Digitalisierungsimpulse durch MES-Werkzeuge MES-Werkzeuge digitalisieren die Auftragsabwicklung der Produktion

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1 Digitalisierungsimpulse durch MES-Werkzeuge MES-Werkzeuge digitalisieren die Auftragsabwicklung der Produktion Dr. Hans-Hermann Wiendahl, Andreas Kluth Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart Ein dynamisches Umfeld zwingt die Unternehmen, ihre Prozesse und Strukturen ständig zu verbessern. Einen bekannten Ansatzpunkt hierzu bilden MES-Werkzeuge, die vor allem auf integrierte und transparente Produktionsprozesse ausgerichtet sind. Unter dem Stichwort Industrie 4.0 werden seit einiger Zeit Ansätze diskutiert, die auf eine Digitalisierung der Auftragsabwicklung zielen. Nach einer inhaltlichen Einführung stellt der Beitrag Digitalisierungsimpulse im MES-Kontext vor. MES-Verständnis entscheidend ist die Kernidee Unter dem Begriff MES (Manufacturing Execution Systems oder Software) haben sich Softwarelösungen zur integrierten Produktionsabwicklung in den erforderlichen Funktionen und Bereichen eines Produktionsunternehmens etabliert. Operativ bilden sie das zentrale Informationsrückgrat der produktionsbezogenen Kommunikation und stellen innerhalb eines Unternehmens das Bindeglied zwischen der kommerziellen Unternehmenssoftware (v.a. also die ERP-Software) und der Ausführungsebene des Produktionsprozesses (Shop Floor bzw. Prozessleitebene) dar. Historisch sind 2 Entwicklungen bedeutsam: Ein Auslöser war die Forderung nach einer realistischeren Einplanung der Fertigungsaufträge: Ursprünglich erfolgte diese über sogenannte Plantafeln vollständig manuell. Elektronische Leitstände automatisierten diese Funktion schrittweise und entwickelten sich unter Nutzung unterschiedlicher Planungsalgorithmen zur heute so bezeichneten APS-Software (Advanded Planning and Scheduling). Ein weiterer Auslöser war die Forderung nach einer besseren administrativen Unterstützung produktionsnaher Aufgaben: Branchen wie insbesondere die Prozessindustrie automatisierten bereits sehr frühzeitig Rückmeldesysteme oder Auswertefunktionen, um das operativen Fertigungsmanagement umfassend zu unterstützen. Daraufhin bildete sich der Begriff MES Anfang der 2000er Jahre schrittweise heraus. Im deutschsprachigen Raum schuf die VDI-Richtlinie 5600 einen begrifflichen Rahmen, der heute in der Industrie anerkannt ist [1]. Heute besteht Einigkeit darin, dass der Kern eines MES in der Bereitstellung einer reaktionsschnellen und integrierten Informationsverarbeitung im Produktionsbereich sowie der Nutzung der sich hieraus ergebenden Möglichkeiten besteht. Branche und Auftragsabwicklungstyp bestimmen dabei die Funktionsschwerpunkte stark, so dass heute eine Fülle unterschiedlicher Softwarelösungen existiert. 1

2 Die VDI 5600 unterscheidet folgende 8 Funktionsbereiche [1]: Feinplanung und -steuerung Betriebsmittelmanagement Materialmanagement Personalmanagement Datenerfassung Leistungsanalyse Qualitätsmanagement Informationsmanagement Abbildung 1 stellt diese in Form eines Schalenmodells dar, welches die notwendigen Daten ins Zentrum stellt [4]. Abb 1: MES-Funktionsgruppen und ihre Funktionen (Schalenmodell) Die MES-Software bildet im Produktionsumfeld bzw. in der Auftragsabwicklung einen Teil der gesamten IT-Landschaft. Deshalb ist bezüglich Aufgabenverteilung und Schnittstellengestaltung auf eine gute Einbindung zu achten. Digitalisierungsimpulse durch MES Unter dem Oberbegriff Industrie 4.0 diskutieren Forschung und Industrie seit längerer Zeit, welche Impulse sich durch eine Digitalisierung ergeben: Im Vordergrund steht der Vernetzungsgedanke, also bspw. eine Kopplung von Produktionsdaten mit entsprechenden Objekten wie Produkten, Aufträgen oder Anlagen. Die Erfassung physikalischer Daten mit 2

3 Sensoren bis auf die technische Prozessebene eröffnet einerseits sehr viel differenziertere Auswertemöglichkeiten sowie andererseits die Möglichkeiten direkter Prozesseingriffe, die sogenannte Prozessverriegelung. Viele erhoffen sich hierdurch eine höhere Effizienz in der Produktion sowie eine höhere Flexibilität im Tagesgeschäft bspw. durch eine schnellere Reaktion auf Kundenauftragsänderungen oder Prozessstörungen. Aktuell erscheinen 4 Digitalisierungsimpulse durch MES erkennbar: integratives Datenmanagement Echtzeit-Planungsfunktionalitäten rollengerechte Monitoring-Werkzeuge mobile Geräte 1. Integratives Datenmanagement Ein integratives Datenmanagement zielt auf die Verknüpfung von Daten über alle am Produktionsprozess Beteiligten; es will also autonome Insellösungen und entsprechende Schnittstellen vermeiden. Bezogen auf die bis heute übliche Unterteilung der sogenannten Automatisierungspyramide (vgl. u.a. [1, 2, 3]) sind horizontale und vertikale Integration zu unterscheiden: Die horizontale Integration vernetzt Daten innerhalb einer Leitebene. Die vertikale Integration vernetzt Daten zwischen (zwei) Leitebenen. Klassisches Beispiel bildet hier die Betriebs- und Maschinendatenerfassung: Diese werden zunächst aufgenommen und an das MES oder ERP "übertragen" (vertikale Integration). Die Datenverfügbarkeit in unterschiedlichen (bislang autonomen, nicht vernetzten) Anwendungen wäre dann eine horizontale Integration. Denkbar ist die Einbindung von Prozess- oder Zustandsdaten über Maschinen, Werkzeuge, Behälter, Transportmittel, Prüfanlagen, typischerweise über Sensoren; Mitarbeiterdaten gelten oftmals als kritisch. Gesammelte und ggf. aufbereitete Daten sind so gezielt an den Informationsbedarfsort übermittelbar. Hierbei sind zwei Aspekte zu unterscheiden: Aus technischer Sicht vereinfachen neue Softwarewerkzeuge und -architekturen die Übertragung zwischen unterschiedlichen Softwarewerkzeugen. Sie reduzieren Aufwand bzw. Notwendigkeit individueller Schnittstellenprogrammierungen deutlich, so dass viele Experten die Möglichkeiten sehr euphorisch einschätzen und die Transparenz über Auftrags- und Ressourcenzustände für alle erreichbar erscheint. Aus organisatorischer Sicht erscheint demgegenüber das altbekannte Dilemma: Die Datenbereitstellung schafft Transparenz für Außenstehende, die die Prozessverantwortlichen meist kritisch einschätzen. Dies scheint im innerbetrieblichen Fall noch auflösbar, da hier oftmals ein übergeordnetes Unternehmensinteresse besteht und ein entsprechender Entscheider existiert. Im überbetrieblichen Fall ist dies deutlich komplexer: Bspw. könnte die Transparenz über die Auslastungssituationen eines Lieferanten einen echten Verhandlungsvorteil für den Kunden bedeuten was der Lieferant natürlich vermeiden möchte. Hier erscheint Transparenz also nur erreichbar, wenn die im Supply Chain Management oftmals beschworene "Win-Win-Situation" auftritt. 3

4 Die nähere Betrachtung verdeutlicht also altbekannte Argumentationslinien denn nach wie vor gilt: ohne klare Prozessdefinition und ein gemeinsames Prozessverständnis sind so erzeugte Daten nicht interpretierbar. 2. Echtzeit-Planungsfunktionalitäten Eine uralte Vision der Produktionsplaner und -steuerer bildet die Prüfung von Einplanungsalternativen "in Echtzeit": So können diese schnell und überzeugend gegenübergestellt und bewertet werden und schnell eine "optimale" von allen Beteiligten akzeptierte Lösung gefunden werden. Hauptspeicherresidente Anwendungen sowie neue Algorithmen versprechen hier das Durchrechnen größerer Mengengerüste im Minutenbereich und eröffnen so neue Möglichkeiten. 3. Rollengerechte Monitoring-Werkzeuge Ein weiterer klarer Trend ist das kennzahlengestützte und rollengerechte Monitoring: Leistungsfähige Hardware sowie entsprechende Analysesoftware ermöglichen heute eine schnelle und rollengerechte Datenaufbereitung idealerweise echtzeitnah. Basis bildet auch hier das bereits erwähnte gemeinsame Prozessverständnis, welches die Grundlage für die Ableitung rollenbezogener Informationen bildet. Transparenz über Aufträge und Ressourcen über alle Hierarchieebenen entsteht nämlich nur rollenbezogen und kann durch eine geeignete Aufbereitung den kurz-, mittel- und langfristigen Handlungsbedarf aufzeigen. Zunehmend ist auch die Integration geeigneter Kostenkennzahlen und deren richtige Zuordnung Bestandteil von MES-Funktionalitäten. 4. Mobile Geräte Unter dem Stichwort mobile MES ist die Erfassung und die Bereitstellung von Produktionsdaten mit Hilfe mobiler Endgeräte (z.b. Smartphones und Tablets) zu verstehen: Datenerfassung: Mobile Geräte vereinfachen die Informationserfassung bspw. von verschiedenen Maschinen, bei auftretenden Störungen, Qualitätsinformationen auf dem Shop Floor. Verschiedenste Applikationen ermöglichen eine effiziente Mitarbeiterunterstützung auch ohne stationäre Rückmeldeeinrichtung. Datenaufbereitung: Bereitgestellt werden können sowohl berechnete Produktionskennzahlen als auch rückmeldungsbasierte Zustandsmeldungen idealerweise in Echtzeit. Darüber hinaus sind mobile Detailauswertungen mit Fehleranalysemöglichkeiten (z.b. Störstatistiken, Fehlersammelkarten etc.) und Alarmmanagement-Funktionen denkbar. Generell ermöglicht eine sensorgestützte Fortschrittserfassung aktuelle und vor allem korrekte Rückmeldungen "in Echtzeit". Diese Vision verspricht die Verbesserung der unzureichenden Rückmeldequalität. Dies sollte auch die Planungs- und Steuerungsqualität verbessern. Branche und Auftragsabwicklungstyp bestimmen dabei die MES-Funktionsschwerpunkte. Viele MES-Anbieter haben sich spezialisiert und decken nicht alle gewünschten Funktionen im Standard ab; eine branchen- und anforderungsübergreifende Anbieterstruktur hat sich bis heute nicht herausgebildet. Somit bleibt eine detaillierte Softwareauswahl wichtiger Erfolgsfaktor im Zuge einer zunehmenden Digitalisierung. 4

5 Hinweise und Erfahrungen bei der Einführung, Auswahl und Betrieb eines MES, Erfolgsbeispiele und ausführliche Funktionsbeschreibungen der angebotenen Software-Lösungen sind im sog. MES-Marktspiegel [4] zu finden, der dieses Jahr aktualisiert wird. Zusammenfassung Die Fachwelt diskutiert unter dem Oberbegriff Industrie 4.0 unterschiedlichste Digitalisierungschancen. Bezogen auf das Thema MES sind derzeit die vier Trends integratives Datenmanagement, Echtzeit-Planungsfunktionen, rollengerechte Monitoring-Werkzeuge sowie mobile Geräte erkennbar. Ihre nähre Betrachtung verdeutlicht zweierlei: Zum einen zeichnen sich einige dieser Trends bereits seit längerem ab und erscheinen unter dem Oberbegriff stärker visionär. Zum anderen gilt (nach wie vor): Eine klare Prozessdefinition mit einem gemeinsamen Prozess- und Rollenverständnis bilden unabdingbare Voraussetzungen für Prozessverbesserungen. Erst im zweiten Schritt ist der Einsatz (bekannter oder neuer) Digitalisierungswerkzeuge unter Aufwands- und Nutzaspekten zu prüfen. Ein solches Grundverständnis entzaubert den neuen Begriff und konkretisiert ihn für das hier betrachtete Themengebiet Manufacturing Execution Systems (MES). Literatur [1] VDI (Hrsg.): VDI-Richtlinie 5600 Blatt 1: Fertigungsmanagementsysteme Manufacturing Execution Systems (MES). Beuth Verlag, Berlin [2] Vogel-Heuser, B.; Kegel, G.; Bender, K.; Wucherer, K.: Global information architecture for industrial automation. atp [3] Wollschläger, Martin: Wie integriert ist die Automation? Integrationsprozesse in der Automation eine Bestandsaufnahme. ZVEI Automationskolloquium; Ulm 2012 [4] Wochinger, Thomas; Kluth, Andreas; Kipp, Rolf; Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA: MES Fertigungssteuerung 2015/2016: Marktspiegel Business Software, 5., überarb. Aufl. Aachen; Stuttgart,