MES ermöglicht Effizienzsteigerungen in der Produktion

Transparenz in der Pyramide

02.05.2011 Je individueller das Produkt desto, größer die Herausforderung für das Fertigungsmanagement. Unterstützung erhalten Produzenten heute durch den Einsatz von Manufacturing Execution Systemen. Sie helfen dabei, die Effizienz in der Produktion um sieben bis zehn Prozent zu steigern. Um den Einstieg zu erleichtern, hat der Verpackungsmaschinen-Hersteller Gerhard Schubert eine eigene Lösung entwickelt.

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Entscheider-Facts Für Betreiber

  • Eine steigende Produktvielfalt und kürzere Produktlebenszyklen erhöhen die Komplexität der Produktion.
  • Manufacturing Execution Systeme (MES) können dabei helfen, Transparenz zu schaffen und die Reaktionsfähigkeit zu erhöhen. Aus anderen Industrien ist bekannt, dass durch den Einsatz von MES die Gesamteffizienz einer Produktion um sieben bis zehn Prozent steigen kann.
  • Aufträge werden vom ERP an das MES übergeben, letzteres plant alle Vorgänge und berücksichtigt dabei den aktuellen Zustand der Produktion. Nach Abschluss des Auftrags werden Informationen wie tatsächlich produzierte Menge, Ausschussmengen und Materialverbrauch an das ERP zurückgemeldet.
  • Bei MES-Projekten ist ein erfolgskritischer Faktor, dass der Produzent eng und überzeugt mit dem MES-Lieferant zusammenarbeitet.

Wer mit Herstellern von Fast Moving Consumer Goods über ihren Betrieb spricht, stellt fest, dass die Verantwortlichen sowohl die Qualität als auch die Organisation ihrer Prozesse verbessern wollen. Sie sehen dies als dringende Aufgabe an, weil ihre zukünftige Marktposition mehr denn je davon abhängt. Früher oder später fällt in diesem Gespräch das Stichwort Manufacturing Execution System (MES). Ein MES verwirklicht die horizontale Integration auf der Prozessebene. Das Ziel ist es, alle Aspekte eines Fertigungsauftrags zu organisieren, koordinieren und synchronisieren. Dabei sind idealerweise die Funktionsbereiche Produktion (z.B. Feinplanung, Betriebsdaten- und Maschinendatenerfassung, Präventive Wartung), Qualität (z.B. Prozessdatenerfassung, Trendanalyse, Produktverfolgung) und Personal (z.B. Personaleinsatzplanung, Zutrittskontrolle) komplett enthalten.

Diese Aufzählung lässt erahnen, dass ein MES keine triviale Aufgabe ist. Das fängt schon mit dem Einsammeln der Daten an – nicht jede Komponente ist mit der nötigen Schnittstelle ausgerüstet. Die Implementierung der Software ist anspruchsvoll. Wie bei ERP muss der Kunde mitarbeiten. Es gibt keine Lösung von der Stange, denn die Prozesse laufen in jeder Firma anders ab.

MES in der Praxis noch eher selten

In der Vergangenheit war kaum ein Unternehmen bereit, Ressourcen für ein solches Projekt frei zu machen. Selbst in der Pharmaindustrie, die wegen der Auflagen zur Prozessüberwachung und Dokumentation schon einiges an Vorarbeiten geleistet hat, ist ein vollständiges MES mit Anbindung an das ERP selten. Im Food-Bereich gibt es teilweise Systeme zur Betriebsdatenerfassung, aber von da zu MES ist es ein weiter Weg. Trotz der Höhe der Hürde nehmen immer mehr Hersteller Anlauf, darüber zu springen. Denn die Gesamteffizienz liegt oft bei 60 Prozent. Aus der Werkstattfertigung und der Elektronikindustrie ist bekannt, dass MES die Effizienz um sieben bis zehn Prozent steigert.

Lösung vom Maschinenhersteller

Vor diesem Hintergrund hat sich die Gerhard Schubert GmbH entschlossen, selbst ein MES zu entwickeln. Die Verpackungsmaschinen von Schubert folgen dem Anspruch, den Kunden maximale Flexibilität bei höchster Effizienz zu ermöglichen. Weil Fortschritte in der Fertigung softwaregetrieben sind, setzt das Unternehmen seit Mitte der 90er Jahre eine inhouse entwickelte Steuerung ein. Das Ergebnis: die Prozesse erfüllen höchste Qualitätsstandards und sind dabei in der Mechanik denkbar einfach und flexibel.

In Anbetracht der Veränderungen bei der Produktion ist es der nächste logische Schritt, im Datenmanagement und der Steuerung über den Tellerrand der eigenen Anlage hinaus zu blicken. Das Datenbankmodell für das MES wurde 2009 fertiggestellt. Es bildet alle Funktionen und Elemente ab, die das MES enthalten wird. Die weitere Ausarbeitung geschieht entlang konkreter Kundenwünsche, damit das Ergebnis auf die tatsächlichen Bedürfnisse des Marktes zugeschnitten ist.

Die Folge eines solchen Projekts ist der bereits fertiggestellte Leitstand mit integriertem Qualitätsmonitoring. Der Leitstand erfüllt die Anforderungen der
CFR 21 Part 11 und der Pharmaindustrie. Daten über den Prozess und die Qualität werden laufend erfasst, ausgewertet und archiviert. Mit Scannern in der Fertigung kann so zum Beispiel frühzeitig eskaliert werden, wenn die Qualität nach unten geht. Dabei hat der Maschinenhersteller den Vorteil, dass für die Pickerlinien ein besonderes Vision-System entwickelt wurde: Der Auflichtscanner arbeitet auf einer Breite bis zu 160 cm parallaxenfrei. Die Tiefenschärfe liegt bei 125 mm und die Aufnahmequalität erreicht 2.000 Bildpunkte pro 200 mm.

Das System präsentiert laufend Daten zur „Overall Equipment Effectiveness“, also zur Verfügbarkeit und Leistung der Linie und zu der Qualität, die sie produziert. Und das bedienfreundlich und übersichtlich. Im Vergleich dazu wie ist es heute? Beispiel Süßwaren: In der Produktion ist kaum Personal. Deswegen wird erst an der Verpackungsanlage bemerkt, dass die Qualität nicht mehr stimmt. Wenn jetzt jemand Alarm schlägt, ist schon 20 Minuten Ausschuss hergestellt worden. Das Monitoring greift dagegen früher. Und es gibt Auskunft, wo die Schwachstellen liegen. Der Schichtleiter meldet nur die Summe der Fehler. Die Information, wie viele Kekse aus welchem Grund verloren gehen, hat er nicht. Der Anlagenleitstand des Maschinenherstellers dagegen meldet, dass von drei Prozent Verlusten ein Prozent der Kekse zu groß war und zwei Prozent zu dicht zusammen lagen.

Interpack 2011 Halle 14 – A06

Interpack 2011 Halle 14, Stand A06/B11

Vollautomatischer Formatwechsel
Schubert präsentiert auf der interpack 2011 nach eigenen Angaben die erste Verpackungsmaschine der Welt, die vollautomatisch einen Werkzeugwechsel vollzieht und sich damit auf verschiedene Produkte umstellt. Dadurch lässt sich die Effizienz beim Abpackprozess deutlich
steigern. Es ist ein entscheidender Schritt hin zum Ideal einer digitalen Produktion, die als Teil eines übergeordneten Systems unmittelbar und flexibel auf veränderte Anforderungen reagiert, fehlerfrei arbeitet und kleinste Stückzahlen bei hoher Produktivität herstellt.
Eine weitere Messeneuheit ist eine TLM Verpackungsanlage für Versandkartons, die über einen integrierten TLM-P4 Palettierer verfügt. Auch hier geht es darum Kosten zu senken und effektiver zu arbeiten. Damit ist die Frage beantwortet, warum die TLM-Verpackungsmaschine die Versandpakete nicht gleich auf die Palette stellen sollte. Auf allen Maschinen ist das Schubert MES-System installiert.?

Interview mit Ralf Schubert, Gerhard Schubert Verpackungsmaschinen
P+F: Wie groß schätzen Sie das Effizienzpotenzial durch den Einsatz von MES-Lösungen in Pharma- und Lebensmittelbetrieben ein?
Schubert: In der Fertigungsindustrie werden Effizienzsteigerungen bis zu 15 % erreicht. In der Lebensmittelindustrie spricht man dann von einer guten Anlage, wenn diese 80 % Overall Equipment Efficiency – OEE – hat. Der Pharmabereich liegt deutlich darunter. Es gibt Pharmaanlagen, die mit weniger als 50 % OEE laufen. Generell ist das Potenzial in der Pharmaindustrie deutlich größer, allerdings sind hier auch die Rahmenbedingungen anders und die Anforderungen höher.

P+F: Produktionskosten standen in der Pharmaindustrie bislang nicht so stark im Fokus. Entsteht dieses Bewusstsein jetzt?
Schubert: In der Pharmabranche geht es mehr um Qualität und Sicherheit. Im Lebensmittelbereich liegt der Fokus stärker auf den Kosten. Wir haben unseren Leitstand bereits zehn Mal an Pharmabetriebe ausgeliefert. Für die Betreiber stand bei der Entscheidung eigentlich nie die OEE im Vordergrund. Wichtiger waren da schon die Aspekte Audit Trail nach 21 CFR 11 oder die Benutzerverwaltung. Es geht darum, Batch-Protokolle richtig zu erfassen und korrekt zu bilanzieren, d.h. Zähler zu erfassen.

P+F: Welche Bedeutung hat der Aspekt „Integration“?
Schubert: Das ist in wesentlicher Aspekt unseres Leitstandes. Dazu gehört beispielsweise die Integration von Fremdgeräten in unsere Anlage. Dazu zählen Thermotransferdrucker, Kamerasysteme, Etikettierer etc. Der Pharmazeut definiert einen Auftrag am Bildschirm – zum Beispiel das Verpacken von 10.000 Packungseinheiten. Dann müssen Variablen wie Verfallsdatum, Lot-Nr. etc. eingegeben werden. Unser Anlagenleitstand überträgt diese Daten in die Geräte. Diese Funktionen sind voll in unseren Leitstand und unsere Maschine integriert. Auch die Elektrik wird in unseren Schaltschrank integriert. Und das ist einer der größten Vorteile des Anlagenleitstands. Diese Integration wird von den Pharmazeuten geschätzt.

P+F: Welches ist für Lebensmittelproduzenten das Argument, MES einzuführen?
Schubert: Weil es dort ein großes Potenzial gibt. Das fängt mit ganz einfachen Fehlern an, die man mit einem MES-System vermeiden kann: Beispielsweise, dass am Ende ein falsches Verfallsdatum auf den Verpackungen steht, weil dezentral ein falsches Datum eingegeben wurde oder vergessen wurde, ein vorheriges Datum zu aktualisieren. Wenn die Daten zentral von übergeordneten Systemen kommen, kann das schon mal ausgeschlossen werden. Dazu kommt, dass der Hersteller häufig gar nicht weiß, wo die Schwachstellen seiner Produktion liegen. An welcher Maschine muss man etwas verbessern, um die Effizienz der Linie zu steigern. Das wird durch den Einsatz eines MES-Systems transparent. Außerdem ermöglicht es, schnell auf Produktionsfehler zu reagieren und damit Rohstoff- und Produktverluste zu vermeiden.

P+F: Sind Effizienzsteigerungen für Lebensmittelhersteller ein wichtiges Argument?
Schubert: Ja. Bislang fehlt noch die Möglichkeit, dass der Produktionsleiter von seinem Büro aus auf die OEE-Daten der Maschine zurückgreifen kann. Das bringen wir jetzt auf der Interpack. Mit dem Leitstand konnte man bisher Daten in Form eines Batch-Protokolls erfassen, aber nicht nachträglich schauen, wie die OEE für ein bestimmtes Produkt in der Vergangenheit war. Das geht mit der neuen Software Anlagencockpit, von der wir einen ersten Prototyp auf der Interpack zeigen.

Welche Bedeutung hat das Thema MES für Ihren diesjährigen Auftritt auf der Interpack?
Schubert: Natürlich stehen die Maschinen im Vordergrund. Aber wir zeigen auch unsere Software. Neben dem Thema MES mit dem Anlagenleitstand und dem Anlagencockpit zeigen wir einen 3D-Ersatzteilkatalog und unser elektronisches Expertensystem, das dem Anwender auf der Basis von Schubert-Expertenwissen zur Lösungsfindung bei auftretenden Störungen dient.“?[AS]

 

Heftausgabe: Mai 2011
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Ralf Schubert, Bereichsleitung Technisches Büro und Montage,  Gerhard Schubert GmbH

Über den Autor

Ralf Schubert, Bereichsleitung Technisches Büro und Montage, Gerhard Schubert GmbH
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