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MSR/Automatisierung

Der richtige Weg

08.02.2007 | Autor / Redakteur: Redaktion PROCESS /

Der Einsatz von Manufacturing Execution Systemen (MES) in der Prozessindustrie ist eine wesentliche Komponente, um Geschäftsprozesse in der Produktion zu optimieren, die Produktqualität zu verbessern, die Sicherheit des Prozesses zu erhöhen und – speziell in der Pharmaindustrie – die Kosten für Compliance und Validierung zu senken.

Der Einsatz von Manufacturing Execution Systemen (MES) in der Prozessindustrie ist eine wesentliche Komponente, um Geschäftsprozesse in der Produktion zu optimieren, die Produktqualität zu verbessern, die Sicherheit des Prozesses zu erhöhen und – speziell in der Pharmaindustrie – die Kosten für Compliance und Validierung zu senken.

Jeder Produktionsbetrieb ist heute dem Druck ausgesetzt, selbst das kleinste Rationalisierungspotenzial auszuschöpfen. Betriebe werden nach Leistung bewertet, neue Produktionsvolumina intern an den jeweils besten Standort vergeben. Diese Stufe der Prozessoptimierung ist nicht denkbar ohne den Einsatz von IT-Systemen im Produktionsprozess.

Gleichzeitig ist aber die Unsicherheit über den besten Weg in den vergangenen Jahren erheblich gestiegen: Soll mein ERP-System auch im Produktionsprozess eingesetzt werden? Kann mein DCS-System diese Funktionen nicht auch übernehmen? Welche Chancen bieten die neuen Software-Architekturen (J2EE, web-based usw.)? Dies sind nur einige der Fragen, die die Anwender bewegen. Unklar abgegrenzte Begriffe wie CPM, BDE, PPS, SCM usw. verunsichern den Anwender ebenfalls auf seinem Weg zu einem optimalen Gesamtkonzept.

In dieser Situation sind die Standardisierungsbemühungen verschiedener Organisationen besonders zu begrüßen. Hervorzuheben ist dabei die Standardisierung S95 der ANSI/ISA1), die eine allgemein gültige Funktionsverteilung zwischen Anlagenebene, Betriebs- und Unternehmensleitebene definiert. Die S95-Standardisierung ist auch Basis der NAMUR-Arbeitsgruppe AK 2.4 ‘MES’mit ihrer Schrift NA94 mit dem Titel ‘MES: Funktionen und Lösungsbeispiele der Betriebsleitebene’2).

Ein weiteres Gremium, das sich mit der Standardisierung beschäftigt, ist die MESA3), die in ihrem White Paper 8 vom Mai 2004, ‘MESA’s next generation collaborative MES model’, ein zukunftsweisendes Funktionsmodell beschreibt. Als C-MES ‘Collaborative Manufacturing Execution System’ schließt dieses Modell die gesamte Lieferkette im Unternehmen ein. Alle diese Standards definieren allgemeine logische Funktionsstrukturen und -verteilungen, sind aber erst auf dem Weg, allgemein von der Industrie als Basis für Konzeptentscheidungen akzeptiert zu werden.

Warum MES?

Doch nun zur Kernfrage: Ist ein eigenständiges Manufacturing Execution System (MES) sinnvoll oder können diese Funktionen als Bestandteil oder Erweiterung eines ERP- oder DCS-Systems betrachtet werden?

These: Je komplexer und variabler der Produktionsprozess, desto größer ist der Nutzen durch ein eigenständiges MES.

Wenn alle Unternehmen mit den gleichen Systemen gleiche Geschäftsabläufe abbilden, wird es schwierig, einen Wettbewerbsvorteil in diesen Bereichen zu erlangen. Das volle Optimierungspotenzial lässt sich nur mit speziell auf den jeweiligen Prozess abgestimmten Funktionen erreichen. Das bedeutet nicht die Rückkehr zu individueller Programmierung, im Gegenteil: Mittlerweile gibt es MES-Produktsoftware, die für spezifische Prozesstypen ausgelegt und vollständig mit ‘Best-Practice’-Geschäftsmodellen dokumentiert ist.

Ein Beispiel dafür ist die PAS-X-Produktfamilie von Werum mit den Produktlinien PAS-X Pharma für die Pharmaindustrie und PAS-X Biotech für BioTech- und API-Prozesse. Solche spezifischen MES-Pakete haben den großen Vorteil, dass im Gegensatz zu aufgebohrten ERP- oder DCS-Lösungen nicht nur allgemein gültige Funktionen gelöst werden, die quer über alle Prozesse gelten, sondern die prozesstypischen Ausnahmen und Spezialfälle bereits im Standardprodukt vorgesehen sind, die ein wesentliches Optimierungspotenzial ausmachen.

Diese eigenständigen MES sind keine Insel, sondern ein zentraler Baustein in der gesamten Supply-Chain-IT-Landschaft. Bereits 1998 hat AMR mit dem REPAC-Modell (Ready, Execute, Process Control, Analyze, Co-ordinate) das Grundverständnis für die Notwendigkeit von MES geschaffen. Aber erst mit einem eigenständigen MES ist es möglich, in der Kombination von Workflow und Softwarefunktionen optimierte und auf den Prozess abgestimmte Gesamtabläufe zu realisieren.

Besonders wichtig zum Erreichen der Nutzenpotenziale und für die langfristige Optimierung der IT-Landschaft ist es, die Funktionen und Abläufe in logischen Einheiten zu standardisieren. Beispiele dafür sind Weighing & Dispensing, Equipment Management, Deviation Management mit CAPA-Funktionen (Corrective Actions / Preventive Actions).

Schneller und effizienter

Der Nutzen von MES ist in den nachfolgend drgestellten Bereichen ermittelbar und führt zu einer erheblichen Kostenreduktion:

  • Dateneingabezeiten werden vermindert oder entfallen gänzlich,
  • Produktqualität wird verbessert,
  • Chargenabweichungen werden verhindert,
  • Bestände und unfertige Erzeugnisse (WIP) werden reduziert,
  • Unnötige Schreibarbeit und überflüssiger Papierkram werden vermieden und
  • Durchlaufzeiten werden verringert.

Speziell in der Pharmaindustrie unterstützt das MES wesentlich alle mit Chargenverfolgung, Compliance und Herstelldokumentation zusammenhängenden Abläufe. Hier sind insbesondere Vorgaben für den Ablauf und den Nachweis aller Aktionen notwendig. Auf der Kostenseite bieten eigenständige MES - sofern real gerechnet wird und die Kosten nicht wie z.B. beim Einsatz von ERP-Systemen in allgemeinen IT-Budgets untergehen - erhebliche Kostenvorteile.

Gründe dafür sind die Nutzung von prozessoptimierten Standardfunktionen (d.h. weniger additive Programmierung), die logische Entkopplung von Funktionen (das bedeutet einfachere Softwaresysteme mit geringen Wartungsaufwendungen), die eigenständige Update- und Validierungsfähigkeit von Teilsystemen und nicht zuletzt die Möglichkeit, das jeweils beste Produkt für eine Teilaufgabe einzusetzen (‘Best-of-Breed-Lösung’).

Dagegen steht natürlich das Argument, dass verschiedene Systeme immer Schnittstellen haben, die u.U. zu Problemen führen können. Aber diese Argumente sind oft gefärbt (Stichwort: Macht der IT-Abteilungen, Allianz zwischen Unternehmensberatern und ERP-Herstellern zu Lasten einer wirklich optimalen IT-Landschaft). Ein Versionswechsel auf ERP-Seite kann zu einem finanziellen Drama führen. Oft wird zudem ein Zwang ausgeübt, indem laufende Systeme nicht mehr ohne Update gepflegt werden, besonders problematisch im validierten Umfeld. In der Realität bieten Schnittstellen also auch Vorteile: Klare, definierte, entkoppelte Abläufe und Verantwortlichkeiten. Niemand würde auf die Idee kommen, eine Prozessanlage ohne solche klare Strukturen zu entwerfen, nur in der IT sind solche ‚System-Moloche’ noch gang und gäbe und werden von interessierter Seite forciert.

Bedeutung von MES

Wie wird sich die Bedeutung von MES für die Prozessindustrie zukünftig entwickeln?

These: Da sich nur mit MES die Optimierungspotenziale ausschöpfen lassen, werden MES für die Prozessindustrie ein unabdingbarer Faktor.

Mit MES werden die Potenziale basierend auf der Prozessautomatisierung (SPS, PLS, SCADA usw.) und der Unternehmensebene (ERP, Supply Chain Management) voll ausgeschöpft. Allerdings hängt das Optimierungs- und Nutzenpotenzial und damit auch die Bedeutung von MES vom jeweiligen Prozesstyp ab. Gründe für die zunehmende Bedeutung von MES sind:

  • Umsetzung der optimalen Geschäftsprozesse mit dem am besten geeigneten Manufacturing Execution System zur Steuerung der Abläufe.
  • Schneller Zugriff auf aktuelle Daten: Management auf Basis von aktuellen Informationen für alle kritischen Geschäftsfälle
  • Transparenz im gesamten Produktionsprozess: Analysiert werden dabei nur Abweichungen, der Normalablauf braucht dagegen nicht detailliert betrachtet zu werden.
  • Führen des Herstellprozesses: Was passiert als Nächstes? Wie verhalte ich mich bei geplanten/ungeplanten Ereignissen?
  • Regulatory Compliance: Manuelle Qualitätskontrollen sind uneffektiv, kostenintensiv und fehlerbehaftet.Ausblick

Die Entwicklung und der Einsatz von Softwarepaketen für MES und das daraus resultierende Kosten-/Nutzenverhältnis hängen immer von den Möglichkeiten ab, die die Basistechnologien liefern. Hier schaffen neue Technologien einen Wandel hin zu offenen Strukturen.

Beispiele sind im Bereich der Software-Basistechnologien offene Standards wie J2EE anstelle der auf einen Anbieter fixierten Lösungen, bei den Schnittstellen XML oder OPC, die den standardisierten Datenaustausch vereinfachen. Zur Zeit werden in rasantem Tempo neue Techniken angeboten, die viele weitere Optimierungen erst kostengünstig ermöglichen. Dazu gehören:

  • Web-basierte Funktionen: Nutzung von Intranet-/Internetfunktionen,
  • Mobile Computing: Einsatz mobiler Computer/Hand-helds,
  • PAT: Analyse und Eingriffe in Echtzeit zur Fehlervermeidung statt nachträglicher Fehleranalyse,
  • Modularisierung: Einsatz von J2EE, CORBA-Software-Architekturen, die eine offene Systemlandschaft (Best of Breed) mit standardisierten Schnittstellen ermöglichen.

These: Die monolithischen IT-Gesamtpakete werden durch optimierte, prozessorientierte Standardprodukte abgelöst.

Viele Versuche eines allumfassenden Gesamtsystems sind gescheitert und werden auch zukünftig scheitern. Zum Beispiel hat die Rechnungsstellung und -bearbeitung sicherlich eine viel größere Allgemeingültigkeit über Unternehmensgrenzen hinweg, als die sehr spezifische Aufgabe, bestimmtes Material chargenrein in der gewünschten Menge bereitzustellen. Bei weiter wachsendem Marktpotenzial wird die optimale Strukturierung von produktionsnaher IT eine der spannendsten Entwicklungen der nahen Zukunft in der gesamten IT-Landschaft und damit auch für MES.

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