Management aus verschiedenen Datenquellen zusammengelinkt Eigenständiges, aber eingeschränktes Produktdatenmodell mit spezieller Ausrichtung (z. B. Rezeptverwaltung) Eigenständiges konsistentes Produktdatenmodell gemäß SA-95 für Product Definition und Resources Management nnerhalb des Hauptkriteriums MFP unterteilen wir nach sechs Qualitätsstufen: 2 Planungsdaten erzeugt ERP, Feinplanung durch interaktives Verschieben am Leitstand 3 Einfaches Order Management, Planung mit interaktivem Leitstand (fremdbestimmt) 4 Eigenständiges, einfaches lineares Planungsmodul mit einfachem Order Management 6 Eigenständiges APS ohne Einzelmodule zu Demand Driven Manufacturing (DDM) 8 Eigenständiges APS mit eingeschränktem DDM 10 Eigenständiges APS mit umfassendem DDM MFE-Qualitätsstufen nnerhalb des Hauptkriteriums MFE unterteilen wir nach den Einzelfunktionen. Dabei bekommen die klassischen Funktionen keine hohe Punktzahl, weil sie selbstverständlich sind. Dagegen wird die Materialflusssteuerung hoch bewertet, weil sie eine Voraussetzung für die Umsetzung des Fließprinzips ist. nnerhalb des Hauptkriteriums MFE unterteilen wir nach zehn Funktionsklassen, die einzeln bewertet werden. BDE/MDE 2 Nur BDE 3 BDE/MDE mit individuellen Schnittstellen BDE/MDE mit standardisierten Schnittstellen (OPC) 4 BDE/MDE mit integriertem SCADA- 6 System BDE/MDE/SCADA mit integriertem 8 automatisierten SPC-System Ausschussmanagement 2 Ausschussmengen-Berücksichtigung 4 Ausschussmengen-Bearbeitung mit Nachfertigungsmanagement 501

17 Marktübersicht der Dienstleister Nacharbeitsmanagement Beurteilung Erläuterung 2 Nacharbeitsregistrierung 4 ntegrierte Nacharbeitsbearbeitung mit Nacharbeitsaufträgen (Paperless Repair) Auftragsrückverfolgung 2 Rückverfolgung auf Basis nicht verketteter Arbeitsgänge 6 Rückverfolgung auf Basis verketteter Arbeitsgänge Qualitätssicherung 2 Einfaches SQC vor Ort 4 Zentrales CAQ mit SQC 6 CAQ + SQC + SPC integriert in MDE 8 CAQ + SQC + SPC + Prüfmittelsystem + Qualitätskostenüberwachung Kostenkontrolle 2 Direkte Kostenkontrolle des Auftrags Direkte Echtzeitkostenkontrolle je 4 Arbeitsgang Echtzeitkostenkontrolle direkter und 6 indirekter Kosten je Arbeitsgang Wartung 2 Ad-hoc-Wartungssystem 4 Ad-hoc- + Präventive Wartung 6 Ad-hoc- + Präventive Wartung + Prediktive Wartung nstruktionsmanagement 2 Eingeschränkte elektronische nformationsbereitstellung 4 Umfassende elektronische nformationsbereitstellung Materialflusssteuerung 2 Materialflusssteuerung nur auf Basis von Outputs 6 Materialflusssteuerung auf Basis von nput-/outputvorgängen 10 Materialflusssteuerung auf Basis von kleinsten nput-/outputeinheiten Leistungsanalyse 2 Auswertungen mit Excel Sheets 4 Eigenständige DB-Auswertungen Eigenständige DB-Auswertungen mit 6 OLAP Eigenständige DB-Auswertungen mit 8 OLAP + Multivariater Statistik Technologie Ein weiterer Aspekt ist die Beurteilung der eingesetzten Technologie. Die meisten Anbieter befinden sich in einer Umbruchphase, indem sie ihre Systeme auf Browser-Technologie umstellen. Wir bewerten dieses Kriterium mit dem Faktor 1. 2 Nicht browserfähige Technologie 6 Browserfähige Technologie Browserfähige Technologie auf Java- und 8 Linux-Basis Kompetenz Ein wichtiger Aspekt ist die Kompetenz der einzelnen MES-Anbieter. Was bringt es, wenn eine Firma einen bekannten Namen trägt aufgrund anderweitiger Kernkompetenzen, aber MES nur als Zusatz 502

18 3.1 Überblick mitgeliefert wird, die Kompetenz der Mitarbeiter bescheiden ist und man sich schwertut, überhaupt eine kompetente Ansprechperson zu finden? Wir gewichten die Kompetenz mit 3, weil sie ein wesentliches Kriterium darstellt für die erfolgreiche mplementierung eines MES. 2 Geringe Kompetenz, Ansprechpartner schwer herauszufinden, geringes Beratungspotenzial 4 Mittlere Kompetenz, Unterstützung akzeptabel, Beratungspotenzial eingeschränkt 6 Man identifiziert sich mit MES, MES steht im Vordergrund, hohe Beratungskompetenz Die höchste erreichbare Punktzahl innerhalb von MFD ist 8, gewichtet 16, innerhalb von MFP 10, gewichtet 30 und innerhalb von MFE 56. Bei der Technologie unterscheiden wir zwischen Produkten ohne Browser-Technologie (2) und Produkten, die auf der Browser-Technologie (6) beruhen. Höchste Stufe ist Browser-Technologie auf Java- und Linux-Basis mit 8 Punkten. Wir ordnen die einzelnen Systeme in Qualitätsklassen ein, gemäß der Kriterien, die wir oben geschildert haben. Das Vorhandensein von standardisierten Schnittstellen zu ERP wie auch zur Automationsebene wird bei den angebotenen Systemen vorausgesetzt Beurteilungsübersicht Wir haben den MES-Softwareanbietern ein Beispiel zur Abbildung auf ihrem angebotenen System vorgelegt, um die Leistungsfähigkeit der Produkte möglichst objektiv zu bewerten und vergleichbar zu machen. Das Beispiel wird im Buchteil, Kapitel 3 Simulation verschiedener Produktionsprozesse erläutert. Bis auf wenige Ausnahmen war keiner bereit, das Beispiel abzubilden; die Erklärungen dazu waren Tabelle.3-2: Qualitätsklassen von MES-MES-Systemen Qualitätsklassen Gewichteter Punktzahlbereich Erläuterung QK > 33 Die höchste Klasse bilden Systeme, die sämtliche Kernelemente in einem selbst entwickelten System mit allen MFE-Einzelfunktionen abbilden. QK < 33 > 26 Die zweite Klasse bilden Systeme aus einem Framework von eigenen und fremdbestimmten Modulen zu sämtlichen Kernelementen und MFE-Einzelfunktionen. QK < 26 > 21 Die dritte Klasse bilden Systeme ohne das Kernelement MFD bzw. es ist nur spezifisch ausgeprägt (Rezepte), aber es bildet keinen Standard. Produkt- und Auftragsdaten werden von ERP übernommen. MFP ist vorhanden. Sie zeichnen sich aber durch ein integriertes MFE aus, und zwar mit allen oben angesprochenen Funktionen. QK V < 21 > 16 Die vierte Klasse bilden Systeme ohne das Kernelement MFD und MFP. Produktstammdaten mit Auftragsdaten werden von ERP übernommen. Sie zeichnen sich aber durch ein integriertes MFE aus, und zwar mit allen oben angesprochenen Funktionen. QK V < 16 > 11 Die fünfte Klasse bilden Systeme ohne das Kernelement MFD und MFP. Produktstammdaten mit Auftragsdaten werden von ERP übernommen. Sie zeichnen sich durch einzelne Kernfunktionen eines MFE aus. Es sind dies meist Systeme mit einem umfassenden Erfassungsteil und darauf aufbauend wird ein entsprechendes nformationsmanagementsystem angeboten. QK V < 11 Die sechste Klasse bilden Systeme ohne die Kernelemente MFD und MFP. Sie haben sehr eingeschränkte MFE-Funktionalität. Meist sind nur einzelne Tools vorhanden. 503

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