Fabrik-Informationssysteme ISA-95 schließt letzte Lücke zwischen Geschäfts- und Produktions-Prozessen

Redakteur: Dipl. -Ing. Ines Stotz

Um gegenüber der Konkurrenz aus den Billiglohnländern bestehen zu können, setzen die traditionellen Märkte auf mehr Flexibilität und effizientere Methoden in der Produktion. Erforderlich ist hierfür eine IT-Infrastruktur, die die komplette Wertschöpfungskette in einem einzigen System abbilden kann. Dazu fehlt aber noch immer ein entscheidendes Puzzleteil: die Verbindung zwischen MES- und ERP-Ebene. Mit ISA-95 kann sich das jetzt ändern – der Implementierungs-Standard soll künftig den Datenfluss zwischen unterschiedlichen Systemen regeln. Auch Citect setzt mit seinem MES-System Ampla auf die technologie-neutrale Schnittstelle.

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Als letztes Puzzleteil soll ISA-95 die bestehende Informations- und Funktionslücke in der Wertschöpfungskette der Produktion schließen.
Als letztes Puzzleteil soll ISA-95 die bestehende Informations- und Funktionslücke in der Wertschöpfungskette der Produktion schließen.
( Archiv: Vogel Business Media )

In der Fertigung gibt es zwei getrennte Informationswelten mit unterschiedlichen Denkweisen und Disziplinen: die ERP-Systeme (Enterprise Ressource Planning) des betriebwirtschaftlichen Umfelds und die MES-Systeme (Manufacturing Execution Systems) der Produktion. Heute jedoch brauchen Unternehmen einen durchgängigen Informationsfluss im gesamten Betrieb. „Denn sie müssen schnell und flexibel auf sich ändernde Märkte reagieren können, ihre Time-to-Market verkürzen, die Prozess-Transparenz und Produktions-Flexibilität erhöhen sowie ihre Planung optimieren – und dabei gleichzeitig eine hohe Produktqualität über weltweite Produktionsstätten hinweg sicherstellen“, erklärt Kornelia Kirchner, Geschäftsführerin bei Citect.

Zwar haben die Geschäfts- und Leitsysteme unterschiedliche Fähigkeiten und Zielsetzungen – so braucht die Produktionsebene beispielsweise die Fertigungsdaten in Echtzeit, während die Managementebene eher mittel- und langfristig denkt. Für die Planung der Produktion, die Auswertung der Produktionsleistung und -kapazität oder für die Projektierung von Wartungsarbeiten benötigen sie dennoch die gleichen Informationen. „Zwischen den spezialisierten Systemen mit zum Teil eigener Datenhaltung klafft eine Informations- und Funktionslücke, die zu ineffizienten Abläufen führt, Kosten verursacht und sich letztendlich negativ auf den Gewinn auswirkt“, verdeutlicht die Software-Spezialistin.

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Bisher versuchen Hersteller diese Lücke in der Regel mit individuellen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zu schließen. So ist zwar ein Datenaustausch grundsätzlich möglich, doch kundenspezifische Lösungen sind teuer in der Programmierung, aufwändig in der Pflege und erschweren die Integration von neuen Lösungen. Was fehlt, stellt Kornelia Kirchner fest, ist ein einheitlicher, von allen Software-Anbietern akzeptierter Standard, der den Datenfluss zwischen MES- und ERP-Systemen regelt.

Nun hat die ISA (Instrumentation, Systems and Automation Society) zusammen mit verschiedenen Softwareanbietern intensiv an den Definitionen gearbeitet, so dass für den internationalen Standard ANSI/ISA S95, kurz ISA-95 mittlerweile Teil 1 und 2 vorliegen und Teil 3 in Vorbereitung ist.

„Anwender und Softwareanbieter haben erkannt, dass ISA-95 eine standardisierte Terminologie und einheitliche Modelle für die kostengünstige und effiziente Verbindung von Produktion und Supply-Chain bereithält und in der Lage ist, die Kommunikation innerhalb sämtlicher Kontroll- und Unternehmens-Systeme zu verbessern“, sagt die Expertin. Der Standard definiert auf abstrakter und technologie-neutraler Ebene alle wesentlichen Bausteine, die zur Entwicklung eines effektiven MES-Systems notwendig sind: Definition der Domänen innerhalb der Produktions-Steuerung; Festlegung und Beschreibung sämtlicher Funktionen eines Fertigungsunternehmens innerhalb der Bereiche, die Bezug zu den Funktionen der Produktions-Steuerung haben; Bestimmung und Kategorisierung des Informationsflusses zwischen den Funktionen sowie detaillierte Festlegung der Informationen und internen Bezüge.

Die Aktivitäten eines Fertigungsbetriebs werden innerhalb der Bereiche mit Hierarchie-Modellen beschrieben. Dabei decken Ebene null, eins und zwei die aktuelle Produktion mit ihren Visualisierungs-Systemen wie SCADA- oder HMI ab. Ebene vier verwaltet Rohmaterialen, Energien sowie Personal und übernimmt die Grobplanung der Produktion, was typischerweise die Domäne von ERP-Systemen ist. Ebene drei umfasst u.a. die Aufzeichnung von Rohmaterial- und Energieverbrauch und die betriebliche Feinplanung, wie sie von MES-Systemen geleistet wird. Auf der Basis des Hierarchie-Modells definiert ISA-95 Funktionen und Datenflüsse, wobei die grenzüberschreitenden Informationen zwischen Ebene drei und vier definiert, kategorisiert und dann als Objekt beschrieben werden. Insgesamt stellt der Standard über fünfzig Objekte in neun verschiedenen Modellen dar.

Im Zusammenhang mit ISA-95 ist auch der Begriff B2MML wichtig – Business to Manufacturing Markup Language – der vom World-Batch-Forum als XML-Implementation entwickelt wurde. Sie besteht aus Definitionen der ISA-95-Datentypen in Form von XML-Schemata. Das ermöglicht eine produktionsorientierte Informations-Umgebung, die auf alle Anforderungen der Versorgungskette reagieren und Einblicke in die Produktions-Kapazitäten geben kann. An der Weiterentwicklung des Standards sind Anwender, ERP- und MES-Hersteller interessiert. So ist zum Beispiel SAP im ISA-95-Kommittee vertreten, und auch Microsoft zeigt sich aufgeschlossen.

MES-Systeme – als Bindeglied zwischen ERP und Produktionsprozess – tragen also dazu bei, dass Informationen heute als wesentlicher Produktionsfaktor eingesetzt werden können. „Wie die Lösung Ampla von Citect vereinen sie den gesamten operativen Fertigungsbereich in einem System und machen transparent, was wann, wo und wie produziert werden soll“, beschreibt Kornelia Kirchner. Produktionskapazität, -planung und -leistung seien deshalb auch die wesentlichen Modelle, die in ISA-95 definiert werden. Mit der Unterstützung des Standards verbindet die Citect-Software den Produktionsprozess mit der Warenwirtschaft. Aber es ist nicht nur eine Kommunikations-Schnittstelle zwischen der Automatisierungs- und der ERP-Ebene, sondern bietet mit ihren Tools zur Leistungsanalyse – in Kombination mit Modulen zur Produktionssteigerung – Funktionen, mit denen sich der komplette Fertigungsbetrieb optimieren lässt. Insgesamt fünf Module dienen dem Ressourcen-, Wartungs- und Qualitätssicherungs-Management, der Datensammlung und –erfassung, Leistungsanalyse, Dokumentenkontrolle sowie Material- und Produktions-Rückverfolgbarkeit. Die skalierbare Lösung sammelt aus den einzelnen Werks- und Geschäfts-Systemen die bereits vorhandenen Daten in Echtzeit, bündelt und wandelt sie anschließend in unternehmensweit zugängliche Informationen um. Damit lassen sich Gefahren oder Trends frühzeitig erkennen und eine schnelle Reaktion auf unerwartete Situationen einleiten.

Ampla unterstützt sowohl ISA-95 als auch B2MML. „Schon heute setzen einige unserer Anwender bei der Kommunikation zwischen ihrem ERP- und MES-System auf B2MML und tauschen damit Produktionspläne aus oder übermitteln die aktuellen Produktionszahlen“, berichtet Kirchner und unterstreicht, dass sich Fertigungsplanung und -steuerung so automatisch und echtzeitorientiert aufeinander abstimmen lassen.

Zudem sei der Bedarf an einem standardisierten Datentransfer zwischen ERP-System und Fertigung auf Anwenderseite sehr hoch. „Mit ISA-95 und B2MML ist der erste Schritt für eine zeit- und kosten sparende Integration der Automatisierungs- und Produktionssysteme in die IT-Systeme vollzogen. Noch muss aber viel Arbeit geleistet werden, bis die industrielle Fertigung mit einheitlichen Definitionen ihre Integrationsprobleme endgültig lösen kann.“

Produktionsprozess mit Warenwirtschaft verbinden

ANSI/ISA S95 definiert Terminologie und Modelle, die bei der Integration von Warenwirtschafts-Systemen auf Geschäftsebene mit den Automatisierungs-Systemen auf Produktionsebene verwendet werden.

Teil 1: Models and Terminology (veröffentlicht 2000) stellt die grundlegende Terminologie und Modelle vor, mit denen die Schnittstellen zwischen den Geschäftsprozessen und den Prozess- und Produktions-Leitsystemen definiert werden können.

Teil 2: Objekt Model Attributes (veröffentlicht 2001) definiert in Verbindung mit Teil 1 die Schnittstelleninhalte zwischen den Steuerungsfunktionen in der Produktion und der Unternehmensführung.

Teil 3: Models of Manufacturing Operations (in Vorbereitung) soll detaillierte Definitionen der Hauptaktivitäten von Produktion, Wartung, Lagerhaltung und Qualitätskontrolle beinhalten.

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