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21.06.1991 - 

Großprojekt mit Oracle und 4GL "Ally"

Dialogfähigkeit macht Unix für Lagerverwaltung geeignet

Das Lager eines der weltgrößten Herstellers von Buchbindemaschinen, in dem täglich mehr als 3000 Bewegungen stattfinden, wird mit einem Unix-System, einer relationalen Datenbank und einem komplexen Werkzeug der vierten Generation verwaltet. Frank Sterkmann* schildert, wie das Projekt Lager 2000 bei der Firma Kolbus in Rhaden Wirklichkeit wurde.

Aus dem wissenschaftlich-technischen Bereich dringt das Betriebssystem Unix immer weiter in kommerzielle Gefilde vor. Dabei wird deutlich, daß das AT&T-Betriebssystem aufgrund einfacher Portierbarkeit und hoher Leistung in vielen Punkten besser geeignet ist als andere Systeme.

Ein Beispiel für die Verdrängung anderer Betriebssysteme zugunsten von Unix ist die Lagerverwaltung. Hier fällt die Wahl immer häufiger auf Unix, seitdem wieder verstärkt auf halbautomatische Läger gesetzt wird, die eine Verbindung von Mensch und Maschine in den Mittelpunkt rücken. Die Dialogfähigkeit des Betriebssystems ist für diese Art von Lagerverwaltungs- und -steuerungssystemen von großem Vorteil.

Wie mit Unix eine Lösung für ein Fertigungs- und Kaufteilelager im Maschinenbau aussehen kann, zeigt das Projekt Lager 2000 bei der Firma Kolbus im westfälischen Rahden. Alle Lagerbereiche - dazu zählen Kleinteile-, Paletten- sowie das Flach- und Sonderlager - sind informationstechnisch in einem zentralen Lager integriert. Sie werden von einem neu entwickelten Softwarepaket verwaltet und gesteuert, das direkt mit dem PPS-System gekoppelt ist.

Hohe Verfügbarkeit im 24-Stunden-Betrieb

Entwickelt wurde die neuartige Softwarekonzeption von der GFT Gesellschaft für Technologietransfer mbH, die ihren Sitz in St. Georgen im Schwarzwald hat. Wegen leichter Portierbarkeit der Anwendungen und Herstellerunabhängigkeit im Hardwarebereich entschied sich das Unternehmen für eine Unix-Lösung. Das Betriebssystem erfüllte die im Pflichtenheft geforderten Leistungsmerkmale wie etwa eine hohe Verfügbarkeit im 24-Stunden-Betrieb, den Multiuser-Betrieb sowie überdurchschnittliche Transaktionsraten.

Außerdem sollten das relationale Datenbanksystem Oracle sowie Ally, ein Entwicklungswerkzeug der vierten Generation, zum Einsatz kommen. Mit Hilfe dieser 4GL-Tools wurde eine moderne Benutzeroberfläche erstellt. Dabei fanden Ally-Oberflächenfunktionen wie Forms zur Darstellung einzelner Datensätze, Subforms für Windows oder Formreports zur Darstellung gemischter Strukturen Verwendung. Die Schnittstellen zum Datenaustausch mit dem Produktionsplanungs- und - steuerungssystem (PPS) sowie mit Subsystemen wurden in der Programmiersprache C, entwickelt und in Ally eingebunden.

Für die Pflege, Weiterentwicklung und Anpassung des Systems ist Ally geeignet, weil Anpassungen an neue oder veränderte Datenstrukturen schnell und wirtschaftlich durchgeführt werden können. Durch die Verwendung von Standards wurde auf diese Weise eine systemunabhängige Lösung für den Bereich der Lagerverwaltung entwickelt.

Kolbus ist mit 1700 Mitarbeitern und einem Jahresumsatz von 270 Millionen Mark eines der weltweit größten Unternehmen, die sich auf die Produktion von Buchbindemaschinen spezialisiert haben. Bei der Konzeption des neuen Zentrallagers ließ sich das Unternehmen von der Gesellschaft für Organisationsplanung mbH beraten. So war von Beginn an gewährleistet, daß das Projekt nicht nur den Anforderungen des Maschinenbau-Spezialisten gerecht wurde, sondern auch die Bedürfnisse anderer Bereiche berücksichtigte.

Neben dem weltweiten Ersatzteilbedarf lagern die Westfalen etwa 44 000 verschiedene Teile für die Montage der komplexen Buchbindemaschinen; im Schnitt sind täglich 3000 Bewegungen erforderlich. Eine so extrem hohe Bewegungsfrequenz kann nur ein Lager erreichen, das nach dem Prinzip "Mann zur Ware" funktioniert und die Auslagerungszeiten durch ein steuerndes Lagerverwaltungssystem optimiert.

Durch das Lagerverwaltungs- und Steuerungssystem unseres Projekts werden bei guter Raumausnutzung geringe Auslagerungszeiten erreicht. Eine umfangreiche Ist-Analyse, bei der alle 44 000 Teile gesichtet und hinsichtlich Durchsatz, Dispositionsvolumen und Abmessungen klassifiziert wurden, hatte eine Optimierung der Zuordnungen zu den jeweiligen Ladehilfsmitteln zur Folge. Im Kleinteilelager ist eine Lagerplatzbelegung mit bis zu vier Positionen je Ladeeinheit und bis zu neun Ladeeinheiten je Lagerplatz möglich.

Das Lagerverwaltungs-System (LVS) vergibt die Lagerplätze und weist -je nachdem, ob es sich um eine Zu- oder Neueinlagerung handelt - Transportbeziehungsweise Ladehilfsmittel zu. Eine im LVS enthaltene automatische Lagerbereinigungs-Pflege stellt sicher, daß stets eine optimale Raumausnutzung aufrechterhalten bleibt.

Um die Mitarbeiter, die mit Ein- und Auslagerungen befaßt sind, in den Gassen zu führen, wurden alle Lagerfahrzeuge mit Bordcomputern ausgerüstet, die mit Hilfe von Infrarot-Datenübertragung mit dem LVS verbunden sind. Über diese Computer erhalten die Mitarbeiter zum Beispiel genaue Anweisungen über die nächsten Aktionen. Veränderungen im Bestand werden im Bordcomputer sofort erfaßt und an das LVS weitergeleitet.

Alle Terminals zeigen den aktuellen Stand

Der Datenerfassungs-Aufwand ist dabei gering, denn alle Ladehilfsmittel, Transportmittel, Lagerplätze und Belege sind mit Barcodes versehen, die die Scannerpistolen lesen können, mit denen sämtliche Lagerfahrzeuge und LVS-Terminals aller Funktionsbereiche ausgerüstet sind. Dadurch erfolgt eine komplette Überwachung des Materialflusses in sämtlichen Funktionsbereichen des Lagers.

Das LVS ist direkt mit dem PPS-System gekoppelt, das auf einem Unisys-Rechner S80/20 läuft. Die Verbindung aller Rechner untereinander wurde so realisiert, daß die Lager-relevanten Daten vom PPS zum Lagerverwaltungs-System und von dort wieder ins PPS-System zurückgemeldet werden. So ist gewährleistet, daß alle Terminals stets die aktuellen Lagerbestände und Bewegungsmeldungen zeigen.

Die Auslagerungsaufträge werden vom PPS zum Zeitpunkt des Entstehens im voraus an die Lagerverwaltung überspielt, so daß im Lager für die Bearbeitung genügend Zeit vorhanden ist. Aus den vom PPS übermittelten Daten erstellt der Lagerverwaltungsrechner eine Wochenplanung, aus der Über- oder Unterkapazitäten erkennbar sind. Das Lager kann daher relativ kurzfristig mit dem jeweils wirtschaftlichsten Schichtbetrieb auf unterschiedliche Auslastungen reagieren.

Damit das Lagerverwaltungs- und Steuerungssystem die optimale Leistungsfähigkeit erreichen konnte, mußte ein hoher Aufwand an DV-Technik betrieben werden. Die Algorithmen waren derart komplex, daß zu Beginn teilweise Antwortzeiten von bis zu 30 Minuten entstanden. Inzwischen werden Antwortzeiten im Sekundenbereich garantiert, obwohl Unix System V ein Betriebssystem ist, das bei starker Belastung kritische Antwortzeiten liefert, und obwohl mit Oracle ein relationales Datenbanksystem zum Einsatz kommt. Sowohl bei der Konzeption als auch bei der Realisierung von Lager 2000 und später auch beim System-Tuning wurde auf die notwendigen Maßnahmen der Datenmodellierung geachtet. Da eine relationale Datenbank wie Oracle ein Input-Output-intensives System ist, müssen für eine optimale Performance mindestens 90 Prozent aller I/Os logisch im Hauptspeicher durchgeführt werden und nur zehn Prozent greifen physikalisch auf die Festplatte zu.

Das System benutzt darüber hinaus aus Performance-Gründen nicht den Unix-Cache oder das Unix-Filesystem, sondern umgeht diese Schwächen des Betriebssystems, indem es selbst die Verwaltung des Haupt- und Festplattenspeichers übernimmt. Dadurch garantiert Oracle unter Unix eine ebenso hohe Datenintegrität und Sicherheit wie unter sicherheitsorientierten Mainframe-Betriebssystemen.

Der Einsatz einer relationalen Datenbank unter Unix setzt allerdings auch bei Lager 2000 eine leistungsfähige Hardware voraus, wenn Anwendungstransaktionen bearbeitet werden sollen. Das heißt, ein großer Hauptspeicher, eine ausreichende CPU-Leistung, ein schnelles Peripherie-Bus-System sowie mehrere Festplatten mit kurzen Zugriffszeiten waren notwendig.

Um vor den Folgen eines längeren Systemausfalls geschätzt zu sein, forderte Kolbus eine minimale Systemverfügbarkeit von 98 Prozent, was einer maximalen Ausfalldauer von 30 Minuten pro Woche im Drei-Schicht-Betrieb entspricht. Ausgewählt wurde ein Doppel-Rechnerkonzept mit "Hot-Standby", bestehend aus einer Unisys 6000/70 mit 32 MB Hauptspeicher und vier 386er Prozessoren als Master-Server sowie einer Unisys 6000/70 mit 16 MB Hauptspeicher als Slave-Server.

Für die Absicherung des aktuellen Datenbestands wird das Verfahren der Systemsoftwaregestützten Datenspiegelung eingesetzt, bei dem der kritische Datenbestand gleichzeitig auf zwei unabhängige Festplatten geschrieben wird. Beide Server-Festplatten sind nach dem Spiegeln der Daten sofort einsatzfähig und im Prinzip austauschbar.

Bei einem Ausfall des Master-Rechners übernimmt der Slave-Rechner sofort die Steuerung. Dabei kann im Störungsfall toleriert werden, daß der Standby-Rechner nur über eine 50 Prozent geringere Leistungsfähigkeit verfügt. Die Datenveränderungen werden durch After-Image-Journaling protokolliert. Ein Magnetband mit 2 GB Kapazität, das im Slave-Rechner eingebaut ist, führt Backups durch und speichert die Daten des After-Image-Journaling ab.

Bei Netzwerkausfällen garantiert die Zwischenpufferung der Daten bei Transaktionen zwischen den Softwaremodulen verschiedener Rechner Datenkonsistenz und einen problemlosen Wiederanlauf des Netzwerks. Bei einem Ausfall des PPS-Systems oder der Übertragung werden die Daten im LVS gepuffert. Sobald der Datenaustausch zwischen den Systemen wieder funktioniert, erfolgt die Übertragung der gepufferten Daten automatisch an das PPS.

So ist es möglich, statt einer Online-Verbindung auch eine Datenübertragung über Modem oder Wahlleitung zu benutzen, die nur zeitweise zur Verfügung steht. Als leistungsfähige Online-Koppelung unterstützt Lager 2000 derzeit Ethernet mit den Protokollen IEEE 802.3 und TCP/IP oder Decnet. Die Daten werden beim Einsatz von Oracle oder DB2 mit SQL-Net direkt von Datenbank zu Datenbank, ansonsten mittels Filetransfer übertragen.

Das Lager ist so konzipiert, daß es in den nächsten fünf Jahren eine Steigerung des Bewegungsvolumens um etwa 20 Prozent und ein zirka zehn Prozent höheres Teilespektrum bewältigen kann. In Kürze soll neben den Bereichen Kleinteile-, Paletten-, Flach- und Sonderlager auch noch ein Sägezentrum für Stangenmaterial in das Logistikkonzept integriert werden.