Um eine grobe Auswahl von ERP-Systemen und ein Fachgespräch mit Anbietern zu ermöglichen, ist eine griffige Charakterisierung des Unternehmens notwendig. Als hilfreich hat sich dabei eine Zuordnung zu folgenden Merkmalen erwiesen:

  • Produkt und Produktstruktur
  • Produktionskonzept
  • Auftragsart

Softwaresysteme weisen unterschiedliche Funktionalitäten und Stärken auf, die oft auf einzelne spezifische Ausprägungen dieser Merkmale optimiert wurden. Die speziellen Anforderungen müssen frühzeitig beschrieben und erkannt werden, damit man sie als Anforderung an die Software nutzen kann.

Produktstruktur

Die meisten ERP-Systeme für produzierende Betriebe wurden entwickelt, um Materialflüsse zu unterstützen, welche auf einen Zusammenbau hinauslaufen, wie beispielsweise bei der Herstellung eines Autos. Im Gegensatz zu dieser konvergierenden Produktstruktur trifft man in der Prozessindustrie, im Recycling-Business, aber auch bei der Verarbeitung vieler Grundstoffe auf die divergierende Produktstruktur. Die anfallenden Kuppelprodukte in starren oder steuerbaren Anteilsverhältnissen müssen vom ERP-System korrekt erfasst werden.

Besonders knifflige Softwareprobleme können bei jenen Firmen entstehen, welche beide Produktstrukturen vereinigen. Beispielsweise werden aus Granulat Kunststofffolien extrudiert, welche zugeschnitten und zu Tragtaschen zusammengeschweisst werden (Grafik 1).

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Grafik 1: Produktstruktur als Unterscheidungsmerkmal

 

Produktionskonzept

Produktentwicklung, Materialbeschaffung, Produktion und allenfalls auch Auslieferung müssen so terminiert sein, dass der versprochene Lieferzeitpunkt eingehalten werden kann. Je nach Länge der zugestandenen Lieferfrist lassen sich mehr oder weniger Arbeitsschritte zwischen Bestellung und Auslieferung ausführen. Alle Aufträge, welche vor der definitiven Bestellung auszulösen sind, stellen ein gewisses unternehmerisches Risiko dar und sind aufgrund von Vorhersagen mit stochastischen Methoden zu planen, welche nicht immer vom ERP unterstützt werden. Deterministisch, also nach festgelegten Regeln planbar, sind die Aufträge im rechten Teil der Grafik 2.

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Grafik 2: Methoden zur Produktionsplanung

Die in der Grafik 2 mit «make to order» eingetragenen Aufträge lassen sich weiter spezifizieren:
∙∙ Engineer to order: keine Bevorratung
∙∙ Make to order: eventuell Rohmaterial an Lager
∙∙ Assemble to order: Kauf- und Eigenteile, eventuell Baugruppen, an Lager

Je nach Produktionskonzept sind unterschiedliche Herausforderungen und Chancen für die IT-Unterstützung gegeben:

 

Produktskonzept

It-Unterstützung

make to stock stochastische Planung der Aufträge und Lagerbestände
engineer to order Projektmanagement und Produktentwicklung unter Einblick oder Mitwirkung des Kunden
make to order und assemble to order Kunde definiert Auftrag mit Produktkonfigurator; Kunde hat Einblick in den Auftragsstatue

Auftragsart

In der Fachliteratur werden viele Merkmale und Ausprägungen für Auftragsarten unterschieden. Daraus interessieren hier diejenigen Kombinationen, welche besondere Anforderungen an die IT stellen:

 

Produktskonzept

It-Unterstützung

Einzelstück Aufwandminimierung
Wiederholauftrag Vorlagen früherer Auftragsdaten
Serienauftrag Rahmenvertrag mit Abruf, Losgrössenoptimierung
Herkunftsnachweis Rückverfolgung nach Charge oder Position Charge
Flexibler Entermin Flexibler Entermin Rückwärtsterminierung
Prozessfertigung Steuerung und Überwachung verfahrenstechnischer Prozesse mit Anbindung an Produktionseinrichtungen

Die Daten im Produktionsbereich

Nachdem man klare Aussagen zu Produkt, Produktionskonzept und Auftragsart gemacht hat, geht es im nächsten Schritt um die Betrachtung der Unternehmensdaten. Bedingt durch die industrielle Arbeitsteilung werden die jeweiligen Daten oft von verschiedenen Mitarbeitern benötigt und gepflegt. Die Grafik 3 ist angelehnt an [Schönsleben]1, eine empfehlenswerte Quelle für Logistikwissen.

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Grafik 3: Unterschiedliche Daten, je nach Sichtweise

 

Auf ein und dasselbe Objekt sind verschiedene Sichten üblich, welche in Bezug auf die mit dem Objekt verknüpften Daten die unterschiedlichen Bedürfnisse repräsentieren. Für das Gespräch mit Softwareanbietern und Beratern ist es sinnvoll, sich diese Daten und deren unterschiedlichen Einsatz zu vergegenwärtigen.

Produktionsplanung PPS

Systeme zur Produktionsplanung und -steuerung (PPS) fokussieren im Allgemeinen auf die kurzfristigen operativen und dispositiven Ebenen. Hier verfolgen PPS-Systeme verschiedene Ziele, welche wegen ihrer gegenseitigen Abhängigkeit nie alle gleichzeitig erreichbar sind.

Ziele der Produktionsplanung und -steuerung:

  • Hohe Transparenz und Auskunftsbereitschaft
  • Hohe Termintreue
  • Hohe Flexibilität und Lieferbereitschaft
  • Kurze Durchlaufzeit
  • Geringer Lager- und Werkstattbestand
  • Hohe und gleichmässige Kapazitätsauslastung

PPS ist nicht als reine Angelegenheit der Informationstechnologie zu sehen, sondern in hohem Mass als organisatorische Aufgabe. Die Produktionsplanung durchläuft nacheinander die Schritte der Produktionsprogrammplanung mit ihren unterschiedlichen Fristen, der Mengenplanung und der Termin- und Kapazitätsplanung. Es resultiert ein Fertigungsplan, der mit der Auftragsfreigabe an die Produktionssteuerung übergeben wird (siehe Grafik 4 «Funktionale Integration» nach Scheer).

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Grafik 4: Funktionale Integration nach [Scheer]

  • Der Primärbedarf umfasst verkäufliche Endprodukte, Ersatzteile und Teile, welche als Reserve an Lager gehen sollen. Die Aufgabe der Produktionsprogrammplanung ist die Ermittlung des Primärbedarfs.
  • Mit der Stücklistenauflösung wird aus dem Primärbedarf bestimmt, wie viele Bauteile, Baugruppen oder Zukaufteile zu beschaffen sind. Dies ist Aufgabe der Materialbedarfsplanung. Hier werden auch Losgrössen berechnet und – falls nicht bereits auf strategischer Ebene vorgenommen – «make or buy» festgelegt.
  • Die Kapazitätsbedarfsplanung verteilt die einzelnen Fertigungsaufträge als Funktion der Zeit auf die Maschinen und die Mitarbeiter. Mit Vorwärts- und Rückwärtsterminierung, Splitten und Überlappen sowie Bearbeiten von Pufferzeiten wird der Kapazitätsabgleich (Angebot und Bedarf) durchgeführt.
  • Die IT kann für die Material- und Kapazitätsbedarfsplanung sehr ausgefeilte Tools zur Unterstützung anbieten. Grafische Darstellungen der Kapazitätssituation unterstützen die Übersicht, simulierte Auftragseinlastungen (Einstellen von möglichen Produktionsaufträgen) helfen bei der Entscheidungsfindung. Stücklistenauflösung und Losgrössenberechnung ist heute eine Standardaufgabe des PPS-Systems. Wenig IT-Unterstützung ist bei der Programmplanung zu erwarten – hier sind Vergleichsmöglichkeiten mit dem Vorjahresabsatz oder durch rollende Planung möglich.

Funktionen der Produktionssteuerung

Mit der Auftragsfreigabe werden die ermittelten Werte aus der Produktionsplanung in der Produktionssteuerung weiter präzisiert. Prioritätsregeln für die Reihenfolgeplanung werden hier eingesetzt. Mit der Abarbeitung der Aufträge kommt die Betriebsdatenerfassung (BDE) zum Einsatz. Sie sammelt Informationen über den Auftragsfortschritt, was einen Soll-Ist-Vergleich ermöglicht. Für die Produktionssteuerung wurden zahlreiche Methoden entwickelt und auch in Informationssystemen umgesetzt. Gerade bei kleineren Unternehmen und solchen, welche nicht primär grosse Serien herstellen, ist der Einsatz dieser Methoden sehr oft nicht sinnvoll. Sie stammen mehrheitlich aus der Automobilindustrie, sind einige Jahrzehnte alt und verfolgen das primäre Ziel der maximalen Produktionsauslastung. Die Kapazitätslimite (indirekt heisst das: die Finanzen) ist bei vielen Betrieben heute nicht mehr der Engpass. Sehr oft ist heute Zeit knapper als Geld. Wie viel und welche Art von IT-Unterstützung in der Produktionsplanung und -steuerung sinnvoll ist, muss vor diesem Hintergrund sorgfältig abgewogen werden. Vielleicht lässt sich mit einer cleveren Organisations- und Prozessgestaltung mit weniger Aufwand mehr erreichen, als mit dem Einsatz einer hochkomplexen Software für die Produktionssteuerung. Die divergierenden Ziele der Produktionsplanung können nie gleichzeitig erfüllt werden. Es ist eine strategische Aufgabe, diese Ziele zu priorisieren und sich beispielsweise auf eine möglichst kurze Durchlaufzeit zu fokussieren, unter Inkaufnahme suboptimaler Lagerbestände und Maschinen, die nicht immer ausgelastet sind. Leider wird dieser Fokus sehr oft nicht gesetzt. Stattdessen wird versucht, mit einer extrem detaillierten Feinplanung alle Ziele gleichzeitig zu verfolgen. Die IT sollte auch in der Produktionsplanung die Aufgabe haben, die Mitarbeitenden zu unterstützen, indem sie Hilfe zur Orientierung und Überwachung bieten:

  • Orientierungshilfe: Innerhalb seines Verantwortungsbereiches soll jeder sinnvoll Entscheidungen treffen können. Voraussetzung sind Verantwortungsbereiche und definierte gemeinsame Ziele.
  • Überwachungshilfe: Zielerreichung und -konflikte müssen im Sinne eines Controllings aufgezeigt werden. Die Betroffenen können dann Verbesserungsmassnahmen möglichst selbst durchführen.

Solche Konstrukte setzen kompetente Mitarbeitende voraus, welche befugt sind, Entscheide zu treffen und koordinieren und kommunizieren können.

Datenaustausch zwischen CAD und ERP

Mit einfachen Zeichnungsprogrammen lassen sich zweidimensionale Darstellungen aus grafischen Grundelementen zusammenstellen. Diese einfachste Art von 2D-CAD-Systemen ist im Maschinenbau am Verschwinden, denn moderne CAD-Programme leisten heute viel mehr als nur Zeichnungen zu erstellen. Festigkeitsberechnungen, Bewegungssimulationen und Datenaufbereitung für Fertigungsmaschinen sind einige interessante Stichworte dazu.

Während einfache Zeichnungen als Files abgelegt werden können und damit auch im ERP-System referenzierbar sind, basieren leistungsfähige 3D-CAD-Systeme auf objektorientierten Datenbanken. Dabei verwenden die meisten CAD-Systeme eigene Datenformate. Zwar werden auch standardisierte Formate wie DXF, IGES oder STEP angeboten, diese schaffen es allenfalls, Geometriedaten der Konstruktionen zwischen den CAD-Systemen auszutauschen, nicht aber weiteres Entwicklungs-Know-how. Mit der Anbindung eines CAD-Systems an ein ERP ergeben sich viele Vorteile, unter anderem:

  • Redundanzen bei Teiledaten lassen sich vermeiden.
  • Die richtigen Zeichnungen sind vor Ort sofort verfügbar (am Produktionsplatz, beim Service-Aussendienst, an der Wareneingangskontrolle usw.).
  • Durchgängige Prozesse zwischen Konstruktion und Disposition werden möglich, welche z.B. im Fall von Qualitätsproblemen oder beim Produkteein- und -auslauf schnelles und richtiges Handeln ermöglichen.

Zusammenarbeit Entwicklung & Produktion Die Zusammenarbeit zwischen der Produktentwicklung und der Produktionsplanung ist oft organisatorisch und technisch anspruchsvoll. Eine mögliche Illustration der Zusammenhänge bringt die Grafik 4 der funktionalen Integration, die auch als «Scheer’sches Y» [Scheer]2 bekannt ist. Sie zeigt im linken Ast die dispositive Prozesskette, d.h. von oben nach unten die langfristige Mengenplanung bis zur Stücklistenauflösung beim konkreten Produktionsauftrag mit der anschliessenden Auftragsfreigabe. Nicht unbedingt zeitgleich läuft im rechten Ast die Planung und Konstruktion des Produktes. Grün eingezeichnet ist die Werkstattebene, wo die in der Planungsebene (rot) vorbereiteten Daten in materielle Produkte umgesetzt werden. Als mittleres Element blau dargestellt sind Daten, welche gemeinsam genutzt werden könnten. Ganz aussen ist eine Begriffsauswahl passender IT-Systeme angeführt (PPS, CAx).

Die reinen Geometriedaten sind nur im CAD-System zu bearbeiten, andere Merkmale nur im ERP. Beispiele dazu sind Dispositionsmerkmale, Beschaffungsarten oder Materialart. Stücklisten müssen in beiden Systemen vorhanden sein und sollten daher durch die Konstruktionsabteilung erstellt und vom ERP übernommen werden. Ähnlich kann dies für Arbeitspläne ablaufen. Änderungen an diesen Daten im Laufe des Produktlebenszyklus sollten aber überall verfügbar sein, auch in der Konstruktionsabteilung. Ein bidirektionaler Datentausch ist daher anzustreben. Nur in eine Richtung jedoch laufen Grafikdaten vom CAD zum ERP. Es können beispielsweise PDF erzeugt werden für Angebote, Bestellungen und dergleichen. Mindestens an der Schnittstelle zwischen Planungs- und Prozessebene müssen die Daten der dispositiven und der technischen Prozesskette gemeinsam vorliegen. Sind auch Produktdaten und sogar Planungsdaten gemeinsam nutzbar, so lassen sich Redundanzen und die damit verbundenen Fehler vermeiden. Über die beiden Systeme hinweg stellt die bidirektionale Kommunikation einige zusätzliche Probleme, wie das durchgängige Berechtigungskonzept oder die perfekte Handhabung von Versionen.

Verfahrenstechnische Prozesse

Verfahrenstechnische Anlagen sind oft als Linie konzipiert, welche kontinuierlich produzieren. Damit können viele IT-Systeme gar nichts anfangen, denn sie orientieren sich an Stückgütern, sind also auf die diskrete Produktion ausgerichtet. Mit diesen Systemen wird nur der vor- oder nachgelagerte Teil, in welchem Material als Stückgut zu- oder abgeführt wird, erfasst, die eigentliche Produktionslinie ist mehr oder weniger eine Blackbox. Das ist sehr schade, denn diese «Blackbox» ist kostenintensiv und sollte maximal ausgelastet werden. Dies wiederum im Unterschied zu vielen diskreten Produktionen, bei denen die Produktionsmittel im Vergleich zu den Personalkosten recht günstig sein können. Daher sucht man in einem ERP für diskrete Produktion vielleicht vergeblich nach Funktionen zur Bewirtschaftung der teuren Ressourcen mit produktionsabhängiger Einsatzplanung für Reinigung und Wartung.

Rückverfolgbarkeit

Seit dem 1.1.2005 ist die Rückverfolgbarkeit bei Lebensmitteln in der EU-Verordnung (EG) Nr. 178/2002 vorgeschrieben. Die daraus folgenden Aufgaben sind zugeschnitten auf die Fähigkeiten einer Business Software – sofern diese mit der entsprechend ausgerüsteten Logistik zusammenspielt. Führen Rückrufaktionen über Firmengrenzen hinweg, muss es möglich sein, mit der jeweiligen Produktauszeichnung, Chargennummer usw. eine eindeutige Identifikation zu erreichen. Diese Aufgabe wird vermehrt auch in anderen Branchen wie der Elektronikfertigung verlangt. Trotzdem ist es eine Thematik, die längst nicht mit jedem ERP-System elegant abgebildet werden kann. Gerade in diesem Bereich zeigt sich, wie eng die IT und die betrieblichen Prozesse miteinander verknüpft sind. Was im Prozess nicht gelebt wird, kann die beste IT nicht mehr korrigieren. Rückverfolgbarkeit auf manuelle Abläufe aufzusetzen bedeutet, dass laufend mit einer grossen Menge von Formularen viele Grafik 5: Ist-Prozessdaten, kombiniert mit den ERP-Daten, führen zur rückverfolgbaren Dokumentation Arbeitsschritte zu dokumentieren sind. Speziell in Produktionsumgebungen ist es effizienter, die Daten direkt aus der Anlagensteuerung (SPS, Speicherprogrammierbare Steuerung) an das ERP zu liefern. Der höhere Automationsgrad bringt in der Regel auch einen Gewinn an Datenqualität. Das ERP-System übernimmt eine übergeordnete Rolle und kommuniziert mit einer darunter liegenden Steuerungsschicht oder sogar direkt mit Sensorik und Aktorik der Produktionsanlage. Grundsätzlich ist diese Aufgabenteilung mit vielen ERPSystemen denkbar. Sofern die Schnittstellen zu den vorhandenen SPS-Systemen aber nicht bereits vorliegen, kann deren kundenspezifische Entwicklung unglaublich kostenintensiv werden (Grafik 5).

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Grafik 5: Ist-Prozessdaten, kombiniert mit den ERP-Daten, führen zur rückverfolgbaren Dokumentation

Umgekehrt sind spezifisch ausgerichtete ERPSysteme bekannt, welche es erlauben, aus einer eigentlichen Schnittstellenbibliothek die passenden Geräte auszuwählen, und die darüber hinaus auch Aufgaben der SPS übernehmen können. Diese funktionale Integration ist interessant, denn sie betrifft nicht nur die Initialinvestitionen, sondern vermeidet Kostenschübe für die Schnittstellenentwicklung bei jeder Anpassung der Produktionsanlage.

Rezepturen

Die Möglichkeiten, die das ERP-System in Bezug auf Rezepturen aufweist, sind bei Bedarf sorgfältig auszuloten, speziell bei kundenorientierter Produktion oder intensiver Entwicklungsaktivität.
Wird ein ausschliesslich auf Stücklisten basierendes ERP-System eingesetzt, so fällt dem spezialisierten Programm für die Rezepturverwaltung eine Schnittstellenfunktion zur Produktionsanlage und zur Produktentwicklung zu. Um Datenredundanzen und teure Schnittstellen zu vermeiden, empfiehlt sich eine Integration der Funktionen in ein einziges, umfassendes ERP-System, solange die Abstriche gegenüber einer Sammlung spezialisierter Software («best of breed») tragbar sind.

Validierung

Eine Validierung als dokumentierte Beweisführung wird speziell in der Chemie- und Pharma-Branche gefordert. Die GxP-Richtlinien werden dazu von vielen Unternehmen als verbindliches Regelwerk zugrunde gelegt. Im Zusammenhang mit ERP-Systemen, Prozess-Steuerungen, Laborsystemen (LIMS) usw. ist insbesondere die «Good Automated Manufacturing Practice (GAMP)» zu beachten. Dieses umfangreiche Regelwerk ist zwar nicht gesetzlich bindend, wird aber von Auftraggebern den Lieferanten auferlegt. Aktuell wird GAMP 5 verwendet für die Validierung computergestützter Systeme. Hier ist grosse Vorsicht geboten bei der Auswahl des ERP-Systems. Die nachträgliche Validierung eines ERP-Systems kann ähnliche Kosten verursachen wie das ERP-System selbst. Sinnvollerweise erfolgt die Validierung bereits während der Softwareentwicklung, beispielsweise nach dem deutschen Vorgehens-Modell (V-Modell), welches eine feste Folge von Arbeitsschritten mit einer Entwicklungs- und einer Testphase vorsieht (Grafik 6).

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Grafik 6: Beim V-Modell steht jedem Entwicklungsschritt ein Test gegenüber

Das Prozedere der Validierung ist in dieser Art in anderen Branchen nicht bekannt. Für die Softwareauswahl sind daher gerade in diesem Bereich Referenzen unverzichtbar.

Artikelmenge

Spezifisch für die Pharmabranche ist die «Artikel-Explosion», d.h. die grosse Anzahl von Endartikeln, welche durch die verschiedensten Packungsgrössen, (sprachlichen) Auszeichnungen, Dosierungen usw. entsteht. In Bezug auf die Planung und Rückverfolgung muss das ERP geprüft werden, ob es diese Besonderheit in übersichtlicher Form handhaben kann. Die Betonung liegt dabei auf der Übersicht: Lineare Listen mit mehreren tausend Einträgen sind kaum ökonomisch brauchbare Arbeitsinstrumente.

Weitere Spezialitäten

Je nach Unternehmen müssen natürlich nicht alle angeführten Spezialitäten von der IT unterstützt werden, eventuell sind aber auch noch weitere Ausprägungen für Chargen, Gebinde, Mischungen, Gefahrstoffe usw. notwendig. Die echten Bedürfnisse sind herauszuarbeiten, damit das (neue) ERP-System die Mitarbeiter und Prozesse nachhaltig unterstützen wird.

Dr. Marcel Siegenthaler

Dr. Marcel Siegenthaler ist Partner der schmid + siegenthaler consulting gmbh und unterstützt Unternehmen bei der Evaluation und Einführung von Business Software. Er leitet das Consulting Team von schmid + siegenthaler.