Alle Prozessdaten im Blick

Dipl.-Informatiker Ralf Schubert

Ein Manufacturing Execution System (MES) verwirklicht die horizontale Integration auf der Prozessebene. Das Ziel ist es, alle Aspekte eines Fertigungsauftrags zu organisieren, koordinieren und zu synchronisieren. Dabei sind idealerweise die Funktionsbereiche Produktion (Feinplanung, Betriebsdaten- und Maschinendatenerfassung, präventive Wartung), Qualität (Prozessdatenerfassung, Trendanalyse, Produktverfolgung) und Personal (Personaleinsatzplanung, Zutrittskontrolle) komplett enthalten. Diese Aufzählung lässt erahnen, dass ein MES keine triviale Aufgabe ist. Das fängt schon mit dem Einsammeln der Daten an, denn nicht jede Komponente ist mit der nötigen Schnittstelle ausgerüstet. Die Implementierung der Software ist anspruchsvoll. Wie bei ERP muss der Anwender mitarbeiten. Und: Es gibt keine Lösung von der Stange, denn die Prozesse laufen in jeder Firma anders ab. In der Vergangenheit war kaum ein Unternehmen bereit, Ressourcen für ein solches Projekt frei zu machen. Selbst in der Pharmaindustrie, die wegen der Auflagen zur Prozessüberwachung und Dokumentation schon einiges an Vorarbeiten geleistet hat, ist ein vollständiges MES mit Anbindung an das ERP selten. Im Food-Bereich gibt es teilweise Systeme zur Betriebsdatenerfassung, aber von da zum MES ist es ein weiter Weg.

Trotz der Höhe der Hürde nehmen immer mehr Hersteller Anlauf, darüber zu springen. Denn die Gesamteffizienz liegt oftmals nur noch um die 60 %. Da klingen diese Zahlen wie eine Verheißung: Aus der Werkstattfertigung und der Elektronikindustrie ist bekannt, dass MES die Effizienz um 7 bis 10 % steigert.

Vor diesem Hintergrund hat sich das Crailsheimer Unternehmen Gerhard Schubert entschlossen, selbst ein MES zu entwickeln und damit im Datenmanagement und der Steuerung über die Grenzen der eigenen TLM-Verpackungsmaschinen hinauszublicken. Das Datenbankmodell wurde 2009 fertiggestellt. Es bildet alle Funktionen und Elemente ab, die das MES enthalten wird. Die weitere Ausarbeitung geschieht entlang konkreter Kundenwünsche, damit das Ergebnis auf die tatsächlichen Bedürfnisse des Marktes zugeschnitten ist. Die Folge eines solchen Projekts ist der Leitstand mit integriertem Qualitätsmonitoring. Grundlage des Anlagenleitstands ist eine bedienerfreundliche Software, die auf den Touch-Bedienterminals der beteiligten Maschinen verfügbar ist. 2010 wurden zwölf Verpackungsanlagen damit ausgestattet.

Mithilfe des Leitstands können Aufträge erfasst werden. Alle angeschlossenen Maschinen und Geräte erhalten automatisch die zugehörigen Daten, wie Chargennummern oder Verfallsdatum. Auftretende Fehler und Störungen bzw. allgemein die aktuellen Zustände werden in 3D-Bildern der einzelnen Anlagenkomponenten visualisiert. Als Auswertung der eingesammelten Prozessdaten wird laufend die Overall Equipment Effectiveness (OEE) ermittelt. Ein Visionsystem erstellt Bilder der Produkte, die archiviert werden. Nach dem Abschluss eines Auftrags wird ein Batchprotokoll erstellt.

Bei einer Verpackungslinie für einen Süßwarenhersteller, die 2010 umgesetzt wurde, erfassen 14 Auflichtscanner bis zu 1500 Pralinen pro Minute. Die Leistungsdaten des Visionsystem: Es arbeitet auf einer Breite bis zu 1600 mm parallaxenfrei. Die Tiefenschärfe liegt bei 125 mm und die Aufnahmequalität erreicht 2000 Bildpunkte pro 200 mm.

Die Bilddaten dienen in diesem System nicht nur als Informationsquelle für die Steuerung der Picker. Sie werden archiviert und könnten als Grundlage für spätere Verbraucherreklamationen herangezogen werden. Und sie dienen natürlich der laufenden Qualitätsbeobachtung. Bei jeder einzelnen Praline wird ein Soll-Ist-Abgleich durchgeführt, sodass Produkte, die in ihrer Form abweichen, nicht aufgenommen und dann ausgeschleust werden.

Über den Leitstand kann eine Auswertung vorgenommen werden: Sind es Pralinen einer bestimmten Sorte, die zu groß oder zu klein sind? Kommt es zu einer bestimmten Zeit in der Schicht vor, dass Produkte zu eng nebeneinander liegen?

Als Ergänzung zum Anlagenleitstand gibt es als neueste Funktionalität des MES von Schubert das Anlagencockpit, das erstmals auf der interpack 2011 vorgestellt wird. Das Anlagencockpit lässt sich auf jedem mit Windows ausgestatteten PC installieren. Damit verbunden ist die Möglichkeit der Fernwartung: Berechtigte Personen können über das Internet auf die Daten räumlich entfernter Anlagen zugreifen. Die nötige Verbindungssicherheit stellt unter anderem die Nutzung der VPN-Channel-Technologie (Virtual Private Network) sicher.

Wie beim Leitstand galt der Benutzerfreundlichkeit bei der Entwicklung oberste Priorität. Eine Bildschirmmaske ermöglicht eine schnelle Übersicht über alle Anlagen. So kann der Produktionsleiter zum Beispiel morgens mit einem Blick erkennen, wie die Produktion in der Nacht gelaufen ist. Ihm wird angezeigt, welche Aufträge in Bearbeitung sind und ob diese termingerecht ausgeführt werden.

Die vom Anlagenleitstand erfassten Daten können mit dem Anlagencockpit vielseitig ausgewertet werden. Dazu zählt beispielsweise die mittelfristige Fragestellung, bei welchen Produkten oder Formaten die Produktion besser oder schlechter gelaufen ist. Oder längerfristig, wie sich die Umstellzeiten im letzten Jahr entwickelt haben. Alle Prozessdaten werden übersichtlich in Diagrammen dargestellt.

Neben den beschriebenen Übersichts- und Auswertungsfunktionen bietet das Anlagencockpit auch Verwaltungsfunktionen. Dies kann Formate und Aufträge betreffen, aber auch alle möglichen denkbaren Datenpunkte, von Bandgeschwindigkeiten bis zur Temperaturkurve einzelner Aggregate. Die Batchprotokolle und Audit Trails sind ebenfalls verfügbar.

Wer heute mit Herstellern über ihren Betrieb spricht, stellt fest, dass die Verantwortlichen sowohl die Qualität als auch die Organisation ihrer Prozesse verbessern wollen. Sie sehen dies als dringende Aufgabe an, weil ihre zukünftige Marktposition mehr denn je davon abhängt. Denn so einfach es der Konsument hat, seine individuellen Bedürfnisse zu befriedigen, so anspruchsvoll macht diese abwechslungsreiche und differenzierte Warenwelt das Fertigungsmanagement. Im Ergebnis verschiebt sich der Fokus der Wertschöpfung vom Produkt auf die Produktion.

Diese Anforderungen führen fast zwangsläufig zur Überlegung, MES einzuführen. Insofern wundert es nicht, dass bei Schubert im letzten Jahr mehrere Anfragen zu einer weiteren Entwicklung des MES eingegangen sind, darunter auch ein Projekt, bei dem die kompletten Anlagen mehrerer Standorte zu integrieren sind.

Online-Info www.dei.de/1-2414