MES_VE01_Einführung Produktionsmanagement_v21 2.pdf

Manufacturing Execution Systems
VE 01: Einführung in das Produktionsmanagement
Prof.-Dr.-Ing. Jürgen Göhringer
Hochschule Ansbach
Fakultät Technik – Automatisierung und Digitalisierung

MES © Alle Rechte vorbehalten.
Prof. Dr.-Ing. J. Göhringer 2020 Folie 2
Die Vorlesung und Übungen soll die Grundlagen von
Manufacturing Execution Systems (MES) vermitteln
Nach der Vorlesung sollten Sie Folgendes verstehen und anwenden können:
 Ein Produktionssystem mit den wesentlichen Bestandteilen kennen
 Die Kundentrends und deren Auswirkungen auf die Produkte und die Produktion kennen
 Die Produktions-(Fertigungs-)planung grob beschreiben können
 Wissen was die (Produktions-)Fertigungssteuerung für Aufgaben hat
 Die Basisbausteine einer Produktion, wie Arbeitspläne, Materialien, Aufträge und Stücklisten kennen

Aufgaben der Arbeitssteuerung
1.4
Aufgaben der Arbeitsplanung
1.3
Kundentrends und deren Auswirkungen auf die Produktion
1.2
Grundlagen der Produktion
1.1
Einführung in das Produktionsmanagement
1
Inhalt

1.4
1.3
1.2
1.1
1
Inhalt

Ein Produktionssystem –
Wertschöpfung in der Produktion durch Transformation
Produktionssystem
Transformationsprozess
Input
 Produkte
 Dienstleistungen
 Energie
 Information
 Abfall
Wertschöpfung
 Werkstoffe
 Rohstoffe,
 Hilfsstoffe,
 Betriebsstoffe
 Betriebsmittel
 Arbeitskraft
 Energie
 Information
Output

Die Produktion (Operation Management) hat entscheidenden
Einfluss auf Finanzen
• Strategie
• Bedarfsprognose
• Produktdesign
• Standortwahl
• Prozessdesign
• Kapazitätsmanagement
• Bestandsmanagement
• Produktionsplanung
• Produktionssteuerung
• Qualitätsmanagement
• Supply Chain
Management
• Projektmanagement
• …
Allgemeine Einflussfaktoren
Gewinn
Kapital
÷
Kapital-
rendite
Preis
Menge
Personal
Material
x
+
Umsatz
Kosten
–
Anlagevermögen
Umlaufvermögen
+

Gewinn
Kapital
÷
Kapital-
rendite
Preis
Menge
Personal
Material
x
+
Umsatz
Kosten
–
Anlagevermögen
Umlaufvermögen
+
Die Produktion (Operation Management) hat entscheidenden
Einfluss auf Finanzen
z.B. Stückkosten
z.B. Stückzahl/Schicht
z.B. Personalbedarf
z.B. Materialbedarf, Ausschuss
z.B. Anzahl Maschinen
(höhere Produktivität, weniger Equipment)
z.B. Weniger Rohstoffe
Beispiele

Das Produktionssystem verknüpft die Bereiche Beschaffung,
Produktion, Vertrieb, Personal und Finanzwesen
Beschaf-
fungs-
markt
Absatz-
markt
Personalwesen
Arbeits-
markt
Finanz- und Rechnungswesen
Kapital-
markt
Produktionssystem

Die Auftragsabwicklung stellt den zentralen Geschäftsprozess im
Unternehmensgeschehen dar
Beschaffung
Produktions-
planung
Versand
Fertigung/
Montage
Einkauf
Entwicklung/
Konstruktion
Vertrieb Planung
Produktions-
steuerung
Logistik
Akquise
Produktplanung/
-entwicklung
.
Ein Unternehmen besitzt 6 Kernprozesse aus der Sicht der Abwicklung eines Kundenauftrages
Auftrag
Kunde
„Die technische Auftragsabwicklung umfasst alle Unternehmensbereiche, die
ausgehend von der Erteilung eines Konstruktionsauftrags bis zur
Endmontage an der Herstellung eines Erzeugnisses beteiligt sind.“
Produkt
Fokus Vorlesung

In Abhängigkeit des Produktes sind verschiedene Fertigungsstrategien
möglich
 Es wird auf einen prognostizierten Bedarf hin produziert. Produkte
werden unabhängig von konkreten Verkaufsaufträgen aufgrund von
Bedarfsannahmen hergestellt.
 Die Erzeugnisse werden beim Verkauf aus dem Fertigwarenlager
genommen und nach Erreichen eine Mindestbestandes wieder aufgefüllt.
 Beispielbranche: Food&Beverage-Industrie, Consumer-Industrie
 Produkt besteht aus nicht individualisierten Standard-Komponenten.
Diese Einzelteile sind bereits vorproduziert und liegen auf Lager.
 Die Teile werden dann auf „Kundenwunsch“ (Auftrag) in der Montage
zusammengebaut.
 Beispielbranche: Automobilindustrie
 Die Produktion wird erst begonnen, wenn ein Kundenauftrag vorliegt.
Strategie bei kleinen Stückzahlen.
 Wird speziell ein kundenspezifisches Produkt gefertigt, z.B. eine
Sondermaschine, dann wird die Entwicklung und Arbeitsplanung mit
involviert (Engineer-to-Order).
 Beispielbranche: Anlagen- und HighTech-Maschinenbau
Assemble-to-
Order
Make-to-Order
Make-to-Stock
Beispiel: PCs
Beispiel: Automobil
Beispiel: Werkzeugmaschine

In Abhängigkeit der Fertigungsstrategien sind verschiedene
Eingriffspunkte in den Auftragsabwicklungsprozess gegeben
.
Auftrag
Kunde
Produkt
Make-to-Order
Assemble-to-Order
Make-to-Stock
Beschaffung
Produktions-
planung
Versand
Fertigung/
Montage
Einkauf
Entwicklung/
Konstruktion
Vertrieb Planung
Produktions-
steuerung
Logistik
Akquise
Produktplanung/
-entwicklung

1.4
1.3
1.2
1.1
1
Inhalt

Die Kundenanforderungen nach individuelleren Produkten und höherer
Intelligenz in den Produkten bedingen eine steigende Produktkomplexität
Quelle: Prof. Fischer, Karlsruhe
Trends in den
Produkte
individueller
smarter

Individualisierung erhöht die Produktkomplexität
"Any colour - so long as it's black."
- Henry Ford

Beispiel: Entwicklung der Produktstrategie in der Automobilindustrie
Quelle: Pätzold, ProSTEP AG

Beispiel: Konfiguration eines Ford Pickup F150
Billionen von Möglichkeiten
 Individualisierung und
Standardisierung, ist vor allem in
der Automobilindustrie eine
gewaltige Herausforderung.
 So kann der Käufer eines Ford
Pickup F150 in den USA aus 16
Ausstattungsdetails wählen, um sein
persönliches Modell
zusammenzustellen.
 Rechnerisch ergibt das 654 Billionen
unterschiedliche Ford-F150-
Kombinationen.
Quelle: http://www.siemens.com/
industryjournal/pool/01-2011/02_87_komplett_301_d.pdf

Die Kundenanforderungen nach individuelleren Produkten und höherer
Intelligenz in den Produkten bedingen eine steigende Produktkomplexität
Trends in den
Produkte
individueller
smarter

Die Intelligenz und Funktionalität in den Produkten steigt an
Veränderungen von Produkten
vorgestern gestern heute

Die Intelligenz und Funktionalität in den Produkten steigt an
Veränderungen von Produkten
Mechatronische
Produkte
ABS, ESP
Reifendrucksensor
Regensensor
Dämmerungssensor
- Mechanik-Komponenten
- Elektronik-Komponenten
- Software-Komponenten
Mechanisch
geprägte Produkte
Überwiegend
- Mechanik-
Komponenten
Smarte
Produkte
Spurassistentssysteme
Automatischer Parkassistent
Intelligente
Navigationssysteme
Mechatronische Produkte mit
Computer-“Intelligenz“, die auch
selbstständig agieren oder sich mit
anderen Produkten vernetzen können
Quelle: Abramovici, ITM Bochum
gestern heute morgen

1.4
1.3
1.2
1.1
1
Inhalt

Die Arbeitsplanung und Arbeitssteuerung als Aufgabe der Arbeitsvorbereitung
Arbeitsvorbereitung
Konstruktion
Arbeits-
planung
Arbeits-
steuerung
Fertigung
Montage
WAS
WIE
WOMIT
herstellen?
WIEVIEL
WANN
WO
durch WEN
herstellen?
... umfasst alle einmalig auftretenden Planungsmaßnahmen, welche unter ständiger
Berücksichtigung der Wirtschaftlichkeit die fertigungsgerechte Herstellung eines
Erzeugnisses sichern.
Beispiele:
• Erstellen der Stücklisten
• Materialplanung
• Arbeitsplanerstellung
• Planung der Arbeitsvorgänge
• Fertigungsmittelkonstruktion
• Vorgabezeitermittlung
• NC-Programmierung
• Kostenplanung
• Methoden-, Verfahrens- und
Investitionsplanung
... ... umfasst alle Maßnahmen, die für eine der Fertigungsplanung entsprechende
Auftragsabwicklung erforderlich sind.
Beispiele:
• Bedarfsermittlung für Baugruppen
und Einzelteile
• Nettobedarfsermittlung
• Einsteuertermine für
Eigenfertigung
• Materialdisposition
• Maschinenbelegung
• Terminfeinplanung
• Kapazitätsabgleich
• Durchlaufterminierung
Quelle: Eversheim
Arbeitsvorbereitung

Wichtige Daten zur Steuerung eines Produktionsunternehmens, die in der
Produktionsplanung generiert werden
Stücklisten
Arbeitspläne
Arbeitsplatzdaten
Materialstammdaten

Der Arbeitsplatz als Zentrum der Verrichtung
Definition
 Ein Arbeitsplatz ist der Ort, an dem ein Vorgang oder eine Leistung in einem Werk ausgeführt wird,
durch entsprechende Ressourcen.
 Mögliche Ressourcen sind dabei Maschinen und Menschen.
 Arbeitsplätze können zu Gruppen zusammengefasst werden, v.a. wenn gleichartige Aufgaben
übernommen werden können (wesentlich für die Einplanung von Aufträgen).
Typ Beispiel
Einzelner Arbeitsplatz Drehzentrum DMA 12
Arbeitsplatzgruppe Dreherei
Fertigungslinie Zylinderkopflinie 21
Einzelner Arbeiter Hr. Müller
Gruppe von Arbeitern Gruppe 8

Ein Arbeitsplatz wird über seine Daten näher spezifiziert
Definition
 Die Arbeitsplatzdaten sind alle für einen Arbeitsplatz relevanten Informationen bezüglich Kosten,
Verfügbarkeit, Zeiten (Schichtplan) etc.
 Diese sind für Planungsvorgänge zur Einlastung von Aufträgen von hoher Bedeutung (z.B. Kosten,
Rüstzeiten und Verfügbarkeit der Arbeitsplätze)
Allgemeine Daten
 Name
 Beschreibung
 Hierarchie
 Schlüssel
Kapazitätsangebot
 Kapazitäten (Maschinen, Personal)
 Schichten (Normalbetrieb,
Frühschicht, Kurzarbeit, usw.)
 Wartungstermine Maschinen
Terminangaben
 Durchlaufzeiten
 Wartezeiten
 Transportzeiten
 Fertigungszeiten
Kalkulation
 Kostenstellen
 Leistungsarten
 Lohnkosten
 Maschinenstundensatz

Das Material wird an den Arbeitsplätzen verarbeitet
Definition
 Material ist ein Stoff (fest, flüssig), der bei der Fertigung eingesetzt, verbraucht oder erzeugt wird.
 Die Materialstammdaten enthalten Informationen über Materialien die ein Unternehmen konstruiert,
einkauft, fertigt, montiert, lagert oder verkauft.
 Jedes Material (unabhängig ob Zukaufteil oder eigen gefertigtes Teil) besitzt eine eindeutige
Materialnummer
 Materialnr. = 612
 Eingangskomponente
(Kaufteil)
Clip
Rohr
(Kaufteil)
Hülle
 Materialnr. = 4020Z
 Baugruppe
Feder
Mine
 Fertigerzeugnis
Kugelschreiber

Stücklisten stellen den Aufbau von Produkten dar
Definition
 Stücklisten (engl. Bill of materials BOM) stellen den hierarchischen Aufbau von Produkten oder
Teilprodukten dar, die im Unternehmen produziert (Fertigung und Montage) werden.
 Es gibt verschiedene Typen von Stücklisten (z.B. Struktur-, Varianten-, Baukastenstückliste).
 In der Fertigungsindustrie verwendet man den Begriff Stücklisten.
 In der Prozessindustrie wird hierfür in Zusammenhang mit den Arbeitsplänen der Begriff Rezepte genutzt.
Pos Stück Material-
nummer
Bezeichnung
1 1 2211 Rotor
2 1 2121 Stator
3 1 3219 Lagerbuchse
4 4 4812 Sechskantschraube
5 1 3421 Steuer-Elektronik
Baugruppe
Komponente
1 (Rotor)
Komponente
2 (Stator)
…
Komponente
n (Elektronik)

Arbeitspläne gliedern sich in Arbeitsvorgänge
Definition
 Ein Arbeitsplan beschreibt die Reihenfolge der Fertigungs- oder Montagevorgänge.
 Es wird sowohl die Reihenfolge der Fertigungs- und Montageschritte festgelegt, als auch die benötigen
Typen von Arbeitsplätzen, Werkzeugen etc..
 Ein einzelner Schritt wird auch als Arbeitsvorgang/Arbeitsgang (AVO/AG) bezeichnet. Der Arbeitsplan
ist die Vorlage für einen Fertigungsauftrag.
Arbeitsplan
Arbeits-
vorgang
Maschinen-
gruppe
Rüstzeit
[min]
Bearbeitungszeit
[min]
Kostenstelle Lohngruppe Beschreibung
10 Drehzentrum 10 25 300 08 Flansch drehen
20 Montagestation 1 10 310 09 Welle montieren
30 Montagestation 1 12 310 06 Flansch montieren
40 Lackierstation 30 10 350 06 Lackieren
… … … … … … …

In der Prozessindustrie werden Rezepte anstelle von Arbeitsplänen
eingesetzt
Definition
 Ein Rezept beschreibt die Herstellung eines Artikels.
 Ein Rezept besitzt in jedem Fall ein Mengengerüst, welches die Materialsicht abbildet.
 Zudem besteht ein Rezept aus sogenannten einzelnen Phasen (vgl. Arbeitsvorgänge), welche die
einzelnen Prozessschritte beschreiben.
 Rezepte werden üblicherweise hierarchisch aufgebaut. Von einem Verfahrensrezept leiten sich das
Werksrezept und das Grundrezept aus. Das Steuerrezept ist das Rezept für einen bestimmten Auftrag.

1.4
1.3
1.2
1.1
1
Inhalt

Die Arbeitsplanung und Arbeitssteuerung als Aufgabe der Arbeitsvorbereitung
Arbeitsvorbereitung
Konstruktion
Arbeits-
planung
Arbeits-
steuerung
Fertigung
Montage
WAS
WIE
WOMIT
herstellen?
WIEVIEL
WANN
WO
durch WEN
herstellen?
... umfasst alle einmalig auftretenden Planungsmaßnahmen, welche unter ständiger
Berücksichtigung der Wirtschaftlichkeit die fertigungsgerechte Herstellung eines
Erzeugnisses sichern.
Beispiele:
• Erstellen der Stücklisten
• Materialplanung
• Arbeitsplanerstellung
• Planung der Arbeitsvorgänge
• Fertigungsmittelkonstruktion
• Vorgabezeitermittlung
• NC-Programmierung
• Kostenplanung
• Methoden-, Verfahrens- und
Investitionsplanung
... ... umfasst alle Maßnahmen, die für eine der Fertigungsplanung entsprechende
Auftragsabwicklung erforderlich sind.
Beispiele:
• Bedarfsermittlung für Baugruppen
und Einzelteile
• Nettobedarfsermittlung
• Einsteuertermine für
Eigenfertigung
• Materialdisposition
• Terminfeinplanung
• Kapazitätsabgleich
• Durchlaufterminierung
Quelle: Eversheim

Aufträge sind das wesentliche Element der Produktionssteuerung
Beschaffungsauftrag
Fertigungsauftrag

Der Beschaffungsauftrag dient zum Einkauf von Zulieferteilen und -baugruppen
Definition
 Ein Beschaffungsauftrag ist in einem Unternehmen ein Auftrag zur Beschaffung von Komponenten,
Rohstoffen, Einzelteilen, Baugruppe, die nicht im eigenen Unternehmen hergestellt werden.
 Die Beschaffung erfolgt dabei über einen externen Lieferanten.
 Die Aufgabe wird vom Einkauf vorgenommen.
Externes
Unternehmen
Eigenes
Unternehmen
Beschaffungsauftrag
Rohstoffe, Baugruppe etc.

Die Steuerung der Produktion erfolgt durch Fertigungsaufträge
Struktur eines Auftrages
Definition
 Ein (Fertigungs-)Auftrag ist in der Produktion ein innerbetrieblicher Auftrag zur Produktion einer
definierten Menge von einem bestimmten Teil, einer Baugruppe oder einem Erzeugnis bzw. Produkt.
 Der Fertigungsauftrag enthält einen Verweis auf Arbeitsplan und Stückliste und somit die Vorgehensweise
zur Produktion eines Teiles.
 Er wird angestoßen durch den Auftrag eines externen oder internen Kunden.
Fertigungsauftrag
Arbeitsplan/-vorgänge
Spezifische Daten Kosten
Stückzahlen
Termine
…
Stückliste
Arbeitsplätze
Materialien
Zeiten
…
Materialnummer
Anzahl
Stücklisten-ID
…
Plankosten
Istkosten
…

Die Elemente Arbeitsplan, Arbeitsvorgang und Fertigungsauftrag ermöglichen die
Produktion von Produkten und Dienstleistungen
Zusammenfassende Betrachtung von Fertigungsaufträgen und Arbeitsplänen
In Anlehnung an: Technologie vs. Organisation | Prof. Langer, Kipfmüller, Fischer
M1 M2
FA 4711
m= 100
Legende:
M = Material/Artikel
AVG = Arbeitsvorgang
FA = Fertigungsauftrag
m = Losgröße/Stückzahl
Arbeits-
vorgangsfolgen
Arbeitsplan M2
AVG 1
AVG 2
…
AVG n
D F B S
Fertigungsverfahren
(Arbeitsvorgänge)

Begriffe Produktionsplanung / Produktionssteuerung und Fertigungsplanung / Fertigungssteuerung werden synonym benutzt.
Die Arbeitssteuerung wird weiter spezifiziert in die Produktionsplanung und –
steuerung
In Anlehnung an Prof. Jörg Fischer
Produktionsorganisation
Arbeitsplanung
(auftragsunabhängig)
Arbeitssteuerung
(auftragsabhängig)
Produktionsplanung
(planend auftragsabhängig)
Produktionssteuerung
(steuernd, auftragsabhängig)

Vielen Dank
Hochschule Ansbach

VE 03: Grundlagen von MES-Systemen
Hochschule Ansbach

Die Vorlesung und Übungen soll die Grundlagen von Manufacturing Execution
Systems (MES) vermitteln
 Erläutern können, warum MES-Systeme (Manufacturing Execution Systems) einen zunehmenden
Stellenwert in einer modernen Fabrik erhalten
 Wissen, was ein MES-System ist und wie es in den betrieblichen Informationsfluss eingebunden ist
 Eine grobe daten- und informationstechnische Abgrenzung zwischen ERP und MES erläutern können
 Die verschiedenen Referenzmodelle für MES kennen
 Die Funktionalitäten eines MES-Systems grob erklären können

Begriffe und Abkürzungen
3.6
Die Historie: CIM - Computer Integrated Manufacturing
3.5
Systematischer Überblick über die Funktionen eines MES-Systems
3.4
Die verschiedenen funktionalen Referenzmodelle für MES-Systeme
3.3
Die Einordung eines MES-Systems in das Unternehmen
3.2
Die neuen Anforderungen an eine moderne Produktion
3.1
Grundlagen von MES-Systemen
3
Inhalt

3.6
3.5
3.4
3.3
3.2
3.1
3
Inhalt

Gestern und Heute
Die zunehmende Komplexität in Unternehmen erfordert die rechnergestützte Produktion
Fertigungssteuerung mit Handzetteln und
auf Zuruf
Fertigungssteuerung über rechnergestützte
Systeme
Fertigungsbetrieb um 1900 Fertigungsbetrieb um 2000

Moderne Fabriken erfordern Manufacturing Execution Systeme (MES) zur
Fertigungsplanung und -steuerung
Bilder: Siemens, Kuka, Trumpf, DMG
Produktion
Kennzeichen einer modernen Fertigung:
 Komplexe, kapitalintensive Maschinen
 Hoher Automatisierungsgrad
 Hohe Flexibilität in den Prozessen
 Hohe Qualitätsanforderungen
Notwendigkeit zur
Rechnergestützten Fertigungsplanung und
- steuerung
Realisierung durch
Manufacturing Execution Systeme

In Unternehmen sind noch vielfältige Defizite gegeben, die der Realisierung einer
„perfekten“ Fabrik entgegen stehen (1/2)
Fehlende
Transparenz
Hohe Bestände
Ungenügende
Produktivität
Mangelnde
Termintreue
 Transparenz ist die Grundlage für Entscheidungen.
 Benötigt werden aktuelle Daten und Kennzahlen, die derzeit nicht in der notwendigen Qualität und
Objektivität verfügbar sind.
 Die Produktivität der Maschinen/Anlagen wird vielfach überschätzt. Die Folge sind nicht realisierbare
Termine und „schön“ gerechnete Produktkosten.
 Ursache sind fehlende Kennzahlen, ungenügende Planung und die defizitäre Steuerung der Aufträge.
 Zu hohe Bestände führen zu hohen Kosten.
 Daneben werden die Durchlaufzeiten länger (viel Material wartet vor den Maschinen).
 Besser Planung und exakte Materialverwaltung in der Produktion ist notwendig (WIP-Bestände).
 Aufgrund falsch angenommener Produktivität der Maschinen, hohen Materialbeständen, hohen
Durchlaufzeiten etc. können Kundentermine vielfach nicht eingehalten werden.
 Eine besser Planung der Aufträge auf Basis gesicherter Daten mit einer schnellen Reaktion auf
Störungen ist notwendig.

In Unternehmen sind noch vielfältige Defizite gegeben, die der Realisierung einer
„perfekten“ Fabrik entgegen stehen (2/2)
Hohe
Durchlaufzeiten
Keine papier-
lose Produktion
Geringe
Prozess-
Flexibilität
Insellösungen
 Die Durchlaufzeiten der Produkte ist vielfach zu hoch (lange Liegezeiten, fehlende Ressourcen etc.).
 Zudem ist die Durchlaufzeit vielfach nicht exakt bekannt. Ein Herunterbrechen auf die einzelnen Zeitanteile
(Rüsten, Bearbeiten etc.) ist ebenfalls nicht vorhanden.
 Die flexible Reaktion auf Kundenaufträge ist aktuell ein wesentlicher Aspekt.
 Durch die papierbasierte Produktion gibt es keine Systeme zur abteilungsübergreifenden Planung von
Aufträgen. Somit ist eine flexible Anpassung an neue Situationen nicht möglich.
 Viele Unternehmen steuern ihre Produktion (Maschinen, Mitarbeiter etc.) nur rein papierbasiert.
 Neben dem hohen Aufwand bedingt die papierbehaftete Steuerung sehr lange Reaktionszeiten.
 Das Fehlen einer durchgängigen Softwareunterstützung in der Produktion führte zur Entwicklung
von lokalen, eigenständigen Softwarelösungen („aus der Not heraus“).
 Diese sind aber weder integriert, noch wartbar, noch konsistent aus datentechnischer Sicht.

3.6
3.5
3.4
3.3
3.2
3.1
3
Inhalt

Das Ebenenmodell von industriellen Unternehmen –
MES-Systeme als Bindeglied zwischen der Automatisierung und den kaufmännischen Prozessen
Unternehmens-
leitebene
Fertigungs-
leitebene
Steuerungs-
und Feldebene
Warenausgang
Fertigung & Montage
Wareneingang
Steuerungen
MES
ERP
Kaufmännische
Prozesse
Operative
Fertigungssteuerung
Echtzeitsteuerung
Maschinen
Kernaufgaben
Ebenen

MES zur Planung und Steuerung der Produktion
Typische Informationsflüsse bei Einsatz eines MES-Systems und der Regelkreis
Planung
und
Steuerung
Controlling
Warenausgang
Fertigung & Montage
Wareneingang
Steuerungen
MES
ERP
• Grobes Produktionsprogramm
• Rezepturen/Arbeitspläne
• Stücklisten
• Stammdaten
• Detailliertes Produktionsprogramm
• Personaleinsatzplan
• Arbeitspläne
• Steuerungsprogramme
• Verdichtete Produktionszahlen
• Auftragsstatus
• Verdichtete Qualitätsdaten
• Materialbestände
• Tatsächliche Kosten
• Produktionszahlen
• Auftragsstatus
• Qualitätsdaten
• Materialbestände
• Tatsächliche Kosten
Regelkreis

Anforderungen auf den verschiedenen Ebenen bezüglich Daten und Informationen
Unternehmensleitebene
Fertigungsleitebene
Steuerungsebene
Feldebene
Verarbeitungs-
geschwindigkeit
Datenmenge
ms
0,1 s
s
min
Byte
KByte
MByte
GByte

MES-Systeme haben einen kurzfristigen Planungshorizont und ermöglichen somit
eine operative Fertigungsteuerung
SPS: Speicherprogrammierbare Steuerung
CNC: Computerized Numerical Control
RC: Roboter Control
Unternehmens-
leitebene
(ERP)
Fertigungs-
leitebene
(MES)
Steuerungs- u.
Prozessebene
(SPS, CNC, RC)
Zeithorizont
Betrachtungs-
gegenstand
Beispiel
Wochen bis Monate
Sekunden bis Tage
Millisekunden bis
Sekunden
Alle Aufträge
Mehrere Aufträge und
Arbeitsgänge
Einzelne Schritte im
Arbeitsgang
Monatsplan (Januar 2020):
- 20000 Stück, 4-Zylinder Motoren
- 10000 Stück, 6-Zylinder Motoren
- 20000 Stück, 4-Zylinder Dieselmotoren
Wochenplan (KW 4):
200 Stück, 4-Zylinder, Montag, Schicht 1:
- Linie 1: 100
- Line 2: 100
- Line 3: Wartung
100 Stück 4 Zylinder, Dienstag, Schicht 1: …

MES ist funktionsübergreifend und betrifft alle Mitarbeiter auf allen Ebenen eines
Unternehmens
Mitarbeiter/
Werker
Arbeits-
vorbereitung
Gruppen-
leiter und
Meister
Qualitäts-
sicherung
Instand-
haltung
Werksleiter Fertigungs-
leiter
Konstruktion Vertrieb
Geschäfts-
führung

Fragestellungen an ein MES-System im Unternehmen
Eine Auswahl in Abhängigkeit der Rolle
Detaillierungsgrad
Informationsbreite
 Welche Kosten hat der Auftrag tatsächlich verursacht?
 Wie ist die Performance der weltweiten Werke im Vergleich?
 Kann ich noch einen Eilauftrag einplanen?
 Welche Lieferzeit kann ich meinem Kunden zusagen?
 Wird der Auftrag rechtzeitig fertig, um die Teile zum geplanten Termin an den Kunden zu liefern?
 Was ist die aktuelle Performance und Auslastung der Produktion? Sind die Kapazitäten gut ausgelastet?
 Wie ist der Stand der Aufträge, werden Sie rechtzeitig abgeschlossen?
 Wie sind Aufträge zu planen, um Termine einzuhalten u. Ressourcen optimal zu nutzen?
 Welche Ressourcen (Werkzeuge, Personal, NC-Programme) sind für die Bearbeitung des Auftrags notwendig?
 Sind die notwendigen Ressourcen verfügbar?
 Beim Kunden sind Probleme mit Produkten aufgetreten. Sind die Teile bei uns als i.O. getestet worden?
 In welchen Produkten bei welchen Kunden sind fehlerhafte Teile noch verbaut (Rückruf)?
 Wie ist der aktuelle Zustand der Maschinen? Gibt es Störungen an den Maschinen und wenn ja welche?
 Welche Wartungs- und Instandhaltungsmaßnahmen wurden durchgeführt? Sind Maßnahmen überfällig?
 Wie ist der aktuelle Status der Aufträge in meinem Verantwortungsbereich?
 Wie sind die aktuellen Stückzahlen? Was sind die aktuellen Kennzahlen der Schicht?
 Erreiche ich die geforderte Stückzahl bis zum Ende der Schicht?
 Welche Wartungstätigkeiten muss ich ausführen?
Geschäftsführung
Vertrieb
Fertigungs-
leitung
Arbeits-
vorbereitung
Qualitäts-
sicherung
Instand-
haltung
Meister
Bediener

Der manuelle, papierbehaftete Geschäftsprozess in der Fertigung ohne Einsatz
eines MES-Systems und datentechnischer Integration (Beispiel)
Übergabe an
Fertigung
Auftrag
Planer (ERP)
Kunden-
auftrag
anlegen
Druck
Auftrags-
papiere
Erstellung
Teilaufträge
Planung Teil-
aufträge auf
Maschinen
Druck
Teilaufträge
Eingabe
Werkzeuge
NC-Progr. etc.
Start
Teilauftrag
Fertigung
Manuell
Prod.-Daten
in Papiere
eintragen
Teilaufträge
zusammen-
fassen
Prod.-Daten
zusammen-
fassen
Kennzahlen
manuell
berechnen
Auftrags-,
Materialdaten
eingeben
Produktions-
daten
eingeben
Meister / AV (ohne MES)
Bediener (ohne MES)
Übergabe Teil-
auftrag an
Bediener
Auftrag
Rückgabe Papiere
mit Produktionsdaten
Teil-
Auftrag
Teil-
Auftrag
Teil-
Auftrag
Rückgabe
Auftragsdaten
Auftrag

Der automatische Geschäftsprozess in der Fertigung mit einem MES-
System und der datentechnischen Integration der Ebenen (Beispiel)
Planer (ERP)
Kunden-
auftrag
anlegen
Planung Teil-
aufträge auf
Maschinen
Maschine
übernimmt
Daten aut.
Start
Teilauftrag
Fertigung
Aut.
Speicherung
Prod.-Daten
Teilaufträge
zusammen-
fassen
Prod.-Daten
speichern
Kennzahlen
automatisch
berechnen
Auto. Buchung
Auftragsdaten
Erstellung
Teilaufträge
Meister / AV (mit MES)
Bediener (mit MES)
Übertragung an
Fertigung
Auftrag
Übertragung
an Maschine
Teil-Auftrag
Teil-Auftrag Übertragung
an MES-Server
MES
MES
Übertragung
an ERP
Teil-Auftrag
MES-Funktionen

Warenausgang
Fertigung & Montage
Wareneingang
Steuerungen
MES
ERP
Die vertikale Integration verknüpft die Prozesse in den verschiedenen Ebenen
eines Unternehmens Vertikale
Integration
Unternehmens-
leitebene
Fertigungs-
leitebene
Steuerungs-
und Feldebene

3.6
3.5
3.4
3.3
3.2
3.1
3
Inhalt

Referenzmodelle für Software
Was ist ein Referenzmodell?
 beschreibt die Struktur eines Systems
 mit seinen Elementtypen (Objekten) und
 den Interaktionstypen zwischen den Objekten untereinander sowie
 die Interaktionstypen zwischen den Objekten mit ihrer Umgebung
 bestehen meist aus verschiedenen Schichten/Ebenen
 beziehen sich in der Regel auf die Darstellung von Geschäftsprozessen
 hat allgemeingültigen Charakter für die gesamte Branche
 ist die Ausgangsbasis für die Entwicklungen von Softwaresystemen

Referenzmodelle für MES-Systeme
Verschiedene internationale Organisationen definieren die Funktionen und Prozesse
Quelle: ARC
Quelle: ISA
Quelle: AMR
Quelle: VDI
MESA
IEC 62264
VDI
ISA 95
ARC – CPM Modell
(Collaboration Production Management)
AMR REPAC Modell
(Ready, Execute, Process, Analyze, Control)
Quelle: MESA

Das MES-Modell der MESA enthält 11 Hauptfunktionen
 Manufacturing Enterprise
Solutions Association (MESA) ist
eine Non-Profit-Organisation, in der
sich Vertreter von Industrie und
Softwareherstellern 1992
zusammengeschlossen haben.
 MESA definiert MES als ein System,
das Real-Time-Daten über den
gesamten Produktionsprozess
bereitstellt.
 MESA hat eine Aufstellung der 11
Hauptfunktionen eines MES-Systems
erstellt.
Quelle: MESA

Das Referenzmodell ISA 95
 ISA (Instrumentations, Systems, and Automation Society
ISA) ist eine Non-Profit-Organisation.
 Schwerpunkt liegt auf dem Gebiet der Normen im Bereich
Automatisierung und Kontrolle der Produktion.
 Im Unterschied zur MESA sind in der ISA auch Institutionen
aus der Wissenschaft aktiv.
 ISA-Definition eines MES ist im S95- Standard enthalten.
 Kern des S95 Standards ist die Definition der einzelnen
Datenflüsse zwischen MES- und ERP-Ebene und
innerhalb der MES-Ebene sowie die Integration von MES in
die Anwendungssystemarchitektur eines Unternehmens.
 Der S95 Standard basiert grundlegend auf einem
Ebenenmodell (Ebene 0-5).
Ebenenmodell
Funktionen und Datenflüsse

Das Ebenenmodell nach ISA 95: MES-Systeme decken die Funktionalität im
Level 3 ab
SIMATIC
Automatisierung
Level 4
Level 1
Level 2
Level 3
Business Planning
& Logistics
Plant Production Scheduling,
Operational Management, etc
Manufacturing
Operations Management
Dispatching Production, Detailed Production
Scheduling, Reliability Assurance, ...
Batch
Control
Discrete
Control
Continuous
Control 1 - Sensing the production process, manipulating
the production process
2 - Monitoring, supervisory control and automated
control of the production process
3 - Work flow / recipe control, stepping the
process through states to produce the desired
end products. Maintaining records and
optimizing the production process.
Time Frame
Shifts, hours, minutes, seconds
4 - Establishing the basic plant schedule -
production, material use, delivery, and
shipping. Determining inventory levels.
Time Frame
Months, weeks, days, shifts
Level 0

Das funktionale MES Modell nach ISA 95 – Auf oberster Ebene befinden sich
10 MES-Funktionen, die datentechnisch integriert sind

Das Referenzmodell VDI 5600
MES
Feinplanung
und -steuerung
Betriebsmittel-
management
Material-
management
Personal-
management
Daten-
erfassung
Leistungs-
analyse
Qualitäts-
management
Informations-
management
Unternehmens-
leitebene
Fertigungs-
leitebene
Fertigungs-
ebene
ERP
Prozess-
kontrolle
Quelle: VDI 5600
 Der VDI-Fachausschuss MES definiert
MES. Dieser umfasst Experten aus
anbietenden und anwendenden
Unternehmen sowie Organisationen.
 Ziel: Schaffung einer einheitlicher
Definitionen des Begriffs MES.
 Definition in der Richtlinie VDI 5600
Blatt 1 – Blatt 6.
 Richtlinie beschreibt Aufgaben und
Nutzen eines MES Systems in
anwendungsnaher Form.
 Richtlinie soll sowohl für Anbieter als
auch Anwender ein gemeinsames
Verständnis definieren. Somit ist eine
bessere Vergleichbarkeit der am Markt
verfügbaren Lösungen möglich.

3.6
3.5
3.4
3.3
3.2
3.1
3
Inhalt

MES-Systeme bilden die Prozesse in den 3 Bereichen Planung/
Steuerung, Ressourcen und Kennzahlen eines Unternehmens ab
 Planung und Steuerung von Aufträgen
 Produkt- und Materialmanagement
 Qualitätsmanagement (Verfahren, wie FMEA etc.)
Planung /
Steuerung
 Maschinendaten, Auftragsdaten
 Produktionskennzahlen
 Qualitäts- und Betriebsmittelkennzahlen
Daten /
Kennzahlen
 Personalmanagement: Schichtkalender, Anwesenheitszeiten, Verfügbarkeit
 Verwaltung von Maschinen, Werkzeugen, Programmen usw.
 Etc.
Ressourcen
Beispiele

Funktionen eines MES-Systems
Feinplanung
 Zeitliche Einplanung der Planaufträge aus dem ERP-System in die Produktion durch
die Generierung von Fertigungsaufträgen
 Berücksichtigung der tatsächlich vorhandenen Kapazitäten bei der Planung
Feinplanung
1

Auftragssteuerung
 Übergabe der Aufträge an die Maschinen und Steuerungen zur Auftragsdurchführung
 Verteilung der Arbeitsvorgänge an die Maschine
 Erfassung und Verbuchung von Ist-Daten zu den Aufträgen
Auftragssteuerung
2

Betriebsmittelmanagement
 Verwaltung der Stamm- und Bewegungsdaten produktionsrelevanter Ressourcen wie
Maschinen, Werkzeuge, Programme etc.
 Verteilung der Steuerungsprogramme an die Maschinen (z.B. NC-Programm)
 Verwaltung der Werkzeuge (Lagerorte, Einsatzzeiten etc.)
Betriebsmittelmanagement
Maschine
NC-Programmverwaltung
Industrial Ethernet
MES
Server
Maschine
3

Materialmanagement
 Verwaltung der Lagerorte in der Produktion
 Verwaltung der Puffer vor und nach den Maschinen
 Bestandsverwaltung der Lagerorte
 Kontrolle und Steuerung des Materialflusses
Materialmanagement
Lagerort nach der
Maschine
Maschine/
Arbeitsplatz
Lagerort vor der Maschine
4

Produktrückverfolgung
 Dokumentation aller relevanten Produktions- und Produktdaten entlang der Wertschöpfungskette
 Generierung einer Genealogie, die den Zusammenbau der Endprodukte aus Einzelprodukten
beschreibt
 Rückruf kritischer Produkte
5

Personalmanagement
 Definition von Schichtmodellen
 Verwaltung der Personaldaten und Planung des Personaleinsatzes (z.B. Zuordnung zu
Schichtmodellen, Ab-/Anwesenheit)
 Rechtesystem an Maschinen und Anlagen
 Speziell Pharma: Digital Signature
Personalmanagement
6

Qualitätsmanagement
 Verwaltung der Prüfmittel
 Erstellung, Durchführung und Kontrolle der Prüfaufträge
 Speicherung und Analyse der Qualitätsdaten
Qualitätsmanagement
7

Datenerfassung
 Automatische und manuelle Erfassung von Betriebs-, Maschinen-, Personal-, Werkzeug-
und Qualitätsdaten
 Vorverarbeitung, Plausibilitätskontrolle und Archivierung von Daten
 Verdichtung von Daten
Datenerfassung
8

Informationsmanagement (Performance Management)
 Analyse und Berechnung der Produktionskennzahlen Verfügbarkeit, Auslastung, OEE etc.
 Werksübergreifende Analysen
 Zentrales Management Cockpit zur benutzerspezifischen Darstellung der wesentlichen
Produktionsinformationen
Informationsmanagement / Performance Management
9

Module und Informationsflüsse in einem MES-System (Beispiel)
Maschinen/Steuerungen
ERP Enterprise Resource Planning
SPS CNC RC
Datenerfassung
Informations-
management
Feinplanung
MES
SPS: Speicherprogrammierbare Steuerung, CNC: Computerized Numerical Control, RC: Robot Control
Lang-/mittelfristige
Produktionsprogrammplanung
Auftrags-/
Bestandsdaten
Fertigungsaufträge
Auftragssteuerung

3.6
3.5
3.4
3.3
3.2
3.1
3
Inhalt

Das CIM Modell
CIM (engl. computer-integrated manufacturing) ist ein Sammelbegriff für verschiedene Tätigkeiten, die in
einem Unternehmen durch den Computer unterstützt werden, und daher auch unter CAx-Tools
zusammengefasst (computer-aided …) sind.
Die Bestandteile von CIM sind:
 CAD (rechnergestützte Konstruktion, Entwurf)
 CAP (rechnergestützte Arbeitsplanung)
 CNC Fertigung
 CAQ (rechnergestützte Qualitätssicherung)
 CAM (rechnergestützte Fertigung)
 PPS (Produktionsplanung und -steuerung)
 BDE (Betriebsdatenerfassung)
XXX: Heute in MES-Systemen realisiert

3.6
3.5
3.4
3.3
3.2
3.1
3
Inhalt

Anstelle von MES werden auch andere Begrifflichkeiten verwendet
Aktuelle Systeme
 Manufacturing Execution System (MES)
 Manufacturing Operations Management (MOM)
 Collaborative Production Management (CPM)
Historische Vorläufer
 BDE/MDE-Systeme
 Leitsysteme
 CIM-Systeme

Abkürzungen, die in Zusammenhang mit MES Systemen auftreten können
MIS Management Informationssystem
MOS Manufacturing Operating System (ISA-Definition)
MRP I Material Requirement Planning
MRP II Material Resources Planning
PDA Prozessdatenanalyse
PEP Personaleinsatzplanung
PIS Personalinformationssystem
PPS Produktionsplanung und Steuerung
PZE Personalzeiterfassung
SCM Supply Chain Management
SFC Shop Floor Control
SPC Statistic Process Control
SRM Supplier Relationship Management
WiP Work-in-Progress (Materialumlaufbestand)
APS Advanced Planning and Scheduling
AZE Arbeitszeiterfassung
BDE Betriebsdatenerfassung
CAQ Computer Aided Quality Assurance
CPM Collaborative Production Management
CRM Customer Relationship Management
EAI Enterprise Application Integration
EDI Electronic Data Exchange
EBR Electronic Batch Record
ERP Enterprise Resource Planning
HR Human Resources
IPC In-Process-Control
KVP Kontinuierlicher Verbesserungs-Prozess
LVS Lager Verwaltungssystem
MDE Maschinendatenerfassung
MES Manufacturing Execution System

Zielsetzung von MES-Systemen
 Steigerung der Transparenz
 Erhöhung der Produktivität und Verfügbarkeit der
Anlagen/Maschinen
 Reduzierung der Bestände (sowohl im Lager als auch in der
Produktion)
 Reduzierung von Durchlaufzeiten
 Erhöhung der Termintreue
 Eliminierung der Papierdokumentation (Paperless Production)
 Auflösung von Insellösungen in der Produktion durch ein
integriertes System

Vielen Dank
Hochschule Ansbach

VE 04: Soft- und Hardwarearchitektur von MES-Systemen
Hochschule Ansbach

Nach der Vorlesung sollten Sie folgendes verstehen und anwenden können:
 Die Anforderungen an MES-Systeme und deren Umsetzungen in der Architektur beschreiben können
 Die Begriffe Konfiguration, Customizing und kundenspezifische Implementierung differenzieren
können
 Die verschiedenen Installationsarten und Lizenzierungsmodelle differenzieren können
 Die wesentlichen Branchen beschreiben können
 Den Roll-Out einer MES-Lösung über mehrere Werke kennen

Branchenspezfisiche Ausprägungen und kundenspezifische Anpassungen
4.4
Die Installationsarten und die Lizenzierungsmodelle
4.3
Eine moderne Architektur von MES-Systemen
4.2
Anforderungen an die Architektur von MES-Systemen
4.1
Soft- und Hardwarearchitektur von MES-Systemen
4
Inhalt

4.4
4.3
4.2
4.1
4
Inhalt

Die Anforderungen an die Architektur eines MES-Systems beziehen sich auf die
Hardware und die Software
Standardisierung
Modularisierung
Individualisierung
Skalierbarkeit
1
2
3
4
Erweiterung um kundenspezifische Funktionen
Stufenweiser Aufbau des MES-Systeme
Modulare MES-Funktionalitäten
Standardsysteme und Standard-Schnittstellen
Usability
5 User-zentrierte Gestaltung der Anwenderschnittstellen

Beispiel von einzelnen Insellösungen mit aufwändigem Schnittstellenmanagement
(BASF)
Quelle: BASF

Die Standardisierung sichert die Zukunftsfähigkeit einer MES-Lösung
Historisch: Insellösungen für einzelne Aufgaben
 Unterschiedliche Architekturen, Entwicklungswerkzeuge und Datenbanksysteme
 Verschiedene Schnittstellen
 Unterschiedliche Datenbasen (Stammdaten)
 Systeme nicht integriert und wenn, dann über individuelle und aufwändige
Schnittstellen
 Bestimmte Funktionen (Tracking & Tracing) kaum umsetzbar, da diese
abteilungsübergreifend implementiert werden müssen
 Mehrere Lösungen für die gleiche Funktion im Werk (z.B. verschiedene
Auftragsmanagementsysteme)
Neue Anforderungen: Lösungen basierend auf Standards
 Einheitliche Architektur (Datenbanken, Entwicklungswerkzeuge, User-Interfaces)
 Zentrale Stammdaten
 Standardschnittstellen (intern und extern)
• ERP
• Maschinen / Automatisierung
Vorteile der Standardisierung:
 Pflege, Stabilität, Wartung, Erweiterbarkeit
 Zukunftssicherheit (Rechnerhardware, Betriebssysteme, Datenbanken etc.)
Qualität
Aufträge
Bereich 1
Aufträge
Bereich 3
BDE
Aufträge
Bereich 2
…
Qualität
Aufträge Tracking&
Tracing
Daten-
erfassung
Material
…
„Gewachsene“
Lösung
Standardlösung

Standardisierung in der Kommunikation
Einsatz von standardisierter, internetbasierter IT-Technologie und Standardinterfaces
 Standardschnittstellen zur ERP-Integration
 B2XML zur Integration von ERP-Systemen
 Zertifizierte Schnittstellen der ERP-Anbieter
 Standards zur Integration mit der Steuerungsebene
 OPC UA als Quasi-Standard zur Kommunikation zwischen Feld- und MES-Ebene
 MT Connect ein auf XML-basierendes einfaches Protokoll zum Datenaustausch
zwischen Feldgeräte und IT-Systemen (verbreitet in den USA und Japan)
 Branchenspezifische Schnittstellen wie Europmap in der Kunststoffindustrie
(aktuell Euromap 77)
 Standardisierung von MES-Systemen basierend auf Internettechnologien
 Jedes Device, Produkt etc. bekommt eigene IP-Adresse und ist somit direkt adressierbar
 Addressability durch IPV6
 IPv4: 232 ~ 4 Milliarden Adressen
 IPv6: 2128 ~ 340 Sextillionen Adressen
 Connectivity durch Ethernet/Industrial, WLAN, LTE
 Weltweiter Zugriff auf Daten durch Cloud-Lösungen
Standard Internet-Technologien
Cloud MES
Lokales MES
Standard Schnittstellen
Steuerungen
MES
ERP

Modulare MES-Softwarekomponenten zum flexiblen Design einer Lösung
Historisch: Monolithische Systeme
 Bisher eingesetzte Systeme zur Fertigungssteuerung waren
monolithische Systeme oder Insellösungen
 Schlechte Wartbarkeit
 Kaum erweiterbar
 Extreme Komplexität
Neuen Anforderung: Modulare Aufbau
 Aufteilung des gesamten Softwaresystems in einzelne
funktionale Module
 Die einzelnen funktionale Module (z.B. Auftragsmanagement)
können unabhängig voneinander eingesetzt werden
 Ein stufenweiser Auf- und Ausbau des Systems ist möglich
 Framework-Architektur:
 Daten-Backbone mit Schnittstellen zur Adaption der
Module
 Zentrale Basisfunktionalität
Industrial Framework
Basisfunktionalität für alle MES-Module
(z.B. Stammdaten, Schnittstellen, User-Verwaltung etc.)
Auftragsmanagement
Informationsmanagment
Tracking
&
Tracing
Personalmanagement
.
.
.
Werkzeugmanagement

Die Modularität ermöglicht einen stufenweisen Aufbau eines MES-Systems
 Mehrere MES-Module kommen zum Einsatz
 Normalerweise Vernetzung der Anlagen
untereinander und Anbindung an übergeordnete
Systeme
 Nur ein MES-Modul kommt im Unternehmen zum
Einsatz
 Einsatz bezieht sich auf:
 Stand-alone-Lösung an einer Maschine oder
 vernetzte Lösungen für mehrere Maschinen
Ein Modul Lösung Vollständige MES-Lösung
Auftragsmanagement
Auftragsmanagement
Informationsmanagement
Personalmanagement
Werkzeugmanagement
…
Ausbau

Individualisierung der MES-Funktionalität durch eine serviceorientierte
Architektur
Traditioneller
Ansatz
Framework-Ansatz
fn1 (Auftrag anmelden)
Traditionell: Fest „programmierte“ Systeme
 Produktionsprozesse und -ressourcen sind individuell
 Produktionsprozesse eines Unternehmens können an
verschiedenen Standorten stark variieren (z.B. aufgrund des
Automatisierungsgrades, des Qualifikationsniveaus etc.)
 Diese spezifischen Produktionsprozesse müssen in der MES
Software abgebildet werden
 Traditionell: Prozesse im Source-Code implementiert
fn: Funktion
Fn2 (Auftrag starten)
Fn3 (Daten erfassen)
Fn4 (Qualität prüfen)
fn1
Auftrag melden
fn2
Auftrag starten
fn3
Daten erfassen
fn4
Qualität prüfen
fn5
Bediener
anmelden
fn6
Bediener
abmelden
Neue: Serviceorientierte Architektur
 MES-Architektur basierend auf einem Framework und modularen
Software-Komponenten
 Jede Komponente bietet standardisierte Funktionalität
 Über ein Framework können Funktionen „verschaltet“ werden zu
Prozessen
 Statt „fester“ Programmierung der Prozesse im Source-Code
werden graphische Workflows genutzt
Workflow parametrierbar
Workflow fixiert

 Standort- oder fabrikweite MES-
Lösung auf mehreren Maschinen
oder Anlagen
 Vernetzung der Anlagen
untereinander und Anbindung an
übergeordnete Systeme
Anforderung Skalierbarkeit:
Von der Einzelmaschine zum Produktionsbetrieb
 MES-Lösung auf einer Maschine
 Stand-alone System mit optionaler
Anbindung an übergeordnete
Systeme
1 Maschinen Lösung
Industrial
Ethernet
Fabriklösung
Eine Maschine
 MES-Lösung in einem
Fertigungsbereich
 Anbindung an übergeordnete
Systeme über Netzwerk
Bereichslösung
Industrial Ethernet
Fertigungsbereich
MES
Server
IndustrialEthernet
Fertigungsbereich
Industrial Ethernet
Fertigungsbereich
MES
Server
Skalierung
Fertigungsbereich

In Abhängigkeit der Rolle des Benutzer müssen geeignete User-Interfaces (UIs) zur
Verfügung gestellt werden
 Nutzung durch Maschinenbediener
 Funktionsumfang fokussiert auf Maschine
 Ggfs. spezielle Terminals, Industrie-PCs oder integriert in HMI der Steuerung
 Einfache Bedienung (z.B. Tasten, Buttons)
UI
ShopFloor
 Große Screens, die in der Fabrikhalle positioniert werden
 Visualisierung nur weniger Informationen (z.B. aktuelle Stückzahl)
UI
Fabrik
 Nutzung durch Management, Arbeitsvorbereitung, Meister etc.
 Hoher Funktionsumfang mit Betrachtung der gesamten Fabrik
 Standard-PCs
UI
Office
 Mobile Clients auf Tablets
 Funktionsumfang je nach Nutzer (Office oder Bediener)
 Darstellung ist an Auflösung anzupassen
UI
Mobil

4.4
4.3
4.2
4.1
4
Inhalt

Realisierung der Anforderungen über eine 3-Ebenen-Architektur und Cloud-
Konzepte
Anforderungen Architektur
Client-Server-Architektur
Cloud-Architektur
Standardisierung
Modularisierung
Individualisierung
Skalierbarkeit
1
2
3
4
Usability
5
Moderne Technologien (*)
(*) Entwicklungswerkzeuge, Datenbanken, User Interfaces etc.

Das Prinzip des Client-Server-Modells basiert auf der Arbeitsteilung zwischen
Client und Server
 Server stellen Dienstleistungen zur Verfügung, die von Clients abgerufen werden.
 Ziel des Client-Server-Modells ist die gemeinsame Nutzung aller im Unternehmen existierender
Anwendungssysteme, Datenbestände sowie Hardwareleistungen.
 Die Clients können unterschiedlich leistungsfähig sein:
• Fat Client: voll ausgestattete Workstation oder PC
• Thin Client: preisgünstiges Gerät mit eingeschränkter Funktionalität
Server
Client
Client

Aktuelle Client-Server Architekturen teilen die Aufgaben auf 3 Ebenen auf
 Die „klassische“ zweistufige Architektur (Two-Tier) hat sich in Praxis als unzweckmäßig erwiesen:
 Clients müssen leistungsfähig sein (Fat Clients)
 Server schnell überlastet
 Deswegen werden aktuell dreistufige Architekturen eingesetzt (Three-Tier Architektur)
 Ebene 1: Datenserver
 Ebene 2: Anwendungsserver
 Ebene 3: Client (Thin- oder Fat-Client)
Datenserver (Datenbank)
Anwendungsserver
Client 1 Client n
…
3-Tier-Architektur

Die 3-Tier Client-Server Architektur eines MES-Systems
Datenbankserver
Applikationsserver
Client (Präsentation)
Zentrale MES-DB
Lokale DB
(Maschine)
Zustand1
Zustand2 Zustand3
Präsentationsschicht
 GUI: Graphical User Interface
 Zeigt Anwendungsdaten an, nimmt Benutzereingaben entgegen
 HW/SW: PC, Steuerung, Tablet, Browser, Applikation, App
Datenbankschicht
 MES-Datenbank mit einer Vielzahl von Tabellen
 Meist rationale Datenbanken
 Zentrale und lokale Datenbanken auf Maschinen (temporäre Speicherung)
 Gängige Systeme: Oracle, Microsoft SQL-Server
Anwendungsschicht
 Business-Logik
 Abläufe und Funktionen des MES-Systems (z.B. Auftragsmanagement, Reporting)
 Gängige Betriebssysteme: Windows, Linux, partiell UNIX

Definition von Cloud Computing
 Cloud Computing beinhaltet Technologien und Geschäftsmodelle, um IT-Ressourcen dynamisch zur Verfügung zu
stellen und ihre Nutzung nach flexiblen Bezahlmodellen abzurechnen.
 Anstelle IT-Ressourcen, beispielsweise Server oder Anwendungen, in unternehmenseigenen Rechenzentren zu
betreiben, sind diese bedarfsorientiert und flexibel in Form eines dienstleistungsbasierten Business Modells
(Geschäftsmodell) über das Internet oder im Intranet verfügbar.
 Diese Art der Bereitstellung führt zu einer Industrialisierung von IT-Ressourcen, ähnlich wie es bei der Bereitstellung von
Elektrizität der Fall war.
 Firmen können durch den Einsatz von Cloud Computing langfristige Investitionsausgaben (s.g. CAPEX) für den
Nutzen von Informationstechnologie vermindern, da für IT-Ressourcen, die von einer Cloud bereitgestellt werden, oft
hauptsächlich operationale Kosten (s.g. OPEX-Kosten) anfallen.
Quelle: Gabler
CAPEX: capital expenditures / OPEX: operational expenditures
Cloud Infrastruktur
Cloud Plattform
Anwendung
Kunde 1
Kunde 2
Kunde 3

Public oder Private Cloud Computing Lösungen sind je nach Anwendungsfall zum
Betrieb des MES-Systems geeignet
 Eine Cloud kann privat oder öffentlich sein.
 Eine öffentliche Cloud (public Cloud) gehört einem Cloud-
Service-Anbieter, der die Cloud unterhält und der allgemeinen
Öffentlichkeit zur Verfügung stellt.
 Eine private Cloud (private Cloud) wird ausschließlich für ein
Unternehmen betrieben (Wichtig: Schutz von Intellectual
Property)
 Mischformen bezeichnet man als hybride Clouds
 MES-Systeme sind vermehrt auch Cloud-fähig:
 Große und mittelständische Unternehmen: MES in der
„private Cloud“
 Kleine Unternehmen: MES in einer „public Cloud“ beim
MES-Anbieter
Fabrik
Maschine
Maschine
Fabrik
Maschine
Maschine
Internes Netzwerk
Private Cloud
Unternehmensgrenze
Fabrik
Maschine
Maschine
Fabrik
Maschine
Maschine
Internet
Öffentliche Cloud
Unternehmensgrenze
Unternehmens-
grenze

4.4
4.3
4.2
4.1
4
Inhalt

Installation von Software
 Lokale Installation der Software auf lokalen
Rechner (eigener Hardware)
 Erwerb der Software
On-Premises-Systeme
 Zentrale Software auf Servern eines Anbieters
 „Mieten“ der Software
On-Demand-Systeme
Prinzip

Installationsarten von Anwendungssoftware
On-Premises-Systeme
 On-Premises-Systeme
• Auf lokalem Rechner/Workstation installierte Software
• Lizenznehmer erwirbt Software und betreibt diese auf eigener Hardware bzw. im eigenen Rechenzentrum.
• Bsp.: ERP-System wird auf einem eigenen Server im eigenen Unternehmen installiert und betrieben
• Klassische Lizenzierung (vor der „Cloud-Zeit“)
• Vorteil:
• Maximale Kontrolle über die Software (In der Regel besser auf Anwender-Bedürfnisse zugeschnitten)
• Datenschutz („Daten bleiben im Unternehmen“): wesentlich bei sensiblen Daten wie Accounts, Umsätze etc.
• Nachteile:
• Investitionen in IT-Infrastruktur (Hardware, Datenbanken) und in IT-Spezialisten zum Betrieb von Hardware und
Software notwendig
• Betrieb der Software (inkl. Management von SW-Updates, Security-Updates, Betriebssystem-Updates etc.)

Installationsarten von Anwendungssoftware
On-Demand-Systeme
 On-Demand-Systeme
• Nicht beim Anwender, sondern beim Anbieter betriebene Software, die bei Bedarf genutzt werden kann.
• Alle Programmen werden auf externen Servern bereitgestellt und auch alle Daten werden auf externen Servern
gespeichert. Diese Services werden von spezialisierten Anbietern bereitgestellt.
• Basiert auf dem Prinzip „Software as a Service (SaaS)”
• Vorteil:
• Zugriff über Webbrowser und somit weltweit und über verschiedene Endgeräte möglich
• Datensicherung übernimmt Anbieter
• IT-Hardware wird vom Anbieter bereitgestellt ebenso die Installation von Software-Updates
• kein IT-Fachpersonal im eigenen Unternehmen notwendig
• Nachteile:
• Datenschutz („Daten bleiben NICHT im Unternehmen“)
• Leistungsfähige Internet-Verbindung erforderlich
• Geringe Flexibilität hinsichtlich Anpassung an Anwender-Bedürfnisse
• Abhängigkeit vom Provider

Lizenzen und Lizenzmodelle für Software
 Software ist ähnlich wie Musik und Filme das Ergebnis von kreativer Arbeit von
Softwareentwicklern und deshalb geistiges Eigentum des jeweiligen
Herstellers/Entwicklers (Urheberrecht).
 Zur Nutzung der Software durch einen Anwender müssen entsprechende
Nutzungsrechte erworben werden.
 Nutzungsrechte werden in Zusammenhang mit Software als Lizenzen
bezeichnet.
 In sogenannten Softwarelizenzverträgen werden alle Bedingungen zur Nutzung,
Umfang der Lizenzrechte und alle möglichen Einschränkungen usw. geregelt.
 Zur Regelung der Softwarenutzung haben sich folgende Lizenzmodelle etabliert:
• Rechnergebundene Lizenz (nodelocked license)
• Benutzergebundene Lizenz (named user license)
• Netzwerklizenz (floating license, concurrent use license)
• Nutzungsbezogene Lizenz (pay-per-use)
• Mischformen

Lizenzmodelle –
Rechnergebundene Lizenz (nodelocked license)
 Die Software wird auf einem bestimmten Rechner des Unternehmens installiert und für diesen lizenziert.
 Die Software ist eindeutig mittels einer Hardware-ID (MAC-Adresse) an den Rechner gebunden und kann nicht
übertragen werden.
 Die Software kann von mehreren Nutzer verwendet werden.
 Eine zeitgleiche Nutzung der Software durch verschiedene Anwender ist nicht möglich.
Nutzer
Computer mit
Lizenz

Lizenzmodelle –
Rechnergebundene Lizenz (named user license)
 Die „benutzergebundene Lizenz“ ist ein Modell, bei dem die Nutzungsrechte/Lizenz nicht einem Computer
zugewiesen sind, sondern einem ausgewählten Nutzer zugeordnet sind.
 Die Software ist somit an einen bestimmten Benutzernamen gebunden und kann von jedem beliebigen
Rechner von genau diesem Benutzer genutzt werden.
 Es wird die maximale Anzahl der Nutzer festgelegt, die mit einem registrierten, namentlich eingetragenen
Zugang auf eine Ressource/Software zugreifen können.
 Vorteile sind, dass die Software unabhängig vom Rechner durch den Nutzer verwendet werden kann und
keine zusätzliche Verwaltungssoftware für Lizenzen notwendig ist (da Login mit persönlicher Kennung erfolgt.).
 Der Nachteil ist, dass für einen neuen Nutzer eine zusätzliche Lizenz erworben werden muss.
Nutzer mit
Lizenz
Computer

Lizenzmodelle –
Netzwerklizenz (floating license, concurrent use license)
 Bei einer Netzwerklizenz befindet sich die Lizenz auf einem zentral verwalteten Server des Anwenders. Die Lizenz ist
hierbei nicht an einen bestimmten Computer oder einen bestimmten Benutzer gebunden.
 Die Software wird für eine bestimmte Anzahl gleichzeitiger Aufrufe lizenziert. Der Rechner, auf dem die Software
genutzt wird, ist dabei nicht festgelegt.
 D.h. es wird lediglich die maximale Anzahl der Nutzer festgelegt, die gleichzeitig auf eine Ressource/Software zugreifen
dürfen(*). Die Software selbst kann auf beliebig vielen Rechnern installiert sein.
 Das Modell hat den Vorteil, dass verschiedene Nutzer mit verschiedenen Endgeräten auf die Software zugreifen können.
(*) Ein zentraler Server verwaltet dabei
die Lizenzen. Der Server registriert die
Anzahl der aktuell vergebenen Lizenzen
und gewährt jedem prinzipiell
berechtigten Benutzer das Recht zur
Benutzung. Sind alle Lizenzen vergeben,
muss ein zusätzlicher konkurrierender
Benutzer warten, bis ein anderer
Benutzer seine Session beendet und
somit wieder eine Lizenz zur Verfügung
steht.
Nutzer
Computer
Server mit
Lizenz

Wertestrom beim Verkauf von Softwarelizenzen
Einmalige Lizenz mit Software-Update (ohne Projektkosten)
MES
Software
Hersteller
End-
kunde
(Nutzer MES
Software)
Lizenz einmalig
Update jährlich
Update: Newest version of a software
Wertefluss
Geldfluss
€ Lizenz einmalig
€ Update jährlich
Legende:

Wertestrom beim Verkauf von Softwarelizenzen
Pay-per-Use-Lizenz (365 Tage „Miet-Lizenz“)
MES
Software
Hersteller
End-
kunde
(Nutzer MES
Software)
Lizenz 365 / Jahr (pro Jahr ist Gebühr zu entrichten)
Update: Newest version of a software
Wertefluss
Geldfluss
€ Lizenz jährlich (beinhaltet SW-Update)
Legende:

Umsatzerlöse nach Umsatzarten der SAP AG im Geschäftsjahr 2019
Der Software Support ist der wichtigste Umsatzanteil bei der SAP AG
Quelle: SAP
Cloud: Für Kunden gehostete Software
Lizenzen: Neu-Lizenzen
Software-Support: SW-Updates, Upgrades etc.
Services: Beratungsleistungen

4.4
4.3
4.2
4.1
4
Inhalt

MES-relevante Branchen in der diskreten Fertigung und der Prozessindustrie
Automobil
Aerospace
Heavy Industrie
Energie
Medizintechnik
Diskrete Fertigung Prozessindustrie
Food &
Beverage
Oil&Gas
Chemie
Pharma
Wasser/
Abwasser

Branchenübergreifende und branchenspezifische MES-Lösungen
 Die diskrete Fertigung und die prozessorientierte Fertigung
unterscheiden sich in wesentlichen Punkten (Einzelteile vs. Batches,
Qualitätsprüfung, Automatisierungsgrad etc.)
 Bei MES-Systemen gibt es einerseits Lösungen, die einen starken
Branchenfokus haben (z.B. Pharma-Industrie: Werum, Elektronik-
Fertigung: iTac) und andererseits branchenunabhängige Lösungen.
 Bei den Lösungen, die in einer Branche eingesetzt werden sind trotz
gleicher Branche vielfach unterschiedliche Geschäftsprozesse gegeben,
so das die MES-Software so gut wie immer adaptiert werden muss.
 Auch die einzelnen Werken einer Firma sind fast ausschließlich durch
eigenständige, unterschiedliche Geschäftsprozesse gekennzeichnet, so
dass auch hier eine Adaption notwendig ist.
 MES-Strategie bei Unternehmen mit mehreren Standorten:
MES-Standard & werkspezifische Erweiterung

Praxis:
Kombination
aller
Varianten
Die Geschäftsprozesse in MES-Systeme können über verschiedene Möglichkeiten
angepasst und erweitert werden
 Einfachste Möglichkeit zur Anpassung.
 Bei der Installation werden entsprechende Parameter gesetzt oder später über
Konfigurationsdialoge geändert.
 Beispiel: Länge der Auftragsnummer, Angabe ob eine Maschine verschiedene
Arbeitsgänge ausführen kann.
 Spezifische Funktionen (die nicht im Standard enthalten sind) können separat
entwickelt und integriert werden.
 MES-Anbieter stellt hierfür ein entsprechendes API zur Verfügung.
 Implementierung erfolgt durch Anbieter, Anwender oder 3rd Party Provider.
 Kundenspezifische Anpassung der Softwareprozesse an die Geschäftsprozesse
des Unternehmens.
 Anpassung erfolgt über standardisierte Interfaces, sogenannte APIs (Application
Programming Interface) beispielsweise in Form von Webservices.
 Anpassung erfolgt nicht im Source-Code (Standard-Software bleibt erhalten).
Konfiguration
Kundenspezifische
Implementierung
Customizing
A
B
C

Unternehmensstandard und werkspezifische Erweiterungen der MES-Software
MES-Basistechnologie
Auftrags-
management
Tracking &
Tracing
Reporting
Werkzeug-
management
W 1 W n
.. W 1 W n
.. W 1 W n
..
W 1 W n
..
 Unternehmensstandard für die
jeweilige MES-Funktion
 Gültig für alle Werke des
Unternehmens
 Basistechnologien, wie Datenbanken,
Kommunikation, Schnittstellen
 Gültig für alle Werke des Unternehmens
 Werkspezifische Adaption einer MES-
Funktion an die jeweiligen Prozesse
 Gültig für ein spezielles Werk des
Unternehmens
Kennzeichen

Vielen Dank
Hochschule Ansbach

VE 05 & VE 06: Produktionsplanung und -steuerung (Feinplanung/Scheduling)
Hochschule Ansbach

 Die Begriffe Produktionsplanung und –steuerung im Verbund mit Produktionsunternehmen einordnen
können
 Wissen, wie die Planung und Steuerung der Produktion der Reihe nach abläuft und die entsprechenden
Planungsstrategien kennen
 Die Prozesse der Kapazitätsplanung und Terminplanung detailliert beschreiben können
 Die Strategien zur Auftragssteuerung beschreiben können
 Scheduling- bzw. Feinplanungssoftware kennen

Advanced Planning and Scheduling Systeme (APS) zur Planung und Steuerung
5.6
Details der Auftragssteuerung
5.5
Details der Kapazitätsplanung und des Kapazitätsabgleichs
5.4
Details der Terminplanung bzw. Durchlaufterminierung
5.3
Generelle Ablauf der Produktionsplanung und -steuerung
5.2
Ziele und Aufgaben der Produktionsplanung und -steuerung
5.1
Produktionsplanung und -steuerung
5
Inhalt

5.6
5.5
5.4
5.3
5.2
5.1
5
Inhalt

Die Produktionsplanung und -steuerung im Unternehmensprozess
Beschaffung
Produktions-
planung
Versand
Fertigung/
Montage
Einkauf
Entwicklung/
Konstruktion
Vertrieb Planung
Produktions-
steuerung
Logistik
Akquise
Produktplanung/
-entwicklung
.
Ein Unternehmen besitzt 6 Kernprozesse aus der Sicht der Abwicklung eines Kundenauftrages
Auftrag
Kunde
Produkt
Fokus Vorlesung

Die Aufgaben der Produktionsplanung und –steuerung
Definition Aufgaben
 Aufgabe der Produktionsplanung und -steuerung ist es, die wirtschaftliche und termingerechte
Einplanung und Abwicklung der Aufträge vorzunehmen.
 Hierbei wird ausgehend von einer langfristigen Betrachtung des Bedarfs, die Planung schrittweise
verfeinert, bis einzelne Aufträge bzw. Arbeitsvorgänge mit Terminen und Stückzahlen für einzelne
Ressourcen (Maschinen, Personal etc.) vorliegen.
 Aufträge können dabei interne Aufträge zur Herstellung von Zwischenprodukten (z.B. Wellen) oder externe
Aufträge zur Herstellung von Endprodukten sein (z.B. Getriebe).
Hinweis:
Die Begriffe Produktionsplanung und -steuerung (PPS) und Fertigungssteuerung werden synonym genutzt.

Die Produktionsplanung und -steuerung erfolgt in modernen Unternehmen mit
rechnergestützten Systemen
Definition PPS-Systeme
 Die Produktionsplanung und –steuerung bezeichnet den Einsatz rechnerunterstützter Systeme zur
organisatorischen Planung, Steuerung und Überwachung der Produktionsabläufe von der
Angebotsbearbeitung bis zum Versand unter Mengen-, Termin- und Kapazitätsaspekten.
 Hierzu kommen Softwaresysteme zum Einsatz, die unter dem Oberbegriff Produktionsplanungs- und
-steuerungssysteme (PPS-Systeme) zusammengefasst werden.
 Die wesentlichen Teilaufgaben sind:
 Produktionsprogrammplanung
 Mengenplanung
 Termin- und Kapazitätsplanung
 Auftragsveranlassung
 Auftragsüberwachung
Quelle: KCIM 1985

Aufbau und Funktionen der Produktionsplanung und -steuerung in der Übersicht
Produktions-
planung
Produktions-
steuerung
Teilgebiete PPS Hauptfunktionen
Produktions-
programm-
planung
Mengen-
planung
Termin- und
Kapazitäts-
planung
Funktionen
Auftrags-
veranlassung
Auftrags-
überwachung
Grunddaten-
management
Prognoserechnung
Grobplanung
Lieferterminbestimmung
Kundenauftragsverwaltung
Bedarfsermittlung
Bestandsrechnung
Beschaffungsrechnung
Eigenfertigung / Fremdfertigung
Durchlaufterminierung
Reihenfolgeplanung
Kapazitätsbestimmung
Kapazitätsabgleich
Auftragsfreigabe
Werkstattsteuerung
Auftragskontrolle
Materialverbuchungen
Datenerfassung

Für jede Stufe der Produktionsplanung und –steuerung werden
unterschiedliche Zeitfenster betrachtet und Entscheidungen getroffen
Stufe Frequenz Zeithorizont
Kapazitäts-
einheit
Produktions-
einheit
Wichtige
Entscheidungen
1. Stufe:
Produktions-
programmplanung
jährlich bis
monatlich
0,5 – 5 Jahre Fertigungsbereich Enderzeugnis
Investitionen
Personalplanung
Produktionsprogramm
Liefertermine
2. Stufe:
Mengen-, Termin-,
Kapazitätsplanung
wöchentlich
bis täglich
1 Woche -
12 Monate
Fertigungsgruppe
Zwischenerzeugnis/
Einzelteil
Mengen und Termine der
Zwischenerzeugnisse und
Einzelteile, Schichten,
Überstunden,
Auswärtsvergabe
3. Stufe:
Auftragssteuerung
täglich bis auf
Schichtebene
1-7 Tage
Arbeitsplatz/
Maschine
Einzelteil
Reihenfolge der
Arbeitsgänge an den
einzelnen Arbeitsplätzen

Hohe Termintreue, geringe Kapitalbindung, kurze Durchlaufzeiten und hohe
Kapazitätsauslastung sind die wesentlichen Ziele der Produktionssteuerung
Ziele
Bedingungen
Kurze Durchlaufzeiten
 Hohe
Fertigungskapazitäten
 Fertigung nach dem
Fließprinzip
 Geringe Losgrößen
 Flexible
Fertigungssysteme
 Hoher Materialbestand
 Hoher Auftragsbestand
 Optimale
Kapazitätsabstimmung
 Große Losgrößen
Genaue Einhaltung der
Termine
Geringe
Kapitalbindung
Hohe
Kapazitätsauslastung
 Hohe
 Hoher Materialbestand
 Hoher
Informationsbestand
 Geringe
 Geringer
Materialbestand
 Optimierte, große
Losgrößen
Dilemma der Ablaufplanung (Gutenberg 1951):
Es können nicht gleichzeitig die Durchlaufzeiten und Leerzeiten der Betriebsmittel (Zeiten, während derer Betriebsmittelinfolge
fehlender Aufträge außer Einsatz sind) sowie die damit verbundenen Kosten minimiert werden. Der Ausweg aus diesem
Dilemma kann nur ein Kompromiss sein. Er besteht aus einem Optimum aus kurzen Durchlaufzeiten und hoher
Kapazitätsauslastung bei größtmöglicher Termintreue.

5.6
5.5
5.4
5.3
5.2
5.1
5
Inhalt

Grundlegender Ablauf der Produktionsprogrammplanung und -steuerung
Produktionsprogrammplanung
(Primär- und Sekundärplanung)
Vertrieb Kunden
Feinplanung
(Termin- & Kapazitätsplanung)
Auftragssteuerung
(Veranlassung & Überwachung)
Kapazitäten
Personal
Kapazitäten
Maschinen
Kapazitäten
Werkzeuge
Maschine 1 Maschine 2 Maschine N
Maschine 3 . . .
Planaufträge
(Eigenfertigung)
Fertigungsaufträge
Arbeitspläne
Mengenplanung
(Eigen-/Fremdfertigung)
Stücklisten
Bestände
Beschaffungsaufträge
(Fremdfertigung & Material)
1
2
3
4

Produktionsprogrammplanung - Primärbedarfsplanung
 Die Primärbedarfsplanung ist die Festlegung der in der Planungsperiode (0,5 bis 2 Jahre) herzustellenden Mengen
der absatzbestimmten Produkte (der sogenannte Primärbedarf).
 Bei dem Bedarf (absatzbestimmenden Produkte) kann es sich um Endprodukte, um Ersatzteile und um
Zwischenprodukte handeln, welche an andere Unternehmen oder Endkunden verkauft werden.
 Die Planung basiert auf vorhanden Kundenaufträgen und den Vertriebsprognosen, wobei je nach Produktionstyp
(Lager- vs. Auftragsfertigung) die eine oder die andere Art zum Einsatz kommt.
 Differenziert wird zwischen Bruttobedarf (Gesamtbedarf) und Nettobedarf (Bruttobedarf minus Lagerbestände, wird bei
der Mengenplanung ermittelt).
Primärbedarfsplanung
Vertrieb Kunden
Kundenaufträge
Absatztrends Brutto-Primärbedarf

Beispiel: Zusammensetzung eines Produktionsprogramms zur Ermittlung des
Brutto-Primärbedarfs
neue Produkt-
entwicklungen
Kunden-
bestellungen
Prognose-, Hochrechnung
für Kundenaufträge
Angebote auf
Kundenanfragen
Prognose-, Hochrechnung
für die Serienaufträge und Grundlast
Kundenaufträge
prognostizierte
Kundenaufträge
prognostizierte Grundlast
Produktions-,
Engineering-
Aufträge (interne Aufträge)
Produktions-,
Engineering-
aufträge
Ersatzteilaufträge,
Kleinaufträge und sonstige
Aufträge
interne Entwicklungs-
aufträge
Serien (Lager) –aufträge
(sind bei der Einplanung
noch kundenanonym)
erteilte Aufträge
prognostizierte Aufträge
Gesamtauftragsvolumen
Quelle: Pitra 1982
Absatz-
Prognosen

Produktionsprogrammplanung - Sekundärbedarfsplanung
 Bei der Sekundärbedarfsplanung werden die zur Erzeugung des Primärbedarfs benötigten Einzelmengen
(Sekundärbedarf) ermittelt.
 Besonders bei mehrteiligen Produkten (z.B. Automobile, Flugzeuge, Maschinen) ist es unerlässlich, alle in das
Endprodukt eingehenden Einzelteile, Baugruppen, Rohstoffe etc. detailliert zu ermitteln.
 Hier wird zwischen eigengefertigten Produkten (Zwischenprodukte) und fremdbezogenen Produkten differenziert.
 Für die erstgenannten werden im weiteren Verlauf Fertigungsaufträgegeneriert, für die anderen werden
Beschaffungsaufträgeerzeugt.
Primärbedarfsplanung
Vertrieb Kunden
Kundenaufträge
Absatztrends Brutto-Primärbedarf
Brutto-Sekundärbedarf Technologie
Erzeugnisstruktur
(Stückliste)

Mengenplanung
 Bei der Mengenplanung werden der Bedarf und der Bestand in Form der Bedarfsrechnung
gegenübergestellt.
 Somit wird aus den Bruttobedarf (Primär- und Sekundärbedarf) der Nettobedarf ermittelt.
 Aus der Bedarfsrechnung wird zudem der Eigenfertigungs- und der Fremdfertigungsanteil abgeleitet.
Bestandrechnung
Bedarfsermittlung
Eigenfertigung Fremdfertigung
Werkstattbestand
Produktionsprogramm
Stückliste Lagerbestand

Methoden der Ermittlung des Sekundärbedarfs
Quelle: Dangelmeier

Die Durchlaufterminierung ist ein Schritt der Feinplanung zur Festlegung der Start-
und Endtermine eines Arbeitsgangs
 Die Aufgabe der Durchlaufterminierung ist die grobe Festlegung vorläufiger Start- und Endtermine der
Fertigungsaufträge und der Arbeitsgänge auf Basis der in den Planaufträgen festgelegten Ecktermine der
Aufträge.
 Dabei werden keine Kapazitäten betrachtet (z. B. Konkurrenz verschiedener Fertigungsaufträge um
dieselben kritischen Maschinen).
 Diese erfolgen im nächsten Schritt im Rahmen der Kapazitätsplanung.
Zeit
1-1
Maschine 1
(Drehmaschine) 1-2 1-3
AG 1 AG 2 AG 3
2-1 2-2 2-3 2-4
AG: Arbeitsgang
Maschine 1
(Fräsmaschine)
Nur Maschinentyp, keine
tatsächliche Maschine

Die Kapazitätsplanung ist ein weiterer Schritt der Feinplanung zum Abgleich des
Kapazitätsbedarfs und des Kapazitätsangebots
 Die Durchlaufterminierung berücksichtigt keine Kapazitäten (Planung gegenüber „unendliche Ressourcen“).
 Gegenstand der Kapazitätsplanung ist die Gegenüberstellung des sich aus der Durchlaufterminierung
(ohne Berücksichtigung vorhandener Kapazitäten) ergebenen Kapazitätsbedarfs und den tatsächlichen
vorhandenen Kapazitäten (Personal, Maschinen, Material).
 Ergebnis sind Fertigungsaufträge (inklusive der Arbeitsvorgänge), die auf Basis der vorhandenen
Ressourcen die Liefertermine bestmöglich erfüllen.
Kapazitätsabgleich/-anpassung
Fertigungsaufträge
Kapazitäts-
angebot
Kapazitäts-
bedarf
Kapazitätsplanung
(Einplanung der Aufträge)
• Maschinen
• Material (Einzelteile, Baugruppen)
• Personal
• Maschinen
• Material (Einzelteile, Baugruppen)
• Personal

5.6
5.5
5.4
5.3
5.2
5.1
5
Inhalt

Aufbau und Funktionen der Produktionsplanung und -steuerung in der Übersicht
Produktions-
planung
Produktions-
steuerung
Teilgebiete PPS Hauptfunktionen
Produktions-
programm-
planung
Mengen-
planung
Termin- und
Kapazitäts-
planung
Funktionen
Auftrags-
veranlassung
Auftrags-
überwachung
Grunddaten-
management
Prognoserechnung
Grobplanung
Lieferterminbestimmung
Kundenauftragsverwaltung
Bedarfsermittlung
Bestandsrechnung
Eigenfertigung / Fremdfertigung
Durchlaufterminierung
Reihenfolgeplanung
Kapazitätsbestimmung
Kapazitätsabgleich
Auftragsfreigabe
Werkstattsteuerung
Auftragskontrolle
Materialverbuchungen
Datenerfassung

Bei der Durchlaufterminierung werden die grundlegenden Methoden der Vorwärts-
und Rückwärtsterminierung differenziert
Methoden der Terminermittlung
Vorwärtsterminierung
(progressive Terminermittlung)
Zeit
Start Ende
Rückwärtsterminierung
(retrograde Terminermittlung)
Kombinierte Terminierung
Zeit
Start Ende
Zeit
S E
S E
 Ausgangspunkt ist ein fixer Starzeitpunkt
 Ermittlung des frühesten
Fertigstellungstermins
 Eilaufträge, die möglichst schnell geliefert
werden sollen
 Bestimmung des möglichen Liefertermins
für Angebote
 Ausgangspunkt ist der vorgegebe
Fertigstellungs- bzw. Liefertermin
 Ausgehend von diesem Termin wird
zeitlich rückwärts geplant
 Ausgang ist ein fixer Mittelpunkttermin
 Von diesem Punkt aus erfolgt eine
Rückwärts- und Vorwärtsterminierung
 Damit kann bei einem beliebigen
Arbeitsgang angefangen werden. Z.B. bei
Engpassmaschinen angewandt.

Bei der Vorwärtsterminierung wird ausgehend von einem fixen Starttermin der
früheste Fertigstellungstermin ermittelt
AG 1 AG 2 AG 3
AG 1 AG 2 AG 3
AG 1 AG 2 AG 4
AG 3 AG 5
AG 1 AG 2 AG 3
Zeit
Start-
termin
AG 1, AG 2 … AG N: Arbeitsgänge je Auftrag
End-
termin
Lagerzeit
Lagerzeit
Fertigungsauftrag Teil 1
Fertigungsauftrag Teil B
Montageauftrag Baugruppe C
Endmontageauftrag
Produkt X

Die Rückwärtsterminierung geht von einem fixen Bedarfsendtermin aus
und errechnet von dort aus den spätesten möglichen Starttermin
AG 1 AG 2 AG 3
AG 1 AG 2 AG 3
AG 1 AG 2 AG 4
AG 3 AG 5
AG 1 AG 2 AG 3
Start-
termin
End-
termin
Endmontageauftrag
Produkt X
Zeit

Bei Rückwärtsterminierung können ungeplante Ereignisse zur Verschiebung des
Endtermins führen
Geplanter
Endtermin
AG 1 AG 2 AG 3
AG 1 AG 2 AG 3
AG 1 AG 2 AG 4
AG 3 AG 5
AG 1 AG 2 AG 3
Start-
termin
End-
termin
Endmontageauftrag
Produkt X verzögert sich
Zeit
Ungeplante
Wartezeit
Ungeplante
Wartezeit
Verzögerung

Das Einfügen eines Sicherheitspuffers bei der Rückwärtsterminierung sichert
eine termingerechte Fertigstellung
AG 1 AG 2 AG 3
AG 1 AG 2 AG 3
AG 1 AG 2 AG 4
AG 3 AG 5
AG 1 AG 2 AG 3
Start-
termin
End-
termin
Endmontageauftrag
Produkt X
Zeit
Puffer
Puffer
Puffer

Die Durchlaufzeit setzt sich aus verschiedenen wertschöpfenden und nicht
wertschöpfenden Zeitanteilen zusammen
Die Durchlaufzeit beschreibt die Zeitspanne, die das Unternehmen für die Fertigung eines Auftrages benötigt. Sie beginnt mit dem ersten Arbeitsvorgang und
endet mit dem Abschluss des letzten Arbeitsvorganges. Der Gesamtvorgang kann in verschiedene Zeiten unterteilt werden:
 Durchführungszeit: Summe der Zeiten aller Arbeitsvorgänge zur Durchführung der Auftragsbearbeitung (Rüsten, Bearbeiten, Abrüsten)
 Rüstzeit: Summe der Zeiten aller Arbeitsvorgänge, welche für die Einstellung und das Umrüsten von Maschinen benötigt wird (Beispiele: Justieren der
Maschine, Auswechseln der Werkzeuge).
 Bearbeitungszeit: Summe der Zeiten aller Arbeitsvorgänge, in denen das Werkstück tatsächlich bearbeitet wird.
 Liegezeit: Summe der Zeiten aller Ablaufabschnitte, in denen der Auftrag zwischen zwei Arbeitssystemen auf seine weitere Durchführung wartet, z.B. gefertigte
Einzelteile warten auf die Montage zum Fertigprodukt.
 Transportzeit: Summe der Zeiten aller Arbeitsvorgänge, die der Weitergabe des Auftrags an das jeweils folgende Arbeitssystem dienen, z.B. Transportzeit von
Fertigteilen aus der Montage in das Lager.
 Lagerungszeit: Summe der Zeiten aller Arbeitsvorgänge, in denen Teile, Halb- und Fertigfabrikate eines Auftrags vor, zwischen oder nach der Durchführung in
Lagerbereichen gelagert werden.
Liegezeit Transport
Abrüsten
Rüsten Liegen
Bearbeiten
AVO 10 AVO 20 AVO 30 AVO 40 AVO 50
Auftrag
Durchlaufzeit des Arbeitsvorgangs
Durchführungszeit
Liegezeit …

Die Durchlaufzeit als zentrale Stellgröße zur Optimierung in der
Fertigungslogistik ist permanent zu reduzieren
Beispiel aus der Mechanischen Fertigung kleiner Stückzahlen mit hohen Varianten
Transport-, Liege-, Lagerzeiten
Rüsten, Abrüsten
Haupt-
zeit
Durchlaufzeit eines Auftrages
1% 5% 94%
20% 80%
 Ausgleich von Produktions- und Nachfrageschwankungen
 Prozessbedingte Zeiten (Kühlung, Trocknung)
 Qualitätsbedingte Zeiten (Nacharbeit, Prüfung)
 Ablaufbedingte Zeiten (häufiges, aufwendiges Rüsten)
 Ressourcenbedingte Zeiten (fehlendes Personal, fehlende Maschinen, Stau vor Maschinen)
Ursachen langer
Durchlaufzeiten

Auswirkung von Durchlaufzeiten auf das Geschäftsergebnis
Hohe
Durchlaufzeiten
Erhöhtes Bestell-
und Fertigungsrisiko
Erhöhtes
Absatzrisiko
Sinkende
Lieferbereitschaft
Hohe
Bestände
Sinkende
Liquidität
Steigende
Kosten
Umsatz-
gefährdung
Zurückgehendes
Geschäftsergebnis
In Anlehnung an Siemens
Effekte
Produktion
Effekte
Finanzen
Effekte
Ergebnis

Das Splitten von Arbeitsvorgängen reduziert die Durchlaufzeit
Zeit
Arbeitsvorgang 1
ohne Splittung
Arbeitsvorgang 1
mit Splittung
-> technisch möglich
Arbeitsvorgang 1
mit Splittung
-> wirtschaftlich vertretbar
tr: Rüstzeit
te: Bearbeitungszeit Einzelteil
mG: Gesamtmenge (Los)
mX: Teilmenge
tr
tr
tr
tr
Ende Ende Ende
mG* te
m1* te
m2* te
m3* te
m4* te
m5* te
tr
tr
tr
tr
m11* te
m12* te

Bei der Überlappung von Arbeitsvorgängen zur Verringerung der
Durchlaufzeit muss auf die Transportaufwendungen geachtet werden
Quelle: Prof. Franke, FAPS
tr1
mG * te1
Arbeitsvorgang 1
Arbeitsvorgang 2
tr2
Überlappung Überhang
Transport
Transport
mG * te2
tr: Rüstzeit
te: Bearbeitungszeit Einzelteil
mG: Gesamtmenge (Los)

Zusammenfassung der Maßnahmen zur Durchlaufzeitverkürzung
M1
M2
M3
t
M1
M2a
M2b
t
M3
M1
M2
M3
t
M1
M2
M3
t
Original
Splittung:
 Aufteilung in Teillose, die parallel bearbeitet werden
 erfordert mehrere gleichartige Betriebsmittel
 erhöhter Rüstaufwand
Losteilung:
 beschleunigter Durchlauf eines Teilloses zur Erfüllung eines
dringenden Bedarfs
 Teillos wird vor Fertigstellung des Gesamtloses zum nächsten
Prozessschritt gegeben
Überlappung:
 Aufteilung in gleich große Teillose, um parallele Ausführung
aufeinanderfolgender Arbeitsgänge zu ermöglichen
 erfordert eventuell Mehrfachrüstung

Berechnung
Durchlaufzeit Auftrag
Die Maschinenbelegungszeiten, Übergangszeiten, Splittungen und
Überlappungen bestimmen die benötigte Durchlaufzeit für einen Auftrag
Summe Maschinenbelegungszeiten (Rüsten, Bearbeiten) aller AGe
+ Summe Übergangszeiten aller AGe (Liegen etc.)
- Summe Verkürzung aller AGe durch Splitten
- Summe Verkürzung aller AGe durch Überlappen
= benötigte Durchlaufzeit für den Auftrag
AG: Arbeitsgang
Überlappen
Splitten

Erweiterte Funktionalität in einem modernen Planungswerkzeug
(APS: Advanced Planing and Scheduling Software)
Schlupfreduzierung durch Vorwärtsplanung und anschließende Rückwärtsplanung von Teilen, die nicht auf dem
kritischen Pfad liegen
 Wenn ein APS eine Vorwärtsterminierung durchführt, berechnet es den frühesten möglichen Fertigstellungstermin für
eine Auftragsposition unter dem gegebenen Kapazitätsangebot und der Auftragspriorität.
 Für Arbeitsgänge auf dem kritischen Pfad dieses Auftrages plant ein APS Auftragspositionen korrekt ein.
 Allerdings können nicht kritischeKomponenten für den benötigten Bedarf früher als notwendig fertiggestellt werden.
Diese nicht kritischen Pfade werden wieder über einen „Pull“ (Rückwärtsterminierung) optimiert, damit die
Durchlaufzeit beschleunigt und übermäßiger Schlupf im Produktionsplan eliminiert wird.
 Dieser dritte Lauf ist im Prinzip wieder ein Rückwärtsterminierungslauf vom geplanten Starttermin des letzten
Arbeitsganges beginnend rückwärts. Er verzögert den Start von allen nicht kritischenKomponenten und deren
Bearbeitung, ohne die Komponenten auf dem kritischen Pfad zu beeinflussen.
 Das Resultat ist ein Produktionsplan mit den geringstmöglichenDurchlaufzeiten bei minimalen Beständen.

Mithilfe der Netzplantechnik können Zusammenhänge im Fertigungsablauf
anschaulich dargestellt und die Durchlaufzeiten effizient berechnet werden

Beim Vorgangspfeilnetzplan werden Vorgänge als Pfeile dargestellt
CPM Critical Path Method (Vorgangspfeilnetzplan)

Der Ereignisknotennetzplan beschreibt Ereignisse als Knoten
PERT Program Evaluation and Review Technique (Ereignisknotennetzplan)

Beim Vorgangsknotennetzplan werden die Vorgänge als Knoten dargestellt
MPM Metra Potential Methode (Vorgangsknotennetzplan)

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5.4
5.3
5.2
5.1
5
Inhalt

Belastungsprofil einer Anlage - Die Kapazitätsplanung ist für den Ausgleich der
vorhandenen mit der geforderten Kapazität zuständig
 In der Durchlaufterminierung werden keine Kapazitätsbegrenzungen berücksichtigt. Die Planung erfolgt
zunächst gegenüber „unbegrenzte Kapazitäten“.
 Die Berücksichtigung der vorhandenen Kapazitäten (Maschinen, Werkzeuge, Personal etc.) ist die
Aufgabe der Kapazitätsplanung.
nach Brankamp / Fischer, Karlsruhe
Planungsperiode (z.B. 1 Schicht)
Zeit
Normalkapazität
Belastung nach Durchlaufterminierung
Planungshorizont
Belastung
z.B. [Std./Tag]

Die Alternativen der Kapazitätsabstimmung für den Abgleich
von Belastung und Kapazität lassen sich hierarchisch darstellen
Quelle: Prof. Franke / Prof. Schuh WZL
Beispiele
Splitting

Möglichkeiten der Kapazitätsabstimmung beim Überschreiten einer zunächst
vorgesehenen Kapazitätsgrenze

Der Balken- oder Gantt-Plan wird als Terminierungshilfsmittel zur auftrags- und
anlagenbezogenen Terminplanung eingesetzt
Auftragsbezogene Terminplanung
Anlagenbezogene Terminplanung
Auftrag 1
Zeit
Auftrag 2
Auftrag 3
Auftrag 4
M1 M2 M3 M4
M2 M3
M1 M2
M3 M1 M4
Maschine 1
Zeit
Maschine 2
Maschine 3
Maschine 4
A1
A2
A3 A4
A1 A3
A4 A1 A2
A1
A4

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Inhalt

MES_VE01_Einführung Produktionsmanagement_v21 2.pdf

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