Projektarbeit ERP. Gliederung. 1. Fertigungskonzept der digitalen Fabrik. 2. IT-Struktur der digitalen Fabrik

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1 Projektarbeit ERP Gliederung 1. Fertigungskonzept der digitalen Fabrik Einleitung 1.1 Was wird produziert? 1.2 Wie wird produziert? 1.3 Ablauf in der Prozessebene 2. IT-Struktur der digitalen Fabrik 2.1 Die ERP-Ebene 2.2 Die MES-Ebene 2.3 Realisierung und Kommunikation der ERP- und MES-Ebene 3. Positionierung der Projektarbeit Seite 1 von 5

2 1. Fertigungskonzept der Digitalen Fabrik Mithilfe dieser digitalen Fabrik ist es uns möglich einen Einblick in den hochmodernen, aber auch komplexen Fertigungsbereich in automatisierten Fabriken zu schaffen. Hintergedanke ist, dass wir Erfahrungen im Bereich der Automatisierung, Datenverarbeitung, Steuerungstechnik und Industriebetriebslehre sammeln. Zu unseren Gunsten besteht, aufgrund schon ausgearbeiteter Projekte, dieses System funktionsfähig im Testlabor der Technikerschule. Da diese Anlage noch nicht ganz ausgereift ist, soll diese von Jahr zu Jahr mithilfe von unterschiedlichen Projekten optimiert werden. 1.1 Was wird Produziert? Produziert werden Türme, bestehend aus 3 verschieden Zylindern. Die Metallzylinder haben alle dieselben Maße, unterscheiden sich jedoch in 3 unterschiedlichen Farben. Die Teile sind an der Unterseite kegelstumpfförmig eingefräst und an der Oberseite befindet sich das passende Gegenstück (kegelstumpfförmiger Aufsatz). Dadurch können die Zylinder passend und haltend nacheinander von drei verschiedenen Robotern aufeinandergestapelt werden. Der unterste Baustein kommt vom Zulieferer, während die zweite und dritte Scheibe an der jeweiligen Station vom Lager entnommen werden. Der Kunde kann individuell und beliebig seine Türme bestellen. Insgesamt ist die Anlage imstande 27 verschiedene Produkte auftragsgesteuert zu erstellen. (Losgröße 1) 1.2 Wie wird Produziert? Der Kunde bestellt im Internet aus einer vorgegebenen Produktplakette seine Ware. Die Maschine ist in der Lage individuelle Produkte herzustellen, d.h.: Massenproduktion von Einzelanfertigungen. In unserem Fall können dadurch in einer Charge drei verschieden aussehende Türme erstellt werden (Fachbegriff: Losgröße 1). Charge bedeutet, die Anzahl der Produkte, die in einem Fertigungslauf produziert werden (in unserem Fall 3 Produkte). Durch die Kommunikation der verschiedenen Server ist es möglich, dass die Anlage diesen Auftrag vollautomatisch entgegennimmt und anschließend produziert (Projektziel). 1.3 Ablauf in der Prozessebene Als erstes wird in der Prozessebene (nur praktisch gesehen; theoretisch natürlich über Umwege durch Kommunikation und Informationenaustausch der einzelnen Server) ein Chargenauftrag, versehen mit einer fortlaufenden Auftragsnummer, für das Stammwerk (Chargenauftrag) und den Zulieferer (Forecast) bereitgestellt. Der Zulieferer fertigt seine Sequenz (3 Zylinder) und wartet auf die Lieferfreigabe, bis er ausliefert (über Landstraße ). Wichtig ist, dass der Lieferant die einzelnen Zylinder zum richtigen Zeitpunkt und in der richtig zu verarbeitenden Reihenfolge zum 1. Roboter, den sog. Lineararm, liefert. (just in time; just in sequence) Seite 2 von 5

3 Der Lineararm (1.Station) legt das erste zugelieferte Teil auf das zentrale Förderband, womit dies zum 2. Roboter (Vertikalarm) transportiert wird. (Wenn der Zulieferer Probleme hat, oder das Teil nicht beim Fertigungsmodul 1 ankommt, ist ein zweites Lager mit Standardzylindern vorhanden. Diese werden als Notbestückung benutzt, damit die Anlage nicht stillsteht und weiter produzieren kann.) Der Vertikalarm setzt nun das zweite Teil auf das erste. Es wird das passend farbliche Teil (Auftragsbestellung) aus seinen 3 Lagern ausgewählt. Anschließend Weitertransport zum Fertigungsmodul 3. Die nächste Station ist der Horizontaldreharm. Jetzt wird der dritte Baustein auf die anderen zwei abgelagert. Natürlich existieren beim dritten Roboter ebenfalls 3 Lager mit verschiedenfarbigen Zylindern. Nachdem der Turm mit den drei Zylindern bestückt ist, wird er vom Band und mithilfe von pneumatischen Schiebern in einem der vier Auslieferungslager aufbewahrt. Noch eine kurze Erklärung den zwei verschiedenen Betriebsarten: Bei starrer Kopplung fährt die Anlage mit einem festen Anlagentakt. Das Produkt wird also zum 2. Arm bzw. 3. Arm befördert und bei richtiger Position stoppt das Förderband. Ein Vorteil hier ist, es ist leichter zu realisieren. Nachteil hingegen ist, dass ein Produktionsschritt solange dauert, wie das schwächste Glied Zeit benötigt. Auch kann hier, wenn ein Teil bei einem bestimmten Fertigungsschritt fehlt, nicht weitergearbeitet werden (außer Notbestückung) und die Anlage steht. Bei loser Kopplung laufen die Fertigungsmodule frei und das Band bewegt sich durchgehend. Die Produkte werden von mechanischen Stoppzylindern bei den jeweils richtigen Positionen gestoppt. Hier werden die unterschiedlichen Zeiten bzw. Ausfallzeiten, Wartezeiten usw. ausgeglichen und der gesamte Fertigungsprozess ist somit zeitlich optimierter. Es können aber auch Staus auftreten. Es muss also an eine vernünftige Lösung für den reibungslosen Ablauf gedacht werden. (z.b.: maximale Ausfallzeit eines Fertigungsmoduls, ) 2. It-Struktur der Digitalen Fabrik 2.1 Die ERP-Ebene ERP bedeutet Enterprise Ressource Planing (3. bzw. oberste Unternehmensebene). Es werden die früher als Warenwirtschaftssystem bezeichneten Betriebswirtschaftlichen Unternehmenssoftwares direkt an eine Fertigungsanlage gekoppelt. Das System macht somit zentrale Betriebsdatenverarbeitung. Eines der Hauptaufgaben des ERP-Systems ist es, die Entgegennahme von Bestellungen vom Kunden und somit die Erzeugung von Aufträgen für die Produktionsstätten. Außerdem werden Stücklisten aus Datenbank, Vorkalkulation, Fertigungsaufträge, Fertigungszeitpläne für Zulieferer, Lagerbestand usw. erstellt. Auch ist es für die Disposition zuständig. Dies ist die Kommunikationsstelle zwischen Zulieferer und dem Stammwerk. Wenn zum Beispiel der Zulieferer Lieferschwierigkeiten hat, ist es Aufgabe der Disposition einen neuen Lieferanten zu engagieren, damit kein Produktionsausfall entsteht. Seite 3 von 5

4 Nach erfolgreich abgeschlossener Produktion werden die nötigen betriebswirtschaftlichen Schritte wie z.b.: Rechnungen, Lieferscheine Nachkalkulation, durchgeführt. 2.2 Die MES-Ebene MES bedeutet Manufracting Execution System (Prozessleitebene). Die ME-Systeme (beim Stammwerk und beim Zulieferer) koordinieren den Ablauf der Produktion. Sie planen die Fertigung und beauftragen die Prozessebene beim Stammwerk Master- SPS; beim Zulieferer Soft-SPS mit Fertigungsschritten, welche sie anhand des Auftrags des ERP-Systems erstellen. 2.3 Realisierung und Kommunikation der ERP- und MES-Ebene Das ERP-System (Software z.b.: SAP, derzeit AvERP) erstellt aus den Fertigungsinformationen (basierend auf Kundenauftrag) CSV-Files in einer fortlaufenden Auftragsnummer. Realisiert ist dieses System auf einem HP-Netserver (Win2003). Die Kommunikationspartner verfügen über Kommunikationswerkzeuge (sog. Stubs). So können bestimmte Formate auf ein gemeinsames Standardformat (XML) konvertiert werden. Die MES-Systeme (Webclients) holen sich zyklisch die zu verarbeitenden Aufträge ab. Dies geschieht, indem ein bestimmter Stub getriggert wird, der auf der Webserverseite das PHP-Script aufruft (über RPC). Der Apacheserver liest nun, mithilfe eines anderen Stubs, aus dem vom ERP erstellten CSV-File, konvertiert dies in XML und sendet anschließend die Daten im HTTP an den Client zurück. Durch den selben vorherigen Stub (des Clients) können die XML- Daten decodiert und das Ergebnis in C zurückgeschrieben werden (VBS). Für jeden MES ist eine Datei vorgesehen => für MES-Server des Stammwerkes, der sog. Chargenauftrag; für MES-Server des Zuliefererwerks, der sog. Forecast. Über HTTP-request wird zyklisch der aktuelle Auftrag gelesen. Besteht eine neue Auftragsnummer (höher) wird dieser übernommen. Im MES1 werden nun die Fertigungsschritte aufgeteilt und in einer sog. Fertigungsmatrix hinterlegt. Im MES2 werden 3 Fertigungsschritte erstellt und an die Soft-SPS (auf PC) über OPC übertragen. Hier wird je ein Fertigungszyklus für ein Bauteil erstellt. Somit wird immer nur ein Bauteil auf das Transportband und vor das Werkstor gefördert. Die 3 Schritte werden von der SPS (nach je einem Handshake) bearbeitet, so dass vor dem Werkstor (mechanischer Stopper) die Charge von 3 Türmen bereitsteht. Jetzt wartet das MES2 nur noch auf die Lieferfreigabe durch OPC von MES1. Daraufhin wird ausgeliefert. Gleichzeitig werden auch im WinCC des MES1 die Aufträge (über Ethernet) als Fertigungsschritte an die Master-CPU im Stammwerk (nach Handshake) übertragen. Die Master-SPS kommuniziert anschließend, nach einem weiteren Timing- Handshake über Profibus DP mit den einzelnen Slave-SPS, die zur Steuerung der Aktoren (Fertigungsprozess) dienen. Beim Handshake geben die Slave-SPSen verschiedene Signale, z.b.: READY, ACKNOWLEDGE, BUSY und ERROR. Nach diesen Informationen an den Master werden von ihm Start- und Auftragsbefehle ausgeteilt. Seite 4 von 5

5 Die Kommunikation zwischen WinCC und SPS erfolgt nach demselben Timing- Handshake. 3. Positionierung der Projektarbeit Eine Gruppe der diesjährigen Projektarbeit spezialisiert sich auf das ERP-System. Derzeit ist eine ERP-Software im Einsatz, jedoch erfüllt sie nicht ganz ausreichend die Anforderungen in Sachen Flexibilität. In diesem Jahr soll eine neue ERP- Software zum Einsatz kommen. Sie wird neu an die Anlage angepasst und es sollen sinnvolle Verbesserungen durchgeführt werden, wie zum Beispiel Kalkulation, Kostenvoranschlag, Bilanzen,. Ein weiterer Schritt wäre, dass durch die Betriebsdatenerfassung die Variablenkosten ermittelt werden können. Sie ergeben sich abhängig von der Produktionsmenge und der Produktionsschritte. Somit werden alle einzelnen mechanische Schritte (z.b.: Anspruch eines Pneumatikzylinder, Bandlauf, Stoppzylinder ) aber auch Ausfallzeiten, Wartungsarbeiten, Lieferschwierigkeiten, Nachbearbeitung usw. ermittelt. Auch könnten die gesamten betriebswirtschaftlichen Prozesse, wie Kosten (für einen Turm, Charge, Produktion, Jahreskosten, ), Rentabilität, Bilanzen, errechnet werden. Natürlich sollte auch an die Zukunft gedacht werden. Zum Beispiel könnte die Anlage an mehrere Zulieferwerke oder auch an Ersatzzulieferer angebunden werden. Dadurch müsste ebenfalls das ERP-System erweitert werden, da hier der Auftrag als erstes entgegengenommen wird. Um dieses Ziel zu erreichen, werden sich die Gruppen Gedanken und Informationen über eine neue Software und damit über die Möglichkeiten, Kompatibilität, Hersteller usw. machen müssen. Außerdem werden wir uns mit des Webservices und mit der Kommunikation zwischen ERP und MES, sowie einiger Programmiersprachen auseinandersetzen. Seite 5 von 5