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19.05.2000 - 

Warum ein Standard-PPS-System für die Deutz AG nicht ausreichte

Schlanke Produktion erfordert eine individuelle Steuerung

19.05.2000
Standardsoftware eignet sich für Standardprozesse; bei individuellen Anforderungen erreicht sie schnell ihre Grenzen. Welche Konsequenzen diese Tatsache für den Aufbau einer vollautomatisierten Fabrik hat, beschreibt Michael Mey* am Beispiel der Kölner Deutz AG.

Für die Produktion neuer öl- und wassergekühlter Motorbaureihen errichtete die Deutz AG Anfang der 90er Jahre unter dem Projektnamen "Neue Fabrik" ein Montagewerk am Standort Köln-Porz. Dort werden Dieselaggregate mit weitgehend automatisierter Montage hergestellt. Das breite Leistungs- und Einsatzspektrum bedingt durch eine hohe Anzahl von unterschiedlichen Motorvarianten. Die Aufgabe der Neuen Fabrik besteht in der Produktion hochvarianter Baureihen zu den Bedingungen einer homogenen Serienfertigung, also zu niedrigen Kosten bei gleichzeitig hohem Ausstoß.

Die ehrgeizigen Ziele lauteten:

-Fabrikkapazität von 130000 bis 150000 Motoren pro Jahr,

-Möglichkeit, jeden Tag 2500 Motorvarianten zu bauen,

-Fertigung mit maximal 540 Arbeitern und Angestellten,

-interne Lagerkapazitäten für maximal vier Produktionsstunden,

-Anlagennutzung an 99 Stunden pro Woche,

-Durchlaufzeit unter drei Wochen vom Kundenauftrag bis zur Lieferung und

-Produktionszeit von durchschnittlich 14 Stunden pro Motor.

Mit einer Investitionssumme von 300 Millionen Mark stellte das neue Werk die bedeutendste Investition des Konzerns in den 90er Jahren dar. Der Erfolg der Neuen Fabrik hatte für Deutz deshalb elementare Bedeutung.

Die rationelle Produktion derartig vieler Varianten - zudem noch in beliebiger Reihenfolge und Losgröße - ist nur mit weitgehend automatisierten Logistik- und Steuerungssystemen sowie hochflexiblen Fertigungsmethoden möglich. Vor diesem Hintergrund entwickelte Deutz eine Reihe schlagkräftiger Konzepte, die die Fabrik damals wie heute zu einer der modernsten Europas machten - zumal die informationstechnische Implementierung inzwischen dem aktuellen Stand der Technik angepasst wurde.

Grundlage der Neuen Fabrik ist das Prinzip der "schlanken Produktion" inklusive Just-in-Time-Logistik, Gruppenarbeit, Qualitätszirkeln und flachen Hierarchien. Das logistische System des Montagewerks ermöglicht äußerst geringe Lagerbestände: Nur die Teile für die nächsten vier Produktionsstunden befinden sich in der Fabrik. Ein Lkw-Pendelverkehr versorgt das Werk von einem Zentrallager aus mit dem benötigten Material. Be- und Entladung der mit speziellen Rollenband-Aufliegern ausgerüsteten Laster erfolgen automatisch. Innerhalb der Fabrik bewegt sich sämtliches Material - mit der Ausnahme von Kleinteilen - automatisch.

Führerlose, induktiv gesteuerte Gabelstapler transportieren Material und Motoren just in time an den Einsatzort. Infolge des geringen Teilebestands und der kurzen Transportwege ist der Platzbedarf so gering, dass eine 22 000 Quadratmeter große Halle für die Fertigung ausreicht.

Der Zusammenbau der Motoren findet auf robotergestützten Montagelinien und Einzelarbeitsplätzen statt. Dort stehen Systeme zur Verfügung, über die alle Montageinformationen zu dem jeweiligen Motor verfügbar sind. Auf diesen Anlagen ist jede Motorvariante zu jedem Zeitpunkt ohne Umrüstmaßnahmen baubar.

Die komplexen Aufgaben erforderten den Einsatz eines leistungsfähigen Produktionsplanungs- und Steuerungssystems(PPS). Eine Analyse der am Markt verfügbaren Standardprodukte ergab, dass für die reinen Planungsaufgaben wie Bedarfsplanung, Durchlaufterminierung, Kapazitätsplanung oder Auftragsfreigabe mit Schnittstellen zu Vertrieb, Beschaffung und Lagerhaltung durchaus geeignete Systeme zur Verfügung standen. Doch für die Steuerung der Produktionsabläufe und Produktionsanlagen gab es keine befriedigende Lösung von der Stange. Ebenso wenig fand sich ein performantes System für die Steuerung der Logistik innerhalb der Fabrik beziehungsweise zwischen Zentrallager und Werk.

Deshalb entschied sich Deutz dafür, ein eigenes, für die Neue Fabrik maßgeschneidertes PPS-System zu erstellen. Das System, dessen Fertigstellung 21 Monate in Anspruch nahm, setzt sich aus Standardkomponenten, individuellen Anpassungen und eigenentwickelten Teilen zusammen. Die planerischen Funktionen bis zur Fertigungsauftrags-Freigabe wurden mit der SAP-Software R/2 realisiert, da Deutz mit diesem System bereits jahrelang Erfahrungen gesammelt hatte. Der automatisierte Steuerungsteil des PPS-Systems hingegen musste von Grund auf neu entwickelt werden. Konzeption, Codierung und Implementierung dieser Steuerung vergab das Unternehmen an den IT-Dienstleister EDS.

Mit der Individualentwicklung konnten die Fabrikplaner ihre Konzepte umsetzen, die wie folgt aussehen: Die Fertigungsanlagen und Fördersysteme arbeiten automatisch und erhalten ihre Auftragsinformationen online von der Produktionssteuerung. Alle fertigungsrelevanten Daten und Zustände werden von den Anlagen an die Produktionssteuerung zurückgemeldet. Die Kommunikation erfolgt über die Protokolle TCP/IP und OSI/Sinec-AP - eine Vorgabe, die kein Standardsystem erfüllen konnte.

Abweichend von Standard-PPS-Konzepten wird der Auftragsfluss innerhalb der Fabrik nicht zentral geplant. Vielmehr orientiert er sich an der Verfügbarkeit der einzelnen Anlagen. Sobald eine von ihnen freie Kapazität hat, fordert sie einen Auftrag bei der Produktionssteuerung an. Diese verwaltet für jede Anlage einen Auftragspuffer. Daraus wählt sie den passenden Produktionsauftrag und schickt ihn mit den notwendigen Informationen an die Anlage. Sobald sie ihn abgearbeitet hat, sendet sie ihn an die Produktionssteuerung zurück, damit er in den Auftragspuffer der nachfolgenden Anlage eingereiht werden kann, von wo er wieder abrufbar ist.

Die geringe Lagerkapazität lässt keine Vorratshaltung zu. Das Logistiksystem muss daher sicherstellen, dass an allen Arbeitsplätzen das jeweils nötige Material bereitsteht und alle nicht gebrauchten Teile und Behälter sofort abtransportiert werden. Disposition und Bestandsführung der Materialien innerhalb der Fabrik sowie zwischen Fabrik und Zentrallager wurden ebenfalls in die individuell entwickelte Produktionssteuerung integriert.

Ein zentraler Leitstand überwacht die Motormontage von der Auftragsfreigabe bis zum Versand. Über spezielle Schnittstellen kann er online die Fertigungsabläufe optimieren. Zudem stellt er die Teileverfügbarkeit sicher, disponiert nach, erkennt Störungen und sorgt für deren Beseitigung.

Das PPS-System der Neuen Fabrik ist hierarchisch über drei Rechnerebenen gegliedert. Die R/2-Module befinden sich auf einem MVS-Host. Die Produktionssteuerung läuft auf einer ausfallsicheren Unix-Plattform. Und auf der dritten Ebene arbeiten die einzelnen Anlagensteuerungen, zumeist speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) und PCs.

Seit ihrem Redesign vor etwa zwei Jahren besteht die Produktionssteuerung in einem modularen, objektorientiert entworfenen Softwaresystem, das aus Gründen der besseren Portabilität von C nach C++ übertragen wurde. Die Funktionalität blieb dabei genau so erhalten wie die Schnittstellen zu den von Fremdanbietern stammenden Steuerungssystemen.

Eine relationale Datenbank verbindet die einzelnen Module, die den Produktionsablauf überwachen und steuern. Mit der Produktionssteuerung kommunizieren mehr als 400 Clients innerhalb und außerhalb der Neuen Fabrik.

Ein auf Windows basierendes Visualisierungs- und Steuerungssystem stellt die für die Montage eines Motors notwendigen Informationen, Arbeitsanweisungen, Zeichnungen und Bilder auf den PC-Clients am Montageplatz zur Verfügung. Damit erhält der Monteur die erforderlichen Informationen, und darüber kann er Material für den Arbeitsplatz disponieren, Qualitätskontrollen vornehmen sowie die Arbeitsfortschritte an Produktionssteuerung, Bereichsrechner und Anlagensteuerungen zurückmelden.

Betreut werden die Produktionssteuerung und die dafür notwendige Hardware von einem Team aus Systemspezialisten und Softwareentwicklern. Sie nutzen heute ein Java- und HTML-basierendes Mess- und Analysesystem, um das System zu überwachen. Last, but not least wird der Zustand aller Anlagen und Steuerungen in der Fabrik von einem zentralen Prozessvisualisierungs-System überwacht.

Eigenentwicklung erwies sich als hilfreichDie neue Produktionssteuerung ist geprägt durch:

-hohe Verfügbarkeit (99,7 Prozent) aller Komponenten (Programme, Betriebssystem und Rechnerplattform),

-überdurchschnittlich gute Reaktionszeiten des Systems und der Benutzer-Schnittstellen,

-große Nutzerakzeptanz dank ergonomischer Schnittstellen,

-Investitionssicherheit durch kontinuierliche Anpassung an Industriestandards wie TCP/IP, C++ etc.,

-aus offenen Schnittstellen erwachsende Flexibilität bei Ablaufänderungen und bei der Einbindung neuer Anlagen sowie

-schnelle und kostengünstige Erweiterbarkeit aufgrund des objektorientierten Designs und einer großen Anzahl wiederverwendbarer Basismodule.

Wer in der Produktionswelt tätig ist, weiß, dass sich Änderungen in den Montageabläufen fast immer auf das Steuerungssystem auswirken. Gerade in puncto Flexibilität und Änderungsgeschwindigkeit hat sich die Entscheidung für eine Eigenentwicklung als hilfreich erwiesen. Auch heute gibt es noch kein Standard-PPS am Markt, mit dem sich der hohe Automatisierungsgrad und das flexible Produktionsprinzip der Neuen Fabrik abbilden ließen.

* Michael May ist Leiter der Softwareentwicklung im Key-Account-Bereich Deutz AG der EDS GbmH in Rüsselsheim.

IT-STRATEGIE DER DEUTZ AGDie Deutz AG, Köln, ist mit einem Jahresumsatz von drei Milliarden Mark einer der weltweit größten unabhängigen Motorenhersteller. 1864 vom Erfinder des Viertaktmotors, Nikolaus August Otto, als erste Motorenfabrik der Welt gegründet, bietet der Konzern heute eine breite Palette an Diesel- und Gasmotoren im Leistungsbereich von vier bis 7400 Kilowatt an. Deutz-Motoren werden unter anderem in Baumaschinen, Lastkraftwagen, Traktoren, Aggregaten und Schiffen eingesetzt. Zu den Kunden zählen Unternehmen wie Volvo, Atlas Copco, Renault, Same, O & K, Ingersoll Rand, Wirtgen, Fendt, Melroe und Liebherr.

Im Rahmen langjähriger Outsourcing-Verträge hat Deutz 1990 große Teile der konzernweiten DV an den IT-Dienstleister EDS übergeben. Neben der Produktionssteuerung betreibt er auch die für das SAP-System nötigen Großrechner in seinen europäischen Rechenzentren. Große Teile des Firmennetzes sowie der komplette Desktop-Bereich werden ebenfalls von EDS betreut. Die strategischen Bereiche, beispielsweise SAP-Betriebsführung und -Programmierung oder Betreuung der Systeme und Anlagen innerhalb der Werke, verblieben hingegen in der Verantwortung der Deutz AG.