Wasim Nassar TE2C Supply Chain Management. München den

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1 Wasim Nassar TE2C Supply Chain Management München den Einführung in die Projektfabrik a. Begriffserklärungen bzw. Definitionen b. Was wird produziert? c. Aufbau der Projektfabrik und Fertigungsmodule (Hardware) d. Ablauf der Produktion in der Prozess-Ebene 2. IT-Struktur der Digitalen Fabrik a. Was macht das MES-System? b. Was macht das ERP-System? c. Wie sind ERP und MES realisiert, welche Kommunikationsverbindungen gibt es? 3. Projektarbeit Supply Chain Management a. Thema und Ziel der Projektarbeit im Zusammenhang der bestehenden Anlagenfunktion

2 1. Einführung in die Projektfabrik a. Begriffserklärungen bzw. Definitionen Was ist Losgröße 1? : Losgröße 1 bedeutet dass ein Massenprodukt individualisiert hergestellt wird. Man kann sagen Losgröße 1 heißt, dass an einer für Massenfertigung ausgelegten Produktionsanlage individualisierte Produkte hergestellt werden. Zum Beispiel sucht sich der Kunde vor der Produktion die Farbe und die Ausstattung des Produkts aus. Die Kundenwünsche werden dann an der Massenproduktionsanlage umgesetzt. Auf die Projektfabrik bezogen bedeutet Losgröße 1 das jedes Produkt anders aufgebaut (verschieden farbig) sein kann. Was ist eine Charge? : Eine Charge ist die Menge aller Produzierten Güter von dem Zeitpunkt an wo das Förderband anläuft bis es wieder steht bzw. die Menge aller Güter die in einem Durchgang produziert werden. In unserer Projektfabrik besteht eine Charge aus 3 Türmen. Was ist die Prozess-Ebene? : Die Prozesse-Ebene ist sowohl im Stammwerk als auch beim Zulieferer vorzufinden. Die Prozess-Ebene nimmt die Fertigungsaufträge entgegen und führt sie im Modular aufgeführten Maschinenpark der Produktionsstätte aus. b. Was wird produziert? Was wird in der Projektfabrik hergestellt? Im Stammwerk der Projektfabrik werden Türme in Losgröße 1 aus je 3 Bausteinen hergestellt. Die Bausteine sind runde Metallzylinder und haben die Maße 50mm x 10mm. Diese Metallzylinder gibt es in 3 verschiedenen Farben woraus sich 27 verschiedene Kombinationen ergeben. Es wird in Chargen aus 3 Türmen produziert.

3 c. Aufbau der Projektfabrik und Fertigungsmodule (Hardware) Aufbau der Projektfabrik: Die Simulationsanlage besteht aus einem Zulieferer Betrieb und einem Stammwerk. Der Zulieferer Betrieb besteht im wesentlichen aus 3 Lagertürmen mit jeweils farblich unterschiedlichen Bausteinen und einem Förderband welches die Bausteine zu einem Werkstor befördert. Das Stammwerk besteht aus 3 Lagern in den Fertigungsmodulen, den Robotern, einer Fertigungsstraße, einer Qualitätssicherungseinheit und einem Auslieferungslager und einem zentralem Transportband. Fertigungsmodule: Zum ersten das Transportband, welches an den drei Verschiedenen Robotern, dem Lager vorbeiführt und in der Auslieferungshalle (optional mit Qualitätssicherung) endet. Das Transportband wird im Automatikbetrieb über eine Master-SPS per Handshake angesteuert wobei jeder Start das Band eine Fertigungsstation weiter fahren lässt. Passiert ein Bauteil einen optischen Sensor so löst dieser einen Stoppzylinder aus damit das Bauteil in Position bleibt während der Roboter arbeitet. Der Lineararm ist der 1.te Roboter an der Fertigungsstraße und legt das 1.te Bauteil auf das Transportband wobei die Bauteile auch vom Zulieferer Betrieb an den Lineararm geliefert werden können. Der Lineararm hat auch 2 Lager wobei das Lager 1 bei Betrieb mit Zulieferer von diesem auch aufgefüllt wird Der Lineararm wird im Automatikbetrieb über einen Handshake von der Master-SPS angesteuert. Bei Anlagenbetreib mit Zulieferer wird von der Master-SPS gesteuert das nur aus Lager 1 Bauteile benutzt werden. Der Vertikalarm ist der 2.te Roboter an der Fertigungsstraße. Er legt den 2.ten Baustein, welchen er aus seinem eigenem Lager nimmt, auf den 1.ten Baustein. Der Roboter wird im Automatikbetrieb von der Master-SPS mit einem Standard Handshake angesteuert. Der Horizontalarm ist der dritte Roboter und legt demnach das 3.te Teil auf den Turm. Auch er wird von der Master-SPS mit einem Standard- Handshake angesteuert. Das Auslieferungslager und die Qualitätssicherung bilden das letzte Modul. Im Automatikbetrieb gibt es 2 Optionen. Einmal ohne die Qualitätssicherung. Dann wird das Modul vom Master-SPS anlagensynchron gesteuert. Das zu gewünschte Lager wird per Standardkommunikationsprotokoll übergeben. Im 2.ten Modus steuert die Master-SPS das Modul unabhängig von den anderen Modulen. Teile von mangelnder Qualität werden erkannt und selbstständig ohne Master-SPS Befehl entsorgt. In welchem Modus die Anlage fährt entscheidet die Master-SPS

4 d. Ablauf der Produktion auf der Prozess-Ebene: Die Prozessebene bezieht sich sowohl auf die Supply Chain als auch auf das Stammwerk. Die Prozessebene bekommt die Fertigungsschritte von der MES (Manufactoring Execution System), das MES bekommt seine Informationen von der ERP (Enterprise Resource Planing). Die Kommunikation auf der Prozess-Ebene erfolgt bei dem Zulieferer über OPC und im Stammwerk über Profibus DB. Zuerst liefert das Stammwerk die 3 Grundbausteine für eine Charge. Die Teile werden Just in time (zur richtigen Zeit) und Just in Sequence (in der richtigen Reihenfolge) geliefert. Dann werden die Bauteile vom Lineararm auf das Transportband gelegt. Als nächstes legt der Vertikalarmroboter ein Baustein auf den Turm, anschließend legt der Horizontalarmroboter das letzte Bauteil auf den Turm. Jetzt ist der Turm fertig und geht je nach Betriebsmodus in die Qualitätssicherung. Falls er die Qualitätsanforderungen erfüllt hat geht der Turm in die Auslieferungslager, wenn die Anlage ohne Qualitätssicherung betrieben wird gehen die Türme direkt in die Auslieferungslager. 2. IT-Struktur der Digitalen Fabrik a. Was macht das MES-System? Die Abkürzung MES steht für Manufacturing Execution System. MES sind prozessnah operierendes Fertigungsmanagementsysteme welche auch unter dem Begriff Produktionsleitsysteme bekannt sind. Das MES ist direkt an die Automatisierung angebunden und ermöglicht dadurch eine Überwachung der Produktion in Echtzeit. Zum MES gehört auch die Betriebsdatenerfassung, Maschinendatenerfassung und die Personaldatenerfassung. Diese Daten werden vom MES auch aufbereitet. Ein MES hat im folgende Grundlegende Funktionen: Es erstellt einen Fertigungsablauf Plan für jedes Produkt, hat ein Fertigungsplanungssystem, Verwaltung von Produktionsmittel, Erfassung von Produktions- und Betriebsdaten und herstellen einer Schnittstelle zum ERP-System. In unserem System koordinieren die MES-Systeme im Stammwerk und beim Zulieferer den Ablauf der Fertigung indem sie die Master-SPS bzw. Soft-SPS mit Fertigungsschritten beauftragen, welche sich aus den Fertigungsaufträgen des ERP- Systems ergeben. b. Was macht das ERP-System? Die Abkürzung ERP steht für Enterprise Resource Planning. Ein ERP-System ist ein komplexe Anwendungssoftware zur Unterstützung der Ressourcen Planung eines ganzen Unternehmens. Inzwischen sind immer mehr ERP-Systeme webbasierte Produkte wobei sich die Systemoberfläche in einem Browserfenster darstellen lässt. ERP-Systeme sind auf die Firmenbedürfnisse zurechtgeschnittene Programme. Typische Funktionsbereiche einer ERP-Software sind: Materialwirtschaft (Lagerhaltung, Beschaffung, Disposition), Erstellung eines Produktionauftrags, Finanz- und Rechnungswesen, Controlling und Nachkalkulation um nur einige zu nennen.

5 c. Wie sind ERP und MES realisiert, welche Kommunikationsverbindungen gibt es? Das Betriebssystem, Windows Server 2003, auf dem das ERP-System läuft ist auf einem HP-Netserver installiert. Das ERP-System ist AvERP. Ein Apache Webserver ist als Webservice realisiert. Der Server ist auch über eine Firewall zu erreichen. Die MES-Systeme bestehen aus 2 Windows 2003 Servern, jeweils einen für den Zulieferer und für das Stammwerk. Symatic WinCC v6.0 Systeme gibt die Fertigungsschritte an die Master-SPS oder Slave-SPS weiter. Das MES-System arbeitet auch mit eigenentwickelter Software und zwar einer Grafischen Bedienschnittstelle und einer Prozessvisualisierung. Die Kommunikation zwischen den Systemen läuft folgendermaßen ab: Das ERP-System hat einen Apache Webserver welcher die Fertigungsaufträge in XML umwandelt und an über eine Middelware an die Webclients der MES-Systeme sendet. Middelware ist im allgemeinem eine Software Schnittstelle zwischen zwei unterschiedlichen Softwarekomponenten Die Webclients wandeln die erhaltenen XML Dateien in C um sodass WinCC die Fertigungsaufträge an die Prozessautomatisierung weitergeben kann. 3. Projektarbeit Supply Chain Management a. Thema und Ziel der Projektarbeit im Zusammenhang der bestehenden Anlagenfunktion Supply Chain Management (SCM) kann auch als Lieferkettenmanagement bezeichnet werden. Das SCM ist für die Planung und das Management aller Aufgaben bei Lieferantenwahl und Beschaffung, Umwandlung und allen Aufgaben der Logistik zuständig. SCM bedeutet auch die Koordination und Zusammenarbeit zwischen Zulieferer und Stammwerk. Die Ziele von SCM sind unteranderem: Raschere Anpassung an die Änderungen des Markts, Vereinfachung des Güterflusses und Verkürzung der Lieferzeiten und Steigerung der Kundenzufriedenheit. Was ist die Zielsetzung von der Projektarbeit SCM? Das Ziel ist, dass MES-System des Zulieferers den Fertigungsauftrag für eine Charge Türme vom ERP-System bekommt und Fertigungsschritte erstellt. Dann werden die einzelnen Fertigungsschritte über einen Timinghandshake an die Soft-SPS ausgelöst. Mit jedem Fertigungsschritt wird ein Bauteil aus den 3 Lagern auf das Transportband gelegt. Wenn eine Charge vollständig auf dem Transportband ist liegt diese am Werkstor an. Sobald die Lieferfreigabe von dem MES-System des Stammwerks erfolgt wird das Werkstor geöffnet und die Bauteile gehen über die Landstraße in das Lager 1 des Lineararms.

6 Wenn das erledigt ist wird zyklisch am ERP-System nach neuen Aufträgen gefragt. Wichtig ist das die Bauteile just-in-time (zur gewünschten Zeit) und just-in-sequence (in der richtigen Reihenfolge) geliefert werden. Die Kommunikation zwischen Zulieferer und Stammwerk erfolgt wie in 2.c beschrieben. Im Groben kann das so beschrieben werden: Das MES-System holt sich den Forecast (Informationen) vom Webserver des ERP-Systems, erledigt den Fertigungsauftrag und anschließend wird noch auf die Lieferfreigabe gewartet. In Simatic S7 wird die Programmlogik der Soft-SPS entwickelt. Das Projekt wird in Simatic-Simulator (PLC-Sim) geladen und ausgeführt. Über einen POC-Server werden die I/O-Daten (RS232- Verbindung) zur Hardwareschnittstelle Miniport kommuniziert. Miniport steuert die Prozessperipherie an. Quellen: Dokumentation der Projektfabrik