Der nächste Schritt zur Manufacturing Excellence: MES als zusätzlicher Wertbringer in der Wertschöpfungskette

Die Wettbewerbsfähigkeit eines produzierenden Unternehmens auf dem stark umkämpften Markt hängt zunehmend von der strategischen Ausrichtung nach sich steigernder betrieblicher und finanzieller Performance ab. Das zeitgemäße Konzept eines Manufacturing Execution Systems (MES) besteht darin, eine Anlagen-IT-Umgebung bereitzustellen, die Mitarbeiter in Echtzeit mit Funktionen und Informationen versorgt. Diese bilden die Basis für richtige Entscheidungen im Sinne der Erfüllung von Produktionsvorgaben. Doch während der Einsatz von Informationstechnologie auf Unternehmensleitebene (Corporate IT) schnell und eindeutig als berechtigt anerkannt wird, z.B. ERP (Enterprise Resource Planning), CRM (Customer Relationship Management) oder EAM (Enterprise Asset Management), werden IT-Initiativen auf Anlagen- oder Betriebsebene immer noch als Luxus oder als Vehikel betrachtet. Ressourcen und Investitionen, die jene Systeme betreffen, die Fertigungsprozesse unterstützten, werden nicht unter strategischen Aspekten, sondern nur als kurzfristige Mittel zur Steigerung der Rendite gesehen. Siemens hat, um hier Abhilfe zu schaffen, eine umfassende Methodik definiert, um detaillierte Berechnungen von finanziellen Indikatoren wie Return on Investment (ROI), Rentabilitätsgrenzen und interne Ertragsrate eines MES anzufertigen. Diese soll Endnutzern helfen, die realen Vorzüge einer MES-Systemeinführung zu analysieren. Ziel der ROI-Analyse Als Lösungsanbieter hat Siemens erkannt, wie wichtig es ist, Unternehmen bei der Analyse von Effizienzpotenzialen in der eigenen Produktion zu unterstützen. Noch wichtiger ist es, die Analyse unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Implementationen durchzuführen, um den jeweils geeigneten Ansatz zur MES-Implementierung zu wählen. So können Unternehmen genau definieren, wo sie investieren wollen und wann sich diese Investition für das Unternehmen effektiv auszahlt. Im Rahmen des Portfolios an Hard- und Softwarekomponenten für die Automatisierung bietet Siemens auch eine Produktfamilie für IT-gestützte Fertigungsprozesse an: Simatic IT. Diese MES-Suite ist ein Gefüge aufeinander abgestimmter Komponenten, die entwickelt wurden, um die jeweiligen Systeme an den einzelnen Standorten einzubinden und die Produktion im gesamten Unternehmen zu standardisieren sowie mit den Aktivitäten in der Beschaffungskette zu synchronisieren. Die Architektur des MES sieht einen übergeordneten Rahmen (Framework) vor, der die Beschreibung der Fertigungsprozesse und Betriebsverfahren über die Abstimmung und Koordination der Funktionen der einzelnen Komponenten ermöglicht. Um ein MES-Projekt in einem beliebigen Umfeld positionieren und rechtfertigen zu können und den Benutzer durch alle Schritte einer MES-Installation zu führen, hat Siemens die Methodik Simatic IT Value Strategy entwickelt. Die Strategie besteht aus drei Schritten. Alle finanziellen Aspekte, die ein MES im Fertigungsprozess beeinflussen kann, werden verdeutlicht. Mit dem ersten Schritt der Methodik (Value Framework) wird eine Liste erzeugt, die Simatic IT-Elemente zur Erfüllung der Benutzeranforderungen enthält. Diese Informationen werden ergänzt durch eine Budgetkalkulation und eine grobe und qualitative Abschätzung des ROI. Der zweite Schritt besteht aus einer detaillierteren Analysephase zur Bestimmung der exakten Benutzeranforderungen sowie der ROI-Berechnung. Diese detaillierte Anlagen- und ROI-Analyse basiert auf dem Value Framework. So kann ein vordefinierter Satz an Funktionalitäten ermittelt werden, die Teil der endgültigen MES-Lösung sind. Der letzte Schritt besteht in der Installation und Inbetriebnahme. Diese Vorgänge werden durch den inkrementellen Ansatz erheblich vereinfacht, da dieser schrittweise durch das Entwicklungsverfahren einer kompletten MES-Installation führt. Im vorliegenden Artikel konzentrieren wir uns im Wesentlichen auf die detaillierte ROI-Analyse. Applikationsorientierte Argumente Zu Beginn des Projekts sollte mit einem Interview die Führungsebene des Unternehmens erreicht werden. So lassen sich auf verschiedenen Ebenen qualitativ die Vorteile der MES-Lösung durch einfaches Mapping geschäftlicher Inititativen, z.B. Reduzierung der Produktionskosten oder Verbesserung der Governance, bestimmen. Diese Initiativen sind so aufgeteilt, dass sich daraus mit Einfluss auf unternehmensstrategische Ziele – z.B. Lean Manufacturing, Six Sigma oder Volumenwachstum – deutliche Argumente formulieren lassen. Das Mapping ermöglicht nicht nur die Verbindung verschiedener Bereiche und Initiativen, sondern ebenso deren Kombination zu klaren und konsistenten applikationsorientierten Funktionalitäten. So kann automatisch eine Relation zwischen den unternehmensstrategischen Investionen und konkreten Anwendungsbereichen aufgebaut werden. Das Framework von Simatic IT überträgt die Funktionalitäten der IT-Komponenten auf ein MES-System (IT-Ökosystem). Die individuellen Eigenschaften der MES-Funktionen sind, wie im Organismus eines Ökosystems, voneinander unabhängig und separat beschreib- und analysierbar. Aufgrund der Struktur des MES endet die Analyse nicht mit der blo?en Untersuchung des zu implementierenden Anwendungsbereichs. Darüber hinaus generiert sie zu diesem Zeitpunkt auch die Applikation von Simatic IT. Eine grobe Einschätzung des ROI für die spezifischen Applikationen bildet den Abschluss dieser ersten Phase. Der Zeitrahmen hierfür ist kurz, ein halbtägiger Workshop genügt erfahrungsgemäß. Bewertung der Kapitalrendite Die Bewertung der Kapitalrendite soll eine Rahmenstruktur zur Definition und Berechnung betriebswirtschaftlicher Indikatoren für Kosten, Erträge und Effizienz bereitstellen. Auf Grundlage der Untersuchung von vier MES-Projekten in gro?en Unternehmen wurden Key Performance Indicators (KPI) definiert. Diese bilden eine Grundstruktur mit hierarchischem Aufbau, bestehend aus sieben Ebenen und 70 Elementen. Über eine differenzierte KPI-Auswertung vor und nach der Implementierung wurden die positiven Auswirkungen des MES beurteilt. Die erfassten KPI-bezogenen Daten wurden mit den Vorteilen und Verbesserungen in Korrelation gesetzt, um einen linearen Bezug zwischen KPIs und ROI herzustellen. Aufgrund der zunehmenden Anzahl von Analysen, die für reale Simatic IT-Installationen durchgeführt wurden, konnte Siemens eine umfangreiche Datenbank für MES-Installationen aufbauen. Anhand des KPI-Modells für die ROI-Analyse ermöglicht die Datenbank eine Prognose der KPIs und finanziellen Indikatoren vor einer MES-Implementierung. Die Kapitalrendite (ROI) kann in mehrere Kennzahlen unterteilt werden. Jede Kennzahl (Indikator) wird von anderen Werten abgeleitet, die auf einer Messung der Systemleistung beruhen. Auf der Grundlage von ISA-95, dem De-facto-Industriestandard, wurde ein Satz aus KPIs ermittelt, der die Verbesserungen und Vorteile in den MES-Hauptbereichen darstellt. Für die Rahmenstruktur zur ROI-Bewertung werden diese KPIs im Verlauf der verschiedenen Implementierungsschritte gespeichert und verglichen. Eine erste Analyse der KPI-Werte wird vor der MES-Implementierung durchgeführt. Die hierbei ermittelten Beziehungen zwischen KPIs unterschiedlicher Bereiche werden in die Rahmenstruktur einbezogen. Nach der Installation des MES wird eine zweite Analyse vorgenommen, um einen Vergleich zwischen dem ersten KPI-Satz (prä-MES) und dem zweiten KPI-Satz (post-MES) ziehen zu können. Dieser Vergleich ermöglicht eine Berechnung der Verbesserungen aller Effizienzindikatoren, die als Grundlage für die Ermittlung finanzieller Indikatoren wie ROI oder Amortisationsdauer dient. Im Fall einer Installation in mehreren Schritten ist es somit möglich, eine inkrementelle Studie mit mehreren Analysen nach den einzelnen Projektschritten zu erstellen. Der Zeitpunkt für die Durchführung der Post-MES-Analyse muss besonders sorgfältig gewählt werden. Bei MES-Installationen kann eine Abstimmungsphase erforderlich sein, bei der die Leistungsoptimierung nicht sofort erzielt wird, sondern der Produktivbetrieb über mehrere Wochen beobachtet werden muss. Erst dann lassen sich die Effizienzindikatoren der Fertigung erkennen. Bei der Framework-Analyse werden die KPIs in die fünf Bereiche Produktion, Wartung, Qualität, Logistik und Einrichtung bzw. Disposition unterteilt. Für jeden Bereich wird ein spezieller Fragebogen herangezogen, um die KPIs mit Werten zu füllen. Auch wenn die MES-Implementierung nicht alle Bereiche umfasst, ist eine Framework-Analyse möglich. So wird praktisch jede MES-Installation flexibel unterstützt. Der Fragebogen enthält mehrere KPIs, die vom Endbenutzer ausgefüllt werden müssen. In allen entwickelten Anwendungsfällen war die Beteiligung unterschiedlicher Führungskräfte (z.B. COO, CFO, Anlagenleiter, Qualitätsbeauftragter) in verschiedenen Phasen über mehrere Tage erforderlich. Damit war der konstante Zugriff auf reale Zahlen, die für zutreffende Resultate nötig sind, gesichert. ROI-Prognose Mit der Framework-Analyse soll letztendlich eine Methodik festgelegt werden, mit der die betrieblichen und finanziellen Vorteile, die von einer MES-Implementierung erwartet werden, beurteilt werden können. Die ROI-Prognose für MES-Installationen basiert auf der Erstellung einer Referenzdatenbank, in der KPIs aus MES-Implementierungen gesammelt werden. Aus diesen Referenzdaten wird eine Liste der zu erwartenden Vorteile gemäß der durchschnittlich erzielten Verbesserungen in ähnlichen Zusammenhängen abgeleitet. Das KPI-Modell wird dann zur Simulation der erwarteten Leistungsmerkmale auf Grundlage der ermittelten KPI-Werte herangezogen. Um eine statistisch relevante Größenordnung zu erreichen, muss eine große Menge an Informationen von vielen Unternehmen erfasst und ausgewertet werden. Da sich die Vorteile je nach Branche stark unterscheiden können, müssen verschiedene Industriezweige berücksichtigt werden. Bei der Analyse der vorhandenen Anwendungsfälle wurde nachgewiesen, dass eine Aufteilung nach Prozessindustrie, diskreter und kontinuierlicher Fertigung für eine fundierte Auswertung mit angemessener Genauigkeit ausreichend ist. Real-Time Enterprise Das Projekt Real-Time Enterprise ist mit zahlreichen strategischen Initiativen von Siemens im Bereich Manufacturing Execution Systems verknüpft. Viele der Indikatoren, die für die Rahmenstruktur zur ROI-Auswertung definiert wurden, eignen sich zur automatischen und kontinuierlichen Bewertung unter Verwendung der Simatic IT-Funktionen. Die Simatic IT Production Suite stellt Tools für die Auswertung von Produktions- und Prozess-KPIs bereit. Zusätzlich sieht die Strategie für Manufacturing Intelligence eine Komponente vor, die kontextualisierte KPIs in rollenbasierten Instrumententafeln (dashboards) über einen Web-Browser zur Verfügung stellt. Jeder Benutzer ist dann in der Lage, Anlagen und Produktionsbereiche nicht nur anhand betrieblicher Indikatoren, sondern auch anhand signifikanterer finanzieller Werte zu überwachen. Auf dieser Grundlage wird Simatic IT die Überwachung der betrieblichen Effizienz des Fertigungszyklus in Echtzeit ermöglichen.