Vertikale Shop-Floor-Aufgaben und Funktionsbausteine eines MES-Systems

Wareneingang/-ausgang
Überall dort, wo es um schnelle Verbuchung und der Notwendigkeit in Echtzeit verfügbare Zugänge z.B. für die Auftragsfreigabe in der Produktion geht, und das ERP-System die Daten nicht zeitnah bereitstellen kann, setzt diese Funktion auf. Sie ergänzt das ERP und bietet über die Integration einen lückenlosen Informationsfluss. Denkbare Szenarien können auch automatische Datenerfassungen per RFID oder Barcode sein.

Compliance Management
Diese Funktion umfasst im Wesentlichen die elektronische Signatur zur Bestätigung überwachungs- und meldepflichtiger Tätigkeiten in der Produktion. Dabei können bestimmte automatisch ablaufende Produktionsschritte oder manuelle Tätigkeiten durch einen elektronischen Stempel quittiert werden und sind in der Rückverfolgungshistorie des produzierten Auftrags verbucht. Diese Funktion kommt häufig in regulierten Märkten wie der Pharmaindustrie zum Einsatz.

Elektronische Arbeitsanweisung
Kunden verwenden diese Funktion zur Unterstützung von „Standard Operating Procedures“ (SOP,  Normierung von Abläufen in der Produktion). So könnte ein Workflow den Bediener eines Bedien-und Beobachtungssystems (HMI-Terminal) zur Ausführung und Quittierung bestimmter Tätigkeiten auffordern. Typisch ist hier z.B. bei Auftragsstart eines bestimmten Produktes das Rüsten eines zugeordneten Hilfsmittels oder Aggregates zu initiieren. Bei Quittierung des Rüstendes startet der Produktionsablauf  automatisch durch ein Startsignal, das an die SPS gesendet wird. Mittels dieser Funktion lassen sich die vielfältigsten Anforderungen von produzierenden Unternehmen realisieren.

Produktionsüberwachung
Die laufenden Prozesse der Produktion zu überwachen, Status und Fortschrittsinformationen zu liefern, oder auf mögliche Engpässe und Hindernisse aufmerksam zu machen sind Einsatzzwecke dieser Anwendung. Die Auftragsmanagementfunktionen nehmen die feingeplanten Produktionsaufträge aus ERP/APS zur Freigabe entgegen und ergänzen die Informationen z.B. um aktuelle Stillstände und Störungen an den betroffenen Produktionseinrichtungen. Funktionen wie SPLITTEN; ÜBERLAPPEN; RÜSTEN etc. stehen dem Linienbediener/Anlagenfahrer zur Verfügung. Alle Auftragsdaten werden nach Auftragsende mit ERP/APS synchronisiert.

Laborprobenintegration
Weil bei der herkömmlichen manuellen Abwicklung von Probenentnahmen viel Zeit benötigt wird und die Produktion oft auf die Ergebnisse warten muss, liegen gerade iin der Integration der Laborinformationen große Nutzenpotenziale. Bei bestimmten Prozedurschritten innerhalb des Batchablaufes triggert das MES-System eine automatische Auftragsauslösung im LIMS-System. Nach erfolgter Probenprüfung sendet das LIMS die Ergebnisse mit einer GUT oder SCHLECHT Kennung an das MES zurück. Bei GUT wird die Produktion automatisch wieder aufgenommen, die Steuerung erhält dazu ein elektronisches Signal. Bei SCHLECHT wird eine ELEKTRONISCHE ARBEITSANWEISUNG erzeugt, am Bildschirm erhält der Anlagenfahrer Informationen, ob und in welcher Form ein REWORK (z.B. Abpumpen des Materials in REWORKBEHÄLTER) durchzuführen ist. Die Ergebnisse der Laborprobe werden den RÜCKVERFOLGUNGSDATEN des Auftrags beigefügt.

Aggregate Zuweisung
In hochflexiblen Produktionen mit Produktionslinien, die mehrere Produkte produzieren können, bei dem u.a. auch Aufträge auf mehrere Linien gesplittet werden können, benötigen Produktionsplaner Informationen zur Auslastung und Zustand der Optionen. Die Entscheidung an welcher Linie oder ob parallel produziert werden kann, wird mit dieser Funktion wesentlich vereinfacht. Es schafft Echtzeittransparenz und hilft Auftragslaufzeiten oder Wartezeiten zu verkürzen.

Batch-Analyse
Produktbezogene Auswertungen über unterschiedliche Betrachtungszeiträume gehören zu den effektivsten Instrumenten eines MES-Systems. Die genaue Abweichungsanalyse warum derselbe Artikel  zu einem Zeitpunkt mit einer höheren Ausbringungsmenge und niedrigeren Stör- und Stillstandszeiten als zu einem anderen Zeitpunkt produziert wurde und mit welchen Prozessparametern das geschah, wird durch die Batch-Analyse beantwortet. Man spricht auch vom „Golden Batch“. Anlagenfahrer generieren daraus die Maschineneinstellungen zur optimalen Produktion eines Artikels. Die Wiederholbarkeit von Best-Practise-Erfahrungen, Abläufen und Einstellwerten wird dadurch gegeben. Der Datenaustausch zwischen Automatisierung und PIMS erfolgt über OPC.

Bestände und WIP
Typischerweise kennt ein ERP-System Wareneingangs- und Warenausgangslager. Manchmal wird durch erhöhten Buchungsaufwand auch der Zwischenbestand in der Produktion (Pufferlager etc.) verbucht. Alle in der aktuellen Produktion laufenden Produktionsprozesse erzeugen auf jeder Produktionsstufe Materialtransformationen (Vermischungen, Reaktionen, etc.). Ein MES-System kennt die Zustandsinformationen und bestandsbezogenen Daten und kann diese als bewerteten WIP an ein ERP-System melden. Bestandsinformationen werden grundsätzlich zwischen ERP und MES-System synchronisiert. Weil ein MES-System Produktionsaufträge in der Fertigung startet, muss es  idealerweise auch über die Verfügbarkeit des Materials informiert sein. Zusätzlich gibt es häufig SILOS, TANKS und MATERIALPUFFER, bei denen die Füllstände per Druckmessdosen o.ä. gemessen werden. Über die Steuerungssysteme greift ein MES-System diese Daten ab, verwendet diese und meldet die Füllstände zurück an das ERP.

Echtzeit-SPC/SQC
Diese Funktion wird häufig zur Bestimmung von Material- und Verpackungsfehlern genutzt . Sie kann die Ursachen und statistischen Trends hierzu ermitteln. Daneben dient es der Ermittlung von Prozess- und Maschinenbefähigungsindizes. Kontinuierliche Verbesserungsprozesse lassen sich hiermit bestens unterstützen. Koppelt man SPC/SQC mit den elektronischen ARBEITSANWEISUNGEN, so werden daraus zugleich präventive und korrektive Maßnahmen generiert (engl. Begriff: CAPA)

Lagerlogistik-Management
Zur dezidierten DESASTER RECOVERY STRATEGIE und FAILOVER-TAKTIK, kann es bedeutsam sein, das Systeme bei Ausfall eines ERP-Systems autark weiterarbeiten. Dazu existiert u.a. die Funktion für das Lagermanagement, mit Lagerplatz usw. Ein MES-System ist grundsätzlich in der Lage, unabhängig vom ERP Produktionsaufträge anzulegen und abzuarbeiten. Bei erneutem Verbindungsaufbau des wiederangefahrenen ERP-Systems synchronisiert es diese Daten automatisch.

Produktionsfeinplanung
Produktionsunternehmen, die noch kein APS-System einsetzen und bei denen die Synchronisierung und gleichzeitige Verfügbarkeit von Material und Kapazität zur LEAN PRODUCTION-PHILOSOPHIE gehört und die z.B. komplexe, zeitintensive RÜST- UND REINIGUNGSVORGÄNGE sowie materialabhängige Produktionsregeln benötigen, nutzen häufig die Feinplanungsfunktionen des MES. Aufgrund der engen Kopplung mit der Automatisierung und den HMI-Terminals verfügt dieses Modul über Echtzeitinformationen die beim schichtgenauen Einplanen der Auftragsreihenfolge unentbehrlich sind.

Instandhaltungsintegration
Kerneinsatzbereich dieses Moduls ist die Benachrichtigung oder automatische Auftragsauslösung von Instandhaltungsaktivitäten oder -aufträgen. Hierbei werden HMI-Störmeldungen durch das Bedienpersonal oder Prozessstörmeldungen aus den Steuerungssystemen an die Planer und Instandhalter gemeldet.

Buffermanagement (HUT- Management)
Zwischenbestände der Produktion werden häufig in Handling Units (Gitterboxen, Paletten, Behälter, fahrbare Tanks etc.) in der Produktion geführt. Die Verfügbarkeit und der aktuelle Standort leerer Handling Units ist zur schnellen und zielgerichteten Verwendung dieser Behälter eminent wichtig.

Tank- und Silomanagement
Die Füllstände von Tanks- und Silos zu kennen ist wesentliche Voraussetzung, um Ansatzmengen und Chargengrößen für einen Produktionsauftrag zu bestimmen und damit korrekt das verfügbare Material zu verplanen. Kommen dann noch verwendbare Rework-Bestände hinzu, kann ein Planer exakte Prozess und Produktionsvorgaben ermitteln und zur Produktion freigeben.

Produktrückverfolgung
Ist eine der am häufigsten benötigten Funktionen bei Nahrungs- und Genussmittelherstellern. Aufgrund der gesetzlichen Verordnungen (wie EU 178/2002) sind diese zur Rückverfolgbarkeit verpflichtet. Die Wahl der Mittel wird aber oft nicht vorgeschrieben. Manche Unternehmen erstellen Ihre Rückverfolgungsdaten manuell. In einem MES-System werden diese Daten automatisch erzeugt. Zusätzliche Daten wie QS-Informationen werden mitberücksichtigt.

OEE
OEE ist das Synonym für „Overall Equipment Effectiveness“ und steht generell für Kennzahlen in der Produktion.

Elektronisches HACCP
Kritische Kontrollpunkte sind überall dort etabliert, wo es aufgrund von Prozessabläufen oder Materialrestriktionen zu unerwünschten Kontaminationen etc. kommen kann. Produktionsmitarbeiter müssen häufig diese Kontrollpunkte überwachen und durch Protokollierung fortschreiben. Dazu werden oft Betriebsrundgänge und Listen verwendet. Mit unserer MES-Funktion werden Prozesswerte, Grenzwerte und die bei Abweichung notwendigen Protokollierungsschritte automatisch erfasst. Eskalationsmechanismen, automatische Berichtsgenerierung und elektronische Arbeitsanweisungen helfen bei Sofortmaßnahmen und steuern einen standardisierten Prozess ein.

Palettieren und Labeln
Die sekundären Produktionsprozesse sind häufig die Prozesse mit der höchsten Stör- und Stillstandshäufigkeit. Ein MES-System bezieht auch diese Informationen ein. Die Prozessdaten dieser sekundären Prozesse können beispielsweise dazu verwendet werden, dass bei plötzlich abfallender Ausbringungsleistung die vorgelagerten primären Produktionseinrichtungen ein Signal zur Reduzierung der Anlagenleistung erhalten. Somit synchronisiert man primäre und sekundäre Produktionsschritte ohne dabei Stillstände oder unnötige Zwischenpuffer in der Produktion aufzubauen. Ein standardisiertes Austauschformat zwischen primären und sekundären Produktionanlagen ist PACKML. Sie beschreibt wie die Automatisierungsebenen Nachrichten austauschen und verarbeiten.

Verwiegen und Dosieren
Die meisten Verwiege- und Dosieraggregate verfügen heute über eine Anbindung an die Automation. Darüber wird bei Einsatz von Batch-Managementsystemen die Integration zur Ablaufsteuerung geschaffen. Sind keine dezidierten Batchmanagementsysteme im Einsatz oderf handelt es sich im Wesentlichen um Parametervariationen, so kann diese Aufgabe von der integrierten Rezepturverwaltung des MES-Systems übernommen werden.

ERP-Integration
Eine bidirektionale Integration von ERP und MES ist der größte Nutzenhebel bei der MES-Einführungsentscheidung. Daten wie Artikelstämme, Aufträge, Materialdaten, Bestandsinformationen, Rückmeldungen, Status etc. werden nahtlos mit dem führenden ERP-System in beide Richtungen ausgetauscht. Als Standardschnittstelle zwischen MES und ERP hat  sich mittlerweile B2MML etabliert.

RFID
Immer häufiger anzutreffen ist die Forderung, logistische Prozesse mittels RFID zu verfolgen und aufzuzeichnen.