Im Zentrum vieler Auswahlprojekte zum Thema Manufacturing Execution System (MES) steht der Wunsch des Kunden, zu jedem Zeitpunkt aktuelle Kennzahlen zum Produktionsgeschehen zu erhalten, um die Gesamtanlageneffektivität zu steigern. Dies ist hauptsächlich in Produktionssystemen mit einem hohen maschinellen Anteil interessant.
Eine wesentliche Rolle spielt dabei die sogenannte Gesamtanlageneffektivität (GAE), die auch oft mit ihrer englischen Übersetzung als Overall Equipment Effectiveness (OEE) bezeichnet wird. Diese Kennzahl setzt sich im Wesentlichen aus drei Komponenten zusammen:
- Nutzungsfaktor
- Leistungsfaktor
- Qualitätsfaktor.
Ausgehend von einer theoretisch zur Verfügung stehenden Gesamtproduktionszeit werden mit diesen Faktoren die unterschiedlichen Verluste an der theoretisch erzielbaren Gesamtproduktionsmenge pro Zeiteinheit ermittelt und dadurch die tatsächlich erreichte Effektivität des Produktionssystems beschrieben.
Ein Blick auf diese Komponenten der OEE ermöglicht eine Anleitung für einige praktische Überlegungen zur Auswahl und Einführung von ME-Systemen.
Auf welcher Datenbasis wird die Planbelegungszeit zugrunde gelegt?
Die Ausgangsgröße für die Ermittlung der OEE ist die Planbelegungszeit des Produktionssystems. Meist ausgehend von den vierundzwanzig Stunden eines Tages definieren Betriebskalender, Arbeitszeit- und Schichtmodelle die theoretisch zur Verfügung stehende Gesamtproduktionszeit und dadurch die theoretisch herstellbare Gesamtproduktionsmenge pro Tag. Für die Einführung und den Betrieb eines MES ist es unerlässlich, dass diese Datengrundlage in qualitativ einwandfreier Form zur Verfügung steht. Wo diese Daten nicht aus dem übergeordneten System übertragen werden können, muss das ME-System diese Verwaltungsaufgabe erfüllen können. Für eine wirklich detaillierte Datengrundlage kann dies sogar die Einbeziehung einer Qualifikationsmatrix für die Personaleinsatzplanung erforderlich machen. Maschinen und Arbeitsplätze stehen eben tatsächlich nur dann zur Verfügung, wenn eine ausreichende Anzahl von Mitarbeitern der entsprechenden Qualifikation planmäßig verfügbar ist. Eine Besonderheit stellen in der Praxis solche Systeme dar, in denen die Qualifikation der Mitarbeiter zwar individuell hinterlegt wird, der Planer jedoch nur eine zusammengefasste Beurteilung der Personalsituation zum gewählten Zeitpunkt sieht. Nicht jeder Planer will sich morgens damit lange beschäftigen, die Müllers, Meiers, Schulzes oder Schmitz konkret auf ihre Arbeitsplätze verplanen zu müssen.
Welche Qualität haben die für die Planung relevanten Stammdaten?
Der Nutzungsfaktor in der OEE reduziert die Planbelegungszeit des Produktionssystems um die Zeitanteile, in denen die Maschinen geplant nicht laufen bzw. nicht gelaufen sind (z.B. Rüstzeiten): das Ergebnis ist die effektive Fertigungszeit. In diesem Punkt ist es für die Einführung eines ME-Systems unerlässlich, dass die Verfügbarkeit von verlässlichen Planzeiten für die Rüstvorgänge an den Maschinen gewährleistet ist. Gegebenenfalls müssen die relevanten Daten im Vorfeld mit einem Stammdaten-Assessment auf ihre Qualität geprüft und angepasst werden, sowie entsprechende Prozesse für die Zukunft etabliert werden.
Im Zuge der Idee einer digitalen Intelligenz werden in diesem Punkt zunehmend funktionale Anforderungen an die auf dem Markt befindlichen ME-Systeme gestellt. Fehlende oder unzureichende Stammdaten könnten aus den Daten der laufenden Produktion selbst heraus gewonnen und nach bestimmten Regeln dynamisch aktualisiert werden. Auf diese Weise kann das ME-System über eine geeignete Verarbeitung zum Beispiel Rüstzeiten eigenständig ermitteln und speichern. Eine solche Technologie vereinfacht insbesondere den Aufwand für die Verwaltung von Rüstzeitmatrizen erheblich an den Stellen, wo diese unumgänglich sind.
Wie zuverlässig und aktuell sind die erfassten Betriebsdaten?
Der Leistungsfaktor in der OEE reduziert die effektive Fertigungszeit um die tatsächlich gefahrene Produktionsgeschwindigkeit sowie um ungeplante Stillstände. Das Ergebnis ist die IST-Ausbringung. Hierfür ist es wichtig, dass das auszuwählende System eine leistungsstarke und zugleich praxisgerechte Betriebsdatenerfassung für die Erfassung der tatsächlich angefallenen Rüst- und Produktionszeiten sowie für die Erfassung der produzierten Mengen bereitstellt.
Die manuelle Erfassung erfordert einfach zu bedienende und selbsterklärende Terminals. Oft werden hierfür zudem mobile Lösungen gefordert. Von Bedeutung ist hier die unterbrechungsfreie Verbindung zum zentralen System und ggf. Technologien zur offline-Erfassung, wie sie z.B. häufig bei Servicedienstleistern in einer Umgebung ohne Empfangsmöglichkeiten notwendig ist.
Auch die Erfassung von Daten über Maschinensignale oder Sensorik in der Produktion stellt eine Herausforderung technologischer Art an die auf dem Markt befindlichen ME-Systeme. Eine moderne Vorgabe bilden dabei die Möglichkeiten, Maschinen über den Kommunikationsstandard OPC UA anzubinden. Nicht jede Produktion verfügt in der Realität jedoch über eine entsprechende Ausstattung. Hier ergeben sich besondere Herausforderungen an die Anbieter selbst bei der Frage, wie flexibel und kompetent sie in der Anbindung weiterer spezieller Maschinensignale sind. Diese Frage steht auch aus Kostengründen nicht selten im Zentrum des Auswahlprozesses für ein neues ME-System.
Neben der softwareseitigen Herausforderung bei den Erfassungssystemen spielt auch hier die Fragen der Infrastruktur eine bedeutende Rolle. Sollen die ermittelten Betriebs- und Maschinendaten lückenlos verlässlich sein, erfordert dies im Rahmen der Auswahl und Einführung eines solchen Systems auch die Überprüfung der verfügbaren Übertragungssysteme in der Produktionsumgebung des Unternehmens. Gegebenenfalls müssen Technologien zur Datenerfassung geprüft werden, die einen Betrieb auch bei Ausfall der Kommunikationswege ermöglichen. Nur wenige Anbieter von ME-Systemen bieten eine lokale Sicherheitsdatenhaltung an der Maschine an. Diese Überlegung gewinnt an zusätzlicher Bedeutung, wenn die Maschine nicht nur Datenlieferant, sondern auch Datenempfänger ist.
Was ist Ausschuss?
Der Qualitätsfaktor in der OEE reduziert schließlich die IST-Ausbringung zur Null-Fehler-Ausbringung. Bezüglich der produzierten Menge ist dies die Differenz zwischen Gutstückzahl und Ausschuss-Stückzahl. Bezüglich der aufgewendeten Zeit spielt zudem die Nacharbeit dort eine Rolle, wo eine solche möglich und sinnvoll ist.
Bei der maschinenseitigen Zählung von Ausschuss ist es von Bedeutung, dass die Schwellen für die Definition desselben sinnvoll und klar gesetzt sind. Nicht in jedem Produktionsprozess ist dies ohne weiteres möglich. So lässt sich im Kunststoffspritzguss oft nicht eindeutig bestimmen, nach welcher Einfahrmenge die Zählung der Gutstückzahl beginnen soll. Eine maschinenseitige Zählung und die entsprechende Ausschussermittlung muss im ME-System sinnvollerweise vom Bearbeiter korrigiert werden können.
In jedem Auswahl- und Einführungsprozess aber auch für den Betrieb spielen die beteiligten Menschen überhaupt eine wesentliche Rolle. So stellt sich bereits zu Beginn einer Systemauswahl oder -einführung zum Beispiel die Frage, wer in der Unternehmensorganisation eigentlich für das Thema „Digitalisierung“ verantwortlich ist.
Auch ein neues ME-System mit der Möglichkeit, qualitativ hochwertige OEE-Kennzahlen zu ermitteln, erübrigt nicht den Menschen, der diesen Prozess kompetent einrichtet und im Betrieb überwacht. Insbesondere aber ist der Mensch unerlässlich für die Beantwortung der Frage, welche Kennzahlen für den Bestand und die Zukunft des Unternehmens letztlich von Bedeutung sind.
Der Autor
Christian Müller
, Senior Consultant | Trovarit AG
