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APS als native Komponente im MES für Industrie 4.0

August 18, 2020

APS als native Komponente im MES für Industrie 4.0

Dieser Blog-Artikel ist ein Auszug aus unserem Whitepaper APS Goes Native for Industry 4”: Why Advanced Planning and Scheduling must be an MES Capability. Das vollständige Whitepaper lesen Sie hier.

Die Vorteile der Industrie 4.0 können nur dann maximal ausgeschöpft werden, wenn Advanced Production Planning and Scheduling (APS) als eine native MES-Funktionalität genutzt wird. Ein MES ist die einzige Anwendung, wenn es darum geht, die Anforderungen einer heterogenen, dem ständigen Wandel unterworfenen automatisierten und digitalisierten Industrie-4.0-Umgebung zu erfüllen und eine vollständige APS-Integration zu ermöglichen. Auf diese Weise kann die Geschwindigkeit, Genauigkeit und erforderliche Funktionalität zur Optimierung der Fabrikleistung erhöht werden.

Das Wichtigste zuerst. Was ist ein APS?

Laut Gartner ist „Advanced Planning and Scheduling (APS) eine Teilkomponente der Supply-Chain-Planung und dient der kontextspezifischen Darstellung der Fertigungsplanung und -terminierung“.

Das APS ist aufgrund seiner Spezifität und der Ausrichtung auf das Ressourcen- und Materialmanagement üblicherweise eine Einzelanwendung. Sein Schwerpunkt liegt auf einem ausgewogenen Zusammenspiel von Produktivität, Kundenzufriedenheit und Wirtschaftlichkeit. Der Schwerpunkt im MES liegt auf der Umwandlung von Rohmaterialien in Fertigerzeugnisse. Beide Anwendungen weisen eine gewisse Ähnlichkeit auf, da sie das gleiche Ziel der Optimierung von Fabrikproduktivität und Material mithilfe von Fertigungsplanung und -ausführung verfolgen. So gehen die Vorteile einer synchronisierten, zentralen Übersicht über alle Informationen im MES durch den Einsatz eines isolierten, nicht integrierten APS verloren. Zum Ausschöpfen der vollen APS-Leistung ist eine einfache Integration nicht ausreichend, es muss vielmehr als ein natives MES-Modul eingesetzt werden.

Native APS-Funktionalität im MES

Was bedeutet das konkret? Im Prinzip bedeutet das, dass das APS auf dem gleichen Framework wie das MES basiert. Es verwendet, wie alle anderen MES-Module auch, die gleichen Stammdaten und Benutzeroberflächen (GUI), ohne zusätzlichen Arbeitsaufwand seitens der IT- oder Fertigungsteams im Unternehmen.

Ein Blick auf den Datenfluss in diesem Diagramm zeigt, welche Daten für das APS aus dem MES und vice versa idealerweise benötigt werden. Die Automatisierung und Integration dieser Datenströme sorgt für schnellere Arbeitsabläufe und ermöglicht somit einen reaktionsschnelleren Betrieb. Und das ist der entscheidende Vorteil der zusätzlichen nativen APS-Funktionalität im MES.

Was geschieht, wenn eine Verbindung zwischen APS und MES nicht nativ ist?

Die native APS-Funktionalität im MES ist in der Praxis eher selten. Die meisten Terminierungs-Tools sind in diesen Varianten verfügbar:

1. Die bestmögliche Lösung (engl. Best-in-breed): Ein unabhängiges System.

2. Enthalten im ERP: Zu den Schwachpunkten gehören die Abwicklung komplexer Vorgänge und eine zusätzliche Integration, da die meisten ERP-Systemanbieter ihre APS dazugekauft und nicht selbst entwickelt haben.

3. Erweiterung durch Lösungen externer Anbieter: Ähnlich wie beim ersten Punkt schließen sich mehrere MES-Unternehmen mit einem APS-Partner zusammen, um eine breitere Funktionalität zu erreichen. Die Integration erfolgt nur oberflächlich, da keine Stammdaten geteilt werden und das System für eine unabhängige Anwendung vorgesehen ist.

4. Ein Unternehmen, unterschiedliche Systeme: Wie beim Zusatzprodukt unter Punkt 3 bietet diese Variante eine zentrale Quelle für das MES und APS, in der Praxis handelt es sich dabei jedoch um unabhängige Anwendungen mit geringer bis gar keiner Integration.

Funktionsvergleich zwischen einem herkömmlichen APS und einer nativen APS-Funktionalität im MES

Das APS ist üblicherweise eine Drittanbieter-Anwendung mit einer lokalen Datenbank. Durch die Integration mit einem MES werden alle Stammdaten - Kalender, Wartungs- und Maschinen- und Rüst-Informationen - mit Materialien und WIP (Work in Process) synchronisiert.

Anschließend müssen Daten im MES in das geeignete Datenmodell oder -schema umgewandelt werden, damit die Informationen an die APS-Engine weitergeleitet werden können. In der Regel erfolgt dies auf Dateibasis (XML oder Text). Sobald der Terminplan zum Ausführen im MES festgelegt wurde, ist eine Konvertierung der Ergebnisse für einen Dateitransfer ebenfalls erforderlich. Dies wird in der nachstehenden Abbildung verdeutlicht:

Zur Optimierung dieses Prozesses werden die Stammdaten sowie das Anlagen- und Prozessmodell in einem APS, das als ein natives MES-Element ausgeführt wird, ohne zusätzlichen Aufwand gemeinsam genutzt, wie die Abbildung oben rechts verdeutlicht.

Operative Vorteile

Es gibt sieben Vorteile im operativen Bereich, die durch ein natives APS im MES erreicht werden können:

1. Kurze Reaktionszeiten. Eine schnellere Reaktion auf kurzfristige Veränderungen, einschließlich der Margenanforderungen, Nachfrage und des Termindrucks. Kleine Änderungen erfordern keinen neuen Terminplan dank der Verwendung eines Zwischenspeichers, sondern nur dann, wenn der Zwischenspeicher ausgeschöpft ist.

2. Der Terminplan und das MES sind immer aktuell. Der Terminplan basiert auf den aktuellen Statusinformationen im MES, einschließlich des Auftragsstatus, sowie auf dem Status und Kalender für Ressourcen, wie etwa Materialien, Maschinen, Werkzeuge und Personen.

3. Der Terminplan ist durchführbar. Die Betriebsabläufe können nach dem Terminplan sicher durchlaufen werden, da dieser der Verfügbarkeit von Materialien unterliegt sowie Fertigungsprozesse, Ressourcen und Wartungspläne inklusive Personalzertifizierungen berücksichtigt.

4. Der Terminplan wird eingehalten. Die Sichtbarkeit des Terminplans und seine Speicherung im MES räumt jegliche Bedenken der Anwender hinsichtlich seiner Richtigkeit aus und stellt somit sicher, dass der Terminplan nicht übergangen wird.

5. Der Terminplan führt nachweislich zu einer Verbesserung der Ergebnisse. Der Terminplan zielt auf die Optimierung der Gesamtleistung der Fabrik ab, dadurch kann auch die operative Leistungsfähigkeit weiter ausgebaut werden.

6. Die Mitarbeiter werden sicherer. Das Bedienungspersonal und die Techniker schätzen die gewonnene Transparenz und die realistischen Terminpläne. Die funktionsreiche Benutzeroberfläche (GUI) des MES wird dabei als zentrale Informationsquelle für sämtliche Produktionsabläufe verwendet.

7. Sie wissen, was Sie wirklich tun. Auf der Grundlage der tatsächlichen APS-Ergebnisse können die MES-Prozessmodelle und Metadaten jederzeit aktualisiert werden. Die erfolgreiche Prozessverbesserung der Arbeitsabläufe kann in den Terminplänen abgebildet werden. Ist ein Arbeitsablauf oder eine Durchlaufzeit nicht realistisch, so kann der Terminplan entsprechend angepasst werden, indem ein sinnvollerer Arbeitsablauf gewählt wird.

IT-Vorteile

Wir haben uns die betrieblichen Vorteile angesehen, was gewinnt dadurch aber die IT? Hier sind fünf nennenswerte Vorteile:

1. Keine Integration der Lösung ist erforderlich. Alle damit verbundenen Herausforderungen, Risiken und Verzögerungen von Integrationsprojekten entfallen dank einer nativen APS/MES-Lösung. Die gemeinsam genutzten Stammdaten und die lückenlosen automatischen Aktualisierungen des Arbeitsspeichers bieten Echtzeit-Vorteile, sodass aufwändige Integrationsprozesse aufgrund des Dateiaustauschs zwischen APS und MES überflüssig werden.

2. Eine heterogene Software. Nur ein einziges Datenmodell und ein einziger Datensatz werden zusammen mit Kalendern, Ressourcen und anderen Parametern verwaltet. Sämtliche Maschinen, Prozessanlagen und Produktmodelle werden sowohl im APS als auch im MES berücksichtigt.

3. Bereinigte Daten. Die native APS-Funktionalität im MES macht die Duplizierung von Stammdaten überflüssig und somit auch jegliche Gefahr abweichender Daten in separaten Systemen.

4. Optimierte Benutzeroberflächen. Ein natives APS-Modul im MES reduziert die Anzahl der Benutzeroberflächen, wodurch die Arbeitsabläufe für die Anwender vereinfacht und die möglichen Cyber-Sicherheitsbedrohungen minimiert werden.

5. Sichere Upgrades. Die Verwendung eines zentralen MES/APS-Systems ermöglicht Upgrades und Wartung mit geringerem Risiko und Aufwand; Änderungen werden ohne zusätzliche Anpassungen, Tests und Einrichtung synchronisiert.

Geschäftliche Vorteile

Wir haben über Vorteile im operativen Bereich und IT gesprochen, der eigentliche Nutzen entsteht jedoch durch den positiven Effekt auf das Gesamtgeschäft des produzierenden Unternehmens.

1. Geringere Gesamtbetriebskosten. Kosten einer Lizenz (vs. mehrere Lizenzen); ein Software-System für Einrichtung, Training von Personal, Wartung und Upgraden.

2. Höhere Zufriedenheit der Steakholder. Supply-Chain-Planung, Logistik, Kundendienst, Finanzen, Vertrieb, IT und operativer Bereich profitieren von den positiven Effekten. Kunden sind in der Lage, die benötigten Informationen zum gewünschten Zeitpunkt zu erhalten, während Lieferanten eine reibungslosere Auftragsabwicklung aufgrund der zeitnahen Bereitstellung von Informationen erreichen. Das Unternehmen erreicht mehr Agilität mit geringem IT- und Betriebsaufwand, sodass auch Auswirkungen auf die Unternehmensergebnisse bemerkbar sind.

3. Bessere Ausrichtung auf Kundenwünsche und Gewinnsicherung. Bisher bedeutete besser entweder schneller oder billiger. Durch die MES-Integration von APS können Kundenaufträge zuverlässiger und schneller abgewickelt werden. Auch die Gefahr kostspieliger Verzögerungen und Fehler aufgrund von Abschaltungen ist dabei minimal.

4. Notwendige Agilität für die Industrie 4.0. Ganz unabhängig davon welches Geschäftsmodell im Unternehmen verfolgt wird – ob es eine Product-as-a-Service-Leistung anbietet, neue Marktsegmente erschließt, in Kleinserien oder Einzelanfertigungen produziert – mit diesem Ansatz ist die höchste Agilität ohne Nachteile aufgrund komplexer Integrations-Middleware möglich.

5. Zukunftsfähig. Betriebsstörungen jeglicher Art verursachen geringere Schäden, wenn die Abläufe aufeinander abgestimmt sind. Dies umfasst Beeinträchtigungen aufgrund neuer Wettbewerbsbedingungen, Produkttypen und Produktmodelle sowie Veränderungen von Angebot und Nachfrage oder Naturkatastrophen, die wir derzeit erleben.

Native Lösung für den Erfolg der Industrie 4.0

Solche Unternehmen, die alle durch die Industrie 4.0 erzielten Vorteile hinsichtlich Agilität, Präzision und Fertigungsoptimierung in der Praxis ausschöpfen wollen, setzen auf eine native APS-Funktionalität des MES. Die Einbindung des Hauptelements des intelligenten Lieferkettenmanagements in Form einer vollständigen Synchronisierung der betrieblichen Abläufe ermöglicht eine schnelle und sichere Umsetzung der Vision sowie Erfüllung der Erwartungen hinsichtlich der Industrie 4.0 in der Praxis und führt sicher zu besseren Geschäftsergebnissen.

Die englische Originalversion dieses Artikels von Nuno Fernandes (veröffentlicht am 4. August 2020) finden Sie hier.


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Five Ways Medical Device Industry Leaders Maintain their Manufacturing Edge
by Julie Fraser, Iyno Advisors
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