Die Grundidee von Manufacturing Execution Systems, als konsequente Erweiterung des CIM Gedankens, blickt nun schon auf lange Historie in der Produktion von Gütern zurück. Planung und Optimierung der Produktion etablierten sich dabei zu einem festen Bestandteil. Dieser Artikel soll einen Beitrag bezüglich der Integration dieser Themen innerhalb von Manufacturing Execution Systems aufzeigen.

1. Produktionsplanung
Feinplanung von
Fertigungsaufträgen
Optimierung als Kernfunktion von
Manufacturing Execution Systems
Thomas Schulz und Dimos Mitkoudis, Rockwell Automation
Dipl.-Ing. Thomas Schulz Ausgangssituation durchgängige Automatisierungslösungen
ist als Account Manager mit einem aussagekräftigen Informati-
im Unternehmen Rock-
well Automation für Die Verkürzung der Durchlaufzeit bei onsmanagement. Fertigungsprozesse, die
den Bereich Software in gleichzeitiger Erhöhung der Produkt- über Insellösungen gesteuert werden sol-
Norddeutschland verant-
wortlich. vielfalt gehört dabei zu den größten len, sind nach wie vor eines der größten
Herausforderungen der fertigenden In- Hemmnisse für Manufacturing Execution
dustrie. Mit Manufacturing Execution Systems. Mit Insellösungen sind Unter-
Systems können Unternehmen ihre Pro- nehmen nicht in der Lage, die tatsäch-
Dipl.-Ing. Dimos Mit-
koudis ist Projektleiter bei duktion schnell und flexibel an ver- lichen Produktions- und Lieferprozesse
der Aserno Systemhaus änderte Markt- und Nachfragebedin- umfassend und in Echtzeit abzubilden.
GmbH in Aachen.
gungen anpassen. Gleichzeitig sollen Damit fehlt die transparente, durchgän-
Lagerbestände im Fertigungsbereich und gige Sicht auf die Fertigung, was die
im Fertigteilwarenlager minimiert und Möglichkeiten zur schnellen Reaktion
dadurch Produktionskosten signifikant stark einschränkt. Dieses hat zur Folge,
gesenkt werden. Grundlegende Informa- dass Unternehmen nur verzögert auf
tionen sowie aktuelle Entwicklungen be- Nachfrage, Kundenanforderungen oder
schreiben dazu die Publikationen [1-6]. Lieferbedingungen reagieren können.
Die Grundidee von Manufacturing Wie in [7] und [8] referiert, ist die Inte-
Execution Systems, als konsequen- gration aller an der Fertigung beteiligten Planungsmodelle
te Erweiterung des CIM Gedankens, Systeme und Prozesse auf einer Plattform
blickt nun schon auf lange Historie eine zwingende Voraussetzung. Dazu be- Zentrale Aufgabe der Disposition ist
in der Produktion von Gütern zu- nötigt man aus Sicht der Fertigungsebene es, die Verfügbarkeit von Material und
rück. Planung und Optimierung der
Produktion etablierten sich dabei zu Bild 1: Informationsrückkopplung
einem festen Bestandteil. Dieser Ar-
tikel soll einen Beitrag bezüglich der Planung sämtlicher
Integration dieser Themen innerhalb Bearbeitungsvarianten
von Manufacturing Execution Sys-
tems aufzeigen. Planung
Optimierung
Begrenzung des Lösungsraumes
durch Ausschluss unverträglicher
Daten des
Alternativen
Produktionsprozesses
• Optimale Dimensionierung der
warum Insellösungen MES-Systeme Bestände
nicht ersetzen, • Optimale Synchronisation der
wie Planung und Optimierung von Steuerung Bearbeitungsstationen
• Optimale Verplanung der einzelnen
Produktionsprozessen erfolgreich in Aufträge anhand der bewerteten
ein Manufacturing Execution Sys- Operative Steuerung
Arbeitspläne und Operationen
der Fertigung
tem integriert werden können.
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2. Th. Schulz u.a.: Feinplanung von Fertigungsaufträgen
Kapazitäten sicherzustellen. Die Disposi- verstanden, bei der ausgehend von optimale Lösung nur von kurzer Gül-
tion soll also für den internen Gebrauch einer Menge von Aufträgen ein zeitli- tigkeit und müsste nach nur minimalen
und für den Vertrieb die erforderlichen cher Plan aufgestellt wird, der festhält, Veränderungen im Produktionsprozess
Materialbedarfe termingerecht bereit- wann, bzw. in welcher Reihenfolge die neu berechnet werden.
stellen, entweder durch Beschaffung Aufträge fertig gestellt werden und die Ein wichtiges Evaluierungskriterium
oder durch Eigenproduktion. Ergän- dafür benötigten Operationen durchge- kann auch die Robustheit eines Pla-
zend berechnet die Disposition auch führt werden. nes gegenüber Störungen und Abwei-
die Einsatzplanung der Ressourcen. Die Die Aufgaben der Feinplanung las- chungen im Produktionsprozess sein.
Herausforderung für die Disposition sen sich basierend auf den Informatio- Ein Plan sollte dann besser bewertet
besteht dabei darin, den optimalen nen in [9] und [10] in vier Kategorien werden, wenn diese Änderungen keine
Weg zwischen bestmöglicher Lieferbe- einteilen: Umplanung erfordern, weil von einer
reitschaft und Minimierung der Kos-
ten und der Kapitalbindung zu finden.
· Mengenprobleme
Welche Los- oder Chargengröße der
Umplanung meist wieder viele andere
Entscheidungen abhängen (Vergleiche
Generelle Fragen nach Segmentierung End- Zwischen- und Vorprodukte hierzu [11] und [12].
und Strukturierung der Produktion wer- werden im Planungszeitraum benö-
fen sich hierbei auf. Vorraussetzungen tigt? Informationsrückkopplung
zu deren Beantwortung sind Grundre-
geln und Methoden bei der Umgestal-
· Terminprobleme (Scheduling)
Zu welchem Zeitpunkt soll die Die Feinplanung von Produktions-
tung von Fertigungssystemen mit ihren Fertigung der einzelnen Aufträge prozessen liegt in einem Unternehmen
organisatorischen Ansätze und Grenzen durchgeführt werden? unterhalb der Ebene der Produktions-
und Potenzialabschätzungen.
In einem Produktionsprozess ist ein
· Zuordnungsprobleme
Auf welchen Betriebsmitteln mit wel-
planung. Ein ERP-System generiert
meist eine Auftragsliste aufgrund von
Fertigungsauftrag ein zu fertigendes chem Werkzeug von welchem Perso- geschätzten Kapazitäten und Lieferzei-
Produkt, an das bestimmte Anforderun- nal soll die Fertigung erfolgen? ten, ohne dass eine mögliche Reihung
gen hinsichtlich der Funktion, der Qua-
lität oder des Aussehens gestellt werden.
· Reihenfolgeprobleme (Sequencing)
In welcher Reihenfolge sollen die
der Aufträge bekannt ist (Bild 1). Die
Menge einzuplanender Aufträge kann
Manchmal werden mehrere gleiche oder Fertigungsaufträge abgearbeitet aber auch von einem weiterverarbeiten-
ähnliche Kundenaufträge entweder aus werden? den Betrieb kommen, der als Auftrag-
produktionstechnischen Gründen oder geber fungiert. Unter Berücksichtigung
zur Verringerung der Komplexität beim Optimierung als Evaluierung von Auftragspräferenzen und von tech-
Planen zusammengefasst. Zur Erledi- der Planung nischen Einschränkungen in der Pro-
gung eines Auftrages müssen bestimm- duktion müssen dann eine Planung der
te Operationen unter Verwendung von Neben der Suche nach zulässigen Reihenfolge und möglicherweise eine
Ressourcen durchgeführt werden. Plänen wird beim Scheduling deswe- Festlegung von Zeiten für Operationen
Sind zur Erfüllung eines Auftra- gen häufig noch die Optimierung der auf Maschinen durchgeführt werden.
ges mehrere Operationen notwendig, erzeugten Pläne anhand von weichen Es lassen sich durch die Betrachtung
können sie zu einem Prozessplan zu- Einschränkungen gewünscht. Das Krite- der Regelmäßigkeit der Datenerfassung
sammengefasst werden. Dieser enthält rium dafür kann durch quantifizierbare bei der Rückkopplung zwei verschiedene
eine Beschreibung der Ressourcen, die Funktionen vorgegeben werden oder Typen definieren. Man unterscheidet in
für die einzelnen Operationen benö- durch eine explizite Darstellung von konstante und bedarfsgesteuerte Rück-
tigt werden und möglicherweise eine Präferenzen zwischen Planalternativen. kopplung. Die konstante Rückkopplung
zeitliche Reihenfolge der Operationen. In vielen praktischen Anwendun- besteht aus zeitlich festen oder durch
Wenn die Art der Operationen erst noch gen verzichtet man von vornherein äußeren Takt vorgegebenen Abständen
geplant werden muss, wird von einer auf optimale Lösungen, stattdessen der Datenübertragung nach bestimm-
Prozessplanung gesprochen. Wenn nur gibt man sich mit guten und zulässi- ten Schemata, wie etwa die konstante
noch geplant wird, welche Maschine gen Lösungen zufrieden. Oft wissen Informationsübertragung von der Pro-
für eine Operation des Prozessplanes selbst die Experten des Unternehmens duktion im Rahmen der Maschinen-
benutzt werden sollen, wird auch vom nicht, welches die optimale Lösung und Betriebsdatenerfassung.
Routing gesprochen. ist, sondern sie können nur sagen, ob Sofern es nicht erforderlich ist, Infor-
eine Lösung besser ist als eine ande- mationen kontinuierlich zur Verfügung
Scheduling von re. Außerdem gibt es dann meist eine zu stellen, sondern es genügt, beim
Produktionsprozessen Reihe von gleich bewerteten Lösungen. Auftreten bestimmter Ausnahmefälle
Durch regelmäßige Störungen bzw. Ab- eine Rückkopplungsnachricht an einen
Unter dem Scheduling von Pro- weichungen vom geplanten Verlauf in Bereich zu senden, in der ein bestimm-
duktionsprozessen wird eine Tätigkeit der Produktion wäre die theoretisch tes Ereignis dokumentiert wird, so
© GITO-Verlag 53

3. Produktionsplanung
als auch nachfolgender Prozessoptimie-
rungen angesehen.
Literatur
[1] MESA: MESA´s next generation colla-
borative MES Model. Chandler : MESA
International, White Paper No. 8, Mai
2004
[2] IEC 62264-1:2003: Enterprise-control
system integration, Part 1: Models and
terminology. Genf : ISO copyright office,
2003
[3] IEC 62264-2:2004: Enterprise-control
system integration, Part 2: Model object
attributes. Genf : ISO copyright office,
2004
[4] ANSI/ISA-95.00.03-2005 Enterpri-
se-Control System Integration, Part 3:
Models of Manufacturing Operations
Management. Research Triangle Park :
Instrumentation, Systems and Automa-
Bild 2: Beispiel einer Plantafel. tion Society, 2005
[5] ISA Draft 95.00.04: Enterprise-Control
System Integration Part 4: Object Mo-
spricht man von einer bedarfsgesteuer- winnen. Es lassen sich jedoch noch dels and Attributes of Manufacturing
ten Rückkopplung. Die bedarfsgesteu- weitere Informationen im Diagramm Operations Management. Research Tri-
erte Rückkopplung ist im Gegensatz zur darstellen. So kann z. B. die farbliche angle Park : Instrumentation, Systems
and Automation Society, 2005
konstanten Rückkopplung flexibler, er- Gestaltung der Balken die Zusammen- [6] ISA Draft 95.00.05: Enterprise-Control
fordert jedoch einen höheren Aufwand gehörigkeiten der einzelnen Schritte System Integration, Part 5: Business to
bei der Erfassung und Verwaltung der verdeutlichen. Eine weitere Möglich- Manufacturing Transactions. Research
Triangle Park : Instrumentation, Systems
Rückkopplungsnachrichten. keit ist die Unterteilung nach Priorität and Automation Society, 2005
oder Status eines Schrittes. [7] SCHEDLER, Dietmar; SCHULZ, Thomas:
Integrierter Lösungsansatz Die Plantafel besitzt neben den oben Datenmodellierung eines Manufacturing
Execution Systems mit Hilfe integrier-
aufgeführten darstellenden Funktionen ter Toolsets für ein fischverarbeitendes
Basierend auf einem gemeinsamen auch die Möglichkeit zur Interaktion Unternehmen. In: Tagungsband IT &
Fabrikdatenmodell analysiert und mit dem Benutzer. Dieser kann einzelne Automation 2000. Berlin : VDE-Verlag,
2000, S. 267-276.
optimiert simultan das Modul Scheduler Produktionsschritte mit der Maus im [8] SCHULZ, Thomas: Vorteile und Einsatz-
aus der FACTORYTALK® Suite die Diagramm verschieben. Dabei überprüft felder integrierter Toolsets zur Model-
benötigten Ressourcen und findet die anschließend das Programm, ob alle ge- lierung von Manufacturing Execution
Systems (MES). In: Scientific Reports -
jeweils beste Planungsreihenfolge. Es gebenen Bedingungen wie benötigter Wissenschaftliche Berichte. Nr. 5: IWKM
werden die vorhandenen realen Pro- Maschinentyp oder ausreichende freie 2000 - Band A: Automatisierungstech-
duktionsbedingungen sowie manuelle Kapazität erfüllt sind. nik. Mittweida : Wissenschaftliche Zeit-
schrift der Hochschule Mittweida, 2000,
Einschränkungen berücksichtigt. S. 65-72.
Die Plantafel ist die zentrale Ober- Zusammenfassung [9] BAKER, Kenneth R.: Introduction to
flächenkomponente eines Ablaufpla- Sequencing and Scheduling. New York :
Wiley, 1974
nungssystems. Alle wichtigen Daten Die vorliegende Arbeit versteht sich [10] CONWAY, Richard W.; MAXWELL, Wil-
werden in einem Gantt-Diagramm als ein Beitrag zur Diskussion von liam L.; MILLER, Louis W.: Theory of
graphisch aufbereitet, wodurch dem Anforderungen bezüglich integrier- Scheduling. Reading : Addison-Wesley,
1967
Planer die Möglichkeit geboten wird, ter Manufacturing Execution Systems. [11] FANDEL, Günter; STAMMEN-HEGENER,
einen schnellen Überblick über alle Der hierbei aufgezeigte Lösungsan- Cathrin: Entwicklung eines Modells zur
bereits verplanten, sowie alle noch ein- satz ist modularer Teil eines offenen simultanen Losgrößen- und Reihenfol-
geplanung bei einstufiger Mehrprodukt-
zuplanenden Produktionsaufträge zu Lösungskonzeptes basierend auf der fertigung. In: Hermann, Jahnke [Hrsg.]:
gewinnen. In Bild 2 ist beispielhaft ein integrierten Produktionsmanagement Betriebswirtschaftslehre und betriebliche
Gantt-Diagramm dargestellt, welches und Performance Suite FACTORYTALK® Praxis : Festschrift für Horst Seelbach
zum 65. Geburtstag. Wiesbaden : Deut-
die zeitliche Belegung mehrerer Ma- aus dem Hause Rockwell Automation. scher Univ.-Verl., 2003, S. 25-47
schinen darstellt. Datenkonsistenz, Schnittstellen und [12] QUADT, Daniel: Lot-Sizing and Schedu-
Somit ist es nun möglich, einen freier Informationsaustausch werden ling for Flexible Flow Lines. In: Lecture
Notes in Economics and Mathematical
schnellen Überblick über belegte und dabei als zentraler Kern sowohl für die Systems. Berlin : Springer, Vol. 546,
noch verfügbare Ressourcen zu ge- Feinplanung von Fertigungsaufträgen XVIII, 2004, S. 227-230
54 PPS Management 11 (2006) 1

4. Th. Schulz u.a.: Feinplanung von Fertigungsaufträgen
Schlüsselwörter:
MES, PPS, Feinplanung, Optimierung
Detailed planning of production
orders
Optimization as a core function of Ma-
nufacturing Execution Systems
The philosophy of Manufacturing Exe-
cution of system, as consistent extensi-
on of the CIM concept, looks now alrea-
dy on long history in the production of
goods back. Planning and optimization
of production were established thereby
to a firm component. This article is to
point a contribution out concerning the
integration of these topics within Ma-
nufacturing Execution Systems.
Keywords:
MES, MRP, Scheduling, Optimizing
Zweigniederlassung der Rockwell
International GmbH
Harburger Schloßstr. 30
21079 Hamburg
Tel.: 040/766162-0
Fax: 040/766162-33
Mail: tschulz@ra.rockwell.com
www.rockwellautomation.de
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Pascalstr. 26
52076 Aachen
Tel.: 02408/1405-52
Fax: 02408/1405-55
Mail:d.mitkoudis@aserno.de
www.aserno.de
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