Neue Rollen für ERP und MES

Auf dem Weg zur Smart Factory

Dr. Walter Huber war bei Siemens IT Solutions and Services für das deutsche Automotive-Geschäft verantwortlich. Seine fachlichen und technischen Schwerpunkte waren die Optimierung von fachlichen und IT-Prozessen bei OEMs und Zulieferern und in der Strategieberatung. Als Bereichsleiter IT Consulting bei der MCG baute er ein Beraterteam auf. Seit Mai 2015 ist Dr. Huber bei der Staufen AG für das Thema Industrie 4.0 verantwortlich. Der geografische Schwerpunkt liegt hierbei auf Deutschland und China. Im Laufe seiner beruflichen Tätigkeit hat er über 20 Industrie 4.0 Projekte umgesetzt.
Eine Smart Factory erfordert digitalisierte Prozesse wie auch eine weiter entwickelte IT-Systemlandschaft. Dabei stellt sich die Frage, ob ERP und MES noch in diese neue Produktionswelt passen oder ob es sich doch um Auslaufmodelle handelt.
  • Welche Anforderungen an eine Smart Factory gestellt werden
  • Wie die Produktion der Zukunft aussehen sollte
  • Warum ERP und MES nach wie vor einen Platz in der digitalisierten Fabrik haben

Sowohl ERP-Systeme als auch MES bilden seit geraumer Zeit das IT-technische Rückgrat vieler Unternehmen. Über beide erfolgt jeweils die Unternehmens- und Produktionssteuerung. Im Rahmen von Digitalisierungsstrategien wird der Funktionsumfang von ERP-Systemen und MES in Unternehmen weiter ausgebaut, schon weil aktuell praktisch keine Alternative zur Steuerung und Überwachung der Produktion existiert. Die funktionale Trennung zwischen ERP und MES wird durch das 5-stufige ISA-95 Modell beschrieben. Hierbei erfolgt, wie in der Informatik bei hierarchischen Ansätzen üblich, ausschließlich eine Kommunikation zwischen zwei benachbarten Ebenen sowie innerhalb einer Ebene.

Grob gesprochen beschreibt die oberste Ebene des ISA-95 Modells alle Aktivitäten zur Unternehmenssteuerung, die nächste Ebene jene zur Produktionssteuerung usw. Dieser Ansatz der hierarchischen Gliederung - repräsentiert durch im wesentlichen monolithische Systeme - stößt allerdings auf Grund der stetig steigenden Anforderungen an die Produktion und deren Produkte schon heute oft an seine Grenzen. Dies gilt im Besonderen für die Produktionsplanung. Im Zuge der weiteren Digitalisierung der Produktion wird es weiter "knirschen".

Anforderungen an eine Smart Factory

Den immer weiter steigenden Anforderungen an die Produktion im Speziellen und Unternehmen im Allgemeinen will man mit Konzepten wie Industrie 4.0 und Smart Factory begegnen. Eine wesentliche Komponente bildet hierbei die vertikale und horizontale Integration aller beteiligten (IT-) Systeme und damit deren hierüber abgebildeten Prozesse (also auch Maschinen und Anlagen). Eine Konsequenz ist, dass Engineering-Informationen weitestgehend automatisiert in Richtung Produktion transferiert und etwa Arbeitspläne systemseitig vorkonfiguriert werden. Um dies zu erreichen, bedarf es standardisierter Schnittstellen, vor allem auf dem Shop Floor.

Mit der Digitalisierung einher geht auch der Bedarf nach einer ausfallsicheren und schnellen Kommunikation der Infrastruktur inklusive einer ausgefeilten Datensicherheit. Dies gilt nicht nur für die Ebene der Unternehmenssteuerung, sondern vor allem auch für den Produktionsbereich. Der aus dem Alltag bekannte Slogan von "Always On" betrifft somit in Zukunft für die Fräsmaschine und den Schrauber. Nur hierüber lassen sich Informationen über den Produktionsfortschritt und Status jederzeit in Echtzeit abrufen und damit auch steuern.

Gleiches gilt auch für Teile und Material, die in der Produktion bewegt werden. Auch diese werden "Smart" - erhalten also Logik oder "Intelligenz", um die Produktion von Morgen zu steuern beziehungsweise ungeplante Ereignisse, wie einen drohenden Maschinenausfall (Condition Monitoring) zu melden. Mit der weitestgehend vollständigen Digitalisierung auf dem Shop Floor werden Tracking und Tracing von Produkten und Teilen deutlich erleichtert. Alle Daten können im Rahmen eines digitalen Produktgedächtnisses entsprechend gespeichert und bei Bedarf ausgewertet werden. Somit muss zukünftig neben dem Materialfluss auch der Informationsfluss durch die Produktionsanlagen und -Systeme bewegt werden, was dazu führt, dass neben den schon angesprochenen Sicherheitsaspekten auch eine erheblichen Steigerung in den Anforderungen an die Automatisierungsebene in Bezug auf Speicherplatz, Kommunikationsfähigkeit und Rechenleistung zu beachten ist.

Wandel ist der Schlüssel

Mit der vertikalen Integration inklusive einem digitalen Abbild der realen Fabrik und des gesamten Unternehmens besteht die Möglichkeit, die Flexibilität auf eine neue Stufe zu heben - Wandlungsfähigkeit ist hier das Schlüsselwort. Die gesamten nun verfügbaren Informationen können auch genutzt werden, um die Produktion und Logistik weiter zu optimieren. Über Selbstoptimierung erfolgt dann die wirtschaftliche Realisierung einer Losgröße 1.

Bei all diesen rein wirtschaftlichen Themen sollte der Mitarbeiter (Stichwort "Faktor Mensch") nicht vergessen werden. Über sensitive Roboter lassen sich Arbeitsinhalte neu gestalten und körperliche Belastungen weiter reduzieren. Ferner sind für eine wandlungsfähige Fabrik von Morgen auch flexible Zeitmodelle erforderlich und zwingend notwendig.

Unter Schlagwörtern wie "Arbeit 4.0" oder "urbane Produktion" sollen neue nachhaltige Produktionskonzepte subsummiert werden - soll heißen: Es liegt ein deutlich stärkerer Fokus auf der Reduzierung des Ressourcenverbrauchs. Dies lässt sich beispielsweise über cloudbasierte Smart-Building-Konzepte kostengünstig umsetzen.

Konsequenzen für eine Smart Factory

Die hier aufgeführten Anforderungen an die Produktion der Zukunft erheben weder den Anspruch der Vollständigkeit noch sind branchenspezifische Aspekte berücksichtigt. Ferner ist bei allen Betrachtungen auch die Firmengröße zu berücksichtigen. Nichtsdestotrotz ergeben sich aus dem bisher Gesagten entsprechende Konsequenzen. Diese lassen sich formal in technische und organisatorische Punkte einteilen. Die technischen Punkte sind generell deutlich leichter umzusetzen als die organisatorischen.

Als wohl wichtigster organisatorischer Punkt gilt ein stringentes geschäftsmodell- und prozessorientiertes Produktionssystem. Dieser Punkt beinhaltet auch die aus der Vergangenheit bekannten Lean-Ansätze. Somit handelt es sich hierbei für viele Unternehmen um eine gravierende Veränderung. Damit verbunden ist auch eine Terminsteuerung und Ressourcenorientierung, die sich streng an den Kundenwünschen ausrichtet. Beide Punkte beinhalten eine erhebliche Sprengkraft. Sie verursachen gravierende Veränderungen von Arbeitszeitmodellen bis hin zu sehr schlanken Führungsstrukturen - also eine enorme Spreizung an erforderlichen Veränderungen mit entsprechendem Langzeitcharakter. Der Mitarbeiter in der Produktion wird zum "Dirigenten der Fertigung" mit entsprechenden Kompetenzen.

Transition von bestehender zur künftigen IT-Landschaft

Die "Gretchenfrage" lautet nun, wie sich die Anforderungen an eine zukunftsorientiert Produktion mit einer bestehenden IT-Landschaft, wie sie zu Beginn des Artikels grob skizziert wurde, vereinbaren lässt beziehungsweise wie eine mögliche Transition aussehen könnte.

Es dürfte kaum verwundern, dass ERP-Systeme und MES sicherlich die nächsten Jahre noch ihren Platz in den Unternehmen behalten werden, schon weil es an Alternativen fehlt. CPPS (Cyber Physical Productions Systems) sind aktuell noch nicht in dem Maße kommerziell verfügbar und ausgereift, als dass man ihnen eine Produktion mit gutem Gewissen anvertrauen möchte. In einem ERP-System (meist SAP) erfolgt das Stammdatenmanagement, wie etwa Materialstämme, Arbeitsplätze. Beim Thema Arbeitspläne könnten diese sowohl in einem PLM- als auch einem ERP-System gepflegt werden.

Das gleiche gilt für Qualitäts- und Prüfpläne (obwohl hier der Komfort auf Seiten von SAP deutlich hinter gängigen PLM- oder MES-Systemen hinterherhinkt). Vielfach ist dieses Stammdatenmanagement in den Unternehmen noch nicht in der gewünschten Qualität und Ausprägung vorhanden. Im ERP- beziehungsweise MES-Layer erfolgt auch zumindest in naher Zukunft die Material- und Verfügbarkeitsplanung ebenso wie die Grob- und Feinplanung von Plan- und Fertigungsaufträgen. Auch wenn es CPPS in einigen Jahren zur Marktreife schaffen, bedarf es auch in Zukunft Planungstools, um sowohl werksübergreifend als auch innerbetrieblich für das notwendige Material zu sorgen und sicherzustellen, dass Kundenaufträge zum vereinbarten Zeitpunkt die Werkstore verlassen. In Abhängigkeit der Planungskomplexität könnten hier allerdings zentrale Systeme an ihre Grenzen stoßen.

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