Vertikale IT-Integration im Auftragsmanagementprozess: Aspekte der Aufgabenverteilung und des Informationsaustauschs zwischen ERP- und MES-Software Ute Mussbach-Winter und Anja Schatz, Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA In diesem Beitrag lesen Sie: - Welche betrieblichen Faktoren den Einsatz von MES-Systemen prägen. - Welche Einflussfaktoren die Aufgabenverteilung und den Informationsaustausch zwischen ERPund MES-System bestimmen. - Welche Aspekte bzgl. Sicherung der Datenkonsistenz zu beachten sind. ERP- und MES-Systeme, zwei sich ergänzende IT-Lösungen zur Produktionsplanung und - steuerung bringen nur dann den erwarteten Nutzen, wenn ihr Einsatz bezüglich Aufgabenverteilung und Informationsaustausch optimal aufeinander abgestimmt ist. Dieser Beitrag gibt Hinweise zur Kopplung beider Systeme. MES-Systeme sind in der betrieblichen Softwarearchitektur unterhalb der ERP-Systeme und oberhalb der Automatisierungsebene angeordnet. Die ERP-Software bildet aufgrund ihrer Hauptaufgabe, der integrierten Bearbeitung administrativer Routineaufgaben aller an der Auftragsabwicklung beteiligten Abteilungen, das zentrale Informationsrückgrat der unternehmensweiten Kommunikation. Im Mittelpunkt steht dabei die materialbezogene, terminliche und kapazitive Planung des Auftragsabwicklungsprozesses. ERP-Software verfügt infolgedessen in der Regel über Funktionen für die Bereiche Vertrieb, Einkauf, Material-/Termin- und Kapazitätsplanung, Produktion, Logistik sowie Lagerhaltung. Ergänzend wird meist eine Funktionsunterstützung für die Finanzbuchhaltung, das Controlling sowie den Bereich Lohn- und Gehaltsabwicklung angeboten. Aufgrund ihrer Stellung als zentrales, standortübergreifendes Informationssystem eines Unternehmens, setzt sich für ERP- Software in immer stärkerem Maße der Begriff Unternehmenssoftware durch. Erfolgt auf der ERP- Ebene die terminliche und kapazitive Einplanung der Bedarfe (Basis: Kundenaufträge, Produktionsprogramm etc.) sowie die Betrachtung der Ressourcen aus makroskopischer Sicht, so steht auf der MES-Ebene die kurzfristige, detaillierte Planung und Steuerung der einzelnen Produktionsaufträge und ihrer Arbeitsgänge im Mittelpunkt (mikroskopische Sicht) [1]. Bild 1 zeigt diese beiden Systemebenen mit ihren charakteristischen Merkmalen. 1
Planung: generelle Sicht (makroskopisch) Langfristig Produkte Steuerung: detaillierte Sicht (mikroskopisch) Kurzfristig Einzelaufträge Quelle: H.-H. Wiendahl Enterprise Resource Planning (ERP) administrative Routineaufgaben unterschiedlicher Abteilungen integriert bearbeiten zentrales»informations-rückgrat«der unternehmensweiten Kommunikation betriebswirtschaftlich orientierte Software als historischer Vorgänger Planungslogik: - mittel- bis langfristiger Planungshorizont - i. d. R. Planung auf Kapazitätsgruppen - i. d. R. Beplanung einer Ressourcenart - Planungsraster: tages- bzw. wochengenau - keine Reihenfolgeplanungs- / Optimierungsfunktionen (z. B. Rüstreihenfolgen) - infinite Planung bzgl. Fertigungskapazitäten Manufacturing Execution Systems (MES) fertigungsnahe Routineaufgaben»richtig«und reaktionsschnell bearbeiten»informations-rückgrat«der fertigungsnahen Kommunikation Leitstand als historischer Vorgänger Planungslogik: - kurzfristiger Planungshorizont - Planung / Steuerung auf Einzelkapazitäten - vielfach Mehrressourcenplanung möglich - Planungsraster: tages- / schicht- / stundengenau - bietet Reihenfolgeplanungs- / Optimierungsfunktionen (z. B. Rüstreihenfolgen) - finite Planung bzgl. Fertigungskapazitäten Bild 1: Charakteristische Merkmale von ERP- und MES-Lösungen Faktoren, die den Einsatz von MES-Systemen prägen Eine in Produktionsunternehmen häufig anzutreffende Fragestellung ist diejenige nach der generellen Notwendigkeit einer das betriebliche ERP-System ergänzenden MES-Lösung. Als Hilfestellung bei der Beantwortung dieser Frage empfiehlt sich die Überprüfung folgender Kriterien [2]: - Betriebstyp (Serien-/ Einzelfertigung, ein- / mehrstufige Fertigung etc.): Je höher die Komplexität der Produktion (z. B. mehrstufige Einzelfertigung), desto größer der Nutzen einer MES-Lösung. - Organisationsstruktur in der Produktion (zentrale / dezentrale Organisation etc.): Eine zentrale Produktionsplanung /-steuerung weist aufgrund der größeren Anzahl zu planender Objekte (Aufträge, Ressourcen) häufiger die Notwendigkeit einer ergänzenden MES-Lösung auf. - Komplexität der Planungsaufgabe (Anzahl Produktionsaufträge, Anzahl zu planender Ressourcen, Planungsrestriktionen / -regeln, Produktionsstörungen etc.): Mit zunehmender Planungskomplexität besteht bei manueller Planung die Gefahr verzögerter Reaktionen auf Planabweichungen und einer Entscheidungsfindung auf Basis veralteter Ist- Zustandsinformationen. Einer Umfrage unter PPS-Entscheidern hat gezeigt [3], dass sich MES- Lösungen in zunehmendem Maße auch schon für kleinere Produktionseinheiten als nutzbringend erweisen. - Level der betrieblichen Dokumentationspflicht (Komponentenverwendungsnachweis etc.): MES- Systeme unterstützen Unternehmen bei ihrer betrieblichen Dokumentationspflicht bzgl. Komponenten-verwendungsnachweis (Rohmaterial, Bauteile), Zuordnung von Erzeugnis- Chargen / -Seriennummern zu Kundenaufträgen, ausgeführter Arbeitsgänge / Prozesse je überwachungspflichtigem Produktionsauftrag bzw. Produkt, Dokumentation überwachungspflichtiger Prozessparameter (ggf. mit Alarmmeldung), Einhaltung von Rezepturen - Software-Landschaft im Produktionsbereich (Welche Produktionsplanungs- und -steuerungsfunktionen (PPS-Funktionen) bietet die eingesetzte ERP-Lösung): Das Funktionsangebot heutiger ERP-Lösungen ist sehr heterogen. Während manche ERP-Lösungen im Bereich der PPS keine oder höchstens eine grobe Kapazitätsplanung erlauben, verfügen 2
andere Lösungen über komfortable, echtzeitfähige Plantafellösungen bzw. APS-Lösungen mit ausgeprägten Alarmmechanismen. Aufgabenverteilung und Datentransfer zwischen ERP- und MES-System Hat sich für den betrachteten Produktionsbereich die Einführung einer MES-Lösung als vorteilhaft herauskristallisiert, gilt es als nächstes die zukünftige Aufgabenverteilung zwischen ERP-und MES- System zumindest grob zu klären. Geht man davon aus, dass die neu einzuführende MES-Lösung an eine bestehende ERP-Lösung mit einem gegebenen Funktionsumfang anzukoppeln ist, leitet sich aus der Festlegung der Aufgabenverteilung die grobe Spezifikation der Funktionsblöcke, die von der neuen MES-Lösung zu unterstützen sind sowie die Anforderungen an die Struktur der Datenhaltung sowie des Datenaustauschs ab. In Bild 2 sind die wesentlichen Funktionen von ERP- und MES- Systemen sowie ggf. auszutauschende Daten aufgeführt. Welche Auftragsmanagementfunktionen sind welcher Ebene zugeordnet Absatzplanung ERP-Funktionen Kundenauftragsverwaltung Termin- / Kapazitätsplanung Materialdisposition Bestandsführung Einkauf Wareneingang Qualitätsprüfung Warehouse-Management Materialbereitstellung Auftragsüberwachung Versand Fakturierung Reparatur / Service - Fertigungsaufträge - Kundenaufträge - Lieferantenbestellungen - Bestandsdaten (FE, BG, RM) - Chargen- / Produktdaten - Prozessrückmeldedaten (Ressourcen, Produkte) - Stammdaten (Artikelstämme, Stücklisten, Arbeitspläne, Ressourcen, Prüfpläne etc.) Fertigungsauftragsverwaltung Feinplanung / -steuerung Materialmanagement Personalmanagement Betriebsmittelmanagement Qualitätsmanagement Informationsmanagement Rückmeldedatenerfassung Rückmeldedatenverarbeitung Leistungsanalyse Stammdatenverwaltung MES-Funktionen Stammdatenverwaltung Wo werden welche Daten gehalten und wie ist der Datentransfer organisiert Bild 2: Auftragsmanagementfunktionen in ERP- und MES-Systemen Die Gegenüberstellung der aufgeführten ERP- und MES-Funktionen zeigt, dass eine Reihe von Funktionen von beiden Systemen unterstützt werden können. Dies gilt z. B. für die Verwaltung von Stammdaten ebenso wie teilweise für Termin- / Kapazitätsplanungsplanungs- und - steuerungsfunktionen. Aufgrund der sich häufig nicht auf den ersten Blick offenbarenden Abgrenzung zwischen ERP- und MES-Ebene erweist sich die Gestaltung dieser Schnittstelle in MES- Einführungsprojekten oft als schwierig. Eine Hilfestellung kann hier die Beantwortung folgender Fragen geben: 3
Welche Planungsebenen gibt es im Unternehmen - Welche Merkmalsausprägungen bzgl. Aufgaben, Granularität der Planungsobjekte (Produkte, Material, Kapazitäten), Planungsraster / -frequenzen / -horizonte, Verantwortlichkeiten, bisher eingesetzte Hilfsmittel (EDV-Systeme) weisen die einzelnen Planungsebenen auf - Welche PPS-Funktionen unterstützt das betriebliche ERP-System mit welcher Detaillierung (z. B. Plantafel mit beliebig feinem Zeitraster) - Wo entstehen Informationen und wo im Unternehmen werden sie überall benötigt (z. B. Chargendaten) Üblicherweise erfolgt die Produktionsplanung in Unternehmen in unterschiedlichen Detaillierungsstufen. Langfristige Planung von Materialbedarfen oder Kapazitätsbelastungen erfolgt gröber als diejenige für den kurzfristigen Horizont. Die Implementierung unterschiedlicher Planungsebenen ist naheliegend und zweckmäßig, da Entscheidungen in der Regel unterschiedliche Fristigkeiten aufweisen und daher nicht alle den gleichen Detaillierungsgrad erfordern. Des Weiteren sollten aus Gründen der Aktualität und Akzeptanz von Entscheidungen, soweit möglich, diese auch dezentral getroffen werden. Bei der Spezifikation der betrieblichen Planungsebenen ist darauf zu achten, dass diese hinsichtlich der zu planenden Objekte, der Zeitgrößen sowie der Verantwortlichkeiten keine Überschneidungen aufweisen und der Informationsaustausch zwischen den verschiedenen Ebenen vollständig, konsistent beschrieben und zeitlich aufeinander abgestimmt ist. Die geschickte zeitliche Koordination der Planungsprozesse im ERP- und MES-System mit dem dazwischen liegenden, ggf. auch periodischen Datenaustausch ist von grundlegender Bedeutung für die Aktualität der errechneten Planungsergebnisse. Der Transfer der Rückmeldedaten aus dem MESan das ERP-System muss deshalb stets in kürzeren Zyklen als die Durchführung der ERP- Planungsläufe erfolgen. Wenngleich das Problem durch den zunehmenden Einsatz von Echtzeitschnittstellen bzw. durch den Zugriff beider Systeme auf die gleiche Datenbank etwas an Bedeutung verloren hat, besteht es in der betrieblichen Praxis nach wie vor. Insbesondere ist bei der Festlegung der auf den einzelnen Planungsebenen einzusetzenden EDV- Systemen darauf zu achten, dass ein und derselbe Personenkreis, z. B. Fertigungssteuerung, parallel mit unterschiedlichen Systemen also ERP- und MES-System arbeiten müssen. Sind diese Anforderungen erfüllt, leiten sich daraus nahezu zwangsläufig erste Empfehlungen für die Zuordnung der Planungs- und Steuerungsaufgaben zu der jeweiligen Softwarelösung ab. Den zweiten Einflussfaktor bei der Spezifikation der ERP-MES-Schnittstelle stellt die verfügbare Funktionalität der sich bereits im Einsatz befindlichen Software-Anwendung dar. In den meisten Unternehmen handelt es sich hierbei um das ERP-System. Weit verbreitet ist die Vorgehensweise soweit wie möglich das ERP-System zur EDV-mäßigen Unterstützung der Planungs- und Steuerungsaufgaben heranzuziehen. Dies führt zu einer bezogen auf den Funktionsumfang schlankeren MES-Lösung und einer Verlagerung der Schnittstelle in Richtung Produktionsprozess. Den dritten Einflussfaktor bei der Schnittstellendefinition bilden die Entstehungs- und Verwendungsorte von Daten. Das ERP-System ist üblicherweise Entstehungsort bzw. hat Masterfunktion für die PPS-relevanten Stammdaten wie Artikelstämme, Stücklisten, Arbeitspläne, Kapazitätsstammdaten und Betriebssowie ggf. Schichtkalender bzw. Bewegungsdaten wie Fertigungsaufträge, Bestandsdaten, Kundenaufträge und Lieferantenbestellungen. Das darunter liegende MES-System benötigt von diesen Datengruppen für seine Planungsaufgaben aus dem Bereich der Stammdaten auf jeden Fall die Arbeitspläne, die Kapazitätsstammdaten, Betriebs- und Schichtkalender sowie Auszüge aus den Artikelstammdaten. Bzgl. der Bewegungsdaten benötigt das MES-System auf jeden Fall die Fertigungsaufträge. Inwieweit für das MES-System ein Zugriff auf Stücklisten, Kundenaufträge und 4
Lieferantenbestellungen erforderlich ist, hängt von der Art der Produktion ab. Zu den Daten, die auf der MES-Ebene entstehen bzw. dort gepflegt werden und auch federführend benötigt werden, zählen sämtliche Produktionsrückmeldedaten, beginnend bei den Start- / Ende-Meldungen zu Aufträgen und Arbeitsgängen über Ressourcenstatusmeldungen und Qualitätsdaten bis hin zu detaillierten Prozessdaten (Temperaturen, Kräfte, Drücke etc.), die oftmals mit sehr hoher Frequenz erfasst werden, sowie produktionsnahe Stammdaten. Als produktionsnahe Stammdaten werden in diesem Kontext z. B. Schichtkalender (sofern nicht im ERP-System geführt), ausgewählte Werkzeugdaten, Transportmittel- / Transportprozessdaten verstanden. Für das ERP-System relevant sind von diesen Daten auf jeden Fall diejenigen, die ihrerseits Eingangsinformationen für die ERP-Planung darstellen wie z.b. Start- / Ende-Meldungen zu Aufträgen bzw. Arbeitsgängen und Ressourcenstatusmeldungen. Inwieweit eine Übergabe von Qualitätsdaten bzw. Chargendaten an das ERP-System erforderlich ist, wird durch die Weiterverwendung dieser Daten bestimmt. Detaillierte Prozessdaten verbleiben üblicherweise auf der MES-Ebene. Sie werden dort vielfach in aggregierter Form zur Auslösung von Alarmmeldungen herangezogen bzw. stehen bei Bedarf (z.b. Reklamationen, hohen Ausfallwerten) für weiterführende Untersuchungen zur Verfügung stehen. Wie auch immer im Einzelfall die Lösung für die Gestaltung einer Schnittstelle konkret aussieht, empfiehlt es sich vor Verabschiedung der Konfiguration zur ERP- / MES-Kopplung noch einen Blick darauf zu werfen, ob die Datenkonsistenz auch im Hinblick auf andere produktionsnahe IT- Anwendungen gesichert ist. Der Austausch von Bewegungsdaten wird in der Regel umfassend diskutiert und Dateninkonsistenzen entweder durch einen Datenaustausch in Echtzeit vermieden oder durch Festlegung entsprechender Datenaustauschfrequenzen in einem tolerierbaren Rahmen gehalten. Vernachlässigt wird oftmals die Sicherstellung der Datenkonsistenz bei verteilten Stammdaten. Bei der Festlegung der Prozesse zur Sicherung der Stammdatenkonsistenz ist zu berücksichtigen, dass gerade Produkt- und Prozessstammdaten in den Unternehmen nicht nur in ERP- und MES-Systemen verwendet und gehalten werden. In zunehmendem Maße werden andere betriebliche IT-Systeme, wie z. B. Produktdatenmanagement-Systemen (PDM) verwendet in denen während der Produktentwicklung entstehende Stammdaten dokumentiert werden (vgl. Bild 3). Die Prozesse zur (Stamm-) Datenpflege sind ich demnach so gestalten, dass verteilte Datenbestände durchgängig konsistent gehalten werden. Administration Belegwesen Kalkulationsunterlagen Angebotsspiegel Vertrieb Angebote Pflichtenheft Kundendaten Stunden Spezifikationen Kundendienst Reparatur Katalog Ersatzteillisten Anweisungen Handbücher Beschreibungen Dokumentation Entwicklung und Konstruktion Berechnungsunterlagen Normteile Gesetzesblätter Normen und Richtlinien CAD-Grafik Marketing Produktinformationen Presseinformationen Präsentationen Prospekte Informationsredundanz mit ERP-Systemen Produkt-Daten in PDM-Systemen Rechtsabteilung Verträge Patentenunterlagen Produkthaftung Fertigung Zeichnungen Listen NC-/Steuer-Daten Arbeitspläne Qualitätssicherung Informationsredundanz mit MES-Systemen Quelle: in Anlehnung an CSC Ploenzke Bild 3: Beispiele für produktbeschreibende Daten und ihre Verwendung in produktionsnahen IT-Systemen 5
Fazit Durch eine systematische Kopplung von ERP- und MES-Software unter Berücksichtigung der beschriebenen Aspekte der Schnittstellengestaltung können die Potenziale des Einsatzes der beiden Softwarelösungen maximal gehoben werden. Die Abdeckung des Auftragsabwicklungsprozesses in seiner Breite durch ERP-Software sowie die enge Kopplung bis hinunter zur Fertigungsebene mittels MES-Lösungen mit entsprechend kurzen Reaktionszyklen ermöglicht eine effiziente Erreichung aktueller Marktanforderungen wie z.b. kurze Durchlaufzeiten und hohe Termintreue. Literatur [1] Mussbach-Winter, U.; Wochinger, Th.; Kipp, R.; Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA; Trovarit AG: MES - Fertigungssteuerung 2010/2011 : Marktspiegel Business Software. Stuttgart & Aachen, 2010 [2] Mussbach-Winter, U.: MES - Stand, Potenziale, Entwicklungstrends; Vortragsmanuskript CIM- Jahrestagung TU Ilmenau, 25. Sept. 2008 [3] Weskamp, M.; Sontow, R.: Manufacturing Execution System - Vom Trend zur Notwendigkeit Studienbericht. Trovarit, Aachen, 2011. Autoren Dipl. oec. soc. Anja Schatz leitet am Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart die Abteilung Auftragsmanagement und Wertschöpfungsnetze. Sie befasst sich unter anderem mit der anforderungsgerechten Erstellung von Planung- uns Steuerungskonzepten. Dipl.-Ing. Ute Mussbach-Winter ist Projektleiterin am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung, Stuttgart. Ihre Tätigkeitsschwerpunkte liegen auf den Gebieten Auftragsmanagement, Produktionsplanung und -steuerung sowie Konzeption und Auswahl von IT- Lösungen für das Auftragsmanagement. Kontakt: Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA Fachgebiet "Auftragsmanagement und Wertschöpfungsnetze" Nobelstraße 12 70569 Stuttgart Tel.: 0711 / 970-1919 Fax: 0711 / 970-1927 E-Mail: ute.mussbach-winter@ipa.fraunhofer.de bzw. Anja.schatz@ipa.fraunhofer.de URL: http://www.ipa.fraunhofer.de 6