Der Arbeitskreis AK3 im Normenausschuss NA 60-30-05 des Deutschen Instituts für Normung (DIN) hat im Rahmen seiner Arbeiten zum Thema Manufacturing Execution Systems (MES) festgelegt, welche Kennzahlen für ein MES standardisiert werden sollen. Dazu wurden Indikatoren zusammengetragen und vereinheitlicht, die bereits in verschiedenen Software-Lösungen implementiert sind. Dabei beschäftigt sich der Arbeitskreis mit folgenden Fragestellungen:

• Was sind die Inhalte eines MES?
• Wie grenzt sich MES von anderen Unternehmens-Software-Komponenten ab?
• Wie definiert sich die horizontale Integration entlang des Materialflusses beziehungsweise der Wertschöpfungskette (Produktionsmanagement, Instandhaltung, Qualitäts-/Maßnahmenmanagement und Rückverfolgbarkeit)?
• Welche Kennzahlen liefert ein MES?

Dies ist notwendig, da MES sich aus vielen Einzeldisziplinen zusammensetzt, angefangen bei der Qualitätssicherung (CAQ), über die Betriebs- und Maschinendatenerfassung (BDE/MDE) bis zur Produktionsplanung (Computer Aided Planning). Alle qualitäts- und produktionsrelevanten Daten aus diesen Teildisziplinen müssen ohne Datenbrüche über alle Geschäftsbereiche in einem System verwaltet und ausgewertet werden. Das Problem: Die über Jahrzehnte definierten Begriffe als auch deren Kennzahlen-Formeln kommen in unterschiedlichsten Auslegungen zum Einsatz. Einerseits gibt es unter demselben Begriff, zum Beispiel „Produktivität", verschiedene Definitionen.

Andererseits werden unterschiedliche Begriffe für ein und dieselbe Definition verwendet. Diese Mehrdeutungen wurden nun vereinheitlicht und vom VDMA als Einheitsblatt 66412 Teil 1 veröffentlicht. Gleichzeitig dient dieses Einheitsblatt als Arbeitsgrundlage im Rahmen der internationalen Standardisierung der KPIs (Key Performance Indicators) Damit beschäftigt sich das Unterkomitee SC 5 (Subcommittee) des Technical Committee TC 184 der ISO (International Standardization Organisation).

Definition der MES-Kennzahlen

Bei den Festlegungen wurde vor allem eine Differenzierung von MES-Kennzahlen zu anderen Kennzahlensystemen vorgenommen, wie sie beispielsweise im ERPUmfeld (Enterprise Resource Planning), Product Lifecycle Management (PLM) oder im Automatisierungsbereich üblich sind.

Eindeutige Zeitmodelle für den Mitarbeitereinsatz, Produktionseinheiten und Fertigungsaufträge sind für die Definition der Kennzahlen essenziell.

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Grundlage hierfür bildet der sogenannte „Drill-Down" (Anzeige der spezifischen Ursprungsdaten einer Kennzahl). Dieser beschreibt, aus welchen Detailinformationen die generierten Kennzahlen jeweils bestehen. Der zweite Schwerpunkt liegt auf der Definition der Zeitmodelle für die verschiedenen Prozesszustände - wie Einrichten, Störung, Materialmangel -, anhand derer eine Kennzahl errechnet wird. Ebenso wichtig ist die Zuordnung einer Kennzahl zur Tätigkeitsgruppe. Aufgeführt werden unter anderem Online-Kennzahlen für die Produktionsmitarbeiter und aktuelle Reports für das Management.

Anhand der Kennzahl „Overall Equipment Effectiveness" (OEE) lässt sich die Problematik aufzeigen: Der OEE-Indikator besteht aus den drei verschiedenen Kennzahlen: Verfügbarkeit, Effektivität und Qualitätsrate. Letztere sagt in Prozent aus, in welchem Verhältnis die „Gutmenge" in Bezug zur insgesamt produzierten Menge steht. Diese Kennzahl lässt sich auf verschiedene Arten ermitteln - auf Fertigungsauftragsebene in einem ERP-System oder in Verbindung mit einem integrierten Prüfsystem direkt in der automatisierten Anlage.

Die Konsequenz: Eine Kennzahl alleine bestimmt längst nicht, wo sie generiert wird. Ist die OEEKennzahl über mehrere Fertigungsanlagen zu bilden oder sogar über mehrere Fertigungsbereiche, müssen die Ausgangsdaten für die Berechung der Kennzahl in einem übergeordneten System zur Verfügung stehen - in einem MES.

Höherer Detaillierungsgrad mit MES

Ein weiterer Anspruch an MES-Kennzahlen ist der „Drill Down": Liegt eine Kennzahl außerhalb ihres Limits, braucht der Anwender detaillierte Informationen, um die Fehlerursache zu ermitteln und Gegenmaßnahmen einzuleiten. Diese Basisdaten können beispielsweise Messwerte eines Prüfsystems sein, Fehleranalysen in Form von Pareto-Diagrammen oder Störungsmeldungen einer Steuerung.

Um diesen höheren Detaillierungsgrad zu ermöglichen, muss ein MES sämtliche Daten über alle Anlagen speichern und verknüpfen. ERP-Systeme sind in der Regel für solche detaillierten Analysen nicht ausgelegt. Ebenso steht die Funktionalität zur Ermittlung von statistischen Kennzahlen im ERP-System nicht zur Verfügung. Ein weiteres Merkmal von MES liegt darin, dass Kennzahlen online, das heißt zeitnah, angezeigt werden. Auf diese Weise können Produktionsmitarbeiter umgehend Korrekturen vornehmen. Ebenso lassen sich über das MES sofort Prozesse anstoßen, beispielsweise Grenzwertverletzungen an definierte Personengruppen senden. Die Voraussetzung dafür sind wiederum im Sekunden- oder Minutentakt aktualisierte Kennzahlen.

Das Zeitverhalten spielt daher bei der Kennzahlen-Definition eine tragende Rolle und muss in der Regel im Minuten- oder gar Sekundenbereich liegen. Business-Warehouse-Module sind für diese Aufgaben zu träge und eher für nachträgliche Analysen geeignet. Die Definitionsparameter des VDMA-Arbeitsblattes geben Raum für eine interessante Marktentwicklung im Bereich der Unternehmenssoftware. So wie bereits in den 90er Jahren die IT-Systeme für Logistik, Materialwirtschaft, Produktionsplanung (PPS) und Finanzbuchhaltung unter dem Oberbegriff ERP zusammengeführt wurden, finden ähnliche Integrationsprozesse im MES-Umfeld statt: Applikationen für Computer Aided Quality (CAQ), Betriebs- und Maschinendatenerfassung (BDE/MDE) sowie für Traceability und Maßnahmenmanagement verbinden sich unter dem Oberbegriff MES.

Internationale Standardisierung

Im Frühjahr 2009 wurde die Arbeitsgrundlage des AK 3 einer internationalen KPI Study Group der ISO/TC184/SC5 zur Verfügung gestellt, deren Kick-Off-Sitzung am 16. März in Frankfurt stattfand. Repräsentanten aus China, Deutschland, Frankreich, Japan, Korea und den USA haben beschlossen, daraus einen „New Work Item Proposal" (NWIP) für eine internationale Norm abzuleiten. Ausgesprochen hoch scheint dabei das Interesse in China - mit vier Experten vertreten - zu sein.

Es zeigten sich erstaunliche Parallelen zwischen den Betrachtungsweisen von China, Deutschland und Frankreich zu MES. Die Teilnehmer aus diesen Ländern verstehen MES als umfassende Anwendung zwischen Automatisierung und ERP. Hingegen betrachten die USA, Japan und Korea MES lediglich als Teil der Automatisierung, den sie umfassender mit Manufacturing Operation and Control (MOC) bezeichnen. Hier besteht noch Klärungsbedarf bei der internationalen Begriffsbestimmung, wobei das VDMA-Einheitsblatt hilft. Aktuell entsteht eine international einheitliche Grundlage, die es Anwendern erlaubt, die Funktionalität und den Anwendungsbereich von KPIs zu hinterfragen und von den Standard-Software- Herstellern die der Norm entsprechenden Funktionalitäten einzufordern.

Zudem erleichtert die internationale Standardisierung den Vergleich global verteilter Produktionsstandorte. Unternehmen müssen nicht länger die Definition der einzelnen Kennzahlen herleiten und eventuell transformieren. Selbstverständlich bleibt es sowohl Anbietern als auch Anwendern vorbehalten, individuelle Kennzahlen zu ergänzen. Jedoch sollten diese sich begrifflich vom Standard differenzieren. Nur so kann im Markt sowohl für Anbieter als auch für Anwender Klarheit geschaffen werden, was den Einsatz und die Wirkungsweise von Kennzahlen bei MES betrifft.

Autor: Andreas Kirsch ist Leiter des MES-Arbeitskreises AK 3 im DIN und Vorstand der Firma Guardus Solutions in Ulm.

Nähere Informationen

Der Entwurf des VDMA-Arbeitsblattes kann kostenlos per E-Mail angefordert werden: [email protected].