MES - Manufacturing Execution System (eBook)

Dr. Jürgen Kletti studierte Elektrotechnik mit dem Spezialfach "Technische Datenverarbeitung" an der Universität Karlsruhe. Nach der Promotion gründete er die MPDV Mikrolab GmbH, deren Gesellschafter und Geschäftsführer er heute ist. Insbesondere die von ihm in der Vergangenheit vorangetriebene Online-Integration aller Fertigungsbereiche in die übergeordnete Supply Chain hat sich als entscheidender Durchbruch für ein umfassendes MES erwiesen. Neben der Geschäftsführung des in Deutschland wohl erfolgreichsten MES-Anbieters hält Dr. Kletti Vorlesungen zur Unternehmensführung und ist Mitglied in verschiedenen Fachgremien und Beiräten. Zusätzlich ist er Vorsitzender des Arbeitskreises MES.  

Geleitwort 5
Inhaltsverzeichnis 7
1 Neue Wege für die effektive Fabrik 13
1.1 Anforderungen an die Produktion von morgen 13
1.2 Fertigungsstrukturen 16
1.2.1 Ausrichtung an Kennzahlen 16
1.2.2 Steuerungsmethoden 17
1.2.3 Kombinationen aus Fertigungsstruktur und Steuerungsmethode 19
1.2.4 Schwachstellen der traditionellen PPS-Systeme 19
1.2.5 Funktionsebenen 20
1.3 Klassische IT-Unterstützung in der Fertigung 23
1.4 Manufacturing Execution Systeme (MES) 25
1.4.1 Entstehung der MES-Idee 25
1.4.2 Aktuelle Standards 29
1.4.3 Das ideale MES 34
1.4.4 Technische Voraussetzungen 39
1.5 Vertikale und Horizontale Integration 40
1.6 Einsatz eines MES-Systems im Unternehmen 44
1.6.1 Organisatorische Voraussetzungen 44
1.6.2 Technische Voraussetzungen 45
1.6.3 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung 45
1.6.4 Unterstützung des KVP und aktueller Zertifizierungen 46
1.6.5 Zieldefinition und -verfolgung 47
1.7 Praxisbeispiele für Nutzenpotenziale 48
2 MES für die Prozessfähigkeit 51
2.1 Die Wirtschaftlichkeit als Prozesseigenschaft 51
2.1.1 Der prozessorientierte Ansatz der ISO 9001/TS 16949 52
2.1.2 Das Prozesspotenzial in Zahlen 52
2.2 Die Prozessfähigkeit der Organisation 53
2.2.1 Das Identifizieren systematischer Fehler 54
2.2.2 Die systematische Fehlerbearbeitung 55
2.2.3 Maßnahmeverfolgung 56
2.3 Prozessfähigkeit der Mitarbeit 57
2.3.1 Verschwendete Mitarbeit 57
2.3.2 Zielvereinbarungen 59
2.4 Prozessfähigkeit der Informationsabläufe 60
2.4.1 Das Unternehmen als Papierfabrik 60
2.4.2 Schnittstellen ohne Wertschöpfung 61
2.4.3 Der Weg zur papierlosen Fertigung 62
2.5 Die Prozessfähigkeit der Durchlaufsteuerung 64
2.5.1 Deterministische Steuerung 64
2.5.2 Rückgekoppelte Regelung 64
2.6 Zusammenfassung 68
Literatur 69
3 Mehrwert durch Software 71
3.1 Das Unternehmen als Informationssystem 71
3.1.1 Produktionsfaktor Information 71
3.1.2 Reengineering und Integration 72
3.1.3 Informationsverarbeitung in der Fertigung 73
3.1.4 Maschinen als informationsverarbeitende Systeme 73
3.2 MES in der Investitionsgüterindustrie 74
3.2.1 Kennzeichen der Investitionsgüterindustrie 75
3.2.2 MES in der IT-Softwarelandschaft 76
3.2.3 MES im Technology-Lebenszyklus 77
3.2.4 MES aus Anwendersicht 78
3.2.5 MES aus Marktsicht 79
3.3.6 Der Betrieb der MES-Lösung 84
3.3 Vorbereitung eines MES-Einsatzes 81
3.3.1 Erarbeitung der Zielsetzung 81
3.3.2 Systematische Prozessentwicklung 82
3.3.3 Abschätzung eines Return on Investment 82
3.3.4 Der Systemabgleich 83
3.3.5 Die MES-Einführung im Unternehmen 84
3.3.6 Der Betrieb der MES-Lösung 84
3.4 Innovative Technologien im Umfeld von MES 85
3.4.1 Die digitalisierte Fabrik 85
3.4.2 Die Digitale Fabrik 86
3.4.3 Die echtzeitfähige Fabrik 87
4 MES – die neue Klasse von IT-Anwendungen 89
4.1 Einleitung und Motivation 89
4.2 Ist-Zustand in den Fertigungsunternehmen 90
4.2.1 Hilfsmittel und Systeme für die operative Ebene 90
4.2.2 Manuelle Informationsbeschaffung und andere Hilfsmittel 92
4.2.3 Probleme bei der Zusammenführung der Daten 94
4.3 Der angestrebte Soll-Zustand 94
4.3.1 Lückenlose, automatisierte Datenerfassung 94
4.3.2 Der I-Punkt für die Fertigung 96
4.3.3 Die Idee des „Manufacturing Cockpits“ 97
4.3.4 Eskalationsmanagement und Workflow 103
4.5 Ausblick und weitere Entwicklung von MES-Systemen 105
Literatur 106
5 Aufbau eines MES-Systems 107
5.1 Software-Architektur eines MES-Systems 108
5.1.1 Basisfunktionen 109
5.1.2 Datenschicht 111
5.1.3 Anwendungsschicht – Business-Objekte und Methoden 112
5.1.4 Prozessabbildung 113
5.1.5 Die Vorteile der ESA-Architektur für MES-Systeme 114
5.2 Schnittstellen eines MES-Systems 115
5.2.1 Schnittstellen zu übergeordneten Systemen 116
5.2.2 Schnittstellen für die horizontale Integration 119
5.2.3 Schnittstellen zum Produktionsmittel 119
5.3 Benutzeroberflächen eines MES-Systems 121
5.3.1 Technologien für Benutzeroberflächen 121
5.3.2 Benutzeroberflächen für Konfiguration, Monitoring und Reporting 123
5.3.3 Benutzeroberflächen für die Erfassung 123
5.4 Ausblick 124
6 Integriertes Fertigungsmanagement mit MES 127
6.1 MES-Systeme ermöglichen Fertigungsmanagement 127
6.2 Das MES-Modell 127
6.3 Datenanalyse – Informationen eines MES-System 129
6.4 Betriebsmittel Maschine oder Anlagenteil 130
6.4.1 Auftrag/Arbeitsgang 131
6.4.2 Material 131
6.4.3 Ressourcen und Fertigungshilfsmittel 132
6.4.4 Prozesswerte 132
6.4.5 Personal 133
6.4.6 Prüfmerkmal 133
6.5 MES-Erfassungsfunktionalität 133
6.5.1 Ausstattung des Erfassungsterminals 134
6.5.2 Informationsbereitstellung für den Werker 137
6.5.3 Modularität unterstützt die Vielfalt der Erfassungsdialoge 138
6.5.4 Plausibilität im Erfassungsprozess 139
6.5.5 Welche Schnittstellen zum Prozess lassen sich sinnvoll nutzen? 140
6.5.6 Datenkorrekturen im MES-System 141
6.5.7 Verfügbarkeit und Ausfallsicherheit des MES-Systems 142
6.6 MES-Informationen für das Fertigungsmanagement 142
6.6.1 Transparenz durch MES-Aktualiät 143
6.6.2 Anwendergerechte Auswertungen 144
6.6.3 Fertigungsnahe Zieldefinition 146
Literatur 147
7 Feinplanung und Steuerung mit MES 149
7.1 Überblick und Zielsetzung 149
7.2 Einsatz von MES zur Feinplanung und Steuerung 152
7.2.1 Überblick 152
7.2.2 Umgang mit primären Kapazitäten in MES 154
7.2.3 Modellierung der Prozesse im MES 157
7.2.4 Personal – die besonders wertvolle Ressource 159
7.2.5 Modellierung der technischen Sicht 160
7.2.6 Strategien zur Ressourcenbelegung 162
7.2.7 Konfliktauflösung durch Simulation & Optimierung
7.2.8 Monitoring des Auftragsdurchlaufs 168
7.2.9 Reaktive Planung mit MES 169
7.3 Verwaltung von Produktionsmitteln (Ressourcen) 170
7.3.1 Statusverwaltung 171
7.3.2 Anonyme und individualisierte Ressourcen 172
7.4 Zusammenfassung 173
8 Qualitätssicherung mit MES 175
8.1 Gelebte Qualität 175
8.2 Geplante Qualität 176
8.2.1 Qualitätsstammdaten eines MES 176
8.2.2 Präventive Fehlervermeidung mit FMEA 178
8.2.3 Prüfplanung – das Fundament der Produktqualität 178
8.2.4 Prüfmittel – Reduktion von Messunsicherheiten 180
8.2.5 Lieferantenbewertung – Optimierung des Beschaffungsprozesses 181
8.2.6 Aufbau von Workflows mit Eskalationsszenarien 182
8.2.7 Qualitätsplanung innerhalb der Fertigungsvorbereitung 183
8.3 Integrierte Qualität 185
8.3.1 Qualität durch Informationsmanagement 186
8.3.2 Sicherstellung der Zulieferqualität 186
8.3.3 Fertigungsbegleitende Qualitätssicherung 187
8.3.4 Optimierung der Prüfmittelüberwachung 188
8.3.5 Transparentes Reklamationsmanagement 189
8.4 Dokumentierte Qualität 190
8.4.1 Vernetzung von Informationen 191
8.4.2 Qualitätsdaten zielgerecht nutzen 191
8.4.3 Traceability 194
8.5 Analysierte und bewertete Qualität 196
8.5.1 Verbesserungspotenziale in der Fertigung 197
8.5.2 Aus Reklamationen lernen 198
8.5.3 Six Sigma – der Verschwendung Einhalt gebieten 198
8.5.4 Qualitätsinformationen – Mehrwert im MES 200
9 Personalmanagement mit MES 203
9.1 Überblick 203
9.2 Personalzeiterfassung 204
9.2.1 Aufgaben der Personalzeiterfassung 204
9.2.2 Zeitwirtschaft im MES- oder ERP-System 205
9.2.3 Flexibilisierung der Arbeitszeit 206
9.3 Motivation und Mitarbeiterführung 208
9.3.1 Leistungs- und Prämienentlohnung 208
9.3.2 Qualifizierung der Mitarbeiter 210
9.4 Personaleinsatzplanung 210
9.4.1 Urlaubs- und Schichtplanung 211
9.4.2 Prüfung der Personalkapazitäten bei der Feinplanung 212
9.4.3 Einplanung der Mitarbeiter auf die Arbeitsplätze 213
9.5 Sicherheit im Fertigungsunternehmen 214
9.6 Ausblick 216
Literatur 216
10 MES unter SAP 217
10.1 Motiva 217
10.2 Einordnung des MES im SAP-Umfeld 218
10.2.1 Entwicklung des MES in der SAP-Historie 218
10.2.2 Anforderungen an ein MES im SAP-System-Umfeld 219
10.2.3 Ebenendarstellung eines Fertigungsunternehmens 219
10.2.4 Unternehmensprozesse in mySAP ERP und MES-System 221
10.3 MES als integrierte Lösung im SAP-System 225
10.3.1 Bedeutung des SAP NetWeaver für die Integration des MES 225
10.3.2 Schnittstellen zu den mySAP- ERP-Anwendungen 228
10.3.3 Integration von MES-Funktionen über das SAP-Portal 231
10.4 Unterstützung der Adaptive Manufacturing Initiative der SAP 233
10.4.1 Skalierbarkeit der MES-Lösung 233
10.4.2 MES für die horizontale Integration 234
10.4.3 Anbindung der Maschinen- und Steuerungsebene 234
10.4.4 Beispiele für die Integration von MES und mySAP ERP 236
10.5 Zusammenfassung 241
11 MES in der Kunststoffverarbeitung 243
11.1 Besonderheiten der Kunststoffindustrie 243
11.2 Einsetzbare MES-Module 244
11.3 Leitstand 245
11.4 Erfassung der Maschinen- und Betriebsdaten 247
11.5 Anschluss der Spritzgießmaschinen 248
11.6 Visualisierung und Auswertungen 249
11.7 Verbindung Qualitätssicherung und Prozessdaten 251
11.8 Werkzeugbau 252
11.8.1 Überwachung der Wartungsintervalle durch ein MES-System 252
11.8.2 BDE und Leitstand im Werkzeugbau 253
11.9 DNC, Chargenverfolgung und Nachweispflicht 254
11.10 Management Information System (MIS) 255
11.11 Rentabilität (Return on Investment) 256
11.12 Zusammenfassung 258
Abkürzungsverzeichnis 259
Checkliste 261
Autorenverzeichnis 265
Sachverzeichnis 271

8 Qualitätssicherung mit MES (S. 171-172)

8.1 Gelebte Qualität

Die Qualitätssicherung war und ist heute immer noch ein selbständiger Zweig in vielen Fertigungsunternehmen. Die historisch bedingte Trennung zwischen der Qualitätssicherung und dem Fertigungsmanagement hat oft zu einer inhomogenen Systemlandschaft geführt. Getrennte Meldedialoge, z. B. in der Betriebsdatenerfassung und der Fertigungsprüfung sind die Folge. Fertigungs- und Prüfaufträge werden separat angemeldet und die Fehler- und Ausschusserfassung erfolgt nicht selten in beiden Systemen. Zu vermeiden ist auch die unnötige Konfrontation der Anwender mit zwei Systemen, zumal Betriebsdaten auch Qualitätsdaten sind. Hinzu kommt, dass sich zwei verschiedene Systeme nur mit hohem Aufwand integrieren lassen. Monolithische Standardprodukte sind zwar kostengünstig, haben aber klar erkennbare Grenzen. Eine Integration zweier Systeme gibt es nur an definierten Stellen und spätere Erweiterungen sind mit erheblichen Kosten verbunden.

Ein MES sieht die Qualitätssicherung in das Fertigungsmanagement integriert. Dadurch werden Meldedialoge reduziert, Schnittstellen vermieden und die Akzeptanz bei den Anwendern gesteigert. Ein weiterer Vorteil der Integration innerhalb eines MES zeigt sich bei Auditierungen und Zertifizierungen. Speziell im Lebensmittel- und Pharmabereich kommt die Forderung nach der FDA-Konformität hinzu. Bei der Erfüllung der FDA-Auflagen können die Synergien der Integration in einem MES optimal genutzt werden. Idealerweise sind diese durch die Basisfunktionen führender MES-Systeme erfüllt. Nachfolgend werden Funktionalitäten und Nutzen einer integrierten Qualitätssicherung aufgezeigt. Dabei wird bewusst auf die Beschreibung der verschiedenen Normenwerke (QS9000, TS16949, VDA, etc.) verzichtet.

Neben der Qualitätsplanung werden auch Methoden zur Fehlervermeidung und Sicherstellung der Produktqualität betrachtet. Bereits in der Fertigungsprüfung kann so die Vollständigkeit der zugehörigen Qualitätsdatenbasis überprüft werden. Durch die Einleitung von Maßnahmen lassen sich eventuelle Defizite rechtzeitig beseitigen. Weitere Aspekte der integrierten Qualitätssicherung sind die Teilbereiche Dokumentation, Bewertung und Analyse. Mit der Dokumentation ist dabei keinesfalls die Verwaltung von Formularen gemeint. Vielmehr geht es um die lückenlose und effiziente Darstellung aller qualitätsrelevanter Daten. Hervorzuheben ist die Traceability (Rückverfolgung und Verfolgung von Losen, Chargen und Produkten). Vom Wareneingang, über die entstehenden Zwischenprodukte/Halb- fabrikate bis hin zur Auslieferung der Endprodukte kann die gesamte Entstehung vollständig ermittelt werden.

Erst durch den Einsatz eines MES werden übergreifende Auswertungen und Analysen mit einem wesentlich höheren Informationsgehalt ermöglicht. Unter Einbeziehung aller fertigungsbezogener Informationen, dazu gehören insbesondere Maschinen- und Prozessdaten, ist die Einleitung effizienter Maßnahmen zur Fehlervermeidung und Prozessoptimierung möglich.

8.2 Geplante Qualität

Ein Qualitätsplan ist eine Form von Projektplanung, um Abläufe, welche sich an Unternehmenszielen und Kundenwünschen orientieren, zu definieren und deren Einhaltung zu überwachen. Die DIN ISO/CD2 9001:2000 sagt zur Qualitätsplanung unter 5.5.2: „Die Organisation muss die Tätigkeiten und Mittel zur Erreichung von Qualitätszielen bestimmen und planen. Die Planung muss mit anderen Forderungen des QM-Systems vereinbar sein. Die Planung muss sich auf folgende Bereiche erstrecken:

- im QM-System geforderte Prozesse,
- benötigte (Produkt-) Realisierungsprozesse und -mittel,
- Festlegung der Qualitätsmerkmale auf unterschiedlichen Stufen zur Erzielung der gewünschten Ergebnisse,
- Verifizierungstätigkeiten.

Annahmekriterien und benötigte Qualitätsaufzeichnungen. Die Planung muss sicherstellen, dass organisatorische Änderungen gelenkt durchgeführt werden und dass das QM-System während der Änderungen aufrechterhalten bleibt." Mit einer inhaltlich vollständigen und transparenten Qualitätsplanung wird der Grundstein gelegt, um seinen Kunden nachzuweisen, dass die Lieferanten die Anforderungen zu Funktion und Qualität erfüllen. Ein MES unterstützt den Anwender bei der systematischen und frühzeitigen Vorbereitung und Planung aller Maßnahmen, welche zum Erreichen einer, den Kunden zufriedenstellenden, Leistung erforderlich sind.