Auf der Unternehmensleitebene (ERP) wird anders gedacht, gesprochen und gerechnet als auf der Produktionsebene – das gilt gleichermaßen für Menschen wie für die IT-Systeme und macht die Kopplung beider Welten so komplex. Abhilfe schaffen MES (Manufacturing Execution Systems), mit denen Daten aus der Fertigung gezielt auf die ERP-Ebene übertragen werden können – Interoperabilität vorausgesetzt. Letztere ermöglicht der Schnittstellenstandard ISA-95, der in Form von UML-Modellen (UML Unified Modeling Language) definiert ist. Diese Modelle bilden die Basis für die Entwicklung von Standardschnittstellen zwischen ERP- und MES-Systemen. Viele MESAnbieter nutzen die ISA-95-Spezifikationen. Die Firma Siemens zum Beispiel hat auf dieser Grundlage sowohl die eigene MES-Lösung Simatic-IT konzipiert, als auch eine vorkonfigurierte Schnittstellenlösung für die ERP- und MES-Kopplung realisiert.

Die benötigten Schnittstellen sind als XML-Files (extended Markup Language) in der „Business to Manufacturing Markup Language (B2MML) des WorldBatchForums (WBF) implementiert, die als De-facto-Standard bei der Integration von Unternehmens- und Automatisierungssystemen gilt. Für einen raschen und kosteneffektiven Roll-out des ERP ist es unabdingbar, abstrakte Produktionsmodelle heranzuziehen. Für die Fertigung und das Reporting sind dagegen wesentlich detailgenauere Auftragsstrukturen erforderlich. MES ist die traditionelle Transfer-Ebene zwischen dem ERP und der Produktionsebene. Ein Beispiel verdeutlicht die unterschiedlichen Rollen von ERP und MES und zeigt die Notwendigkeit der Interoperabilität auf: Wenn ein Produktionsauftrag oder Production Order (PO) erteilt wird, führt das MES folgenden Maßnahmen durch:

• Aufteilung des Auftrags in einzelne Produktionsschritte (Batches), die auf der Fertigungsmittelkapazität basieren.
• Weiterleiten der Batches zur Automatisierungsebene
• Produktionsdurchführung (optional) und Erfassung der relevanten Produktionsdaten eines Batch.

Ist der Auftrag abgearbeitet, sendet das MES die Informationen über die verbrauchten und produzierten Materialien an das ERP-System zurück, inklusive aller Sollwerte, Istwerte und eventueller Abweichungen der Produktionsparameter. Das Material lässt sich bis zur Batch-Ebene zurückverfolgen, wird aber auf der PO-Ebene konsolidiert.

Das Interoperabilitäts-Konzept

Für einen ungehinderter Datenaustausch zwischen ERP und MES ist eine objektorientierte Kommunikation anhand von Meldungen und Regeln notwendig. Das standardisierte Verfahren (ISA- 95/B2MML-Standards) vermeidet dabei die so genannte „Spaghetti-Integration“ oder Punkt-zu-Punkt-Verknüpfung. Dies reduziert die Implementierungszeit und erhöht die Wiederverwendbarkeit einer Integrationslösung. Die Unterstützung von XML und SOAP (Simple Object Access Protocol beziehungsweise Service Oriented Architecture Protocol) und eine auf Web- Diensten basierende Architektur erlaubt den Einsatz der Lösung in unterschiedlichen Kontexten und in Verbindung mit verschiedenen ERP-Systemen. Das war für Siemens als Anwender und Anbieter von IT-Systemen besonders wichtig, da ein einheitlicher technischer Ansatz für die Kommunikation mit unterschiedlichen ERP-Systemen erforderlich ist. Um die Abwicklung des jeweiligen Transaktions-Managements und dessen Überwachung zu ermöglichen, muss die Lösung

• die Rückverfolgbarkeit aller Meldungen,
• das Reporting,
• die Wiederherstellung von Daten,
• die Fehlerbehandlung und
• die Visualisierung von Ereignissen

sowohl für den stapelweisen (Fifo: First in, First out) als auch für den Echtzeit-Datenaustausch gewährleisten.

Da kundenspezifische Anpassungen unabdingbar sind, müssen sich die vordefinierten Meldungen und Regeln zum Datenaustausch zwischen ERP- und MESLösungen (zum Beispiel Remote Function Calls für ein SAP-System) beliebig erweitern lassen. Der Informationsaustausch bei der Lösung von Siemens basiert deswegen auf Meldungs-Zuordnungen, Extensible Stylesheet Language Transformations (XSLT) und vordefinierten Regeln der betrieblichen Logik zur Verarbeitung der Informationsflüsse und für die Koordination der verschiedenen MES-Funktionen. Damit kann der vorhandene Satz an Meldungen problemlos für individuelle Kundenanforderungen erweitert werden. Ebenso dürfen keine Rückwirkungen auf der ERP- und MES-Ebene auftreten. Deshalb müssen die Anpassungen auf der Ebene des Übertragungs-Inhalts, der B2MML-Nachrichten erfolgen. Nur dann lassen sich Änderungen der Unternehmensabläufe problemlos in den IT-Systemen nachführen.

Interoperabilität kann variieren

Interoperabilitätslösungen erlauben es, die Fertigungs- und Unternehmensabläufe dynamisch zu ergänzen, zu entfernen oder zu ändern, das heißt, die Unternehmensprozesse flexibel den Anforderungen anzupassen. Dies ermöglicht die Definition unabhängiger, aber koordinierter Funktionsbereiche zwischen dem Warenwirtschaftssystem (ERP) einerseits und der Ausführungsebene (MES und Automatisierung) andererseits. Auf welcher Ebene die jeweiligen Prozessschritte letztlich implementiert werden, hängt von der Branche, der jeweiligen Unternehmensorganisation und den vorhandenen IT-Strukturen der Unternehmen ab. Bei einer Neuimplementierung von ERP und MES besteht größere Flexibilität und die Grenzlinie kann allein unter dem Blickwinkel „optimaler Nutzen“ festgelegt werden. Bei vorhandenen Systemen gewinnt dagegen der Integrations-Charakter an Bedeutung.

Beispiel einer MES-fokussierten Interoperabilitätslösung auf Basis des Simatic-ITFramework: Über die Informationstiefe der B2MML-Nachrichten lassen sich die Abwicklung einzelner Aufgaben flexibel zwischen MES- und ERP-Ebene verschieben und Abläufe ergänzen.

Um diese Grenzlinie zu verschieben, beispielsweise von einer MES-fokussierten zu einer ERP-konzentrierten Implementierung, muss bei dem Interoperabilitätskonzept von Siemens lediglich der Informationsgehalt einer B2MMLNachricht geändert werden, ERP- oder MES-Anpassungen sind nicht notwendig. Interoperabilität ist kein unveränderlicher Sachverhalt, sondern kann zwischen Branchen und von Anwender zu Anwender variieren. Beispielsweise stehen die Unternehmen der Food&Beverage-Branche aufgrund von gesetzlichen Vorgaben und Qualitätsbestimmungen unter zunehmenden Druck, spezifische MES-Funktionen wie Produktrückverfolgung, Auftragsverteilung und -durchführung oder Produktionsleistungsanalysen in ihre vorhandene Systemlandschaft zu implementieren.

Aufgrund der MES-Lastigkeit des Anforderungsprofils sollte die Grenzlinie innerhalb der Interoperabilitätszone möglichst nahe am ERP-System liegen. Generell ist vor jeder Einführung neuer Abläufe zu untersuchen, wo sich die Lösung besser umsetzen lässt, im ERP- oder MES-System. Dazu müssen zunächst die Unternehmensprozesse unabhängig von der vorhandenen IT-Landschaft modelliert werden. Anschließend gilt es zu ermitteln, welche IT-Systeme diese Prozessmodelle unter Kosten-Nutzen-Aspekten besser unterstützen, denn unter Umständen reicht es aus, die Funktionalität eines Systems zu erweitern.

Autor: Giulio Folgarait ist Produktmanager ERP/PLM-Interoperabilität im Geschäftsbereich Industrial Automation Systems der Siemens-Division Industry Automation in Genua.