Klassische Standardsoftware schwächelt bei der Produktionsplanung und -steuerung. Spezialisierte Systeme schließen die Lücke. Stand-alone oder als Modul decken sie unterschiedliche Anforderungen ab. (Ausgabe 05/2013)
Das Ziel, Produkte kundengerecht herzustellen, kann ein Unternehmen nur dann nachhaltig erreichen, wenn die richtigen Ressourcen, in der richtigen Menge, am richtigen Ort, zur richtigen Zeit und in der richtigen Qualität zur Verfügung stehen. Es wächst daher die Notwendigkeit, sich im Rahmen der Produktionsplanung und -steuerung mit den Problemen und Konflikten auseinanderzusetzen, die bei der Auftragsplanung und -steuerung durch mangelnde Ressourcen- oder Materialverfügbarkeit, durch Qualitätsverletzungen oder durch unerwartete Ereignisse im Produktionsprozess auftreten.
Viele der heute eingesetzten Lösungen zur Planung und Steuerung der Produktion (ERP/PPS) basieren auf dem traditionellen Planungsansatz des MRP II (Material Ressource Planning/sukkzessive Planung gegen unbegrenzte Kapazitäten) und bieten hier nur eingeschränkte Unterstützung. Als Ergänzung rücken daher Manufacturing-Execution-Systeme (MES) ins Blickfeld. Diese Lösungen zielen auf eine Planung und Steuerung der Produktion unter Berücksichtigung sämtlicher Planungsparameter auf der Basis von Echtzeitinformationen.
Planung und Steuerung teilen sich mehrere Module
Der Begriff MES bezeichnet die ganzheitliche und zeitnahe Produktionsplanung und -steuerung und umfasst acht betriebliche Bereiche:
- Feinplanung und -steuerung: Unterstützung der Erledigung des Arbeitsvorrats unter Berücksichtigung der Produktionsrestriktionen gemäß einer vorgegebenen Zielausrichtung der Produktion.
- Betriebsmittelmanagement: Sicherstellung der termin- und bedarfsgerechten Verfügbarkeit und technischen Funktionsfähigkeit der Betriebsmittel.
- Materialmanagement: Termin- und bedarfsgerechte Ver- und Entsorgung der Fertigung mit Material und Führung von Umlaufbeständen (Work in Progress).
- Personalmanagement: Termingerechte Bereitstellung von qualifiziertem Personal für den Produktionsprozess unter Berücksichtigung Personal-bezogener Kapazitätsdaten (zum Beispiel Wochenarbeitszeit/Schichtplan) .
- Datenerfassung und -verteilung: Ereignisgesteuerte Erfassung von Prozessdaten. Neben dem automatischen Datentransfer ist eine halbautomatische oder manuelle Datenerfassung möglich. Sie leistet die Eingangsverarbeitung und die Vorverarbeitung beziehungsweise Verdichtung der Daten und stellt Statusinformationen bereit. Eine zwischengeschaltete Plausibilitätsprüfung erkennt Erfassungsfehler.
- Leistungsanalyse: Kontinuierliche Verbesserung im Fertigungsumfeld durch Regelkreise. Ein kurzzyklischer Regelkreis (Stunde/Schicht) beeinflusst den Prozess aufgrund festgestellter Soll-/Ist-Abweichungen operativ. Ein langzyklischer Regelkreis (Wochen, Monate, Jahre) soll organisatorische und technische Prozessverbesserungen anstoßen.
- Qualitätsmanagement: Sicherstellung der Produktqualität und der Prozessqualität. Typischerweise sind die Teilaufgaben Qualitätsplanung, Qualitätsprüfung sowie Prüfmittelmanagement enthalten.
- Informationsmanagement: Integration der MES-Aufgaben zur Durchführung aller Workflows bei der Abarbeitung des Auftragsvorrats und der Prozessverbesserung im Sinne einer papierlosen Fertigung.
Die Fülle der Aufgaben sowie das Potenzial des MES-Ansatzes führen zu einer Spezialisierung, bei der MES-Lösungen die ursprünglich den ERP/PPS-Systemen zugeordnete Planung und Steuerung abbilden. Die ERP/PPS-Lösungen fokussieren dann auf die integrierte Bearbeitung administrativer Routineaufgaben aller an der Auftragsabwicklung beteiligten Unternehmensbereiche. Sie bilden das zentrale Informationsrückgrat der unternehmensinternen und -externen Kommunikation auf der Unternehmensleitebene. Im Mittelpunkt steht die materialbezogene, terminliche, kapazitive und finanzielle Planung des Auftragsabwicklungsprozesses. Die ERP/PPS-Software verfügt daher typischerweise über eine breite Funktionalität für fast alle Unternehmensbereiche entlang der operativen Auftragsabwicklung sowie der erforderlichen Buchhaltungs- und Controllingfunktionen.
Zeitnahe Reaktion auf Ereignisse im Produktionsprozess sowie kurzfristige Auftragsänderungen stehen dagegen zunehmend im Fokus der MES-Lösungen auf der Fertigungsleitebene. MES-Lösungen bilden das Informationsrückgrat der fertigungsnahen Kommunikation. Die nachfolgend beschriebenen vier Typen von MES-Lösungen unterscheiden sich bezüglich ihres Schwerpunkts und der Breite des Funktionsspektrums:
- Unter den ersten MES-Typ fallen die sogenannten Analysespezialisten. Meist stammen diese Lösungen ursprünglich aus der Prozessleitebene, für welche die Prozesssteuerung oder auch die Betriebs- beziehungsweise Maschinendatenerfassung um Analysefunktionalitäten erweitert wurde. MES-Lösungen dieser Art haben ein relativ schmales Funktionsspektrum, dafür jedoch einen sehr starken Fokus auf der intelligenten Datenerfassung, Verwaltung und Aufbereitung großer Datenmengen aus dem Fertigungsprozess.
- Der zweite Typ umfasst die Planungsspezialisten und hat seine Kernkompetenz in anspruchsvollen Planungsverfahren (Advanced Planning and Scheduling). Er zeichnet sich durch ein enges Funktionsspektrum aus. Üblicherweise haben Lösungen dieses Typs eine relativ schwach ausgeprägte Datenerfassung und Datenhaltung. Die Daten für ihre Planungsalgorithmen erhalten sie in der Regel aus dem ERP/PPS-System.
- Beim dritten Typ, integrierte MES-Lösungen, handelt es sich um eine Symbiose aus den beiden zuvor beschriebenen Varianten. Derartige Lösungen haben ein sehr breites Funktionsspektrum. Die abgedeckten Aufgaben umfassen sowohl die taktische Termin- und Kapazitätsplanung beziehungsweise -steuerung als auch prozessnahe Funktionen wie etwa Betriebsmittel- und das Instandhaltungsmanagement oder die IT-Steuerung von Werkzeugmaschinen.
- Der vierte Typ sind MES-Module von ERP-Lösungen. Solche Module sind in den vergangenen Jahren bei ERP/PPS-Anbietern beispielsweise durch die Umstellung der MRP-II-Logik auf das sogenannte Constraint Based Planning entstanden. In anderen Fällen haben die ERP-Hersteller einen Anbieter von MES-Lösungen übernommen und dessen Software in die bestehende ERP/PPS-Software integriert.
Stand-alone-Lösungen konkurrieren mit ERP-Bausteinen
Wollen Unternehmen eine MES-Lösung einführen, können sie diese nur selten ausschließlich im Hinblick auf die MES-Prozesse auswählen. Meist müssen sie die bestehende ERP/PPS-Infrastruktur in die Entscheidung mit einbeziehen. Aus den vier oben beschriebenen MES-Typen ergeben sich unterschiedliche Gestaltungsalternativen bei der Anbindung an das ERP/PPS-System.
In der ersten Kategorie wird eine originäre MES-Lösung als Stand-alone-System eingesetzt. Häufig sind diese Systeme an übergeordnete ERP-Lösungen gekoppelt und bilden das Bindeglied zwischen der Unternehmensleitebene und der Prozessleitebene. Sie verfügen oft über eine eigene und durchgängige Datenhaltung. Die meisten MES-Lösungen mit einem breiten Funktionsumfang sind in dieser Kategorie anzusiedeln. Die zweite Kategorie lässt sich als MES-Modul zur Erweiterung bestehender ERP/PPS-Lösungen mit ausgeprägter Rückmeldefunktionalität beschreiben. In der dritten Kategorie basiert die Architektur einer MES-Lösung schwerpunktmäßig auf der prozessnahen Datenerfassung, die recht weitgehend um Analyse- und Planungsfunktionen erweitert wurde. MES-Lösungen dieser Art sind vor allem durch prozessnahe Produktionsüberwachung sowie prozessnahe Auswertungs- und Dokumentationsfunktionen geprägt.
Welche Kategorie von MES-Lösung für ein Unternehmen in Frage kommt, hängt von der Softwarelandschaft sowie von der IT-Strategie ab. Zudem wird der Suchraum bei der Auswahl einer konkreten Lösung durch die oben beschriebenen vier Typen unterteilt. Hier gilt es, den Schwerpunkt und das benötigte Funktionsspektrum festzulegen. Einen Überblick hierüber gibt die Tabelle, die auf aktuellen Marktdaten der Auswahlplattform IT-Matchmaker beruht und für ERP/PPS- und MES-Lösungen die unterstützten Module wie Maschinendatenerfassung oder Advanced Planning & Scheduling aufführt.
Weitere Kriterien bei der Grobauswahl einer MES-Lösung sind die Branchenausrichtung sowie die Zielgruppe im Sinne der Unternehmensgröße einer Lösung beziehungsweise eines Anbieters. Die meisten Lösungen decken zwar ein relativ breites Branchenspektrum ab, einige sind sogar branchenunabhängig aufgestellt, es gibt aber auch Systeme, die sehr genau auf die Anforderungen einzelner Branchen zugeschnitten sind. Ähnliches gilt für die Unternehmensgröße: Nicht alle Lösungen eignen sich gleichermaßen zum Einsatz in Großkonzernen oder im Mittelstand. Wobei hier und auch bei der Branchenausrichtung nicht nur die grundsätzliche Eignung des Produktes eine wichtige Rolle spielt, sondern auch die Erfahrung des Anbieters mit den Anforderungen einer bestimmten Branche oder einer Unternehmensgröße.
Bei der Entscheidung, ob die Produktionsplanung und -steuerung durch ein ERP/PPS-System oder eine spezialisierte MES-Lösung abbildet wird, und bei der Frage nach der Ausgestaltung des Einsatzes der Lösung spielen viele Aspekte eine Rolle. Eine systematische Vorgehensweise bei der Klärung dieser Fragen und der Auswahl der Software stellt daher eine unbedingte Voraussetzung für den Projekterfolg dar.
Die Autoren:
Karsten Sontow (oben) ist Vorstand bei der Trovarit AG.
Stefan Kompa leitet das Competence Center Prozesse und IT am Forschungsinstitut für Rationalisierung der RWTH Aachen.
