Manuskript: ISA 95: eine Norm für die Integration von IT & Automation? Kongress: IT & Automation 2001

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1 Manuskript: ISA 95: eine Norm für die Integration von IT & Automation? Kongress: IT & Automation 2001 Erwin Kruschitz, anapur AG D Ludwigshafen am Rhein

2 ISA95: eine Norm für die Integration von IT & Automation? Erwin Kruschitz, MSc., anapur AG Produktionsinformatik, Firmengründer Seit geraumer Zeit wird das Unverständnis zwischen den Automatisierern und den ITlastigeren Disziplinen im betriebswirtschaftlichen Umfeld beklagt. Die Verbindung der zwei Welten scheitert an der Ignoranz und dem Unverständnis der jeweils anderen Seite behaupten Leidgeprüfte. Projektlösungen sind schwierig und kostenintensiv. Erfolgsberichte selten. Ein aus namhaften Herstellern und Nutzern von Soft- und Hardware bestehendes ISA Gremium arbeitet an einer Norm, die Vieles vereinfachen soll. Nun ist das Problem - Umfeld jedoch komplex und hält neben technischen Aufgabenstellungen auch viele menschliche Knackpunkte bereit. Welchen Erfolg kann man sich von einer Norm für die Lösung solcher Fragen versprechen? Ist ein Brückenschlag in Sicht? Nicht nur die Projekterfahrungen bei anapur AG bestätigen die Bedeutung des Standards in großen und komplexen Integrationsprojekten. 1. ISA95 Nutzen Wie bei jeder Standardisierungsbemühung will auch die ISA95 die Kreativität bei der Definition von (Grund-) Begriffen und (Grund-) Modellen auf ein akzeptables Maß einschränken, um dadurch ein Rationalisierungspotenzial zu erschließen. Die Etablierung des Standards hat zum Ziel, die Integration von Produktionssystemen in ERP, Supply Chain Management oder Product Life Cycle Management (PLM) Strategien wesentlich zu erleichtern. Im Folgenden sind die positiven Auswirkungen des Standards über die verschiedenen Projektphasen skizziert Konzeptionsphase An der Schnittstelle zwischen Automatisierungstechnik und Produktionslogistik treffen unterschiedliche Disziplinen und Denkweisen aufeinander. Für die erfolgreiche Konzeption von Lösungen ist neben dem Domänen-Wissen (Verfahren, Geschäftsgebaren, Markt usw.), Kenntnis der Automatisierungstechnik, der Betriebswirtschaft und der Informationstechnologie gefragt. Nachdem die notwendige Fachkompetenz meistens auf mehrere Personen oder Abteilungen verteilt ist, entsteht die Notwendigkeit der Kommunikation. An dieser Stelle stößt man erfahrungsgemäss auf schwierige Unterredungen und erstaunliche Missverständnisse. Fachspezifische Terminologie, verschiedene Sichtweisen auf die gleiche Sache und ein unterschiedliches Verständnis dessen, was erfolgsentscheidend und was nebensächlich ist, erschweren die Lösungsfindung. Es fehlt eindeutig an einer gemeinsamen Sprachgrundlage. Durch das Festschreiben von Begriffen und die Definition von Modellen, wurde ein Wörterbuch geschaffen, welches als Basis für konzeptionelle Klärungsgespräche von allen Planungsdisziplinen verwendet werden kann, ohne mögliche Lösungen vorwegzunehmen oder auszuschließen. Der Standard soll keinesfalls als starres Korsett sklavisch befolgt werden. Die Konzeption muss selbstverständlich auf die Gegebenheiten im Projekt eingehen. Dies bedeutet häufig, dass strukturelle oder begriffliche Abweichungen nötig sind. Doch sogar dort, wo bewusst gegen die Bestimmungen des Standards konzipiert wird, ist es meist einfacher die Abweichung zum Standard zu beschreiben als die angestrebte Lösung von Grund auf neu zu definieren.

3 1.2. Ausschreibungsphase Die Qualität von Angeboten hängt direkt von der Eindeutigkeit der Spezifikation und der Kommunikation zwischen Produktionsbetrieb und Systemintegratoren ab. Mit einer Norm als Grundlage, kann auf die zeitaufwändige Definition von allgemeingültigen Fakten verzichtet werden. Lediglich die projektspezifischen Gegebenheiten müssen in der Ausschreibung (Spezifikation) definiert werden. Die detaillierte Beschreibung der verwendeten Terminologie und der Modelle kann durch den Bezug auf einen Internationalen Standard entfallen (ISA95 wird auch von der IEC als Norm veröffentlicht werden). Das Risiko von Spezifikationslücken (sowohl für Anbieter als auch für Käufer) wird durch die Abstützung auf den Standard minimiert Implementations- und Testphase Kosten, Qualität und Implementationszeit von Standard - Lösungen sind, im Vergleich zu Spezialanfertigungen,unbestritten günstiger. Hersteller von Softwarepaketen schaffen sich durch die Schaffung von Norm- Konformität einen Wettbewerbsvorsprung. Ihre Produkte sind leichter integrierbar und wiederverwendbar. Dadurch werden die Projekte kostengünstiger. Je weniger Custom code geschrieben werden muss, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit eines erfolgreichen Projektabschlusses Betriebs- und Wartungsphase Training, Modifikationen, Upgrades und der Betrieb des Produktes bilden den Hauptanteil einer Investition. Die Durchsetzung eines Standards verringert die Einarbeitungszeit der Mannschaft und sichert die Investition, weil die fortwährende Aus- und Aufbaufähigkeit durch die Normkonformität gesichert wird. 2. ISA95 Inhalt Domain Definitions Information Definitions Functions in Domains Categories of Information Abbildung 1 Detaillierungsschritte Functions of Interest Information Flows of Interest Die Norm definiert zunächst Domänen innerhalb des Bereichs der Produktionssteuerung. Innerhalb der Domänen werden Funktionen eines Produktionsunternehmens definiert, welche Bezug zu Funktionen der Produktionssteuerung haben. Die für den Umfang der Norm relevanten Funktionen sind mit zusätzlichen Definitionen und Beschreibungen versehen. Der Informationsfluss zwischen diesen Funktionen wird definiert und kategorisiert. Schließlich werden detaillierte Festlegungen der Information und der internen Bezüge getroffen. Abbildung 1 zeigt die verschiedenen Modelle der ISA95.01 Norm.

4 Maintenance Technical Feedback Maintenance Responses 2.1. Domänen Definition Das folgende, abstrakte, Modell zeigt die Schnittstelle auf die sich die ISA95 Norm konzentriert. Zu den Aktivitäten der Ebene 4 zählt die Verwaltung von Rohmaterialien, Energien und Personal sowie die Level 4 Grobplanung der Produktion. Die Business Planning & Logistics Plant Scheduling, Operational Management, etc Ebene 3 umfasst die Erfassung von Rohmaterial- und Energieverbrauch, Level 3 Levels 2,1,0 Manufacturing Operations & Dispatching, Detailed Scheduling, Reliability Assurance,... Batch Continuous Discrete Interface addressed in the S95.01 and S95.02 standard Area addressed in the S95.03 standard die betriebliche Feinplanung usw. Der Standard beschreibt die Aktivitäten der Ebene 3 auf Basis des MESA Modells (Manufacturing Execution Systems Association). Die Aktivitäten innerhalb der Domänen werden im Hierarchie-Modell zunächst lediglich grob beschrieben. Abbildung 2 Hierarchie Modell 2.2. Definition von Funktionen und Datenströmen Dem Überblick im Hierarchie-Modell folgt die Bestimmung von Funktionen und Datenflüssen. Long Term Material and energy requirements Material and Energy (4.0) Incoming material and energy receipt Scheduling (2.0) Orders Schedule Availability Short Term Material and Energy Material and Energy Inventory From Plan Order Processing (1.0) Finished Goods Inventory Pack Out Schedule (3.0) Performance and cost Cost Objectives Product Cost Accounting (8.0) Finished Goods Waiver Process Data In Process Waiver Request Product Shipping Admin (9.0) Confirm to ship Release to ship Product Inventory (7.0) Material and Energy Order Incoming Order Confirmation Procurement (5.0) Maintenance Purchase Order Maintenance Standards and Methods Maintenance Requests Product and Process Technical Feedback Standards and Customer Process Data QA Results Product and Process Information Request Product and Process Know How Quality Assurance (6.0) QA Results Maintenance Management (10.0) Process Product and Research Development and Engineering Standards and Customer Marketing & Sales Abbildung 3 Funktionen und Datenfluss

5 Die punktierte Linie markiert die Grenze zwischen Ebene drei und Ebene vier. Die grenzüberschreitenden Informationen, werden definiert, kategorisiert und als Objekt in UML Notation beschrieben Objekt Definition Über fünfzig Objekte in acht verschiedenen Modellen sind definiert. Abbildung vier zeigt das Modell für production capability ; eine Information die zwischen production control und production scheduling ausgetauscht wird. Is defined as a collection of Personnel Equipment Material Process Segment Has properties of Has properties of Has properties of Personnel Property Equipment Property Material Property Corresponds Corresponds to element in to element in Corresponds to element in 1..1 Personnel Model 1..1 Equipment Model 1..1 Material Model Abbildung 4 Objekt " " in UML Notation Im Part2 des Standards werden die Attribute sämtlicher im Part 1 definierter Objekte beschrieben. Abbildung fünf zeigt die Attribut-Definition des Objektes. Attribute Name ID Description Location Type Time Period Description Defines a unique instance of a production capability for a specified element of the equipment hierarchy model [Part 1 Section 5.2] (enterprise, site, area, process cell, production line, or production unit). Contains additional information and descriptions of the production capability definition. An identification of the associated element of the equipment hierarchy model. Zero or more as required to identify the specific scope of the production capability definition. A definition of the type of associated element of the equipment hierarchy model. The date and time range over which the production capability is defined. Examples PC10001 A7738sn, 1999/12/30-HPC52 One typical day s production capability for manufacturing line #2, generated by Smithe s MES System. Bob's Boston Shoe Company South Shore Plant Enterprise, Site, Area, Process cell, line, unit :59 -to :00 Abbildung 5 Attribute von " " als Teil von ISA95 Part2

6 3. Schlussfolgerungen und Ausblick ISA88 (IEC1512), der Standard für Rezept-Fahrweise (Batch) ist teilweise Unterbau und Vorgänger von ISA95. ISA88 hat sich in der Prozess-Industrie bei Anwendern und Herstellern von Batch Lösungen durchgesetzt. Laut Aussagen von Prozessleitsystem Herstellern gibt es kaum noch Ausschreibungen, in denen nicht ISA88 Kompatibilität gefordert wird. Auch ERP Systemhersteller wie z.b. SAP geben vor, ISA88 kompatible Batch- Systeme anzubieten. Folgende Indikatoren deuten darauf hin, dass sich der Erfolg von ISA88 auf den unteren Ebenen auch auf den Ebenen 3 und 4 durch ISA95 fortsetzen wird: In Anlehnung an den lediglich als Entwurf existenten Teil 3 der Norm arbeiten bereits einige der führenden Software - Hersteller an ISA95 kompatiblen Produkt- Lösungen. Das World Batch Forum entwickelt XML- Schemata basierend auf den Objekt Definitionen. Beratungsfirmen wie z.b. anapur AG erstellen Konzepte und Produktions-IT- Lösungen basierend auf ISA95. ISA95 hilft, Kosten und Zeit bei der Integration der Automatisierungs- und Produktionssysteme in die IT-Systeme des Unternehmens zu reduzieren. Die Einführung von ERP, Supply Chain- und Product Lifecycle Management (PLM) Strategien erfordert die Integration der Produktionssysteme. Nur mit Hilfe von methodischen Ansätzen wird es gelingen die Komplexität der Thematik zu beherrschen.