Auf dem Weg zur Smart Factory ist die Digitalisierung essenziell – aber auch die digitale Transformation. Nach den organisatorischen Vorbereitungen und Rahmenbedingungen geht es in diesem Beitrag um geeignete Werkzeuge und Softwareprodukte, die den Weg zur Smart Factory ermöglichen bzw. leichter machen. Auch wenn einige der genannten Anwendungen bereits seit einiger Zeit am Markt verfügbar sind, ist deren konsequente Nutzung im Sinne des digitalen Shopfloor Managements noch nicht allzu weit verbreitet.
Grundliegende Ansätze eines Shopfloor Management Systems haben einige Fertigungsunternehmen bereits im Rahmen von Lean Manufacturing eingeführt. Allerdings basieren die meisten dieser Systeme auf Papier – beispielsweise für ausgedruckte Auswertungen an einer Pinnwand in der Fabrikhalle. Das digitale Shopfloor Management greift viele dieser Ansätze auf und integriert diese in ein IT-System mit möglichst wenigen Medienbrüchen. Auf dem Weg zur Smart Factory ist die Vermeidung von Medienbrüchen unbedingt nötig um die per Definition festgelegten Eigenschaften der Smart Factory sicherzustellen. Dazu gehören neben Transparenz und Effizienz auch die Selbstregelung sowie die funktionale Vernetzung.
Was bringt das digitale Shopfloor Management?
Weder die Smart Factory noch ein digitales Shopfloor Management sollten um ihrer selbst willen angestrebt werden. Vielmehr gilt es zu klären, was das jeweilige System leisten soll und welche Motivation dahinter steckt. Folgende Motivationen bzw. Ziele können mit einem digitalen Shopfloor Management umgesetzt werden:
- Transparenz: Jedem Mitarbeiter in der Fertigung stehen zu jedem Zeitpunkt alle Informationen zur Verfügung, die er zur Erfüllung seiner Aufgaben benötigt.
- Effizienz: Alle Abläufe sind schlank – also nicht unnötig komplex und frei von Verschwendungen aller Art.
- Produktivität: Alle an der Fertigung beteiligten Ressourcen werden optimal genutzt um bei möglichst geringen Kosten möglichst viel zu produzieren.
- Konformität: Die Einhaltung von regulatorischen Vorgaben und speziellen Kundenvorgaben kann sichergestellt werden.
- Interoperabilität: Alle verfügbaren Daten können auch von anderen IT-Systemen genutzt werden. Gleichzeitig kann auf Daten anderer Systeme zugegriffen werden.
Je nach Branche, Unternehmensgröße, Art der Produkte und Fertigungsorganisation kann die Relevanz und Priorisierung dieser Ziele sehr unterschiedlich ausfallen. Beispielsweise sind regulatorische Anforderungen hauptsächlich in der Life Science Branche von Bedeutung wohingegen Interoperabilität in den unterschiedlichsten Bereichen relevant sein kann. Transparenz, Effizienz und Produktivität können in der Regel als allgemeingültige Ziele angenommen werden.
Organisatorische Voraussetzungen
Ganz egal, welches Ziel ein Unternehmen mit dem digitalen Shopfloor Management verfolgt – neben der rein technischen Umsetzung müssen in jedem Fall auch organisatorische Aspekte berücksichtigt werden. Hierzu gehört einerseits eine strukturierte Vorgehensweise, wie sie im ersten Beitrag dieser Serie beschrieben wurde – zur Erinnerung: Ist-Analyse, Soll-Definition, Suche nach Lösungen. Nur so kann die Durchgängigkeit der digitalen Transformation sichergestellt werden. Andererseits muss natürlich auch die Bereitschaft der Mitarbeiter vorhanden sein, neue Anwendungen einzusetzen. Hierbei sie auf die Methoden des Change-Management verwiesen.
Anwendungsbeispiele mit MES
Ein paar Beispiele aus dem Fertigungsalltag verdeutlichen nachfolgend, was mit der Durchgängigkeit der digitalen Transformation und dem gezielten Einsatz von Fertigungs-IT gemeint ist. Die meisten davon lassen sich relativ schnell und mit vertretbarem Aufwand umsetzen.
Papierlose Fertigung
Papier an sich ist nicht digital und somit ein signifikanter Hinweis auf Medienbrüche und Potenziale für die Digitalisierung. Auch wenn der Ansatz der papierlosen Fertigung nicht wirklich neu ist, so gibt es doch noch sehr viele Unternehmen, die sehr viel Aufwand darauf verwenden, jeden Fertigungsauftrag und jede Materialanforderung auszudrucken und händisch durch die Produktion bzw. das Lager zu tragen. Neben den reinen Papierkosten fallen dabei auch Kosten für den Druck und für das manuelle Handling an – nicht selten in Summe bis zu einem Euro pro Seite Din A4! Dazu kommt die Belastung der Umwelt sowohl bei der Herstellung als auch bei der Entsorgung bzw. beim Recycling von Papier.
Alternativ können auf Basis moderner Technologien heute sämtliche Informationen und Anweisungen für die Fertigung elektronisch übertragen und bereitgestellt werden. Im Falle von Fertigungsaufträgen unterstützen MES-Systeme wie HYDRA von MPDV die Digitalisierung durch einen durchgängigen Workflow von der Übernahme des Auftrags aus dem ERP-System über die Einplanung auf die Maschine bis hin zur Auftragsanmeldung am Shopfloor Terminal. Begleitende Dokumente (z. B. Zeichnungen oder Arbeitsanweisungen) können bequem an industrietauglichen Touch-Screen PCs aufgerufen und betrachtet werden – ganz ohne Papier. Gleichzeitig bekommen die Mitarbeiter im Shopfloor damit auch stets die aktuelle Version der Informationen angezeigt. Aufgrund der zentralen Datenhaltung werden Änderungen sofort wirksam und müssen nicht erst ausgedruckt und verteilt werden. Ganz nebenbei entfallen so auch Fehlerquellen durch veraltete Ausdrucke, die möglicherweise nicht eingesammelt und vernichtet wurden. Bei der Vermeidung von Papier in der Fertigung geht es also um Effizienz und Transparenz.
Datenerfassung an der Maschine
Ein zweiter wesentlicher Ansatz ist die Datenerfassung. Auch heute noch werden viele Daten in der Fertigung manuell erfasst und später in ein IT-System eingetragen – meist sogar von einer anderen Person. Abgesehen von der zeitlichen Verzögerung besteht auch hier die Gefahr, dass Daten falsch übernommen werden – sei es durch Tippfehler oder eine schlecht lesbare Handschrift. Zu Beginn von Industrie 4.0 kamen erste Ansätze auf den Markt, die eine manuelle Datenerfassung in der Weise digitalisieren sollte, dass die von Hand ausgefüllten Formulare mittels Barcode erkannt und per Schrifterkennung eingelesen wurden. Auch eine elektronische Datenerfassung mit Excel direkt an der Maschine wurde vorgeschlagen. Beide Ansätze gehen am ganzheitlichen Verständnis von Digitalisierung vorbei. Es wurde zwar der Prozess ansatzweise digitalisiert, nicht aber der Medienbruch abgeschafft.
Eine durchgängige Lösung wie das MES HYDRA bildet die Datenerfassung wie folgt digital ab: Wo immer möglich werden Daten automatisiert und direkt aus der Maschine bzw. der Maschinensteuerung übernommen. Das spart Zeit und senkt das Fehlerrisiko. Daten, die nur manuell erfasst werden können, trägt der Werker am Shopfloor Terminal direkt ins MES ein. Dabei wird er durch Plausibilitätsprüfungen unterstützt. Somit stehen die erfassten Daten sofort und in hoher Qualität für eine Vielzahl an Anwendungen zur Verfügung – also transparent und effizient.
Berechnung und Darstellung von Kennzahlen
Eine zwar triviale, aber dennoch wichtige Anwendung, die auf Daten angewiesen ist, ist die Berechnung und Visualisierung von Kennzahlen im Fertigungsumfeld. In vielen Unternehmen gibt es unter dem Titel „Shopfloor Management“ bereits Informationstafeln, an denen Diagramme und Verläufe von Kennzahlen ausgehängt sind. Dabei handelt es sich meist um ausgedruckte Auswertungen der vergangenen Tage, Wochen und Monate. Die Pflege solcher Informationsangebote bedeutet in der Regel viel Aufwand und trotzdem sind die dort ausgehängten Daten niemals wirklich aktuell. Zudem müssen die Daten zur Berechnung von Kennzahlen oftmals mehrfach angefasst werden. Wenn die Visualisierung dann noch in einer anderen Software als die Berechnung erfolgt, dann bedeutet das einen weiteren Medienbruch, entsprechend zusätzlichen Aufwand und weitere Fehlerquellen.
Ein MES-System wie HYDRA berechnet alle wichtigen Kennzahlen automatisch und auf Basis der mit dem gleichen System erfassten Daten. Die Visualisierung erfolgt ebenfalls mit HYDRA – sei es am Shopfloor Terminal, am Arbeitsplatz oder auf einem großen Bildschirm in der Fertigung. Mittels eines flexiblen Service Interface können auch externe System auf die berechneten Kennzahlen zugreifen, um dies beispielsweise in einem Intranet-Portal anzuzeigen. Im Rahmen umfangreicher Auswertungen stehen auch die zeitliche Entwicklung von Kennzahlen sowie ergonomische Funktionen zur Filterung und Eingrenzung der Daten zur Verfügung. HYDRA setzt den Anforderungen von Fertigungsunternehmen hierbei keinerlei Grenzen und bedient damit gleichzeitig die Forderungen nach Transparenz und Interoperabilität.
Digitale Checklisten
Im Produktionsumfeld gibt es viele Anwendungsfelder für klassische Checklisten. Ist etwas erledigt, wird es abgehakt und zum nächsten Punkt übergegangen. Beispiele dafür sind wiederkehrende Tätigkeiten beim Wechseln des Auftrags, regelmäßige Kontrollen oder Sicherheitsüberprüfungen. Insbesondere dann, wenn die durchzuführenden oder zu prüfenden Aktivitäten große Auswirkungen auf den weiteren Ablauf haben, ist es wichtig, gewissenhaft zu arbeiten und die Ergebnisse zu dokumentieren. Bisher nutzen viele Mitarbeiter in der Fertigung dazu papierbasierte Checklisten.
Mit der Anwendung Digitale Checklisten von MPDV kann einerseits viel Papier eingespart werden und andererseits stehen die notierten Ergebnisse sowohl zeitnah als auch transparent zur Verfügung. Somit reduziert sich sowohl der Aufwand beim Ausfüllen der Checklisten als auch beim Suchen nach dokumentierten Ergebnissen. Insbesondere wenn regulatorische Anforderungen erfüllt werden müssen, ist diese Transparenz von großer Bedeutung.
Digitale Checklisten ist eine Anwendung zur Verwaltung von beliebig viele Fragenkatalogen, die einem Werker zu definierten Anlässen angezeigt werden können. Beispielsweise soll an einer Mischanlage alle 60 Minuten eine Kontrolle der Einfüllvorrichtung durchgeführt werden. Auch die Kombination eines Fragenkatalogs mit einem bestimmten Material ist möglich. In einem solchen Fall wird der Werker bei jeder Verwendung dieses Materials beispielsweise auf das Tragen von Handschuhen, Schutzbrille und Schürze hingewiesen, was dieser jedes Mal bestätigen muss. Neben den Ergebnissen selbst dokumentiert das System auch die Zeit, die für die Abarbeitung benötigt wird. Somit erfüllt die Anwendung Digitale Checklisten die Ziele Transparenz, Effizienz und Konformität.
Digitale Produktionsbesprechung
Auch die alltäglichen Besprechungen im Fertigungsumfeld bieten Digitalisierungspotenzial. Grund dafür sind die meist wiederkehrenden Abläufe und die Notwendigkeit, fertigungsrelevante Daten abzurufen und zu diskutieren. Heute werden Terminserien in Outlook angelegt, Auswertungen aus Excel an die Wand projiziert und jemand schreibt ein Protokoll – entweder in Word oder mit Papier und Kugelschreiber. Vereinbarte Maßnahmen werden im Protokoll festgehalten und/oder anschließend per E-Mail verteilt. In den wenigsten Fällen werden Maßnahmen nachverfolgt bzw. deren Wirksamkeit gezielt überprüft. Sollte in einer der Besprechungen ein Thema nicht geklärt werden können, wird es entweder in ein anderes Meeting „mitgenommen“ oder per E-Mail an eine höhere Instanz eskaliert. Was danach passiert, verläuft sich oft im Alltag.
Mit der Digitalen Produktionsbesprechung von MPDV laufen Fertigungsmeetings anders ab: Auf Basis von Templates und den im MES HYDRA gepflegten Nutzerdaten erfolgt die Einladung der Teilnehmer – entweder per E-Mail oder über Benachrichtigung im MES-System. Teil des jeweiligen Template ist die wiederkehrende Agenda, die von Fall zu Fall flexibel um Themen erweitert werden kann. Zu Beginn der Sitzung öffnet der Besprechungsleiter die Anwendung und geht anhand der integrierten Agenda die vorgesehenen Tagesordnungspunkte durch. Dabei greift er immer wieder auf Auswertungen und Diagramme aus HYDRA zu. Eine Vorbereitung im Sinne von „Berichte erstellen und Diagramme formatieren“ ist nicht notwendig, da die benötigten Voreinstellungen im HYDRA-Userprofil bereits hinterlegt sind. Die Ergebnisse der Diskussion gibt der Leiter direkt in die Agenda ein. Konkrete Maßnahmen werden ebenfalls in der Digitalen Produktionsbesprechung dokumentiert und sofort den betroffenen Mitarbeitern zugewiesen. Diese bekommen umgehend eine E-Mail bzw. Systembenachrichtigung. Das in HYDRA integrierte Maßnahmenmanagement erleichtert die Nachverfolgung sowie die Überprüfung der Wirksamkeit. Ungeklärte Themen können sofort an andere Meetings weitergeleitet bzw. eskaliert werden und erscheinen dort automatisch auf der Agenda. Die vollständige Integration der Besprechung in die MES-Funktionen stellt sicher, dass einerseits mit aktuellen Daten gearbeitet wird und andererseits alle Maßnahmen direkt wieder ins System einfließen. Als Teil der Smart MES Applications (SMA) basiert die Digitale Produktionsbesprechung auf HTML5 und kann sowohl mobil auf einem Tablet oder via Internet-Browser auf dem PC oder Notebook genutzt werden. In beiden Fällen wird auf dem gleichen, zentralen Datenbestand gearbeitet. Das verspricht Transparenz, Effizienz und Produktivität.
Weiterführende Digitalisierung
Weitere sinnvolle Schritte der Digitalisierung, die teilweise über das Shopfloor Management hinausgehen, sind beispielsweise eine smarte Wartung und Instandhaltung, eine integrierte Werkerselbstprüfung auf Basis eines MES-Systems wie HYDRA oder ein integriertes Werker-Assistenz-System. Im Rahmen der ersten Digitalisierungsprojekte wird sicher jedes Fertigungsunternehmen weitere Ansatzpunkte und Potenziale zur Digitalisierung finden. Hierbei sei empfohlen, stets nach der im ersten Teil der Beitragsserie beschriebenen Methodik vorzugehen: Ist-Analyse, Soll-Definition, Suche nach Lösung und dann erst die Umsetzung. Nur so wird sichergestellt, dass die Lösung möglichst lange funktioniert und auch akzeptiert wird.
Alternativer Plattformansatz
Wer der Ansicht ist, die Nutzung eines integrierten MES würde einen Anwender zu sehr an einen Anbieter binden, der wird sicher an einem alternativen Plattformansatz Gefallen finden. Damit können auf individuelle Bedürfnisse zugeschnittene Anwendungen selbst programmiert oder am Markt verfügbare Anwendungen unterschiedlicher Anbieter miteinander kombinieren werden. Realisieren lässt sich das beispielsweise mit der Manufacturing Integration Platform (MIP) von MPDV. Die MIP ist eine offene Plattform für die Fertigung. Sie dient als zentrale Informations- und Datendrehscheibe in der Produktion und alle damit verbundenen Abläufe. Alle Anwendungen kommunizieren auf Basis eines gemeinsamen Informationsmodells miteinander und ermöglichen so eine umfassende Interoperabilität.
Nutzer der MIP können aus einer Vielzahl sogenannter Manufacturing Apps (mApps) verschiedener Hersteller mit unterschiedlichen Funktionen auswählen und diese flexibel miteinander kombinieren. Außerdem haben Unternehmen die Möglichkeit, selbst mApps zu entwickeln und auf dem auf mApp Marktplatz anzubieten. Systemintegratoren können aus den verfügbaren Anwendungen individuelle Standardlösungen für ihre Kunden erstellen. Beispielsweise kann über die MIP die Datenerfassung eines Anbieters mit der Kennzahlenberechnung eines anderen Herstellers kombiniert werden. Zur Visualisierung nutzt der Anwender dann ggf. eine eigene Anwendung, die sich in sein Intranet integriert. Zusammen mit den Anwendungen aus den zuvor genannten Beispielen kann sich jedes Unternehmen so ein individuelles digitales Shopfloor Management zusammenstellen bzw. zusammenstellen lassen.
Individuelle Anforderungen mit Standardlösungen erfüllen
Die Vorteile von Standardlösungen liegen auf der Hand: Mehr Anwender sorgen für eine höhere Produktreife. Gleichzeitig sind die Kosten für Betrieb und Wartung deutlich geringer als bei einer Individuallösung. Nicht zuletzt zeigt sich die Verbreitung einer Lösung auch in der Qualität ihrer Dokumentation und der Verfügbarkeit von Erweiterungen und Updates. Kurz gesagt, Standardlösungen profitieren von der hohen Zahl ihrer Anwender und der dadurch gesteigerten Aufmerksamkeit des Herstellers. In Zeiten von Industrie 4.0 und Smart Factory kommt der Aspekt der Interoperabilität noch hinzu. Auch wenn eine Standardlösung nicht über herstellerunabhängige Schnittstellen verfügt, so ist die Wahrscheinlichkeit hier deutlich höher, dass Drittanbieter eigene Schnittstellen realisieren, als bei individuell für einen oder wenige Anwender programmierten Systemen. Ein weiterer nicht zu unterschätzender Aspekt ist die Akzeptanz von Standardlösungen bei deren Nutzern. Hierbei spielen insbesondere Gewohnheiten und typische Bedienmuster eine Rolle.
Das digitale Shopfloor Management wird zwar bei jedem Unternehmen anders ausgeprägt sein, dennoch ist es möglich alle individuellen Anforderungen mit Standardlösungen zu erfüllen.
