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MES in einem Brownfield-Projekt

December 18, 2020

MES in einem Brownfield-Projekt

Unternehmen auf der ganzen Welt sind gefordert ihre Strategie anzupassen, die Widerstandsfähigkeit ihrer Wertschöpfungskette zu hinterfragen und die Agilität neu zu definieren, um der aktuellen Pandemie, zusammen mit einer zunehmenden Notwendigkeit der Digitalisierung und der Umsetzung von Industrie 4.0, gerecht zu werden. Schneller Service und zuverlässige Produktlieferungen haben die höchste Priorität, während gleichzeitig die Notwendigkeit einer effizienteren Arbeitsweise mit knappen Ressourcen und niedrigen Produktionskosten im Vordergrund steht. Das wurde schnell zur neuen Normalität.

Die Weichen für eine rasche Transformation der gesamten Wertschöpfungskette sind gestellt, und sie ist wichtiger denn je. Die Fähigkeit einer Wertschöpfungskette, Risiken frühzeitig zu erkennen und diesen mit automatisierten und intelligenten Maßnahmen entgegenzuwirken, welche über die gesamte Versorgungskette gestaffelt sind, kann den entscheidenden Unterschied bedeuten, ob ein Unternehmen erfolgreich bleibt oder scheitert. Gleichzeitig wird es dadurch widerstandsfähig gemacht, sodass mögliche neue Krisen ohne Schaden bewältigt werden können.

Industrie 4.0 zeigte bereits vor der Pandemie erste Erfolge für Early Adopters: Umfassende Digitalisierung von Betriebsabläufen und autonome, selbststeuernde Fertigungsmaschinen zählen zu den Ergebnissen einer erfolgreichen Industrie-4.0-Implementierung. Die Pandemie hat das Erreichen dieser Digitalisierung und Autonomie nur noch beschleunigt. Während jedoch die Notwendigkeit, eine digitale Transformation des bestehenden Betriebs zu verfolgen, äußerst klar ist, ist der Weg dahin mit Herausforderungen und Komplexität verbunden.

Eine der Voraussetzungen für die Durchführung eines Industrie-4.0-Projekts ist die Verfügbarkeit einer skalierbaren IT-Infrastruktur, welche die Nutzung moderner Technologien erlaubt. Für Wertschöpfungsketten in der Fertigung gilt, dass die Fabriken die Verbindung und die Kommunikation mit dem Unternehmen herstellen und zugleich durch die Automatisierung des Produktionsprozesses die Möglichkeit zur Selbststeuerung erhalten. Die notwendigen Kommunikations- und Integrationsfähigkeiten, um die Automatisierungsgrade der Selbstanpassung zu erreichen, setzen ein modernes MES im Mittelpunkt der IT-Infrastruktur sämtlicher Fertigungsstandorte voraus. Ein modernes MES macht den Fertigungsbereich in der gesamten Wertschöpfungskette zugänglich, denn es ermöglicht Anbindung an Anwendungen auf Unternehmensebene, schafft eine Dateninfrastruktur, unterstützt Automatisierung der Arbeitsabläufe und liefert einen digitalen Zwilling der Fertigung für eine bessere, effizientere Steuerung der Ressourcen.

Die sogenannten Brownfield-Projekte oder bestehende Fabriken bedeuten eine besondere Herausforderung bei der Einführung von Industrie 4.0. Diese Unternehmen, unabhängig davon, ob es sich hierbei um mehrere Standorte oder Fabriken handelt, unterscheiden sich möglicherweise erheblich zwischen den einzelnen Standorten oder Fabriken. Auch innerhalb eines Unternehmens können sie unterschiedliche Reifegrade hinsichtlich des operativen Betriebs und der IT-Infrastruktur aufweisen.

In jeder Fabrik sind möglicherweise unterschiedliche Maschinen, Produktionslinien und Prozesssteuerungen im Einsatz. Das bedeutet, dass die entsprechenden IT-Anwendungen ebenfalls unterschiedlich sind, wobei die Lösungen entweder von mehreren Anbietern stammen oder selbst entwickelt wurden.

Bei der Implementierung von Industrie 4.0 oder einem modernen MES im Rahmen eines Brownfield-Projekts muss man mit der Basisstruktur der jeweiligen Fabrik arbeiten, unabhängig davon, ob es sich um eine einzelne Fabrik oder eine Gruppe von Werken, eine komplexe oder einfache IT-Infrastruktur und vielfältige oder homogene Automatisierungs- und Informationsmanagementlösungen handelt. Sie haben also nicht die Freiheit, wie bei einem Greenfield-Projekt bei null anzufangen.

Bei einem Greenfield-Projekt beginnt Ihr Industrie-4.0-Projekt mit der entsprechenden Strategie, der Definition des angestrebten Endprodukts und dem Aufbau einer Infrastruktur/Lösung, die mit den Anforderungen an die Lieferkette und der Auswahl der Zulieferer übereinstimmt und so den Erfolg gewissermaßen garantiert.

Neuste Technologien wie IIoT, Machine Learning, Augmented Reality und andere Technologien rund um Industrie 4.0 sind bereits von Anfang an Bestandteil Ihrer Prozesse, sodass keine zusätzlichen Integrationen, kundenspezifische Programmierung und kostenintensive Einzellösungen erforderlich sind. Ihr MES kann zum zentralen Element Ihrer Strategie werden und mit anderen Anwendungen auf Unternehmens- und Betriebsebene zusammenwirken, um eine einheitliche Infrastruktur herzustellen, die Ihre Anforderungen an das Informationsmanagement und die Steuerung erfüllt.

Deshalb können Projekte, die heute komplett neu geplant werden, mit Sicherheit schneller und relativ einfach ein Industrie-4.0-Niveau erreichen, da die Komplexität der bestehenden Infrastruktur entfällt, abgesehen von den Herausforderungen, die sich durch die Einbindung der Mitarbeiter und des Managements in das Projekt ergeben können.

Bei einem Brownfield-Projekt ist das ganz anders. Diese Komplexität kann sich über mehrere Ebenen erstrecken, die von den Maschinen und IT-Anwendungen bis hin zu den Arbeitsabläufen und der Prozesskonfiguration reichen. Die Implementierung eines MES und der Vorstoß in Richtung einer lückenlosen Digitalisierung der gesamten Wertschöpfungskette ist der einzige logische Weg dahin. Es bleibt nur noch die Frage, wie ein Unternehmen die damit einhergehende Komplexität eines Brownfield-Projektes überwinden und zugleich das Industrie-4.0-Niveau erreichen soll.

Methodisch vorgehen

Aufgrund einer hohen Komplexität und möglicher Hürden, die einer erfolgreichen digitalen Transformation im Wege stehen, empfehlen wir einen einfachen, praxiserprobten Lösungsansatz zur Umsetzung eines Brownfield-Projektes.

Zunächst ist eine detaillierte Analyse und Auswertung des aktuellen Standes Ihrer Organisation erforderlich. Dies sollte durch ein Team aus internen Fachkräften, externen Beratern und ggf. dem MES-Anbieter durchgeführt werden. Es gilt dabei, eine klare Übersicht aus der Perspektive eines Industrie-4.0-Projekts zu gewinnen; eine ganzheitliche Betrachtung erlaubt es dem Management, die Anforderungen, die aus Sicht der IT- und Betriebsinfrastruktur gelten, genau zu ermitteln.

Der nächste Schritt ist die Aufstellung eines Implementierungsplans, in dem die werksübergreifenden Anwendungsfälle für die MES-Funktionalität und den Rollout festgelegt werden. An dieser Stelle geht es darum, den angestrebten Sollzustand zu bestimmen, damit die Infrastruktur (MES-Integration mit der Steuerungsebene, IT-Infrastruktur sowie geforderte Reporting- und Analyse-Tools) exakt definiert werden kann.

Die Überlegungen dazu umfassen Integration von Anwendungen, Netzwerkinfrastruktur, Reporting und Analytik-Funktionen. Die MES-Integration mit den Fertigungsmaschinen, neue oder angepasste Arbeitsabläufe und Integration von Anwendungen auf IT-Ebene sorgen dafür, dass das MES mit den Informationen versorgt wird, die für das benötigte Informationsmanagement und die Überwachung der Betriebsabläufe notwendig sind. Der Plan sollte zukünftige Anforderungen für die Einführung zusätzlicher Funktionen zu einem späteren Zeitpunkt berücksichtigen, wobei das MES gleichzeitig die zentrale Anwendung darstellt, die den gesamten Betrieb steuert.

Das eingesetzte MES muss modular aufgebaut sein und abhängig vom jeweiligen IT-Reifegrad in bestehende Anwendungen integriert werden oder diese vollständig ersetzen, und zwar ohne Betriebsunterbrechungen, so dass eine nahtlose Anpassung oder Umstellung möglich ist, was immer der Fall sein mag. Die Anwendung sollte außerdem die nötige Kapazität zur Erfassung, Einbindung, Messung und Verwaltung von Millionen von Transaktionen in der Fertigung aufweisen.

Im weiteren Schritt eines Brownfield-MES-Projektes wird festgelegt, welche Funktionsänderungen erforderlich sind. Dies beinhaltet Anpassungen der IT-Infrastruktur und der Fertigung, sodass die definierten Funktionen und die priorisierten Use Cases umgesetzt werden können. Dieser Schritt beinhaltet möglicherweise den Austausch oder die Nachrüstung von Prozesshardware und die Ausrüstung mit Sensoren, das Einrichten zusätzlicher Server oder die Auswahl einer Cloud-Lösung für eine bessere Skalierbarkeit und die Einrichtung von Programmierschnittstellen (APIs). So wird sichergestellt, dass alle IT-Anwendungen über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg entsprechend der geplanten Anwendungsfälle integriert sind.

Im vierten Schritt wird das MES-Pilotprojekt gestartet. Ein Machbarkeitsnachweis (Proof of Concept) oder Pilot kann schnell die Stärken und Schwächen des Systems aufdecken. Die meisten Unternehmen wählen einen Standort aus, der die Anforderungen des Unternehmens repräsentiert (der Standort, der die höchste Homogenität aufweist), und nutzen einen Zeitraum von drei bis sechs Monaten, um das Konzept vor der unternehmensweiten Implementierung zu "testen".

Wenn sich das Pilotprojekt schließlich bewährt hat, kann der Rollout im fünften Schritt beginnen. Die Infrastruktur wird fertiggestellt, Anwendungs- und Hardware-Änderungen vorgenommen und die Einführung des MES fortgesetzt. Während dieser Phase ist es wichtig, dass das Projektteam die Anwender miteinbezieht und überprüft, wie die Anwendung ihre Arbeit unterstützt. Das kann die Grundlage für eine ROI-Diskussion sein - sofern das Unternehmen das als Begründung für ein Brownfield-Industrie-4.0-Projekt verlangt. Auch die angelegten Anwendungsfälle werden dadurch bestätigt. Die typischen MES-Einsatzbereiche umfassen Verbesserung von Qualität und Durchsatz, Kostenreduzierung und Ausschussreduzierung sowie eine Optimierung von Effizienz, Personal- und Materialmanagement.

Jede MES-Implementierung im Rahmen eines Brownfield-Projekts kann zum Erfolg werden und sogar zukünftige kontinuierliche Verbesserungen und schrittweise Anpassungen unterstützen, die zur digitalen Transformation notwendig sind. Dies setzt voraus, dass bei der Implementierung die Skalierbarkeit sowie die geltenden betrieblichen und IT-Rahmenbedingungen berücksichtigt werden. Hier wird der richtige MES-Partner zum entscheidenden Faktor. Der Anbieter muss Ihre Branche gut kennen, aussagekräftige Referenzprojekte vorweisen können und über eine solide Infrastruktur an Trainings- und Implementierungsressourcen verfügen, damit der Erfolg auch wirklich gewährleistet ist.

Die digitale Transformation und Industrie 4.0 in Ihrem Unternehmen wird zur Notwendigkeit, um den Herausforderungen der Wirtschaft und des Marktes zu begegnen.

Die bestehenden Fabriken mit der existierenden Kombination aus Legacy-, benutzerdefinierten und Standardgeräten und -lösungen stellen eine größere Herausforderung dar, wenn es um einen einheitlichen Standardansatz für Digitalisierung im Kontext von Industrie 4.0 geht. Der Einsatz eines modernen MES, das Ihre Prozesse orchestriert und die Grundlage für die Nutzung von IIoT- und anderen Industrie -4.0-Technologien schafft, liegt deshalb auf der Hand.

Die englische Originalversion dieses Artikels von Oscar Martins (veröffentlicht am 2.12.2020) lesen Sie hier.


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