Manufacturing Execution Systems (MES)

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1 Manufacturing Execution Systems (MES) Branchenspezifische Anforderungen und herstellerneutrale Beschreibung von Lösungen ZVEI - Zentralverband Elektrotechnikund Elektronikindustrie e. V. Fachverband Automation Lyoner Straße Frankfurt am Main Fon: Fax: Mail: ISBN:

2 Inhaltsverzeichnis Einleitung und Zielsetzung I IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII5 1. Marktanforderungen und Motivation zum Einsatz von MES I IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII6 2. MES und normative Standards (VDI 5600 / IEC 62264) I IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII8 Impressum Manufacturing Execution Systems (MES) Branchenspezifische Anforderungen und herstellerneutrale Beschreibung von Lösungen Herausgegeben vom: ZVEI - Zentralverband Elektrotechnikund Elektronikindustrie e. V. Fachverband Automation Ansprechpartner: Carolin Theobald Lyoner Straße Frankfurt am Main Fon: Fax: Mail: Design: NEEDCOM GmbH Druck: Berthold Druck GmbH ISBN: Frankfurt, Juni 2010 ZVEI - Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e. V. Trotz größtmöglicher Sorgfalt keine Haftung für den Inhalt. 3. Einordnung des Prozessmodells gemäß IEC I IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII (Resource Management) I IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII (Definition Management) I IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII (Detailed Scheduling) I IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII (Dispatching) I IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII (Execution Management) I IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII (Data Collection) I IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII (Tracking) I IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII (Analysis) I IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII17 4. Typische MES-Module und verwandte Begriffe I IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII Übersicht I IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII Kurze Beschreibung typischer MES-Module und MES-verwandter Begriffe I IIIIIIIIIIIIIII20 5. Einsatz, Zweck und Umfeld von MES-Werkzeugen am Beispiel charakteristischer Applikationsfelder I IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII Pharmazeutische Wirkstoffproduktion I IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII Nahrungsmittel Brauereiindustrie I IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII Raffinerie / Petrochemie I IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII Chemie / Feinchemie I IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII Großserienfertiger (Fahrzeughersteller, Zulieferer) I IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII Maschinen- / Anlagenbau (Einzelfertiger) I IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII Papier / Metall I IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII58 6. Wesentliche Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen den MES-Anwendungen in der Prozess- und Fertigungsindustrie I IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII Gemeinsamkeiten I IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII Unterschiede I IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII64 7. Vorgehen bei MES-Projekten Hinweise aus der Praxis I IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII Mehrwert und Nutzen I IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII Erfahrungsbericht Biopharmazie: Durchgängige Betriebsautomation ERP-MES-PLS I IIII Erfahrungsbericht Nahrungsmittel: Energiedatenerfassung als Entscheidungshilfe für Investitionen I IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII Erfahrungsbericht Raffinerie: Langzeitplanung und Disposition I IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII Erfahrungsbericht Automobilindustrie: Auftragsmanagement für die Powertrain-Montage I II Erfahrungsbericht Einzelfertiger: MES vom Engineering bis zur Transportlogistik I IIIIIIII Erfahrungsbericht Papierindustrie: Effizienzsteigerung in der Produktion I IIIIIIIIIIIIIII81 9. Zusammenfassung und Ausblick I IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII 83 Literatur I IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII 85 Abbildungsverzeichnis I IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII 85 Tabellenverzeichnis I IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII 86

3 EINLEITUNG UND ZIELSETZUNG Einleitung und Zielsetzung Diese Broschüre wurde von der ZVEI-Arbeitsgruppe Manufacturing Execution Systems im Fachverband Automation erstellt. Es wirkten mit: Dr. Marcus Adams Dr. Thomas Bangemann Herbert Fittler Christian Friedl Dr. Iiro Harjunkoski Gottfried Hochfellner Zahlreiche firmen- oder branchenspezifisch entwickelte Softwarelösungen und Produkte zur Unterstützung der Verwaltung und Organisation von betrieblichen Abläufen firmieren unter dem Begriff MES (Manufacturing Execution System), wobei die Bandbreite der MES-Lösungen von My Excel Sheet bis zur umfassenden Verknüpfung, Verwaltung, Organisation und automatischen Bearbeitung aller produktionsrelevanten Vorgänge reichen kann. Um es vorwegzunehmen: Diese Broschüre ist kein weiterer Versuch einer Definition des Begriffes Manufacturing Execution System. Vielmehr verfolgt die ZVEI-Arbeitsgruppe MES mit dieser Broschüre das Ziel, dem interessierten Leser und der Fachöffentlichkeit unter Berücksichtigung der unterschiedlichen branchenspezifischen Anforderungen einen Überblick über die heute bereits verfügbaren oder realisierbaren Lösungen zu geben. Dadurch soll der Einsatz geeigneter MES-Anwendungen zur Produktions optimierung weiter gefördert werden. Als Grundlage für eine produkt- bzw. herstellerneutrale Darstellung der Funktionen hat sich die Arbeitsgruppe der Normenreihe Enterprise-Control Systems Integration IEC bedient. Eine kurze Einführung in die Inhalte dieser auch unter S95 laufenden Norm erfolgt in den Kapiteln 1 bis 3. Verschiedene Teilbereiche von MES-Lösungen sind heute in verschiedenen Branchen oder gar herstellerspezifisch mit unterschiedlichen Begriffen besetzt. In Kapitel 4 werden die wichtigsten Begriffe in die Terminologie und Strukturierung der S95 eingeordnet. Dieses Kapitel gibt damit Orientierungshilfe in der Vielzahl von unterschiedlichen Begriffen und Produkten. In Kapitel 5 werden anhand branchentypischer Anforderungen die Möglichkeiten und der Nutzen von MES-Funktionen vorgestellt. Kapitel 6 geht auf wesentliche Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen den MES-Anwendungen in der Prozess- und Fertigungsindustrie ein. Kapitel 7 und 8 geben einen Überblick zur Definition von Anforderungen und zur Auswahl von MES-Funktionen und stellen deren Nutzen an ausgewählten Beispielen vor. Kapitel 9 schließlich enthält eine Zusammenfassung und einen Ausblick auf die künftige Entwicklung von MES-Lösungen. Erdal Kara Dr. Jürgen Löffler Wie insbesondere aus dem Kapitel 5 hervorgeht, sind heute umfassende branchenspezifische, Lösungen verfügbar, die durch ihre Skalierbarkeit, Modularität und Integrationsfähigkeit die jeweiligen Bedürfnisse der unterschiedlichen Branchen abdecken. Diese können einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung der Operational Excellence der Unternehmen leisten. Es ist an den Betreibern, diese Chancen zu nutzen. Andreas Meyer-Weidlich Carolin Theobald Max Weinmann Dr. Markus Winzenick Prof. Martin Wollschlaeger Martin Zeller 4 5

4 1 Marktanforderungen und Motivation zum Einsatz von MES 1 Marktanforderungen und Motivation zum Einsatz von MES 1 Marktanforderungen und Motivation zum Einsatz von MES Der Faktor der Realzeit-Fähigkeit, also der Prozessnähe über die unterschiedlichen fachlichen Anforderungen hinweg (wie z. B. Auftragsplanung und -steuerung, Materiallogistik, MDE/BDE, Qualitätsmanagement, Dokumentenmanagement etc.), ermöglicht die direkte Kopplung mit dem Produktionsprozess. CAP CAQ PZE MDE BDE CAM Um den heutigen Stand und die Entwicklung von MES-Lösungen bewerten zu können, ist deren Einordnung in die Historie der Automation erforderlich. Die heutigen MES-Lösungen vereinen unter anderen die einstigen CIM-Komponenten wie z. B. CAP (Computer Aided Planning), CAM (Computer Aided Manufacturing), CAQ (Computer Aided Quality Assurance), BDE (Betriebsdatenerfassung), MDE (Maschinendatenerfassung) oder PZE (Personalzeiterfassung). Diese CIM-Komponenten unterlagen jedoch keiner tiefen Integration in den Unternehmen, sondern wurden vielfach dezidiert in einzelnen Unternehmensbereichen angewendet. Im Zuge der weiter fortschreitenden innerbetrieblichen Integration und der Orientierung an den internen und externen Wertschöpfungsketten entstand der Bedarf an höher integrierten Softwarelösungen, um den steigenden Anforderungen der produzierenden Unternehmen gerecht zu werden. Aus diesem Grund gewinnen heutige MES-Lösungen bei Unternehmen in den Bereichen der Prozessund Fertigungstechnik zunehmend an Bedeutung und Verbreitung. Diese Entwicklung ist insbesondere vor dem Hintergrund der fortschreitenden Globalisierung der Wirtschaft und des damit steigenden Wettbewerbsdrucks zu sehen. Die sich daraus ergebenden Zielsetzungen liegen z. B. in der Steigerung von Produktionsfaktoren bei zunehmender Flexibilität, in der Erhöhung der Effizienz des Produktionsablaufs, in der Steigerung und Sicherstellung von Prozess- und Produktqualität, in der ganzheitlichen Prozess- und Kostenoptimierung, in der Verkürzung von Produkt-Lebenszyklen. Neben den Entwicklungen im Umfeld der Produktion sowie der Einführung neuer Produktions- und Logistik-Konzepte sind die Veränderung der Produkte sowie der Produktentstehungsprozess die treibenden Komponenten für den Einsatz von MES. Produktlebenszyklen werden immer kürzer, Produkte technologisch immer komplexer und das bei gleichzeitiger Reduktion von Entwicklungszeit, erhöhter Anzahl von Prototypen und variantenreicherer Produktion. Time to market ist im globalen Wettbewerb ein tragender und entscheidender Erfolgsfaktor für Produzenten im Wettbewerb. MES-Lösungen können hierfür einen signifikanten Beitrag leisten. Um die innerbetriebliche Wertschöpfung von Produktionsunternehmen nachhaltig steigern und die oben genannten Anforderungen erfüllen zu können, bedarf es eines Instrumentariums, das sich nicht nur dezidiert für einzelne Produktions- und Teilbereiche eines Unternehmens eignet, sondern die Produktion als ganzheitlichen Prozess im Unternehmen betrachtet. Dieser Prozess wird mit MES in Realzeit-Anwendungen abgebildet und ermöglicht es so, den Produktionsprozess übergeordnet zu führen und damit nachhaltig im Sinne der Optimierung und Verbesserung zu beeinflussen. Darüber hinaus ist die Integration in die erweiterte Versorgungskette des Unternehmens sowohl wegen der inzwischen globalen Absatz- und Beschaffungsmärkte als auch wegen der regionalen Präsenz der Firmen in den neuen Märkten notwendig. MES-Lösungen stellen hier nicht nur das operative Bindeglied zwischen der Produktionsebene und der Unternehmensebene dar, sondern vernetzen auch einzelne Partner innerhalb der Versorgungskette. Dies ermöglicht einen durchgehenden und ganzheitlichen Wertefluss und dessen Lenkung. Auf dieser Basis entwickeln sich MES zum strategischen Element der flexiblen und vernetzten Produktion. Fachlich vereinen MES alle Aufgaben des modernen Produktionsmanagements in einem zunehmend integrierten Softwaresystem und bilden zugleich die operative Plattform für zukünftige Anforderungen der Unternehmen auf dem Weg zur Digitalen Fabrik und zur Fabrik der Zukunft. 6 7

5 2 MES und normative Standards (VDI 5600 / IEC 62264) 2 MES und normative Standards (VDI 5600 / IEC 62264) 2 MES und normative Standards (VDI 5600 / IEC 62264) Wie bereits in der Einleitung dargelegt steht der gängige Begriff MES allgemein für branchen-, firmenoder herstellerspezifische Lösungen zum Management eines Produktionsbetriebs. Unternehmensplanung und Logistik Ebene 4 Erstellen der grundlegenden Produktionsplanung Fertigung, Materialverbrauch, Anlieferung, Versand, Lagerbestand Die VDI-Richtline 5600 Manufacturing Execution Systems / Fertigungsmanagementsysteme [1] definiert MES im Bereich der diskreten Prozesse als prozessnah operierendes Fertigungsmanagementsystem und als umfassenden Treiber für die Organisation und Durchführung des Produktionsprozesses mit den folgenden wesentlichen Aufgaben: Management des Produktionsbetriebs Ebene 3 Management des Arbeitsablaufs zur Herstellung der gewünschten Endprodukte. Pflege der Daten und Optimierung des Produktionsprozesses a) Organisation und Unterstützung aller erforderlichen Aktivitäten im Produktionsprozess bezogen auf Prozessvorgaben (Auftragsbearbeitung, Ressourcenplanung, Qualitätsanforderungen) Operative Aktionen (Sicherung der Verfügbarkeit der Ressourcen, des Materialflusses, der Qualität) Nachverfolgung und (Bestandsführung; Berechnung von KPI-Kennziffern, Key Performance Indicators; KVP-Grundlage, kontinuierliche Verbesserungsprozesse wie beispielsweise SixSigma, Operational Expenditure OpEx). Batchprozesse Kontinuierliche Prozesse Diskrete Prozesse Ebene 2 Ebene 1 Bedienen und Beobachten sowie automatische Steuerung des Produktionsprozesses : Prozess- oder Machinensteuerung b) Realisierung des Wirkungskreislaufs aller Aktionen zur Durchführung des Produktionsprozesses (Planen, Initiieren, Lenken, Kontrollieren, Dokumentieren, Auswerten, Bewerten etc.). Ebene 0 Produktionsprozess c) Austausch von Informationen mit benachbarten Ebenen wie der Unternehmensleitebene (Enterprise Resource Planning, ERP) sowie benachbarten betriebsunterstützenden Systemen, z. B. Product and Process Engineering (P/PE), Supply Chain Management (SCM), und der Fertigungs- bzw. Prozessebene. Mit seiner Funktionalität deckt ein MES laut VDI-Richtlinie 5600 die drei zeitlichen Aspekte der Phasen einer Produktion ab: Prognostischer Aspekt Planung des Produktionsprozesses Aktueller Aspekt Führung des Produktionsprozesses Historischer Aspekt und Bewertung des Produktionsprozesses Die Arbeitsgruppe MES des ZVEI verwendet den eingeführten Begriff MES im Sinne der VDI-Richtlinie 5600 und als Synonym für alle Lösungen und Systeme im Bereich der Ebene 3 Betriebliche Fertigung und Steuerung (Manufacturing Operations and Controls) gemäß IEC wohl wissend, dass inzwischen auch andere Begriffe wie Manufacturing Operations Management (MOM) oder Collaborative Production Management (CPM) auf dem Markt verwendet werden, die versuchen, den umfassenden Anspruch der Aufgabenstellung stärker zu betonen. Die Normenreihe IEC Integration von Unternehmensführungs- und Leitsystemen ( Enterprise- Control System Integration ), auf die in dieser Broschüre im Weiteren Bezug genommen wird und die auch als DIN EN veröffentlicht ist, besteht aus mehreren Teilen. Der Fokus liegt insbesondere auf den drei Teilen Modelle und Terminologie [2], Attribute des Objektmodells [3] und Aktivitätsmodelle für das operative Produktionsmanagement [4]. Wie Bild 1 zeigt, definiert die IEC funktionale Ebenen eines Unternehmens, auf denen mit unterschiedlichen Zeithorizonten und unterschiedlichem Detaillierungsgrad Entscheidungen getroffen werden müssen, die unter anderem abhängig sind von Informationen, die aus einer über- oder untergeordneten Ebene stammen. Diese Funktionsebenen sind: Ebene 4: Unternehmensplanung und Logistik Ebene 3: Management des Produktionsbetriebs Ebene 2: Prozessführung und Datenarchivierung mit folgenden Ausprägungen - Führung, Regelung und Steuerung von Batch-Prozessen - Regelung und Steuerung von kontinuierlichen Prozessen - Steuerung von diskreten Prozessen Ebene 1: Prozess- oder Maschinensteuerung, Ebene 0: Prozess Bild 1: Funktionshierarchie nach IEC , Fig. 2 [4] Teil 1 des Standards beschreibt die in den Ebenen 3 und 4 für alle Bereiche eines Unternehmens relevanten Funktionen und die Objekte, die normalerweise zwischen den Bereichen ausgetauscht werden. Einen groben Überblick über die Bereiche und die notwendigen Verknüpfungen gibt das Bild 2. Steuerung Material- und Energieeinsatz Lager- und Bestandsmanagement Einkauf und Beschaffung Instandhaltungsmanagement Produktionsmanagement Lager- und Bestandsmanagement Wartung und Instandhaltung Lagerbestandsüberwachung Produktionssteuerung Qualitätsmanagement Qualitätssicherung Forschung, Entwicklung, Umsetzung Versand Produktionsplanung Auftragsabwicklung Produktkostenbilanzierung Marketing und Vertrieb Bild 2: Modell zum Management des Produktionsbetriebs nach IEC , Fig. 1 [4] mit Kennzeichnung der MES-relevanten Bereiche (grau) 8 9

6 2 MES und normative Standards (VDI 5600 / IEC 62264) 2 MES und normative Standards (VDI 5600 / IEC 62264) Die in der IEC definierten Begriffe, Konzepte und Modelle für die Integration der Unternehmensund der Produktionsleitebene dienen einem gemeinsamen Verständnis aller Beteiligten und tragen so zu einer verbesserten Kommunikation in MES-Projekten bei. Die Norm soll darüber hinaus helfen, eine gute Integrationspraxis zu etablieren und die Möglichkeiten zur Integration zwischen der Unternehmensund der Produktionsleitebene zu fördern. Dabei ist die Beschreibung jedoch unabhängig vom Grad der Automatisierung und dem Einsatz bestimmter Technologien. Teil 2 der IEC definiert die Kennzeichen und Eigenschaften der Austauschobjekte. Der Teil 3 beschreibt die Aktivitäten und Funktionen, die zum Management eines Fertigungs- oder Prozessbetriebs gehören. Da sich die vorliegende Broschüre weniger mit den Schnittstellen zwischen den Funktionsbereichen als vielmehr mit den Aktivitäten der mit der Herstellung verbundenen betrieblichen Abläufe beschäftigt, bezieht sie sich auf die in Bild 2 dargestellten Bereiche zum Management des Produktionsbetriebs (Manufacturing Operations Management) und nutzt das in Bild 3 dargestellte generische Modell der Management-Aktivitäten als Referenz für die nachfolgenden Kapitel. Dabei werden die in Bild 2 allgemein dargestellten Aktivitäten des funktionalen Unternehmenssteuerungsmodells nun der betrieblichen Ebene (Ebene 3) zugeordnet (gelbe Hintergrundfarbe) und in vier Bereiche (hinterlegt gekennzeichnet) aufgeteilt: Produktionsmanagement (Production Operations Management) Qualitätsmanagement (Quality Operations Management) Instandhaltungsmanagement (Maintenance Operations Management) Lager- und Bestandsmanagement (Inventory Operations Management) Die Aktivitäten, die das Modell in Bild 3 abdeckt, beantworten im Wesentlichen die Fragen: Wie soll? () Was, wo und wer kann? () Wann, wo und wer soll? (, ) Was wird wo und von wem? () Wann, wo und von wem wurde? (, ) Wie wurde? (, ) Die Aktivitäten können auf die vier Bereiche der Betriebsebene Produktion, Qualität, Lager- und Instandhaltung gleichermaßen angewandt werden. Das Modell ist deshalb besonders gut zur Gliederung und Beschreibung von MES-Modulen geeignet und soll daher als Grundlage für die genauere Erläuterung der einzelnen Aktivitäten im nachfolgenden Kapitel dienen. In der Praxis kann die der vorhandenen oder zu integrierenden Systeme und Lösungen dazu führen, dass einzelne dieser Aktivitäten in unterschiedlichen Systemen angesiedelt sind und z. B. als Funktionen in einem MES-Modul, in einem ERP-System oder als Funktionen eines Prozessleitsystems (PLS) zur Verfügung stehen. Bild 4 gibt hierzu ein beispielhaftes Szenario mit einer möglichen Aufteilung in die relevanten Ebenen. Trotz der Vielfalt möglicher Aufteilungen dient das generische Aktivitätenmodell zur Beschreibung der vollständigen Lösung und zur Definition der notwendigen Schnittstellen. Instandhaltungsmanagement Produktionsmanagement Qualitätsmanagement Lager- und Bestandsmanagement Ausführungsrückmeldungen Ausführungsbestimmungen Ausführungsfähigkeiten Ausführungsanforderungen Ebene 4 Ebene 3 Ebene 2 Bild 3: Generisches Aktivitätenmodell zum Management des Produktionsbetriebs nach IEC [4], Fig. 6 Bild 4: Aktivitäten unterschiedlicher Kategorien und deren technische Integration (beispielhaft) nach IEC / EN [4], Fig

7 3 Einordnung des Prozessmodells gemäss IEC Einordnung des Prozessmodells gemäss IEC Einordnung des Prozessmodells gemäß IEC Ausführungsrückmeldungen Ausführungsbestimmungen Ausführungsfähigkeiten Ausführungsanforderungen Die funktionalen Kernbereiche von MES werden gemäß Bild 2 vom Management des Produktionsbetriebs (Manufacturing Operations Management) gebildet, das die vier Bereiche Produktionsmanagement (Production Operations Management), Instandhaltungsmanagement (Maintenance Operations Management), Qualitätsmanagement (Quality Operations Management) und Lager- und Bestandsmanagement (Inventory Operations Management) umfasst. Sie bilden eine Brückenfunktion zwischen den typisch im ERP-Bereich anzusiedelnden Funktionen und solchen Funktionen, die in den Ebenen 1 und 2 der Funktionshierarchie (s. Bild 1) realisiert werden. Alle diese Kernfunktionen bestehen aus verschiedenen Einzelelementen, die Informationen bereitstellen oder verarbeiten. Diese Informationen lassen sich in verallgemeinerbare Kategorien einordnen. Zu diesen Kategorien gehören: Ausführungsbestimmungen Spezifikation der auszuführenden Operationen bzw. der Ressourcen, auf die sich diese beziehen (definition information) Ausführungsfähigkeiten Eigenschaftsbeschreibungen von Ressourcen (capability information) Ausführungsanforderungen Informationen über Planung und Aufruf (schedule / request information) Ausführungsrückmeldungen Informationen über Performance bzw. Ergebnisse der Funktionen (performance / response information) Die verschiedenen Bereiche zum Management des Produktionsbetriebs folgen einem verallgemeinerten Aktivitätsmodell (Bild 5), welches das Zusammenwirken der einzelnen Elemente beschreibt. Die Inhalte der Aktivitäten bestehen wiederum aus einzelnen Aufgaben (Tasks), die sich entsprechend der zu realisierenden Funktionen unterscheiden. ausrüstungs- und prozessspezifische Regeln und Anweisungen Kommandos Rückmeldungen Funktionen aus den Ebenen 1 und 2 Funktionen aus den Ebenen 1 und 2 Bild 5: Generisches Aktivitätenmodell gemäß Bild 3 erweitert um die Schnittstellen zum Prozess ausrüstungs- und prozessspezifische Daten Die einzelnen Aktivitäten sind durch Informationsflüsse miteinander verknüpft. Die konkreten Informationen, die zwischen den Aktivitäten ausgetauscht werden, sind ebenfalls von der jeweiligen Funktion abhängig. Die Aktivitäten und der Informationsaustausch werden durch konkrete Produkte aus dem MES-Umfeld realisiert. Die Details sind funktions-, branchen- und produktspezifisch. 3.1 (Resource Management) Das umfasst Aktivitäten für die Verwaltung von Informationen über solche (ggf. verteilte) Ressourcen, die in den jeweiligen Bereichen zum Management des Produktionsbetriebs benötigt werden, und über deren Kapazität, Belegung und (auch perspektivische) Verfügbarkeit. Das Produktionsressourcenmanagement (Production Resource Management) fokussiert dabei auf für die Produktion erforderliche Ressourcen wie Maschinen, Werkzeuge, Personal (mit entsprechenden Kennt nissen), Materialien und Energie, aber auch auf ganze Produktionsschritte. Das Qualitätsprüfungsressourcenmanagement (Quality Test Resource Management) schließt Personal (mit entsprechenden Kenntnissen, Zertifikaten und Zulassungen), Materialien und Equipment ein, die für die Durchführung von Qualitätsprüfungen erforderlich sind. Das Instandhaltungsressourcenmanagement (Maintenance Resource Management) umfasst Informationen über den Zustand von solchen Ressourcen, die für Instandhaltungsarbeiten bzw. -aufträge benötigt werden. Dazu gehören z. B. Hilfsmittel und Spezialwerkzeuge, eigenes und fremdes Personal (mit entsprechenden Kenntnissen und Qualifikation), (Instandhaltungs-) Dokumentationen sowie die für die Instandhaltungsarbeiten erforderlichen Ersatzteile und Betriebsstoffe. Zum Zustand von Ressourcen werden meist der Ressourcenstatus (equipment health status), die Leistungsfähigkeit, der Einsatzort, die 12 13

8 3 Einordnung des Prozessmodells gemäss IEC Einordnung des Prozessmodells gemäss IEC Zugänglichkeit des Einsatzortes, die Verfügbarkeit und die erwartete Nutzung gezählt. Zu berücksichtigen ist ebenfalls, ob die Instandhaltungsarbeiten im laufenden Betrieb ausgeführt werden können oder ob ein Stillstand der Anlage zwingend erforderlich ist. Die Lagerfeinplanung (Detailed Inventory Scheduling) umfasst die Planung von Aktivitäten zur Gewinnung von Informationen über Lagerbestand und über Materialbewegungen. Dies schließt die Ressourcenplanung und Optimierungen für Transportprozesse ein. Das Lagerressourcenmanagement (Inventory Resource Management) bezieht sich auf Ressourcen für Materialbestand und Materialbewegungen, Personal (mit entsprechenden Kenntnissen, Zertifikaten und Zulassungen), (Verbrauchs-)Material und Energie. Dabei werden auch Bestands- und Lagergrößen berücksichtigt. 3.4 (Dispatching) Die umfasst solche Aktivitäten, welche die Verwaltung und Koordination (Zusammenstellung) zum Management des Produktionsbetriebs betreffen. Basis hierfür bilden u.a. die in der erstellten Pläne für die einzelnen Ressourcen. 3.2 (Definition Management) 3.3 (Detailed Scheduling) Das umfasst Aktivitäten zur Definition und Verwaltung von Eigenschaften, Handlungsanweisungen, Vorschriften und Anforderungen für die verschiedenen Bereiche zum Management des Produktionsbetriebs. Unter Produktionsspezifikationsmanagement (Production Definition Management) sind solche Aktivitäten zusammengefasst, die für die Definition und Verwaltung von (eventuell verteilten) Informationen über die Produkte, ihre Eigenschaften und über ihren Herstellungsprozess (Herstellungsregeln, Rezepte, Standard Operating Procedures (SOP), Standard Operating Conditions (SOC), Transport- und Montagefolgen) notwendig sind. Das Qualitätsprüfungsspezifikationsmanagement (Quality Test Definition Management) umfasst Aktivitäten zur Definition und Verwaltung von Personalqualifikationen, Prozeduren für die Qualitätsprüfung sowie von Arbeitsanweisungen, um diese durchzuführen. Hierzu gehören auch Testmethodik, Testhäufigkeit (Probenentnahmeplan, sample plan) und Toleranzangaben für Material und Ressourcen sowie die Verwaltung von Version und Datum von Testspezifikationen. Das Instandhaltungsspezifikationsmanagement (Maintenance Definition Management) schließt Definition und Verwaltung von solchen Aktivitäten ein, die Informationen und Anweisungen für Instandhaltungsarbeiten betreffen. Das Lagerspezifikationsmanagement (Inventory Definition Management) umfasst Aktivitäten zur Definition und Verwaltung von Lager- und Transportanweisungen für Materialien, von Lagerbestand, Ein- und Auslageranweisungen, lagerbezogenen Kenngrößen (Auslastung) usw. Die berücksichtigt Aktivitäten, die zumeist auf Basis eines existierenden Plans die Erstellung von zeitlichen Vorgaben und Reihenfolgen für die (optimale) Nutzung lokaler Ressourcen für die jeweiligen Bereiche zum Management des Produktionsbetriebs umfassen. Die Produktionsfeinplanung (Detailed Production Scheduling) schließt die Planung der Produktionsmittel wie Maschinen und Anlagen ein, für die ein möglichst optimaler, detaillierter Plan erstellt wird. Dabei werden Parameter wie Losgrößen, Rüstzeiten, Auslastung und Verfügbarkeit der Ressourcen berücksichtigt, die ggf. auch zu einer Aufteilung in mehrere Pläne führen können. Die Qualitätsprüfungsfeinplanung (Detailed Quality Test Scheduling) fokussiert auf die Planung von Qualitätsprüfungen, die innerhalb oder außerhalb des Produktionsprozesses durchgeführt werden. Hierzu gehören u.a. die Verfügbarkeit von Testsystemen und Personal, Vorbereitungszeiten und Zeiten für die Auswertung der Tests. 3.5 (Execution Management) Die Produktionseinplanung (Production Dispatching) schließt Aktivitäten ein, die den Produktionsfluss durch Zuordnung zu Ausrüstung (Equipment) und Personal steuern. Hierzu gehören z. B. die von Chargen in ein Batch Control System und die Ausgabe von Arbeitsaufträgen. Die Qualitätsprüfungseinplanung (Quality Test Dispatching) besteht in der Übergabe von Testaufträgen an Qualitätsprüfungseinrichtungen gemäß den Testplänen. Dies kann auch die Übergabe von Proben einschließen. Die Instandhaltungseinplanung (Maintenance Dispatching) fokussiert auf die Vergabe der anstehenden Instandhaltungsaufträge an instandhaltungsrelevante Ressourcen, unter Berücksichtigung der innerbetrieblich und extern zur Verfügung stehenden Personalkapazitäten. Die Lagereinplanung (Inventory Dispatching) besteht in der Übergabe von Aufträgen zur Bestandsermittlung gemäß den Definitionen und Plänen. Unter dem werden Aktivitäten zusammengefasst, welche die Steuerung des Produktionsbetriebs gemäß Plänen, Aufträgen und Einhaltung von Standards kontrollieren, transparent machen und ggf. optimieren. Das Produktionsausführungsmanagement (Production Execution Management) bezieht sich auf die eigentlichen Produktionsprozesse und führt Aktivitäten wie Auswahl und Start von Produktionsschritten gemäß Produktdefinitionen und Herstellungsanweisungen aus. Es umfasst auch die Übergabe von einem Produktionsschritt zum nächsten, wobei u.a. Informationen über die verbrauchten Materialien und die Bearbeitungszeit gewonnen werden. Damit werden Status und aktueller Abarbeitungsstand des Auftrags sichtbar. Auf Basis von Informationen über vorangegangene Produktionsschritte können lokale Optimierungen durchgeführt werden. Das Qualitätsprüfungsausführungsmanagement (Quality Test Execution Management) bezieht sich auf Aktivitäten im Zusammenhang mit der Durchführung von Qualitätsprüfungen und überwacht die genutzten Ressourcen (Ausrüstung, Material, Personal), die Einhaltung von Qualitätsstandards und Produkteigenschaften bzw. Toleranzen. Das Instandhaltungsausführungsmanagement (Maintenance Execution Management) schließt diejenigen Aktivitäten ein, welche die Durchführung von Instandhaltungsaufträgen steuern und überwachen. Dazu gehören z. B. die Prüfung auf Einhaltung von Wartungs- und Reparaturanweisungen, von Regularien und Qualitätsstandards sowie die Dokumentation von Status und Ergebnis, die Weiterleitung von unerwarteten Ereignissen an die und die Einlastung, aber auch die Überwachung von Zertifikaten für Ausrüstung, Ersatzteile, Hilfsmittel und Personal. Die Instandhaltungsfeinplanung (Detailed Maintenance Scheduling) umfasst die Prüfung und Priorisierung von Instandhaltungsanforderungen, die zeitliche Einbindung der Instandhaltungsaktivitäten in den betrieblichen Produktionsablauf, wobei Anforderungen aus der Produktionsplanung (Produktwechsel, geplante Stillstandszeiten) möglichst zu berücksichtigen sind

9 3 Einordnung des Prozessmodells gemäss IEC Einordnung des Prozessmodells gemäss IEC Das Lagerausführungsmanagement (Inventory Execution Management) umfasst Aktivitäten zur Abarbeitung von Bestandsaufgaben. Dazu gehören die Überprüfung, ob die korrekten Lager-, Transportund Personalressourcen genutzt werden, die Überwachung von Lager-, Transportvorschriften, Qualitätsstandards und Statusberichte sowie die Überwachung und Abrechnung des Lagerbestands selbst. Die Qualitätsprüfungsverfolgung (Quality Test Tracking) liefert Rückmeldungen über die Qualität an zugehörige Funktionen in den Ebenen 3 und 4. Dazu stellt sie zeitgesteuert, z. B. am Ende eines Produktionslaufs oder einer Charge, oder bei Bedarf Testergebnisse zu Testreports zusammen und verwaltet Informationen zur Auslastung von Einrichtungen zur Testdurchführung. Solche Testreports können zu unterschiedlichen Zeiten und in unterschiedlichen Teilanlagen erstellt werden. 3.6 (Data Collection) Die (Data Collection) umfasst die Erfassung, (Vor-) Verarbeitung und Verwaltung von Daten aus spezifischen Prozessen zum Management des Produktionsbetriebs. Diese Daten werden meist aus den Ebenen 1 und 2 der Funktionshierarchie (Bild 1) gewonnen, entstammen aber auch Benutzereingaben und -aktionen. Sie werden zyklisch oder ereignisgesteuert erfasst und stellen die Messgrößen direkt (einheitenbehaftet) oder abgeleitet (bezogene oder integrierte Größen) dar. Zur Auswertung der Daten wird vielfach auch der Kontext (z. B. Zeitstempel) benötigt, in dem sie gewonnen werden. Die Produktionsdatenerfassung (Production Data Collection) schließt solche Aktivitäten ein, die sich auf Daten beziehen, die für den Produktionsvorgang oder seine Schritte relevant sind. Dazu gehören Sensorwerte und Statusinformationen, aber auch Ergebnisse aus der Abarbeitung von produktionsrelevanten Transaktionen und aus der Auswertung von Modellen. Die Instandhaltungsauftragsverfolgung (Maintenance Tracking) fokussiert auf Informationen über die Ressourcennutzung während der Instandhaltungsprozesse sowie die relative Effektivität der Instandhaltungsergebnisse. Dies schließt die Erzeugung und Aktualisierung von Datensätzen über Zustand und Nutzbarkeit sowohl der instandgehaltenen Betriebsmittel als auch der während der Auftragsausführung benutzten Hilfsmittel mit ein. Die Informationen dienen ggf. auch als Nachweis für die Erfüllung behördlicher Auflagen. Lagerverfolgung (Inventory Tracking) umfasst das Reporting zu Bestandsaktivitäten, z. B. über Start und Ende von Transportprozessen, über die Auslastung der Lagereinrichtungen, über Losgrößen sowie die aktuelle Position der Lose. Dies schließt die Erzeugung und Aktualisierung von Datensätzen über Transport und Verwaltung des gelagerten Materials ein, ggf. auch für die Erfüllung behördlicher Auflagen oder für Zwecke des Qualitätstests. Die Qualitätsprüfungsdatenerfassung (Quality Test Data Collection) umfasst neben den Testdaten selbst und ihrer Aufbereitung die Daten über die Testdurchführung, die Benutzereingaben während des Tests, Zwischendaten und die Daten in den Testreports. Die Instandhaltungsdatenerfassung (Maintenance Data Collection) fokussiert auf Daten, die bei der Ausführung von Instandhaltungsaufträgen anfallen. Dies schließt den aktuellen Zustand der in Wartung bzw. Reparatur befindlichen Betriebsmittel, die Rückmeldung des Instandhaltungsauftrags mit dem erforderlichen eigenen und fremden Aufwand in Zeit und Kosten sowie den Vergleich zwischen Schätzund Ist-Aufwand ein. Die erfassten Informationen werden in der anlagenspezifischen Instand haltungshistorie zusammengeführt. Die Lagerdatenerfassung (Inventory Data Collection) bezieht sich auf die Beschaffung und Auswertung von Daten für Lageraktivitäten und verarbeitetes Material. Sie schließt Daten aus der Produktverfolgung (Product Tracking) wie Lagerbestand, Lagerbedingungen, genutzte Ausrüstungen und in Lager und Transport einbezogene Operatoren ein. Die Bestandsdatenerfassung wird auch in den anderen funktionalen Bereichen genutzt, z. B. für Qualitätsverfolgung (Probenverwaltung, Verwaltung von Referenzmaterial) und für Instandhaltungsverfolgung (Ersatzteilbestand). Solche Informationen können für die Erfüllung behördlicher Auflagen erforderlich sein und müssen in die Produktionsdaten integriert werden. 3.8 (Analysis) Die schließt solche Aktivitäten ein, die im Zusammenhang mit der Auswertung und dem Bericht von (leistungsbezogenen) Daten an Geschäftssysteme stehen. Die Produktionsleistungsanalyse (Production Performance Analysis) bezieht sich auf Informationen zu den Zykluszeiten von Produktions(teil-)anlagen, Betriebsmittelauslastung, Auslastung und Leistung von Einrichtungen, Effektivität von Prozeduren und Variabilität der Produktion. Aus diesen n können zeitgesteuert, etwa am Ende eines Produktionslaufs oder Batches, oder auf Anforderung Key Performance Indicators (KPIs) gewonnen werden, die für die Optimierung der Produktion und des Ressourcenverbrauchs genutzt werden können. Der Prozess der Produktionsleistungsanalyse und -optimierung wird begleitend zur Produktion durchgeführt. Dabei können unterschiedliche Optimierungskriterien und weitere Randbedingungen, auch aus der Markt- und Umweltsituation, auftreten, die eine wiederholte Überprüfung und Anpassung von Vorgaben (policies) und erneute Optimierungen erfordern. 3.7 (Tracking) Die umfasst solche Aktivitäten, die für die Erstellung der Rückmeldungen aus den spezifischen Prozessen zum Management des Produktionsbetriebs an die zugehörigen Funktionen der Ebene 4 relevant sind. Die Produktionsverfolgung (Production Tracking) schließt die Aufrechnung und Auswertung von Informationen über für die Produktion genutzte Ressourcen wie Personal und Produktionseinrichtungen, Materialverbrauch und Materialherstellung, aber auch andere produktionsrelevante Daten wie Kosten und Ergebnisse von Performanceanalysen ein. Die Produktionsverfolgung übermittelt ebenfalls Informationen an die Produktionsfeinplanung, so dass die Pläne auf Basis der aktuellen Bedingungen aktualisiert werden können

10 4 Typische MES-Module und verwandte Begriffe 4 Typische MES-Module und verwandte Begriffe Bereiche Aktivitäten 4 Typische MES-Module und verwandte Begriffe 4.1 Übersicht Die Qualitätsprüfungsleistungsanalyse (Quality Performance Analysis) wertet die Ergebnisse von Qualitätstests und die Testleistung aus, um die Produktqualität zu verbessern. Dieser oft kontinuierliche Prozess schließt die von Qualitätsabweichungen, Zykluszeiten der Qualitätstests, Testeffektivität und Ressourcenauslastung ein. Sie kann darüber hinaus die Ermittlung von Trends für (kritische) Qualitätsindikatoren sowie die Ursachenanalyse bei Qualitätsproblemen und die Ableitung von Empfehlungen für deren Behebung mit enthalten. Die Instandhaltungsanalyse (Maintenance Analysis) untersucht die Aufwendungen von Personal, Ersatzteilen, Hilfsmitteln, direkten und indirekten Kosten sowie die organisatorischen Abläufe in Instandhaltungsprozessen, um Problemfelder und Optimierungspotenzial für weitere Verbesserungs maßnahmen aufzudecken. Dabei werden Aspekte betrachtet, die für eine optimale Instandhaltungsstrategie und einen möglichst hohen Return on Assets (ROA) wichtig sind. Ergebnisse der können in die Produktionsplanung einfließen. Aus den ergebnissen können Instandhaltungskenngrößen (Maintenance Performance Indicators) gebildet werden, die eine Beurteilung der Wirksamkeit der Instandhaltung ermöglichen. Weiterhin dienen diese Ergebnisse und Erkenntnisse als Entscheidungsgrundlage für die weitere Effizienzsteigerung der Geschäftsprozesse. Die Lageranalyse (Inventory Analysis) schließt Aktivitäten ein, die sich auf die der Lagereffektivität und die Ressourcennutzung beziehen. Dies kann die von Informationen über Materialeingang inklusive Lieferqualität und Termintreue, Lagerverluste sowie Materialbewegungen bezogen auf Speicherort, Ausrüstung und Schicht umfassen. Weiterhin können n zur Verfolgbarkeit von Materialflüssen und zur Historie von Lagerressourcen enthalten sein. Aus den n können Informationen über Lagerbewegungen gewonnen werden, die Historie und Trends einschließen. Sie werden als Lagerindikatoren (Inventory Indicators) bezeichnet und können intern im Management des Produktionsbetriebs für Optimierungen genutzt werden. Sie können außerdem an Geschäftsprozesse in der Ebene 4 weitergeleitet werden, wo sie durch Verknüpfung mit finanziellen Informationen als kostenbezogene Indikatoren verwendet werden können. In den in dieser Broschüre adressierten Branchen haben sich unterschiedliche Begriffe mit Bezug zu den einzelnen MES-Funktionen sowie der Verwendung in den verschiedenen Bereichen etabliert. Teilweise haben gleichlautende Begriffe in verschiedenen Branchen unterschiedliche Bedeutung. Die nachstehende Tabelle ist gegliedert in allgemeine, branchenübergreifende und branchenspezifische Begriffe. Sie gibt einen Überblick zu den Einsatzgebieten der damit verbundenen Module sowie deren Verwendung. Zur Detaillierung wird angegeben, welche Aktivitäten jeweils schwerpunktmäßig unterstützt werden. Die Tabelle erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Abkürzung / Begriff Bedeutung / Aufgabe 1. Industrie allgemein Ebene Produktion Qualität Instandhaltung Lager CMMS Computerised Maintenance Management System 3/4 a a a a a a a a a DCA / EDM Document Control and Archiving / Elektronisches Dokumentenmanagement 3 a a EAA, EWI Elektronische Arbeitsanweisung, Electronic Work Instruction 3 a a a a a a EMI Enterprise Manufacturing Intelligence 3 a a a a a ERP Enterprise Resource Planning 4 a a a a a KPI Key Performance Indicator 3 a a a a a a MM Material Management 3 a a a a a a a a OEE Overall Equipment Effectiveness 3 a a a a a OM Order Management (Produktionsaufträge) 3 a a a a a a a PAMS Plant Asset Management System 3 a a a a a a a PEP / PRM Personaleinsatzplanung / Personnel Resource Management 3 a a a a a a a a a a PLM Product Lifecycle Management 4 a a a PPS Production Planning and Scheduling 3/4 a a a a a a a QMS / QA Qualitäts Management System / Quality Assurance 3/4 a a a a a a a SCADA Supervisory Control and Data Acquisition 2/3 a a a a SCM Supply Chain Management 3/4 a a a a a a SPC Statistical Process Control 3 a a a a SQC Statistical Quality Control 3 a a a a a a T&T Tracking and Tracing (Chargen-/ Teilerückverfolgung, Logistik) 3 a a a a a a a WMS Warehouse Management System 3/4 a a a a a a 2. Fertigungsindustrie (Großserien- und Einzelfertigung) BDE Betriebsdatenerfassung (i.d.r. manuelle Erfassung von Daten im Produktionsumfeld) 3 a a a a a a a CKM Car Kit Management (Fahzeugteile-Warenkorb) 3 a a a a a a a von Fertigungsaufträgen an Engpassmaschinen (hauptsächlich Einzelfertigung) 3 a a a a a GEN Genealogie der verbauten Teile im Endprodukt 3 a a a JIS / JIT Teilezusteuerung; reihenfolgegerecht (JIS - Just in Sequence) / zeitgerecht (JIT - Just in Time) 4 a a a a a a a KBM Kanban Management 3 a a a a a a a MDE Maschinendatenerfassung (Stückzahlen, Prozessparameter) 3 a a a a a a PMC Production Monitoring and Control; Erfassung, Verarbeitung und Visualisierung von Alarmen und Prozessdaten 3 a a a a a a a --> siehe auch SCADA RTLS Real Time Locating System, Fahrzeugverfolgung und -ortung 3 a a a a a a RWM Rework Management (Nacharbeit) 3 a a a a a a Sequencing Reihenfolgeplanung; Real Time Scheduler (RTS) - Realtime-Reaktion auf Reihenfolgeänderungen 3 a a a a a 3. Prozessindustrie AM Alarmmanagement 2/3 a a a a a a APC Advanced Process Control 2/3 a a a a a LIMS Laboratory Information Management System 3 a a a a a a a a PIMS Process Information Management System 3 a a a a a PLS (DCS, PAS) Prozessleitsystem (Distributed Control System, Process Automation System) 2 a a a a a 3.1. Batch-Prozesse Chargenanalyse Auswertung von Chargenaufzeichnungen (z. B. Golden Batch) 3 a a a a a a a EBR Electronic Batch Record 3 a a a a a Leitstand Überwachung und Führung der Disposition 3 a a a a a Rezept-Editor Erstellung von Rezepten 2/3 a a a (inkl. RA Recipe Authoring) Rezeptsteuerung Koordination von Rezeptabläufen 2/3 a a a a a a a WD Weighing & Dispense 3 a a a a 3.2. Konti-Prozesse BMA Blending and Movement Automation 2/3 a a a a a a a a a BPC Blend Property Control 2/3 a a a a BRC Blend Ratio Control 2 a a LP Model Linear Programming Model 3 a a a a a RPMS Refinery and Petrochem Modelling System 3 a a a a a a 3.3. Abfüllen und Verpacken LMS Line Monitoring System (Verpackungslinien) 2/3 a a a a a Tabelle 1: Einordnung typischer MES-Module und MES-verwandter Begriffe 18 19

11 4 Typische MES-Module und verwandte Begriffe 4 Typische MES-Module und verwandte Begriffe 4.2 Kurze Beschreibung typischer MES-Module und MES-verwandter Begriffe CMMS DCA/EDM EAA/EWI KPI MM OM EMI ERP OEE Industrie allgemein CMMS Computerised Maintenance Management System Ein CMMS dient zur Verwaltung, Planung, Steuerung und Überwachung von instandhaltungsrelevanten Daten, Kapazitäten, Aufträgen sowie der zugehörigen Kosten und Kennzahlen. DCA / EDM Document Control & Archiving / Elektronisches Dokumentenmanagement System oder MES-Modul zur Bearbeitung, Verwaltung, Ablage und Nutzung jeder Art zu verwaltender Dokumente. Wesentliche Funktionen sind: elektronische Speicherung, nutzerrechtebasierter Zugriff auf die Dokumente, Organisation des Dokumenten-Workflows entsprechend Dokumenttyp, -status und festgelegtem Bearbeitungszyklus sowie Archivierung der Dokumentversionen und ihrer Historie. EAA / EWI Elektronische Arbeitsanweisung / Electronic Work Instruction In einer elektronischen Arbeitsanweisung wird festgelegt, bei welcher Anlage bzw. welchem Ereignis / Zweck, unter welchen Randbedingungen, durch welches Personal und mit welchen Mitteln Aktionen in definierter Weise auszuführen und zu dokumentieren sind. EMI Enterprise Manufacturing Intelligence EMI ist ein Begriff, der ein Softwaresystem beschreibt, welches die in einem Unternehmen in unterschiedlichen Systemen verteilten, produktionsrelevanten Daten zusammenführt und aufbereitet. ERP Enterprise Resource Planning Ein ERP-System ist ein betriebswirtschaftliches IT-System für die Systemintegration der finanz- und warenwirtschaftlichen Geschäftsprozesse. Es wird eingesetzt, um Teilprozesse der strategischen Planung, Produktion und Distribution bis hin zur Auftragsabwicklung und zum Bestandsmanagement zu steuern und zu beobachten. KPI Key Performance Indicator KPIs sind leistungsbezogene, betriebswirtschaftliche Kenngrößen, welche Aussagen über den bisherigen Erfüllungsgrad wichtiger Zielsetzungen bzw. kritischer Erfolgsfaktoren liefern. MM Material Management Unter Material Management versteht man die Planung und Steuerung des Materialflusses in der Produktion sowie den damit verbundenen Informationsfluss. Die Materialdaten werden i.d.r. vom ERP / WMS übernommen und für die Verwaltung und das Handling des Materialbestandes in der Fertigung verwendet. Wichtige Teilfunktionen sind Identifikation, Katalogisierung, Bestimmung, Planung, Beschaffung, Qualitätskontrolle, Verpackung, Lagervorschriften usw. OEE Overall Equipment Effectiveness OEE ist eine Kennzahl, welche die Gesamtanlageneffektivität von technischen Anlagen erfasst. Die OEE- Kennzahl wird in Prozent ausgedrückt und ist ein Maß für die tatsächliche Auslastung einer Anlage gegenüber ihrer theoretisch möglichen Auslastung. Manufacturing OEE errechnet sich als Produkt aus den Faktoren der zeitlichen Verfügbarkeit, der Anlagenleistung sowie der erzielten Qualitätsmenge gemäß der vorgegebenen Spezifikation. Bezugsgröße für Manufacturing OEE ist immer die dem Produktionsplaner maximal zur Verfügung stehende Brutto- Produktionszeit. Hingegen berücksichtigt Business OEE als weiteren Multiplikator den Planungsfaktor, also die geplante Nicht-Belegung einer Anlage, und wird immer auf die gesamten Jahresstunden bezogen (8.760 h). OM Order Management (Produktionsaufträge) Das Order Management oder auch Auftragsmanagement dient zur termin- und mengengerechten Ressourcenbeschaffung für die Gewährleistung der bedarfsgerechten Ausführung von Produktionsaufträgen. PAMS Plant Asset Management System Ein Plant Asset Management System ist eine spezielle Software, die insbesondere zur Verwaltung und Online-Überwachung von anlagennahen Vermögensgütern der Produktion eingesetzt wird. Hierzu gehören insbesondere Maschinen, Feldgeräte und die zugehörige Hardware und Software. PAMS ermöglichen es, durch Online-Informationen in Echtzeit die Wartung und Inspektion der Anlagengüter zustandsorientiert zu organisieren. Die Grundkonzepte des Plant Asset Management sind gleichermaßen für die Prozess- und Fertigungsindustrie gültig. PEP / PRM Personaleinsatzplanung / Personnel Resource Management Aufgabe der Personaleinsatzplanung ist die Verwaltung vorhandener Personalressourcen sowie ihre rationelle, den zeitlichen und inhaltlichen Anforderungen der Aufgabenstellungen und Fähigkeiten entsprechende Zuordnung zu Tätigkeiten. PLM Product Lifecycle Management Das Product Lifecycle Management (PLM) dient dazu, produktrelevante Daten technischer, kaufmännischer und administrativer Natur über den gesamten Lebenszyklus hinweg zu erfassen und für die unterschiedlichen Phasen bereitzustellen. PPS Production Planning and Scheduling Im deutschsprachigen Raum wird die Abkürzung PPS mit Produktionsplanungs- und -steuerungssysteme bezeichnet. Darunter werden computergestützte Systeme verstanden, die zur operativen Planung und Steuerung des Produktionsgeschehens in Industriebetrieben verwendet werden. QMS / QA Quality Management System / Quality Assurance Ein QMS dient zur Verbesserung von Produkten und Prozessen. Es legt Verfahren fest, die zur Erreichung der Produktqualität notwendig sind. Die Qualitätssicherung (QA) sorgt für die Einhaltung der vom Qualitätsmanagement festgelegten Maßnahmen, die für bestimmte Bereiche auch gesetzlich vorgeschrieben sein können. SCADA Supervisory Control and Data Acquisition SCADA-Systeme sind Softwaresysteme zur Überwachung und Steuerung technischer Prozesse, die Prozessabläufe visualisieren, Daten über den Prozessverlauf registrieren und die Möglichkeit zur Anlageund Prozessbedienung bieten. Der Zugang zum Prozess erfolgt über unterlagerte Steuerungstechnik. SCM Supply Chain Management Mit Hilfe des Supply Chain Managements (SCM) werden Netzwerke für die Logistik organisatorisch und informationstechnisch über die gesamte Wertschöpfungskette vom Lieferanten über die Fertigung bzw. Produktion bis hin zum Endkunden gesteuert und koordiniert. Ziel von Supply Chain Management ist es, die Teilprozesse entlang der Lieferkette effektiver zu gestalten und Geschäftsprozesse zwischen Lieferanten, Herstellern, Kunden und Logistik-Dienstleistern zu koordinieren. SPC Statistical Process Control Bei Einsatz von SPC (Statistische Prozessführung) erfolgt die Führung und Optimierung des Prozesses auf Basis statistischer Kenngrößen. SQC Statistical Quality Control Bei Einsatz von SQC wird die Einhaltung von Qualitätsvorschriften auf Basis der Ergebnisse regelmäßig entnommener Stichproben überwacht. Die SQC zugrundeliegenden Verfahren bestimmen dynamisch die zu entnehmenden Stichprobenmengen und -intervalle. T&T Tracking and Tracing Tracking and Tracing steht allgemein für die Identifizierung und von Produkten, sei es in der Produktion, der Qualitätssicherung oder in der Versandlogistik. Schwerpunkt in der Produktion ist die Feststellung, in welchem Produktionsschritt oder -zustand sich ein Produkt gerade befindet, inklusive einer eventuellen örtlichen Bestimmung. Im Bereich der Qualitätssicherung steht die Einhaltung von Produktionsvorgaben im Vordergrund, insbesondere für sicherheits- und gesundheitsrelevante Aspekte

12 4 Typische MES-Module und verwandte Begriffe 4 Typische MES-Module und verwandte Begriffe Tracking and Tracing ist eine wesentliche Voraussetzung für die Rückverfolgung von Teilen (Rückrufaktionen) und Chargen (Lebensmittel, Pharma). WMS Warehouse Management System Ein Warehouse Management System ist ein IT-System zur mengen- und wertmäßigen Erfassung und Bewirtschaftung von Waren. Zur Bestandsführung und Erfolgssteuerung umfasst es Bereiche wie Bestellwesen, Wareneingang, Warenausgang, Disposition, Rechnungslegung und -kontrolle sowie Kassenabwicklung Fertigungsindustrie (Großserien- und Einzelfertigung) BDE Betriebsdatenerfassung Die Betriebsdatenerfassung (BDE) dient zur Erfassung von Ist-Daten / aktuellen Zuständen (z. B. Auftrags zuständen, produzierten Mengen wie Stückzahlen, Volumina, Gewichten, Qualitätsdaten etc.) über laufende Prozesse. CKM Car Kit Management CKM ist ein Begriff aus der Endmontage von Automobilen und steht für eine Kommissionierstrategie, bei der die benötigten fahrzeugspezifischen Montageteile zu Beginn in einen Warenkorb kommissioniert werden. Dieser begleitet das Fahrzeug durch die Endmontage und enthält die richtig vorkommissionierten Teile, die an den verschiedenen Montagetakten eingebaut werden. Die, häufig in Verbindung mit Maschinenleitständen, ist ein Werkzeug zur detaillierten Planung und Durchführung von Fertigungsaufträgen. Berücksichtigt werden Randbedingungen, wie z. B. technologische Reihenfolgen, optimierte Rüstzeiten und wirtschaftliche Produktionsmengen. Die dient zur Optimierung der Maschinenauslastung, zum rechnergestützten Umplanen bei Änderungen (Meister- oder Expressaufträge), zur übersichtlichen Darstellung und Prozessführung und damit zur Durchsetzung zeitgerechter und optimierter Produktionsdurchläufe. swerkzeuge kommen hauptsächlich in der Einzelfertigung, aber auch in der Serienfertigung bei nicht verketteten Anlagen zum Einsatz. GEN Genealogie Die Produktrückverfolgbarkeit ist dadurch gekennzeichnet, dass zu einem Endprodukt alle Teile, die verbaut wurden, bzgl. ihres Herstellers, ihrer Entstehung oder allgemein ihrer spezifischen Eigenschaften zurückverfolgt werden können. Diese Rückverfolgung wird auch Tracing genannt. JIS / JIT Just in Sequence / Just in Time JIT (Just in Time) steht für die zeitlich möglichst genau berechnete Zulieferung von Montageteilen direkt an das Montageband bzw. den Verbauort. Der Zulieferer verpflichtet sich, innerhalb eines vorausberechneten Zeitfensters zu liefern. Durch JIT werden größere Lagermengen und Lagerungszeiten vermieden und damit Logistikkosten optimiert. JIS (Just in Sequence) ist die Weiterentwicklung von JIT und steht für die Anlieferung von Montageteilen an das Montageband bzw. den Verbauort in der richtigen Reihenfolge. So werden z. B. in der Endmontage von Automobilen die Außenspiegel farblich in der Reihenfolge angeliefert, wie die Sequenz der unterschiedlich lackierten Fahrzeuge gebildet wurde. KBM Kanban Management Kanban ist ein einfaches, sehr effizientes auf Karten oder Etiketten (daher der Name) basierendes Verfahren für die Produktions- und Logistiksteuerung. Es wurde Anfang der 50er Jahre im Rahmen und als Teil des Toyota-Produktions-Systems entwickelt. Unter Kanban versteht man ein Steuerungsverfahren, mit dem verbrauchtes Material nach dem Verbrauchs steuerungsprinzip (Pull-Prinzip) nachgeliefert wird. Die Produktionssteuerung oder Materialbereitstellung bei Kanban orientiert sich damit ausschließlich am Verbrauch im Produktionsablauf. Die Karten sind Basiselement dieser Steuerungssystematik und dienen der Informationsweiterleitung. Mit den Kanban-Regelkreisen kann eine erhebliche Reduktion von Materialbeständen in der Produktion bei gleichzeitiger Erhöhung der Liefertreue erreicht werden. Die Weiterleitung der physischen Karten wird heute zunehmend durch die computergestützte Weiterleitung der Information ersetzt. Dies wird häufig auch als ekanban bezeichnet. MDE Maschinendatenerfassung Die Maschinendatenerfassung dient zur Erfassung aktueller Informationen über Parameter, Produktionskennzahlen, Zustände und Laufzeiten einer Maschine. Diese Informationen werden zur Planung und Steuerung von Produktionsaufträgen verwendet. PMC Production Monitoring and Control Die Produktionsüberwachung und -führung wird im Deutschen auch mit dem Begriff Prozessführung zusammengefasst. Hierunter versteht man dynamische, echtzeitfähige Systeme, die sämtliche produktionsrelevanten Daten wie Stückzahlen, Prozessparameter, Anlagen- und Maschinenzustände etc. erfassen und verarbeiten. Unter Einbezug der von PPS stammenden Vorgaben werden bei unzulässigen Ab - weichungen oder Störungen zielkonforme Reaktionen ausgelöst. Je nach Automatisierungsgrad werden Daten direkt an unterlagerte Systeme übertragen oder resultieren in entsprechende Anweisungen an das Personal (z. B. Sollwertvorgaben, Ausschleusungen, Abschaltungen etc.). RTLS Real Time Locating System RTLS ist ein System, das es ermöglicht, Objekte (z. B. Fahrzeuge), die mit Transpondern ausgestattet wurden, über mehrfache Abstandmessung oder eine mehrfache Winkelmessung (Triangulation) in Echtzeit zu lokalisieren. Der Vorteil eines RTLS liegt darin, dass zu jedem Zeitpunkt die Position von z. B. Fahrzeugen oder Stahlcollies angegeben werden kann und Nacharbeitsprozesse oder Logistikprozesse optimiert werden können. Ein weiterer Anwendungsfall ist die automatische und eindeutige Zuordnung einer Verschraubung zu einem Fahrzeug durch die automatisierte Identifizierung von Schrauber und Fahrzeug. RWM Rework Management RWM ist immer Bestandteil eines Quality Managements und schließt die Organisation der Nacharbeit zur finalen Fertigstellung des einzelnen Produktes ein. Zur Durchführung von RWM müssen das Endprodukt, Arbeitsbereiche, Ersatzteile, Mitarbeiter und Qualitätsprüfungen eingeplant werden. Sequencing (Reihenfolgeplanung) Die Reihenfolgeplanung dient zur Festlegung, welches Produkt wo produziert wird (Maschinenbelegung), in welcher Reihenfolge die Produkte oder Chargen bearbeitet werden (Reihenfolgeplanung) und wann dieses Produkt produziert wird (Zeitplanung). Im Falle einer Störung kann dank der Reihenfolgeplanung die Bearbeitungsreihenfolge so geändert werden, dass die Auswirkung der Störung minimiert wird Prozessindustrie allgemein AM Alarm Management Spektrum an Methoden, Funktionen und Werkzeugen zur Vermeidung abnormaler Anlagenzustände sowie zur Unterstützung des Operators bei deren Handhabung und Beherrschung. APC Advanced Process Control Bei APC handelt es sich um Regelungsstrukturen zur wirtschaftlichen Prozessführung und zielgerichteten Prozessoptimierung von häufig multivariablen oder diskreten Zusammenhängen in Anlagen oder Teilanlagen durch Ergänzung der Basisregelung in einem typischerweise hierarchischen Konzept. Funktionen und Werkzeuge reichen von einfachen Basiserweiterungen wie Feedforward- oder Kaskadenstrukturen über die dynamische Entkopplung von Interaktionen bis zu modellbasierten Mehrgrößenreglern oder Optimierungen durch Prozesssimulation. Typische Module sind daher unter anderen MPC (Model based Predictive Control), RTO (Real Time Optimization), NLC (Non-Linear Control), SPC (Statistical Process Control) und Soft-Sensoren. LIMS Laboratory Information Management System Ein Laborinformations- und Managementsystem (LIMS) dient zur Planung, Steuerung, Auswertung und Archivierung von Laboraufträgen. Es unterstützt typischerweise Funktionen wie die Stammdatenverwaltung, die Auftrags- und Probenregistrierung, die Festlegung des Untersuchungsumfangs, die Verteilung der Proben- und Aufgaben auf Arbeitsplätze, die Ergebniserfassung, die Datenauswertung und Berichterstellung sowie die Freigabe der Daten

13 4 Typische MES-Module und verwandte Begriffe 4 Typische MES-Module und verwandte Begriffe PIMS PLS (DCS/PAS) Batch Analysis MES BRC ERP BMA EBR PIMS Process Information Management System Ein Process Information Management System (PIMS) dient zur Sammlung, Integration, Aufbereitung, Archivierung und Berichterstellung sowohl von aktuellen als auch von historischen Informationen über den Produktionsprozess. Es ermöglicht die zentrale Konsolidierung von Produktionsdaten, liefert Informationen für die Produktionskennziffernberechnung und ermöglicht die Nachverfolgbarkeit von Produktionsabläufen. PLS (DCS / PAS) Prozessleitsystem (Distributed Control System / Process Automation System) Ein Prozessleitsystem (engl. Distributed Control System) dient zum Leiten verfahrenstechnischer Prozesse. Es besteht im Wesentlichen aus prozessnahen Komponenten zur Ausführung der eigentlichen Steuerungs- und Regelungsaufgaben, aus Anzeige- und Bedienkomponenten sowie aus Engineeringkomponenten Prozessindustrie: Batch Batch Analysis / Chargenanalyse Auswertung von Produktionschargen Es handelt sich dabei um eine Software als Teil eines MES oder PLS zur Beurteilung und Auswertung von Produktionsverlauf, Ausbeute und Qualität einer Charge. Typische Funktionen sind: Ermittlung und Anzeige von Kenngrößen, qualitätsrelevanten Abweichungen und Vergleich mit anderen Chargen bzw. mit einem Golden Batch. EBR Electronic Batch Record Ein EBR ist ein elektronisch und automatisiert erstelltes Chargenprotokoll, das die Herstellung einer Charge dokumentiert und die dazu notwendigen, ausgewählten Rezept-Daten, Ist-Daten und Ereignisse enthält. Es handelt sich dabei um eine Software als Teil eines MES, welche die Definition, Erstellung, Verwaltung und Speicherung von EBRs ermöglicht. Leitstand Ein Leitstand stellt ein MES-Modul zur von Produktionsaufträgen in Betrieben der Prozessindustrie sowie zu deren Umsetzung und Zustandsvisualisierung dar. Leitstände verfeinern die längerfristigen Planungsvorgaben, z. B. aus ERP-Systemen, unter Nutzung von Informationen der Betriebsdatenerfassung. Zu den Aufgaben einer Leitstandssoftware gehören auch die Erfassung und der benötigten Stoffe und Einrichtungen (MT Material Tracking und ET Equipment Tracking). Die grafische Visualisierung eines Leitstandes erfolgt häufig mittels des Gantt-Charts, in dem die geplante und aktuelle Belegung der Einrichtungen über der Zeitachse dargestellt und dynamisch aktualisiert wird. Die Realisierung eines Leitstands kann als manuelle Plantafel, als eigenständiges Softwarepaket oder als integriertes Modul einer umfassenderen Software zur Betriebsführung vorliegen. In einigen Industriebereichen wird der Begriff Leitstand auch als Synonym für die Leitwarte bzw. Messwarte verwendet. In dieser Bedeutung bezeichnet der Begriff den Ort oder das Gebäude für die Überwachung und Führung von Prozessen oder allgemeinen technischen Einrichtungen. Allerdings ist dieser Bedeutung des Begriffes keine MES-Funktion zuzuordnen. Rezept-Editor, RA Recipe Authoring Ein Rezept-Editor ist eine Software als Teil eines MES oder PLS zur Erstellung und Verwaltung von Rezepten als Vorschriften zur Herstellung von Produkten nach vorgegebenen Verfahren. In den Rezepten wird beschrieben, was zur Durchführung des Verfahrens benötigt wird und in welcher Reihenfolge die Prozessschritte unter welchen Prozessbedingungen ausgeführt werden. Je nach Automatisierungsgrad der Anlage bestehen Rezepte aus Arbeitsanweisungen für die Bediener (auf Papier oder elektronisch) und/oder aus Steueranweisungen für die automatisierte Abarbeitung durch eine Rezeptsteuerung, die meist auf unterlagerte Automatisierungsfunktionen eines PLS zugreift. Rezeptsteuerung / Batch Execution Die Rezeptsteuerung ist eine Software als Teil eines MES oder PLS, welche die automatische Abarbeitung von Rezepten in Form von elektronischen Arbeits- oder Steueranweisungen für unterlagerte Automatisierungsfunktionen ermöglicht. WD Weighing & Dispense / Wiegen & Verteilen WD bezeichnet das Abwiegen, die Bereitstellung, die Verteilung und die Zugabe von meist manuell zugegebenen Einsatzstoffen entsprechend den Vorgaben des Rezepts. Die in mobilen Containern, Fässern oder Säcken abgewogenen und gekennzeichneten Gebinde werden an den Zugabestellen bereitgestellt und müssen zum richtigen Zeitpunkt den dafür vorgesehenen Chargen zugegeben werden. MES-WD-Software leitet und dokumentiert diese kritischen Abläufe Prozessindustrie: Kontinuierliche Prozesse / Petrochemie BMA Blending & Movement Automation BMA ist eine Software zur Planung und optimalen Führung eines Mischbetriebs sowie der erforderlichen Transfers in einer Raffinerie mit dem Ziel, die Profitabilität der Anlage in diesem Bereich zu erhöhen und Grenzfälle zu minimieren. Die Werkzeuge planen und überwachen Zielvorgaben, berücksichtigen Bestandsgrenzen, stellen Dispositionspläne und Produktspezifikationen bereit, führen gleichzeitig Datenanalysen durch oder legen Leistungsindikatoren (KPIs) fest. BPC Blend Property Control Dabei geht es um die Führung und Optimierung der Inline-Mischprozesse von Raffinationskomponenten zu spezifikationsgerechten Vertriebsprodukten nach vorgegebenen Qualitätskriterien unter Beachtung der Mischvorgaben, der Zusammensetzung der Mischkomponenten sowie verfügbarer Kapazitäten und Einrichtungen. BRC Blend Ratio Control Dabei handelt es sich um die direkte Steuerung der Prozesse beim Mischen von Raffinationsprodukten nach manuellen oder qualitätsgeführten Vorgaben. LP Model Linear Programming Model Ein LP-Modell beschreibt einen modellierten Satz linearer Gleichungen bzw. Ungleichungen zur Beschreibung der Abhängigkeit verschiedener Variablen in Bezug auf eine Zielfunktion sowie eine Methodik zur Lösung des Systems. RPMS Refinery & Petrochem Modelling System Ein RPMS ist ein System zur Erstellung und von LP-Modellen für die (langfristige) Planung in Raffinerien und petrochemischen Anlagen Abfüllen und Verpacken LMS Line Monitoring System Line Monitoring Systeme sind MES-Module zur Erfassung und Überwachung von Betriebsdaten in Abfüllund Verpackungsanlagen sowie abfüllnahen Prozessen. Häufig sind mit einem LMS zusätzlich eine und Visualisierung von Performance-Kennzahlen über den Zustand der Linie oder Anlage verbunden. Typische Kenngrößen sind dabei Durchlaufzeiten, Produktionsmengen, Nutzungsgrad, Störzeiten, Störursachen oder Packungsverluste

14 5 Einsatz, Zweck und Umfeld von MES-Werkzeugen am Beispiel charakteristischer Applikationsfelder 5.1 Pharmazeutische Wirkstoffproduktion 5 Einsatz, Zweck und Umfeld von MES-Werkzeugen am Beispiel charakteristischer Applikationsfelder 5.1 Pharmazeutische Wirkstoffproduktion Nachdem in den vorstehenden Kapiteln der Versuch unternommen wurde, MES-Werkzeuge branchenneutral anhand der Norm IEC und der VDI-Richtlinie 5600 in eine allgemeine Prozesslandschaft einzuordnen, werden in diesem Kapitel einige branchenspezifische Ausprägungen beispielhaft dargestellt. Damit soll im Wesentlichen zwei Aspekten Rechnung getragen werden: 1. Die heute den Manufacturing Execution Systems zugeordneten Lösungen sind über mehrere Jahre organisch in unterschiedlichen Einsatzbereichen gewachsen. Hierbei haben sich nicht nur signifikante Unterschiede zwischen den beiden industriellen Hauptrichtungen Fertigungsindustrie und Prozessindustrie entwickelt, sondern auch innerhalb dieser Hauptrichtungen haben sich spezielle, applikationsspezifische Ausprägungen etabliert. Diesen in der Historie begründeten Entwicklungen soll hier Beachtung geschenkt werden. 2. Trotz der zuvor erwähnten Unterschiede ist es sinnvoll, die auf MES bezogenen, branchenspezifischen Ausprägungen in der Struktur des Prozessmodells der IEC darzustellen. Auch auf der Ebene der MES-Werkzeuge ist festzustellen, dass sich mit zunehmender Reife der Lösungen Systematiken herauskristallisieren, die über mehrere Einsatzbereiche hinweg Gültigkeit haben. Diese Entwicklung ist insofern kein Sonderfall, als sich auf der Ebene der prozessnahen Automatisierungskomponenten (SPS / PLS) in den letzten Jahren viele sowohl in der Fertigungs- als auch in der Prozessindustrie gemeinsam genutzte Funktionen in Form von Software- und Hardware-Komponenten etabliert haben. Außerdem finden sich vormals streng getrennte Produktlinien heute in beiden industriellen Hauptrichtungen wieder. Zur Orientierung des Lesers sind die nachstehenden Kapitel unterteilt in eine allgemeine Beschreibung des jeweils typischen Betriebsablaufs sowie in eine tabellarische Übersicht der einzelnen, durch MES- Werkzeuge unterstützten Betriebsaktivitäten in den Bereichen Produktion, Qualität, Instandhaltung und Lagerhaltung. Die Beschreibung des allgemeinen Betriebsablaufes erhebt dabei nicht den Anspruch, die Prozessketten und Abhängigkeiten einer realen Produktion vollständig wiederzugeben. Vielmehr sollen die wesentlichen Eigenschaften der jeweiligen Branche einfach, überschaubar und charakteristisch skizziert werden, um die anschließende Beschreibung von MES-Werkzeugen in deren Funktions- und Einsatzweise einordnen zu können. Pharmazeutische Wirkstoffe für Arzneimittel werden in verfahrenstechnischen Prozessen (Extraktion pflanzlicher Wirkstoffe, chemische Synthese oder biotechnologische Fermentation) erzeugt und unterliegen in ihrem Herstellungsprozess behördlichen Auflagen, die allgemein unter dem Begriff Gute Herstellpraxis (cgmp: current Good Manufacturing Practices) zusammengefasst werden. Im Folgenden sollen am Beispiel einer chemischen Wirkstoffproduktion in einer flexiblen Mehr produktanlage mit automatischer Rezeptsteuerung die betrieblichen Anforderungen und Möglichkeiten des Einsatzes von MES-Werkzeugen aufgezeigt werden. Der Schwerpunkt liegt dabei auf dem Produktionsmanagement Allgemeine Beschreibung des typischen Betriebsablaufs Die Produktion wird ausgehend vom im ERP-System verwalteten und geplanten Bedarf an pharmazeutischen Wirkstoffen in Produktions kampagnen organisiert. Bild 6: Integrierte Rezepterstellung und Verwaltung für MES (grün) und PAS (blau) in einem Rezept-Editor des MES Bild 7: Bedienerführung bei der Materialverwiegung nach Rezept über mobile oder fest installierte Bedienterminals Für jedes Produkt sind Produktions rezepte vorhanden oder müssen im Fall der Neueinführung erstellt werden. Die Produktionsrezepte basieren je nach Automatisierungsgrad der Anlage entweder auf Fahr anweisungen für den Bediener oder auf verfahrenstechnischen Grundfunktionen (nach NAMUR NE33 bzw. ISA S88), deren technische Umsetzung in dem Prozess automatisierungssystem (PAS) erfolgt (Bild 6). Die Rezepturen enthalten neben Einsatzstoffmengen und verfahrenstechnischen Steuerungs para metern auch Anforderungen an die Anlagenverschaltung, Arbeitsanweisungen für manuelle Arbeitsschritte (SOPs: Standard Operating Procedures), Sicher heitshinweise für den Umgang mit Gefahrstoffen und die Anforderungen an die Qualitätskontrolle durch Probenahmen (IPC: In Process Control, PM: Process Monitoring). Die Rezepturen unterliegen entsprechend cgmp der Versionskontrolle und bedürfen verschiedener Freigaben durch die Produktionsleitung und Qualitätssicherung. Die Produktionsplanung erfordert: a) die Auswahl und Belegung der erforderlichen Prozessausrüstung (Dosiergefäße, Reaktoren, Abfüllstationen etc.), die Planung und Belegung der notwendigen flexiblen Anlagenverschaltungen sowie die Bereitstellung von mobilem Equipment. b) die Prüfung der Verfügbarkeit von geeignetem Personal, das die für das Produkt notwendigen Unterweisungen über SOPs und den Umgang mit Gefahrstoffen erhalten hat. c) die Prüfung der Verfügbarkeit der notwendigen Einsatzstoffe zum geplanten Zeitpunkt. d) die Aufteilung der Kampagne in einzelne Produktionschargen. e) die Erzeugung von Einwaage- und Transportaufträgen für einzelne Gebinde von Einsatzstoffen, die über Big-Bags oder Fässer durch manuelle Operationen dem Prozess zugeführt werden. f) die Erzeugung von Prüfaufträgen für das Labor für IPC- und PM-Proben. Die Produktionsvorbereitung erfordert: a) Prüfen, ob das geplante Equipment gereinigt zur Verfügung steht oder ob z. B. der Status Gereinigt durch Zeitüberschreitung wieder verfallen ist und eine erneute Reinigung vor Benutzung notwendig ist. Dokumentation des Equipment-Status. b) Herstellen der flexiblen Anlagenverschaltungen und Einbau von mobilem Equipment. Prüfung und Dokumentation der Verschaltung im Sinne der Qualitätssicherung. Die Produktionsdurchführung erfordert: a) Herstellen der einzelnen Produktionschargen entsprechend dem Produktionsrezept entweder durch manuelle Bedienung gemäß der Fahranweisung des Rezeptes oder durch automatisierte Rezepturfahrweise mittels PAS. Dabei ist die cgmp-gerechte Dokumentation Wer hat was, wann ausgeführt erforderlich. b) cgmp-gerechte Dokumentation der qualitätsrelevanten Prozessgrößen zum Nachweis der Produktion der Charge entsprechend den in der Zulassung des Wirkstoffes festgelegten Kenngrößen. c) cgmp-gerechte Einwaage (Bild 7), Dokumentation, Kennzeichnung und Transport der Einsatzstoff- Gebinde zum richtigen Zeitpunkt an die richtige Stelle in der Anlage. d) Einfüllen des richtigen Gebindes in die vorgesehene Produktionscharge zum richtigen Zeitpunkt im Prozess. Dies muss cgmp-gerecht erfolgen, d.h. entweder nach dem Vier-Augen-Prinzip oder durch automatisierte Prüfung z. B. über Barcode. e) Probenahmen und Bearbeitung der Prüfaufträge. Die Produktionsauswertung erfordert: a) schnelles und zeitnahes Erkennen von qualitätsrelevanten Abweichungen einer Charge für eine schnelle Chargenfreigabe durch QA. b) weitere betriebliche Auswertungen z. B. zur Minimierung der Varianz von Chargendauer und Ausbeute der Chargen. Ökonomischer Hintergrund: Pharmazeutische Wirkstoffe sind im Allgemeinen hochwertige Produkte. Der Verlust einer Charge kann weit in den sechsstelligen Eurobereich gehen

15 5 Einsatz, Zweck und Umfeld von MES-Werkzeugen am Beispiel charakteristischer Applikationsfelder 5.1 Pharmazeutische Wirkstoffproduktion Betriebsablauf unterstützt durch MES Funktionen Bereiche Produktion Qualität Instandhaltung Lagerhaltung Mitarbeiter Planung des Schulungsbedarfs: Welcher Mitarbeiter hat welche Schulung? Wie lange ist die Schulung gültig? Wann muss sie wiederholt werden? Verbindung zum : Welche Arbeitsanweisungen (SOPs) existieren und welche Mitarbeiter müssen darin geschult werden? Wann ist welcher Mitarbeiter verfügbar (Schicht- und Urlaubsplanung)? Verbindung zur und zum : Hat der Mitarbeiter, der eine cgmp-relevante Tätigkeit ausführen soll, die entsprechende Berechtigung bzw. Schulung? Prozessausrüstung Teilanlagen-Klassen und ihre generellen Eigenschaften (Typ: Reaktor, Vorlage, Zentrifuge ; Ausrüstungszustände: gereinigt, benutzt, in Wartung ) Teilanlagen und ihre speziellen Eigenschaften (Ausrüstungsgrenzen: Volumen, Temperatur, Druck ; Material: Stahl, Glas, Teflon ; spezielle Einrichtungen: mit/ohne Dosiergefäß ) allgemeine Prozessressourcen wie Heiz-, Kühlmedien, Stickstoff, Vakuum, Abluftwäscher etc. und ihre Kapazitäten feste und flexible Anlagenverschaltungen Mitarbeiter Schulung und Qualifikation des Personals Verfügbarkeit des Personals Prüfgeräte Prüfgeräte Verfügbarkeit, Kalibrierzyklen, Wartungspläne Prüfmittel Bestand und Verfallsdaten der erforderlichen Prüfmittelpläne Mitarbeiter Schulung und Qualifikation des Personals Verfügbarkeit des Personals Betriebsmittel und Instrumentierung Typen, Anzahl und Status Werkzeuge und Kalibriermittel Typen, Anzahl und Status Ersatzteile und Betriebsstoffe Benötigte Typen und deren Bestand Wartungsverträge Fremdvergabe von Wartungsaktivitäten Mitarbeiter Schulung und Qualifikation des Personals Verfügbarkeit des Personals Materialien Material, Menge, Status Läger Läger, ihre Art, Kapazität und Belegung Betriebsmittel und Verpackungsmaterial Waagen Behältnisse und Verpackungen (Container, Fässer, Big-Bags ) Transportmittel cgmp-gerechte Dokumentenerstellung, Freigabe und Kontrolle Produktions- und Reinigungsrezepte (Definition der automatisierten Rezeptabläufe im PAS bzw. Zugriff auf im PAS hinterlegte Rezepte und Definition von Elektronischen Arbeitsanweisungen mit Link zu SOPs für manuelle Tätigkeiten) Arbeitsanweisungen (SOPs) Sicherheitsanweisungen cgmp gerechte Erstellung, Freigabe und Kontrolle Prüfmethoden Prüfvorschriften und zulässige Toleranzen Prüfpläne Erstellung, Quantifizierung, Freigabe und Kontrolle Wartungspläne Prüfvorschriften Kalibrierzyklen Erstellung, Freigabe und Kontrolle Materialien, Stati, Lager- und Transportbedingungen, Mindestbestände Anweisungen zum Umgang mit Gefahrstoffen Arbeitsanweisungen Spezifikation der zulässigen Verpackungen Definition und Planung von Produktionskampagnen Schnittstelle zum ERP-System zur Übertragung von Prozessaufträgen aus dem ERP-System Vorschlag und Auswahl der Anlagenbelegung entsprechend den Anforderungen der Rezeptur und der Verfügbarkeit zum geplanten Zeitpunkt Vorschlag und Auswahl der Anlagenverschaltung entsprechend der Anlagenbelegung und der Verfügbarkeit zum geplanten Zeitpunkt Hinweis auf Ressourcen- und Materialengpässe zum geplanten Zeitpunkt Soll-Ist-Vergleich der Produktion Planung der erforderlichen n für Wareneingänge, In-Process-Control und Produkt-Freigaben Soll-Ist-Vergleich Planung der zustandsabhängigen Inspektions- und Wartungsmaßnahmen Soll-Ist-Vergleich Planung des für die Produktion notwendigen Bestands an Material der Einwaage der erforderlichen Gebinde unter Berücksichtigung der Lagerzeit des Materials (FIFO) der notwendigen Transportvorgänge Soll-Ist-Vergleich Aktivitäten Auftragszuweisung für gestartete Produktionskampagnen Auftragszuweisung für das Rüsten der Kampagne Auftragszuweisung für die Einwaage der Einsatzstoff-Gebinde (Schnittstelle zur der Lagerhaltung) Auftragszuweisungen für die Abarbeitung der einzelnen Chargen der Kampagne (Schnittstelle zu PAS) Auftragszuweisung der Prüfaufträge für das Labor (Schnittstelle zur des LIMS) Auftragszuweisungen für eventuell notwendige Zwischenreinigungen (eventuell automatisiert über PAS) Auftragszuweisung für Kampagnenendreinigung (eventuell automatisiert über PAS) und Abrüsten Bedienung und Beobachtung der Produktionskampagnen Statusanzeige und Bedienung der Kampagnen, ihrer Chargen, Materialgebinde und Transportaufträge Abarbeitung von Elektronischen Arbeitsanweisungen Anzeige der im Rezept definierten elektronischen Arbeitsanweisung im Kontext des Chargenverlaufs Prüfung, ob der Mitarbeiter zur Ausführung berechtigt ist bei Zugabe von Gebinden: Prüfung der Gebindedaten (z. B. über Barcode) und Anzeige, ob das Gebinde eingegeben werden darf Auftragszuweisung der Prüfaufträge Durchführung der n Online-Zugriff auf Prüfaufträge und Prüfvorschriften Automatische oder manuelle Bearbeitung Dokumentation der Ergebnisse Rückmeldung an Produktion und Warenlager Auftragszuweisung der Wartungsaufträge Steuerung und Überwachung der Instandhaltungsaufträge Online-Zugriff auf Arbeitsaufträge, Wartungspläne, Dokumentation und Vorschriften Statusverfolgung Dokumentation der Ergebnisse Auftragszuweisung der erforderlichen Probenahmen bei Wareneingängen der Einwaage der erforderlichen Gebinde der notwendigen Transportvorgänge Durchführung von oder Bedienerführung bei Material-Einwaagen Transporten Freigabe oder Quarantäne von Materialien und Produkten Elektronische Datenaufzeichnung Aufzeichnung und Speicherung der Daten entsprechend den Anforderungen der US-Gesetzgebung: 21 Code of Federal Regulations (21 CFR Part 11): Electronic Records; Electronic Signatures Aufzeichnung aller MES-Ereignisse und Bedieneingriffe, die mit dem Verlauf einer Charge oder Kampagne zu tun haben Übertragung der Chargenereignisse (Bedienungen, Alarme, Berichtswerte) des PAS in die Chargendaten im MES bzw. Zugriff auf diese Daten über Daten-Connector bei der Erzeugung eines Elektronischen Batch Records Übertragung der daten des LIMS in die Chargendaten im MES bzw. Zugriff auf diese Daten über Daten-Connector bei der Erzeugung eines Elektronischen Batch Records Elektronischen Datenaufzeichnung Prüfauftrag und nergebnis Verantwortlicher Mitarbeiter Elektronischen Datenaufzeichnung Ausfallzeit Schadensbild Benötigte Arbeitszeiten Benötigte Ersatzteile Kosten des Instandhaltungsauftrags Folgekosten Produktionsausfall Elektronischen Datenaufzeichnung Materialdaten (Chargen-Nr., Menge, nwerte, Quarantäne-Status) Bestände und Lagerorte Verwendung und Status von mobilen Containern Durchführung von Transportaufträgen Automatische von Zustandsänderungen der Kampagnen, Chargen, Arbeits- und Transportaufträge und Anzeige in entsprechender Übersicht Rückmeldung von Materialverbräuchen und produzierten Produkten an das ERP-System Automatische von erledigten Prüfaufträgen Warnung, wenn nwerte außerhalb der Toleranz Erfassung der erledigten Instandhaltungsaufträge Qualifizierte Rückmeldung, Auftragsstatus Zuordnung Schadensursache Hinweise für zukünftige Verbesserungen und Schwachstellenbeseitigung Erfassung der erledigten Wareneingänge Warenausgänge Einwaagen Transportaufträge Erstellung von Elektronischen Batch Records Zeitlicher Ablauf der Charge Qualitätsrelevante Abweichungen Kurvenverläufe der qualitätsrelevanten Messungen Vergleich von Kurvenverläufen von Chargen mit einem Goldenen Batch Statistische Auswertungen (Varianz der Chargendauer, Ausbeute etc.) Material Tracking und Material-Genealogie Übersicht: Welche Einsatzstoffe wurden in einer Charge verwendet? Übersicht: In welchen Chargen wurde ein bestimmter Einsatzstoff verwendet? Erstellung von Statistischen Auswertungen KPIs (Ausbeute, Durchlaufzeiten, Ausschuss, Nacharbeit, Nutzungsgrad, Ressourcenverbrauch, Kosten) Erstellung von Statistischen Auswertungen KPIs (Nutzungsgrad, Durchlaufzeiten, Ressourcen-Verbrauch, Kosten) Varianz der Qualitätsdaten Optimierung der Prüfpläne Erstellung von Statistischen Auswertungen KPIs (Nutzungsgrad, Reparaturzeiten, Ressourcenverbrauch, Kosten) Technische Anlagenverfügbarkeit Zuverlässigkeit von Bauteilen Optimierung der Wartungspläne und -intervalle Erstellung von Statistischen Auswertungen KPIs (gebundenes Kapital, Umschlagszeiten, Verweildauer in Quarantäne, Kosten) Optimierung der Mindestbestände und Packungseinheiten Bewertung von Lieferanten Tabelle 2: MES-Module für die Aktivitäten in der pharmazeutischen Wirkstoffproduktion gemäß Prozessmodell 28 29

16 5 Einsatz, Zweck und Umfeld von MES-Werkzeugen am Beispiel charakteristischer Applikationsfelder 5.2 Nahrungsmittel Brauereiindustrie 5.2 Nahrungsmittel Brauereiindustrie Die Brauereibranche zeichnet sich durch unterschiedlich große Betriebe aus. Von der kleinen Gasthausbrauerei mit ca hl Jahresproduktion ( Flaschen zu 0,5 l) über die größten Anlagen in Deutschland mit einer Produktionskapazität von ca. 5 Mio. hl / a bis hin zu Anlagen weltweit mit bis zu 10 Mio. hl / a und vereinzelt sogar mehr. Entsprechend vielfältig stellen sich die Anforderungen an die Automations- und MES-Lösungen dar. Während in Kleinbrauereien üblicherweise nur das Sudhaus und ggf. einige Reinigungsanlagen mit Insellösungen automatisiert arbeiten, setzen Anlagen ab einer Betriebsgröße von ca hl / a auf eine durchgängige Automatisierungslösung über den gesamten Produktionsprozess hinweg. Großbrauereien laufen als vollautomatische Produktionsbetriebe, die aus einer zentralen Leitwarte gesteuert werden. Die Hauptaufgaben von MES bestehen in der Qualitätssicherung und in der Unterstützung der Produktionsplanung mit den notwendigen Materialfluss- und Bestandsdaten darüber hinaus in der Bewertung der Produktion unter Aspekten der Produktqualität und der Effizienz. MES wird als Kernfunktion zur gezielten Unterstützung der Produktion an einem Standort gesehen. Eigene Systeme, die über den Einsatz von Office-Softwareprodukten hinausgehen, finden sich in Betrieben ab ca hl / a Größe. Durch den fortschreitenden Konzentrationsprozess in der Brauereibranche in große, international operierende Konzerne wird auch der Betriebsstättenvergleich über ausgewählte Kennzahlen zunehmend wichtiger. MES stellt diese Kennzahlen zur Verfügung. Die innerbetriebliche Organisation der Produktion teilt sich in die zwei Blöcke Bierbereitung und Abfüllung, also die Herstellung von verkaufsfertigem Bier aus den Rohstoffen und die Verpackung auf die verschiedenen Gebinde. Beide Produktionsschritte haben unterschiedliche Anforderungen an die Organisation und damit an die MES-Funktionen. Der vorliegende Überblick konzentriert sich auf den Bereich Bierbereitung, also den Produktionsprozess Allgemeine Beschreibung des typischen Betriebsablaufs Die Bierbereitung gliedert sich in die vier Prozesszellen: Siloanlage = Rohstofflager Sudhaus = Würzebereitung Gärkeller = Fermentation Filtration / Verkaufsbier = Bierklärung / Bereitstellen für die Abfüllung. Die verwendeten Rohstoffe sind im wesentlichen Malz und Hopfen. Die Hefe wird im Produktionsprozess selbst herangezogen und vermehrt, als Ver brauchsmaterialien werden Reinigungsmittel sowie Filterhilfsmittel benötigt. Als Restprodukte fallen Treber (Malzreste) und Hefe sowie Filterhilfsmittel an. Durch die Produktionszeit von ca. 4 Wochen müssen die Anforderungen des Verkaufs mit einem zeitlichen Vorlauf in der Planung antizipiert werden. Schwankungen in der Qualität der zu verarbeitenden Rohstoffe wie auch die Anforderungen des Marktes bei Produktinnovationen machen eine flexible Rezepturverwaltung notwendig. Diese wird üblicherweise komplett auf Leitsystemebene abgedeckt. Rezepturen werden auf Teilanlagen- bzw. Anlagenebene definiert; Werks- oder Verfahrensrezepte sind wenig verbreitet. Es gibt diese vereinzelt als Herstellanweisungen. Rezeptursteuerungen im Prozessleitsystem sind in Brauereien bereits seit den 80er Jahren üblich. Die Produktionsplanung erfolgt in den einzelnen Prozesszellen getrennt: Siloanlage a) reine Planung des Wareneinkaufs aus dem ERP-System b) Verbuchung im ERP oder bei integrierten Strukturen Verbuchung über MES und Rückmeldung an ERP c) Bestands- und Verbrauchsrückmeldungen aus MES an ERP Sudhaus a) Planungshorizont: 1 Woche b) vergleichsweise wenige Sorten (ca. 1-10) Bild 8: Übersicht zur Tankbelegung als Planungsunterstützung Bild 9: Automatische Zuordnung von Ressourcen und Prozessausführung im MES c) Planung der Sude je Sudlinie (Bild 8) d) Tankgrößen im nachfolgenden Gärkeller bestimmen die Anzahl gleicher Sude in Folge e) Eingangsgrößen für die Planung (Bild 9): - aktueller Bestand im Gärkeller; Leerstand im Gärkeller wird wieder aufgefüllt - langfristige Verkaufsvorhersage zur Sortenwahl; daraus resultiert die Vorgabe der herzustellenden Menge einer Sorte dies wird in der Planung auf einzelne Chargen (Sude) heruntergebrochen - Planungsunschärfe, da zwischen der Produktion im Sudhaus und dem Verkauf des fertigen Bieres ca. 2 bis 4 Wochen liegen Gärkeller a) Befüllung der Tanks ergibt sich aus der Sudplanung b) lange Chargenlaufzeit von 1 bis 4 Wochen c) Entleeren der Tanks ergibt sich aus der Planung der Filtration d) die weiteren Arbeiten im Gärkeller (Hefeziehen, Reinigung) werden als einfache Wochenablaufplanung geführt Filtration / Lieferung fertigen Bieres an die Abfüllung a) Planungshorizont ca. 2 bis 3 Tage b) vergleichsweise viele Sorten (ca. 5-50) c) kurzfristige Reaktion auf Umplanungen in der Abfüllung d) typische Pufferzeit von weniger als 1 Tag zur Abfüllung Insgesamt ist die Produktionsplanung nicht durch die Einsatzplanung der Rohstoffe, sondern in erster Linie durch die Verfügbarkeit von Anlagen bestimmt. Personalplanung Die anfallenden Arbeiten unterliegen keinen Schwankungen in der erforderlichen Qualifikation, so dass in der Personalplanung lediglich die abzudeckenden Zeiten interessant sind. Dies wird in einfachen Listen festgehalten. Die Produktionsvorbereitung erfordert: a) Bereitstellung der Rohstoffe obliegt dem ERP-System. b) Auswahl und Belegung der benötigten Anlagenteile und Wege. c) Prüfen des notwendigen Status sowohl der Chargen (Qualitätsfreigabe) als auch der Anlagen (Reinigung). d) Anforderung der nächsten Verarbeitungsschritte unter Berücksichtigung des aktuellen Prozessstatus aus dem Prozessleitsystem oder dem MES. Die Produktionsdurchführung erfordert: a) Überwachung der automatischen Prozesse. b) Hinterlegen von Arbeitsablaufbeschreibungen für manuelle Tätigkeiten. c) Erfassung der Verbrauchs- und Produktionsmengen im MES. d) Auslösen der erforderlichen Probenahmen und Durchführung der n der Qualitätssicherung. e) Sperren / Freigeben von Chargen für die Weiterverarbeitung in Abhängigkeit der Qualitätsresultate. f) Anforderung von Reinigungen nach Abschluss der Produktion. Die Produktionsauswertung erfordert: a) Erfassung der Chargendaten aus dem Prozessleitsystem. b) Zusammenführung aller relevanten Daten (PLS, LIMS, manuelle Erfassung). c) Spezifikationsprüfung an ausgewählten Datenpunkten. d) schneller Überblick über die Chargen, bei denen es zu Abweichungen vom Sollzustand kam. Somit Unterstützung zum Auffinden von Produktionsproblemen. e) Evaluierung des Anteils der Chargen, die mängelfrei produziert wurden. f) gezielte Bewertung der Produktion mit wenigen Kennzahlen. g) administrative Bewertung der produzierten Chargen durch Validierung der erfassten Daten. h) Korrekturmöglichkeit bei sämtlichen, auch den automatisch erfassten Daten: - Fehlerhafte Daten machen Langzeitstatistiken unbrauchbar und führen zu Problemen beim Export der Daten an ein ERP-System

17 5 Einsatz, Zweck und Umfeld von MES-Werkzeugen am Beispiel charakteristischer Applikationsfelder 5.2 Nahrungsmittel Brauereiindustrie Betriebsablauf unterstützt durch MES-Funktionen Bereiche Produktion Qualität Instandhaltung Lagerhaltung Generell Die Zuordnung von Anlagen und Teilanlagen zu möglichen Prozessen erfolgt auf Leitsystemebene. Dies wird gemäß der Ausrüstung der Teilanlagen an Teilanlagenklassen festgelegt starrer, technologisch fixierter Prozessablauf Anlagen im PLS feste Vorgaben der möglichen Prozesse auf den Teilanlagen oft verschiedene Linien gleicher Funktionalität (z. B. 2 Sudlinien, mehrere Befüll-, Entleerschienen der Tanks) Statusverwaltung für die Produktion erfolgt im PLS Neben dem Hygienestatus (benutzt, gereinigt, sterilisiert) wird ein Prozessstatus verwaltet: z. B: befüllend, befüllt, entleerend, entleert, Reinigung, usw.; daneben der prozedurale Status gemäß S88.01 Material Übernahme von Materialklassen und Materialien aus ERP Zuordnung von Materialklassen zu Prozeduren im PLS Zuordnung von Materialien zu Rezepturen im PLS Mitarbeiter bei durchgehender Automatisierung Einsatz des Personals in allen Bereichen der Produktion möglich selten Personalplanung in MES Vorgaben zu Produkteigenschaften Erfassung geforderter Qualitätsdaten Erfassung und Bewertung der Rohstoffeigenschaften und Speicherung relevanter Rohstoffeigenschaften Bewertung (Annahme oder Ablehnung) Bewertung des Einflusses auf die Produktionsvorgaben, ggf. Anpassung von Parametern vorsehen Verwaltung der Prüfgeräte und -mittel Ausführung der n durch Laborpersonal oder Personal aus der Produktion Strategische Festlegung: situative oder präventive Instandhaltung Stillstands- und Reparaturplanung von Einrichtungen (zyklisch) situationsabhängige Wartung vorsehen Personalplanung gemäß der erwarteten Betriebsphasen und kurzfristigem Bedarf Planung von Bedarf und Kapazität für Material ERP langfristige Lieferkontrakte für Schlüsselkomponenten (Malz / Hopfen) Abgleich mit Vorjahresdaten MES Bestimmen und Führen aktueller und historischer Bestände (MES oft führend gegen ERP) Rückmeldung von Verbräuchen und Produktion an ERP Zuordnung zu Prozessauftrag (je nach Kopplung zu ERP) Abgleich aktueller Bestände, Inventuren Aktivitäten Definition der Herstellvorschriften / Rezepte Definition der Parameter in Prozeduren und Rezepturen erfolgt im PLS Unterscheidung: Anlagenparameter, Prozessparameter, Produktparameter Üblich ist die Definition der Prozeduren auf Ebene der Teilanlagenklasse, der Rezepturen auf Ebene der konkreten Teilanlage. Ausnahmen gelten für Tanklager, bei denen auch Rezepturen nur auf Klassenebene vorliegen Verknüpfung zu SOP s für manuelle Tätigkeiten Spezifikationen Eingabegrenzen für Parameter liegen im PLS Für qualitätsrelevante Parameter Definition von Grenzwerten im MES => Selektion notwendig Prüfung gegen Spezifikationen nur sinnvoll, wenn Qualitätseinbußen zu erwarten sind Chargenkennzeichnung nicht innerhalb Spezifikation Gefahr von Fehlbewertungen bei nicht gepflegten Spezifikationen Schnittstelle LIMS Hauptteil der Spezifikationen liegen im Laborinformationssystem Rückmeldung von Grenzwertverletzungen aus dem Labor an das PLS Meldung qualitätsrelevanter In-Situ-Messungen an das Labor Disposition der betrieblichen Einrichtungen und Produktionszuordnungen Übernahme der Produktionsvorgaben aus ERP oder der Software zum Supply Chain Management Sudhaus: Aufteilung der Produktionsvorgaben aus ERP (Mengen je Produkt) in Produktionschargen (Sude) im PLS Fermentation: Notwendige Prozesse ergeben sich aus Produktstatus bzw. Reinigungsanforderungen; keine übergeordnete Planung Filtration: Bereitstellung filtrierten Bieres für Abfüllung nach aktuellem Bestand und Abfüllplanung aus ERP Zuordnung betrieblicher Produktionseinheiten (Produktionslinien / Wege, Teilanlagen, Behälter) im PLS kurzfristige Plananpassung bei Bedarf Visualisierung der Anlagenbelegung und des Produktionsstatus auch im MES Spezifikation von Stoffeigenschaften Rohstoffqualitäten Rohstoffprüfungen und Freigabenprozedur Produktqualitäten Produktprüfung und Freigabeprozedur Anpassung von Qualitätsdaten Mechanismen für auftragsbezogene Anpassung Erstellung, Freigabe und Kontrolle Prüfmethoden Prüfvorschriften Festlegen von Grenzwerten Rohstoffe freigeben / sperren Chargen freigeben / sperren für Weiterverarbeitung Schnittstelle PLS Qualitätsfreigabe über Online-Schnittstelle Rückmeldung auf Chargenebene Anpassung der logistischen Planung entsprechend gegebener Qualitätskriterien von n im Produktionsablauf Erstellen von Probenahmeplänen aus den aktuellen Chargeninformationen Vorgaben zu Zyklen und Kriterien der betrieblichen Instandhaltung Prozedur für Instandhaltungsaufträge Instandhaltungslisten (Einrichtungen, Personal) Ermittlung Wartungsintervalle Grenzwerte für Wartungsanforderung Erstellung, Quantifizierung, Freigabe und Kontrolle Kalibrierzyklen für Messungen Wartungspläne objektorientiert (abhängig von Laufzeit, Schaltspielen) bei ausgewählten Komponenten Komplettwartung in Anlagenbereichen (Revision mit geplantem Stillstand) Überführung von Planungsdaten in die Module zum Instandhaltungsmanagement Vorgaben zu Bestandsmengen festlegen (Sicherheitsmengen) Mindestbestände Reichweitendefinition Rohstoffe Abrufen der Lieferungen entsprechend Lagerbestand und Produktionsplanung Produkt Optimum aus benötigten Mengen für Abfüllplanung und möglichst geringen Standzeiten Optimale Belegung betrieblicher Einrichtungen nach disponierten und aktuellen Betriebsdaten Funktionalität komplett im PLS abgebildet Freigabe des Produktionsstarts manuell oder nach Anlagenverfügbarkeit automatische Selektion der verfügbaren Teilanlagen möglich (Anforderung für z. B. Reinigung aus Prozess) Entkopplung der Bedienaktivitäten in verschiedenen Prozessstufen durch MES- Werkzeuge Produktion in fixen Losgrößen, die durch die Anlagendimensionierung in engen Grenzen vorgegeben werden Auftragszuweisung für gestartete Produktionskampagnen Auftragszuweisungen für eventuell notwendige Zwischenreinigungen (eventuell automatisiert über PLS) Rückmeldung Prozesszustände als Planungsgrundlage Auftragszuweisung der Probenahmen Belegung der ngeräte Planung bzw. Anpassung der Ressourcen nach aktuellem Bedarf Personalbedarf Optimale Führung und Steuerung der Produktionseinheiten Credo: Produktion muss auch ohne MES möglich sein automatisierte oder teilautomatisierte betriebliche Prozeduren mit Rezeptfahrweise Verwaltung variabler Parametersätze zur Regelung und Steuerung der Anlagen (Rezeptinhalte) im PLS automatisierte Wegesteuerungen Flexible Wahl von Chargenvermischungen, Dosagen, An- und Abwählen von z. B. Anlagenteilen wie Separatoren Möglichkeit für stoßfreies Umschalten bei Tankwechseln, wobei die Anzahl benötigter Tanks bei Start der Charge noch nicht feststeht Prozesskontrolle Überwachung Prozesszustand im MES Auflistung aktueller Spezifikationsverletzungen Bewertung der Produktion in MES (KPIs) Produktqualität Messung der Produktqualität im laufenden Betrieb Durchführung der n Online-Zugriff auf Prüfaufträge und Prüfvorschriften Rücklauf der nergebnisse Dokumentation der Ergebnisse Reaktionen Anweisung zur Sperrung bzw. Freigabe von Rohstoffen und Produktionschargen Übertragung zum PLS Steuerung und Überwachung der Instandhaltungsaufträge Erfassung Schaltspiele, Betriebsstunden Kalibrierintervalle von Messgeräten Online-Zugriff auf Arbeitsaufträge, Wartungspläne, Dokumentation und Vorschriften Lager automatische Zubuchung bei Lieferungen Zuordnung der Lieferscheindaten Erfassung manueller Lagerbewegungen (z. B. Containerware); Zugang in Lager und Bereitstellung für Produktion Bestand Abbuchen verbrauchter Materialien, Zubuchung produzierter Mengen Korrekturbuchung bei Leermeldung Manuelle Inventuren für aktuellen Bestand Rückmeldung an ERP Fortsetzung auf nächster Seite 32 33

18 5 Einsatz, Zweck und Umfeld von MES-Werkzeugen am Beispiel charakteristischer Applikationsfelder 5.2 Nahrungsmittel Brauereiindustrie Fortsetzung von vorheriger Seite Bereiche Produktion Qualität Instandhaltung Lagerhaltung Erfassung und Visualisierung aktueller Prozessdaten (Leitsystem) Meldung aller Chargen an das MES, meist bis auf Ebene der Operationen (Start- und Endezeiten, Gesamtprozesslaufzeit, Materialkennung, verwendete Rezepturversion usw.) Klassifizierung der Aufträge nach Prozess bzw. CIP als Basis für Berichte Nutzung aktueller und über einen kürzeren Zeitraum (Tage, Wochen) in den Komponenten des Leitsystems archivierter Betriebsparameter durch den Bediener in der Messwarte Langzeitarchivierung Erfassung und Archivierung von anlagenweiten Betriebsdaten zur aktuellen oder späteren ; typischerweise außerhalb der Messwarte genutzt Elektronische Datenaufzeichnung Aufzeichnung aller Ereignisse und Bedieneingriffe, die mit dem Verlauf einer Charge oder Kampagne zu tun haben Übertragung der Chargenereignisse (Bedienungen, Alarme, Berichtswerte) des PLS in die Chargendaten im MES Übertragung der daten des LIMS in die Chargendaten im MES Definition, Erfassung und Ablage allgemeiner Qualitätsindikatoren für den Produktionsbetrieb Labordatenerfassung: Erfassung und Speicherung von daten aus Prozess und Labor Elektronische Datenaufzeichnung Prüfauftrag und nergebnis verantwortlicher Mitarbeiter Aktualisierung der Daten zur Instandhaltung bei betriebsbedingten Veränderungen Dokumentation der Wartungsarbeiten Erfassung Schaltspiele Erfassung Betriebsstunden Rücksetzen der Zählwerte nach Wartungsarbeiten Verbrauch / Produktion Materialbewegungen (Chargenident, Lagerort, Material, Menge, usw.) Aufbau der Chargenverknüpfung (Verbindung Quell-, Zielcharge) Zuordnung von Verbrauch / Produktion zu Prozesschargen Art der Materialbuchung Aktivitäten von Produktionszielen Erstellung verdichteter Übersichten zur Produktion Produktionskennzahlen, Verluste, Verbräuche Ermittlung der KPIs Belegungsdauern Berichtswesen vordefinierte Standardberichte, die wiederkehrende Berichtsaufgaben abdecken frei konfigurierbare Berichtsabfragen, die über weitergehende Auswahl- und Verknüpfungsmöglichkeiten verfügen Transfer der Daten und Weiterverarbeitung mit MS Excel Produktionsbewertung Anteil an Chargen mit allen für eine Charge als relevant definierten Größen innerhalb der Spezifikation (Chargenwert) Anteil an Chargen innerhalb der Spezifikation für einen Spezifikationswert (Größenwert) Soll-Ist-Auswertung und Darstellung von Qualitätsparametern Warnung, wenn nwerte außerhalb der Toleranz Anpassung der Daten zur Instandhaltung Einhaltung von Wartungszyklen Bestände Lagerübersicht Bestände aktuell oder zu Stichtagszeitpunkt Lagerorthistorie Chargenverfolgung Lagerbewegungen Material Materialbewegung Hauptproduktstrom von der Malzannahme, meist per LKW, über Sudhaus, Gärung, Filtration bis zur Abgabe an die Abfülllinien selten auch die Verknüpfung von der Produktion auf die Abfüllcharge an der Füllmaschine von Nebenprodukten (Hefe) kann Sinn machen, wenn diese an die pharmazeutische oder die Nahrungsmittelindustrie weiterverkauft werden Plan versus Aktuell von zeitlichen Abweichungen Vergleich der Produktionsvorgaben mit den vergleichbaren Betriebsdaten Auswertung von Alarm-, Ereignis- und Meldelisten der Alarm-, Ereignis- und Meldedaten aus dem PLS Erstellung von Elektronischen Batch Records Zeitlicher Ablauf der Charge Kurvenverläufe der qualitätsrelevanten Messungen Material Tracking oder Material-Genealogie Übersicht: Welche Einsatzstoffe wurden in einer Charge verwendet? Übersicht: In welchen Chargen wurde ein bestimmter Einsatzstoff verwendet? Bewertung von statistischen Auswertungen KPIs OEE- Prozessanalyse mit OLAP-Auswertungen auf Basis der MES-Daten und Dokumentation von Qualitätsdaten Erstellung von statistischen Auswertungen: KPIs Varianz der Qualitätsdaten Aufzeigen des Qualitätsverlaufes während des mittel- und längerfristigen Produktionsverlaufs Qualitätsüberwachung, Auswertung und Dokumentation von qualitätsrelevanten Abweichungen und Dokumentation von Instandhaltungsdaten Laufzeiten, Personalaufwand, problematische Einrichtungen Kennzahlen Ermittlung der Anzahl von ereignisgesteuerten Instandhaltungsmaßnahmen (Kosten, Produktionsausfälle ) Ressourcenbedarf und -kosten und Dokumentation von Lagerdaten Verbrauch, Bestände Korrelation mit Betriebsdaten Rohstoffausnutzungsgrad Liefertreue bewerten (Termin, Menge) Tabelle 3: MES-Module für die Aktivitäten in der Nahrungsmittelproduktion gemäß Prozessmodell 34 35

19 5 Einsatz, Zweck und Umfeld von MES-Werkzeugen am Beispiel charakteristischer Applikationsfelder 5.3 Raffinerie / Petrochemie 5.3 Raffinerie / Petrochemie Umfassende und eigenständige Softwaresysteme zur Verwaltung und Führung der betriebswirtschaftlichen Aspekte einer Produktionsanlage, wie sie in der regulierten Prozessindustrie (Pharma- und Nahrungsmittelindustrie) oder in der Fertigungsindustrie anzutreffen sind, kommen in der Raffination und Petrochemie eher nicht zur Anwendung. Dennoch sind natürlich auch in diesen Prozessen Aufgaben wie etwa die Produktionsplanung und Disposition, die optimale Verwendung der Ressourcen bei der Prozessführung oder die Sicherung von Anlagenverfügbarkeit und Qualität von grundlegender Bedeutung. Damit ist auch hier das funktionale Umfeld von MES gegeben, auch wenn dies nicht durch eine einzige Softwareumgebung abgedeckt wird. Für die anfallenden Aufgabenstellungen gibt es eine Auswahl an spezifisch zugeschnittenen Applikationen, die teilweise integriert sind und mit zentral verwalteten und offen zugänglichen Datenbanken kommunizieren. Ziel der Applikationen ist die Verbesserung der betrieblichen Leistungsfähigkeit, eine höhere Transparenz der ablaufenden Prozeduren sowie das Aufzeigen von Produktionsalternativen. Allgemein akzeptierte Standards für die Arbeitsabläufe finden auch in dieser Industrie auf Basis der internationalen Normen vermehrt Akzeptanz. Allerdings sind zur Zeit noch keine einheitlichen Softwarelösungen und damit durchgehend effiziente Vorgehensweisen etabliert. Die Anbindung der Produktion an die Unternehmensführung wird vor allem vor dem Hintergrund der globalen Bedarfsveränderungen und der wechselhaften wirtschaftlichen Randbedingungen zunehmend notwendig und daher auch immer öfter realisiert Allgemeine Beschreibung des typischen Betriebsablaufs Elemente des Betriebsablaufs sind die Langzeitplanung in einem Zeitrahmen von Monaten bzw. Jahren im Allgemeinen auf Basis von LP-Modellen (Linear Programming) die kurzfristige Produktionsplanung und Disposition, die Produktionsführung, Prozesssteuerung und -überwachung, Material- und Energie- Management sowie Beschaffung und Qualitätssicherung. Einen Überblick über die gesamte Wertschöpfungskette gibt Bild 10. Die langfristigen LP-Modelle mit Zeithorizonten von einem Monat bis fünf Jahren (je nach Problemstellung, d. h. Produktionsplanung bis hin zu Investitionsplanung) verwenden aus dem ERP gespeiste Bedarfs vorhersagen und zusätzliche Daten über die verschiedenen Einsatzstoffe aus einer Rohöldatenbank. Die LP-Modelle dienen der Optimierung einer Zielgröße im Allgemeinen der Profitabilität in Abhängigkeit von Rohöldaten, wirtschaftlichen Marktvorgaben und gegebenen Betriebslimitierungen. Ergänzend können nicht-lineare Simulationsmodelle sowie sogenannte Flowsheet-Simulatoren für weitergehende Berechnungen verwendet werden. Man erreicht so auch eine simulative Verknüpfung verschiedener Produktionsbereiche. Ergebnis dieser Planung ist die Auswahl der geeigneten Rohöle für betrachtete Raffinerien im Hinblick auf die geforderte Produktmischung. Dies erfolgt unter Beachtung des Materialund Energiebedarfs sowie neuerdings des CO 2 -Ausstoßes. Angeliefertes Material wird überprüft (LIMS) und in die Bestandserfassung aufgenommen. Mit diesen Vorgaben erfolgt die Disposition des Rohöls, die Verteilung auf die Prozesseinheiten und die Planung der späteren Produktmischungen (Blending). Die Dispositionsdaten werden in Werkzeuge und Systeme zur Steuerung der Prozesse übertragen und dort in optimale Fahrweisen, beispielsweise mit Hilfe von Advanced Process Control (APC), umgesetzt. Neben der Versorgung mit Einsatzstoffen und deren Lagerung sorgt die Beschaffung ebenfalls für die Bereitstellung notwendiger Ersatzteile für den Betrieb. Ein begleitendes Qualitätsmanagement sorgt für die Prüfung und Dokumentation sowohl der Einsatzstoffe als auch der Zwischen- und Endprodukte. Lagerung und Versand der Produkte werden mit zusätzlichen Werkzeugen geplant, überwacht und für die Abrechnung dokumentiert. Alle Bereiche eines Werkes liefern Material-, Prozess- und Ereignisdaten über die Produktionsabläufe, die im Allgemeinen in einen zentralen Datenspeicher abgelegt werden. Diese Art der Datenspeicherung erlaubt eine übergreifende Dokumentation, aber auch eine zeitgerechte mit möglichen Rückschlüssen für die weitere Optimierung des Betriebs. Die Produktionsplanung erfordert: a) die und Vorgabe des Bedarfs in einem LP-Modell für einen mehrmonatigen Zeitrahmen (1 bis 3 Monate). Das LP-Modell wird u.a. aus ERP-Daten gespeist. b) die Verwendung einer Rohöldatenbank mit Angaben über die möglichen Einsatzstoffe. c) die Erstellung und Optimierung der Versorgungs- und Produktionspläne für mehrere Raffinerien bzw. petrochemische Anlagen (Verwaltung der Versorgungskette). Ergebnis dieser Planung ist die Auswahl der Rohöle für eine oder mehrere Raffinerien. Rohöl- Versorgung Rohöl- Versorgung Rohöl- Depots Was? Mischung? Produktionsabläufe Reduktion der Rohölkosten Optimaler Rohöl-Mix Optimale Rohöl-Menge Min. Betriebsanpassungen Betriebs- Optimierung Betriebs- Optimierung Bild 10: Wertschöpfungskette Raffinerie Rohöl- Mischung Raffination Raffinerie - Planung Produktion (Raffination) Teilanlagen- Optimierung Wie / Wann Produktmischung Maximale Erträge Optimierte Produktion Bestandsverwaltung Produktmischung Betriebliche Disposition Mischung Produkt Mischung Mischung Optimierung Mischung System Plattform (Automations-Architektur) Teilanlagen- Primär- Verteilung Wie / Wann Lieferung Produkt- Depots Bedarfsdeckung Minimale Transportkosten Maximale Auslastung Bestandsverwaltung Produkt Verteilung Die Produktionsvorbereitung erfordert: a) die mittelfristige Planung (1 bis 15 Tage) und Disposition der Zuweisung des Rohöls an eine Raffinerie und an dort vorhandene Anlagen sowie die Vorgaben zur Mischung von Komponenten (Multi-Period / Multi-Product) auf der Basis des Ergebnisses des LP-Modells. Ziel ist die optimale Nutzung der Einrichtungen und Kapazitäten. b) die Übernahme von Daten aus dem ERP. Die Produktionsdurchführung erfordert: a) die Umsetzung der disponierten Vorgaben in Sollwerte zur Fahrweise der Prozesse (APC-Software oder PLS). b) die Umsetzung der Planvorgaben an die Prozesseinheiten bzw. die Softwaremodule zur Mischung der Stoffkomponenten. c) die Steuerung der Prozesse mit Optimierung der Ressourcen (Einrichtungen, Energie, Material). d) eine Software zum Blend Management und leittechnische Systeme zur Prozesssteuerung sowie APC- Software. e) die Planung des Materialeinsatzes im LP-Modell; aktuelle Betriebsdaten korrigieren diese Planinhalte in Realzeit. f) die Erfassung, Berechnung und Visualisierung (KPI) der Energieverbräuche; über APC kann eine Optimierung mit Hilfe einer Zielfunktion erfolgen. Die Produktionsauswertung erfordert: a) die Erfassung und Archivierung der anlagenweiten Produktionsdaten in einer Langzeit-Datenbank; hierzu gehören auch Labordaten. b) die der Produktions- und Labordaten, das Reporting und die Einspeisung in die Planungs modelle. c) den Vergleich zwischen Monatsplan und erfolgter Produktion bzw. zwischen einem nachgerechneten Plan (Backcast Plan) und erfolgter Produktion 36 37

20 5 Einsatz, Zweck und Umfeld von MES-Werkzeugen am Beispiel charakteristischer Applikationsfelder 5.3 Raffinerie / Petrochemie Betriebsablauf unterstützt durch MES-Funktionen Bereiche Produktion Qualität Instandhaltung Lagerhaltung Langzeitplanung der Raffineriebelegung Aufnahme aktueller und erwarteter Marktanforderungen und Zuordnung vorhandener Kapazitäten auf Unternehmens-, Standorts- und Produktionsebene Langzeitplanung der Materialversorgung für das Unternehmen und die einzelnen Anlagen unter Beachtung von Rohstoffverfügbarkeit und Kosten für Material und Transport (strategische, taktische und betriebliche Versorgungsplanung) Langzeitplanung der erforderlichen Assets in den Betrieben gemäß allgemeinem Marktbedarf und konkreten Kundenanforderungen Optimierung der Parameter Rohstoffeinkauf, Produktbedarf, Verteilungskosten, Verteilungskapazitäten, Produktionskapazitäten, Herstellkosten und Bestandsmengen Minimierung betrieblicher Umstellungen und Anpassungen Personalplanung Erfassung und Bewertung der Rohstoffeigenschaften Rohstoffanalyse sowie Verwendung einer Rohöldatenbank; Ergebnis sind Ertrags- und Qualitätsdaten der verfügbaren Rohöle Eingangsdaten für LP-Modelle oder andere Simulationswerkzeuge in der Versorgungskette Planung der zeitgerechten Verfügbarkeit notwendiger Assets auf Basis des Langzeitplans Stillstands- und Reparaturplanung von Einrichtungen situationsabhängige Ersatzteilbeschaffung Personalplanung gemäß erwarteten Betriebsphasen Planung von Bedarf und Kapazität für Personal, Material und Einrichtungen gemäß Vorgaben aus der Langzeitplanung. angepasste Lagerbestände Bestellungen, (temporäre) Kapazitätserweiterungen erforderlicher Produktqualitäten und Bestimmung der notwendigen Produktions- und Rezeptparameter Spezifikation von Produktqualitäten und Terminen auftragsbezogene Vorgaben Vorgaben zu Zyklen und Kriterien der betrieblichen Instandhaltung Instandhaltungslisten (Einrichtungen, Personal) betriebsabhängige Anpassung Festlegung und Verwaltung von Indikatoren zu wirtschaftlicher Lagerhaltung Disposition der betrieblichen Einrichtungen und Produktionszuordnungen Zielfunktion ist die Maximierung von Performance und Profit, mit den Dispositionskriterien Logistik, Quantität und Qualität Minimierung der Betriebskosten; maximale Erträge und Auslastung Berücksichtigung von Auftragsdaten, Rohstoffeingängen und verfügbaren Leitungswegen Disposition der Rohöle und Rohölmischungen in der Raffination, Zuordnung von Anlagen, Teilanlagen und Produktionswegen Disposition der Komponenten zur Produktmischung; Verteilung zu den Terminals Planung und Zuordnung der Energien und Hilfsmittel Übergabe von Daten an logistische und betriebliche Applikationen Personaleinsatzplanung Erweiterung der logistischen Planung um Qualitätskriterien Qualitätskorrektur der logistischen Disposition; Stoffeigenschaften und Betriebsparameter werden umgesetzt zu Erträgen, Eigenschaften und Betriebslimits Überführung von Planungsdaten in die Module der Instandhaltung Überführung von Planungsdaten in die Module der Lagerhaltung Optimale Belegung betrieblicher Einrichtungen nach disponierten und aktuellen Betriebsdaten Belegung zur optimalen Mischung der Rohstoffe (Mischstoffe, Wege) optimale Auswahl der Materialwege je nach Verfügbarkeit der Einrichtungen Belegung zur optimalen Mischung (Blending) der Vertriebsprodukte inklusive der Verwaltung der Materialtransfers Vorgabe und Führung bzw. Überwachung der Qualitätsparameter Wegesteuerung für Blendkomponenten und Produktbehälter und Einstellung der Blend-Qualitäten Zeitliche Einordnung der Instandhaltungsaufgaben gemäß Einsatz- und Ressourcenplan mit Hilfe von CMMS Planung bzw. Anpassung der Ressourcen nach aktuellem Bedarf Aktivitäten Optimale Führung der Produktionseinheiten stabile, konsistente Fahrweise von Anlage und Teilanlagen (Leitsystem) automatisierte oder teilautomatisierte betriebliche Prozeduren (gleichbleibende Abläufe und Qualitäten, weniger Grenzfälle) Verwaltung betriebsbedingter variabler Parametersätze zur Regelung und Steuerung der Anlagen Optimierung der Betriebsparameter von Produktionseinheiten (MPC) Koordination der Teilanlagenparameter für optimalen Gesamtbetrieb (Simulation) Produktmischung gemäß Spezifikation Sollwertführung der Mischungsparameter Vermeidung von besseren Qualitäten als in der Spezifikation gefordert (give-away) stabile Steuerung und Regelung der Mischungsverhältnisse Mischungsqualität Messung und Dokumentation der eingestellten Produktqualität (on-line, Labor) Anlagenbezogenes Asset Management (PAM) Erfassung der Betriebsparameter von Einrichtungen Rückführung in die Planung von Instandhaltungsmaßnahmen Kopplung zur Lagerhaltung und zur Ersatzteil- und Materialbestellung Betriebsabhängige Durchführung von Instandhaltungsaktivitäten Überwachung und betriebsabhängige Anpassung von Wartungszyklen betrieblicher Assets (prozessbezogenes Asset Management) Überwachung der Regelkreise und ihrer Elemente (Control Loop Performance Monitoring) zur proaktiven Bewertung notwendiger Aktionen an Mess- und Stellgeräten Anpassung der Lagerdaten je nach Betriebssituation Erfassung und Visualisierung aktueller Prozess- und Ereignisparameter (Leitsystem) Nutzung aktueller und über einen kürzeren Zeitraum (Tage, Wochen) in den Komponenten des Leitsystems archivierter Betriebsparameter durch den Operator in der Messwarte Langzeitarchivierung Erfassung und Archivierung von anlagenweiten Betriebsdaten zur aktuellen oder späteren ; typischerweise außerhalb der Messwarte genutzt Definition, Erfassung und Ablage allgemeiner Qualitätsindikatoren für den Produktionsbetrieb Labordatenerfassung Erfassung und Speicherung von daten des Labors (LIMS) Aktualisierung der Daten zur Instandhaltung bei betriebsbedingten Veränderungen Aktualisierung der Daten zur Lagerhaltung bei betriebsbedingten Veränderungen Soll-Ist-Auswertung und Darstellung von Betriebsparametern im laufenden Betrieb Soll-Ist-Auswertung und Darstellung von Qualitätsparametern im laufenden Betrieb Anpassung der Daten zur Instandhaltung, ggf. nach definierten Mechanismen Anpassung der Daten zur Lagerhaltung, ggf. nach definierten Mechanismen Plan versus Aktuell Vergleich der Planungsdaten aus dem LP-Modell mit erzielten Betriebsdaten Korrektur der Planungsmodelle mit aktuellen Daten Auswertung der archivierten Produktionsparameter und Dokumentation der Betriebsparameter unter wirtschaftlichen Aspekten und Dokumentation abnormaler Situationen in Anlage oder Teilanlagen und Dokumentation zu Korrelationen betrieblicher Parameter Auswertung von Alarm-, Ereignis- und Meldelisten und Dokumentation der Alarm-, Ereignis- und Meldedaten aus dem Leitsystem Auswertung archivierter Ereignisfolgen und Dokumentation der Sequence of Events-Daten (SoE) nach Grenzfällen und Dokumentation von Qualitätsdaten und Key Performance-Indikatoren (KPIs) und Dokumentation von Instandhaltungsdaten Laufzeiten, Personalaufwand, problematische technische Bereiche, Kosten Korrelation mit Betriebsparametern und Betriebsbereichen und Dokumentation von Lagerdaten Verbräuche, Bestände Korrelation mit Betriebsdaten Tabelle 4: MES-Module für die Aktivitäten im Bereich Raffinerie / Petrochemie gemäß Prozessmodell 38 39

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