Die Bensheimer Firma Sanner mit Standorten in den USA, Brasilien, Ungarn und China hat sich auf die Herstellung von Kunststoffverpackungen hauptsächlich für Consumer Care, Pharma und Medizintechnik spezialisiert und unterliegt somit strengen Regularien hinsichtlich GMP (Good Manufacturing Practice), ISO 13485 und FDA (Federal Drug Association).

Heute arbeitet das mittelständische Unternehmen mit einer zweigeteilten IT-Landschaft auf Basis von SAP und dem Management-Execution-System „Guardus MES“, das auch die Echtzeit-Überwachung der rund 90 Produktionsmaschinen sowie die In-Prozess-Qualitätskontrolle am Standort Bensheim übernimmt.

Die Ausgangssituation

Die Komplexität des Projektes wird beim Vergleich mit der Ausgangssituation deutlich: Die IT-Umgebung bestand aus sechs Einzel-Systemen und zahlreichen Excelbasierten Sonderlösungen. Die Software war durchweg veraltet und teilweise nur über rudimentäre Schnittstellen miteinander verbunden. Historisch gewachsene Individual-Programmierungen und Erweiterungen machten das Gesamtsystem zudem starr für Veränderungen. Die Konsequenz: Eine Upgrade-Strategie wurde frühzeitig innerhalb der Projekt-Initialisierungsphase ausgeschlossen. Ebenso war SAP vor dem eigentlichen Projektbeginn als strategisches ERP-System gesetzt. Weiterhin sollte die In-Prozess-Kontrolle (IPC) als organisatorischer Aspekt mit in das Projekt integriert werden. Die Zielsetzung: Die Trennung zwischen Produktion und Qualitätskontrolle aufheben und die Verantwortlichkeit dorthin übertragen, wo sie hingehört – auf die Maschinenbediener.

Es galt, ein System zu finden, das dem Mitarbeiter an der Maschine bei der Abwicklung seiner Arbeit bestmöglich unterstützt und lenkt. Insgesamt wurden drei Systemvarianten in der Initialisierungsphase untersucht.

Die IT-Landschaft wurde von sechs Systemen plus handgestrickter Excel-Erweiterungen auf zwei reduziert (Variante 3).

Umgesetzt wurde die Variante 3 mit SAP R/3 4.7 als ERP und dem MES Guardus für das unmittelbare Produktionsumfeld, das heißt für die Betriebs- und Maschinendatenerfassung (BDE/MDE) sowie das Qualitätsmanagement. Das MES wurde gewählt, da es die notwendigen Schnittstellen zu SAP (IDOC und RFC) unterstützt sowie den Anforderungen hinsichtlich Einfachheit und Funktionalität speziell für den Produktionsbereich sowie das Qualitätsmanagement entspricht. Zudem erfüllt das MES die im Pharma und Kosmetik-Bereich notwendige lückenlose Rückverfolgbarkeit entsprechend der einzuhaltenden Normen und Vorschriften: Jeder Buchungsvorgang und Qualitätsprüfgang bedarf einer Authentifizierung durch den Benutzer, der sich an den Bedienterminals mit einer Chip-Karte authentifizieren muss. Gleichzeitig erhält jede Buchung einen Zeitstempel und wird zusammen mit dem Namen des Bedieners archiviert.

Die Alternative 2 (SAP mit Q-System und getrenntem BDE/MDE) schied auf Grund der Anwendbarkeit im Produktionsbereich aus: Das Qualitätsmanagement in SAP bietet zwar die notwendigen Funktionen, ist aber hinsichtlich Bedienung für den Produktionsbereich zu komplex.

Der Lösungsansatz 1 auf Basis von drei getrennten Systemen (ERP, BDE/MDE und QS) wurde wegen der höheren Anzahl von Schnittstellen verworfen, zumal viele MES-Hersteller die Betriebsdatenerfassung und das Qualitätsmanagement in ihre Systeme integriert haben.

Feinplanung in SAP realisiert

Innerhalb der IT-Architektur ist SAP das führende System. Hier werden sämtliche Stammdaten gepflegt. Eine Ausnahme bilden die Prüfpläne, die im MES angelegt und gepflegt werden. Dagegen erfolgen die Produktionsgrob- sowie Feinplanung im ERP-System. In mehreren Workshops wurden verschiedene Planungsszenarien untersucht. Es zeigte sich, dass die SAPPlanungsfunktionen inklusive der grafischen Plantafel die gestellten Anforderungen erfüllen.

Somit liegt die komplette Ressourcenplanung ausschließlich im SAP-System. Es wurden keine weiteren Lizenzen benötigt und die vollständige Integration mit dem SAP-Instandhaltungsmodul einschließlich Werkzeugplanung und Wartung konnte genutzt werden, ohne redundante Stammdaten in einem externen Planungssystem zu halten.

Nach der Feinplanung werden die Produktionsaufträge an das MES übergeben und in den Arbeitsvorrat der jeweiligen Maschine eingestellt. Somit hat der Produktionsmitarbeiter frühzeitig eine Übersicht über die anstehenden Aufträge.

Im Pharma-Umfeld ist eine lückenlose Rückverfolgbarkeit von den verwendeten Rohstoffen bis hin zum Kunden Pflicht. Um dies über alle eingesetzten Materialien und Produkte gewährleisten zu können, übergibt SAP bereits bei der Rohstoff-Bestellung (zum Beispiel Kunststoffgranulate, Trockenmittel, Farben) sämtliche Teilenummern und Lieferanten-Daten an das MES. Trifft die Bestellung im Wareneingang ein, wird das Material in SAP verbucht, eine Chargennummer vergeben und das MES-System erhält die Information, ob eine Prüfpflicht besteht. Ist dies der Fall, generiert das MES automatisch den notwendigen Prüfauftrag, den der Qualitätsmitarbeiter abarbeitet. Eventuelle Mängel erfasst der Anwender im zentralen Maßnahmenmanagement.

Klare Aufgabenteilung nach der Umstellung (unten): Grob- und Feinplanung erfolgen im ERP-System. Neben der Betriebs- und Maschinendatenerfassung wurde das Qualitätsmanagement komplett im MES abgebildet.

Liegt nach der Wareneingangsprüfung ein positiver Verwendungsbescheid vor, wird das Material in SAP vom Status „Qualitätsprüfbestand“ auf „freier Bestand“ gebucht. Zudem vergibt das ERPSystem eine Lagereinheiten-Nummer. Mit ihr lässt sich jederzeit nachvollziehen, an welcher Stelle das Material lagert, bevor es in die Produktion gelangt. Damit sich nachvollziehen lässt, welcher Rohstoff für welche Produkte genutzt wurde, wird jede Warenbewegung an das MES gemeldet. Über das MES können somit automatisch die vom Kunden geforderten Nachweisdokumente generiert werden. Diese beinhalten Informationen zu Prüf-Ergebnissen sowie zu verwendeten Chargen über alle Fertigungsstufen. In der Fertigung angekommen, werden die Rohmaterialien in unterschiedlichen Produktionsstufen zu Verpackungs- und Schutzsystemen verarbeitet.

Alle produktions- und qualitätsrelevanten Arbeiten lassen sich über die BDE-Gruppenterminals des MES-Systems abrufen. Die Terminals überwachen und verwalten sämtliche Informationen hinsichtlich Auftragseinlastung (Anmelden, Abmelden, Korrektur), Auftragsforschritt (Soll/Ist-Werte), Maschinenzustand (automatische Stillstandüberwachung) sowie der statistischen (SPC) und Los-basierten Qualitätsprüfung. Zudem lassen sich alle fertigungsrelevanten Informationen abrufen, wie etwa Werkzeug- und Einstellparameter, Material, Produktionshistorie oder Verpackungsinformationen.

Zusätzlich signalisiert das Terminal, wenn es an der Maschine zu Unregelmäßigkeiten kommt oder die nächste Qualitätsprüfung ansteht. Per Knopfdruck kann der Produktionsmitarbeiter den Prüfablauf starten und wird vom MES automatisch durch die einzelnen Prüfschritte geführt. Die Ergebnisse werden entweder durch angebundene Prüfmittel direkt erfasst oder bei Sichtprüfungen per Knopfdruck als in Ordnung oder fehlerhaft gekennzeichnet. Neben der Qualitätsüberwachung an der Maschine kommt das MES an den Prüfarbeitsplätzen für komplexe Tests zum Einsatz. Dazu zählen beispielsweise chemische Prüfungen der Restfeuchte im Trockenmittel, 3D-Messungen oder Maßkontrollen der Produkte. Um Eingabefehler auszuschließen, sind die Mess-Einrichtungen direkt mit den MES-Terminals gekoppelt. Nach Abschluss aller Prüfungen werden die Verpackungseinheiten auf Kartonebene über einen Scanner erfasst und an SAP gemeldet. Vor der Auslieferung, „sammelt“ das MES mittels Rückverfolgung sämtliche Qualitätsdaten einer Ausgangs-Charge ein und generiert alle notwendigen mehrsprachigen Prüfzertifikate.

MDE über AS-Interface

Die Anbindung des kompletten Maschinenparks von rund 90 Maschinen an das MES ist über AS-Interface realisiert, da sich diese Kopplung kostengünstig an allen Spritzgussmaschinen und Montage-Automaten implementieren ließ. Neben der Zählung der produzierten Gut-Teile und eventuellem Ausschuss werden darüber auch die Maschinenstillstände (zum Beispiel Rüsten, Werkzeugdefekt) erfasst. Unbegründete Stillstände werden vom MES automatisch gesetzt. Zudem berechnet das BDE-System die aktuelle Ist-Zykluszeit jeder Maschine und vergleicht diese mit der im Arbeitsplan hinterlegten Soll-Zykluszeit. Diese Zeiten werden über das Terminal angezeigt. Somit haben die Produktionsmitarbeiter immer eine aktuelle Übersicht über die Maschinen- sowie Produktionsstände in ihrem Verantwortungsbereich. Insgesamt sind in der Produktion 30 Terminals verteilt, denen bis zu fünf Maschinen zugeordnet sind.

Autor: Andreas Meyer war bis Ende 2007 IT-Leiter und Gesamtprojektleiter bei Sanner in Bensheim.