Produktionssysteme

Flexible Informationsflüsse

PDM/ERP-Integration optimiert das Zusammenspiel von Produktionssystemen
Produktionssysteme durch integrierte IT-Strukturen und dezentrale Produktionssteuerung- und -planung wandlungsfähiger zu machen, ist das Ziel des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten WInD-Projektes. Realisiert wird es vom Forschungsinstitut für Rationalisierung (FIR) der RWTH Aachen zusammen mit Partnern aus Verbänden und der Industrie. Prozessorientierte Standardschnittstellen zwischen den beteiligten IT-Systemen sollen dabei die unternehmensinternen und -übergreifenden Informationsflüsse verbessern.

Die deutschen Maschinen- und Anlagenbauer stehen vor der Herausforderung, eine Vielzahl von unterschiedlichen Produkten in kundenindividuellen Ausprägungen entwickeln und fertigen zu müssen. Kurze Lieferzeiten und hohe Termintreue sind wesentliche Faktoren für ihren Erfolg im internationalen Geschäft. Die unvorhersehbaren Schwankungen der Kundennachfrage bei relativ vielen Aufträgen mit kleinen Losgrößen und kurzen Durchlaufzeiten erfordern eine flexible Auftragsabwicklung, insbesondere wenn – was bei vielen Maschinen- und Anlagenbauern heute der Fall ist – externe Lieferanten in den Prozess eingebunden sind.

Prozessorientierte Standardschnittstellen schaffen

Die Koordinationsfähigkeit dieser Produktionsnetzwerke durch eine differenziertere Auftragsabwicklung auf der Basis von integrierten unternehmensinternen- und -übergreifenden Informationsflüssen zu verbessern, ist das Ziel des WInD-Projektes. Keine leichte Aufgabe, denn die auftrags- und fertigungsrelevanten Informationen verteilen sich in den Unternehmen über eine Vielzahl unterschiedlicher Datentöpfe. In der Praxis bedeutet das, dass den Anwender nie alle für die Planung erforderlichen Daten zur Verfügung stehen oder dass diese Daten nicht auf dem aktuellen Stand sind. Voraussetzung für eine differenziertere Planungs- und Steuerungslogik, die nicht mehr auf ungenauen Annahmen (etwa den im ERP-System hinterlegten Wiederbeschaffungszeiten) basiert, sind jedoch eindeutige und in Echtzeit verfügbare Auftragsdaten aller beteiligten Unternehmen. Ein wichtiges Teilziel des Verbundprojektes ist deshalb die Schaffung prozessorientierter Standardschnittstellen, sowohl zwischen den ERP-Systemen von Auftraggeber und Lieferanten, als auch zwischen ERP- und PDM- beziehungsweise zwischen ERP- und MES-Systemen innerhalb der Unternehmen.

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Ein kleines Beispiel verdeutlicht, warum die horizontale und vertikale Integration gleichermaßen wichtig sind: Wenn der Lieferant einer bestimmten Komponente eine Änderung vornimmt, reicht es nicht aus, diese Änderung an das ERP-System des Auftraggebers zu übertragen. Sie muss zusammen mit den entsprechenden Unterlagen (Zeichnungen, Spezifikation etc.) auch den Entwicklern des Auftraggebers zur Verfügung gestellt werden, damit diese prüfen können, ob sie das neue Zulieferteil in allen Baugruppen, in denen das bisherige Teil verbaut ist, weiter verwenden können. Es muss mit anderen Worten ein Änderungsvorgang im PDM-System ausgelöst werden.

Konfigurierbarer Schnittstellen-Baukasten

Ein gemeinsames Verständnis für die unterschiedlichen Prozessanforderungen der Anwender in Entwicklung und Fertigung zu schaffen, ist eine notwendige Voraussetzung für die Standardisierung bestimmter Schnittstellenfunktionen. Im Rahmen von mehreren Workshops haben die beteiligten Konsortialpartner zunächst einmal die Datenflüsse analysiert, die zwischen beiden Systemwelten synchronisiert werden sollten. Wobei die Informationen kontrolliert redundant im jeweils anderen System gespeichert oder aber zur Laufzeit über entsprechende Abfragen dynamisch bereit gestellt werden können.

Bei der Standardisierung der PDM/ERP-Schnittstelle geht es nicht darum, den kleinsten gemeinsamen Nenner zu definieren, sondern eine maximale Vielfalt möglicher Schnittstellen-Funktionen bereitzustellen: Einen Baukasten von Funktionsmodulen, die entsprechend den spezifischen Anforderungen der Unternehmen und unter Berücksichtigung der Möglichkeiten der eingesetzten ERP- und PDM-Systeme zusammengestellt werden können. Geplant ist die Konfiguration von verschiedenen Referenzlösungen, die als „Best Practices“ für bestimmte Branchen oder Fertigungsarten (etwa Einzelfertigung) konzipiert sind.

Was die Standardisierungsbemühungen so anspruchsvoll macht, sind die wachsenden Anforderungen an die inhaltliche Qualität und Aktualität der bereitgestellten Informationen. Es geht nicht mehr nur darum, Materialstammdaten zwischen beiden Systemwelten auszutauschen, sondern um den frühzeitigen Abgleich von Stücklisten, Varianten-Modellen oder Projektdaten. Vor allem aber geht es um die Frage, wie Änderungen an diesen Informationen systemübergreifend kommuniziert und verarbeitet werden sollen.

Änderungen – ein heißes Eisen

Neu entwickelte Teile beziehungsweise Artikel legen die Entwickler heute in der Regel im PDM-System an, um sie ab einem bestimmten Reifegrad an das ERP-System zu übertragen, wo sie um die kaufmännischen und logistischen Informationen ergänzt werden. Zukaufteile von Lieferanten werden hingegen meist zunächst im ERP-System anlegt und müssen an das PDM-System übertragen werden, damit die Entwickler diese Artikel in neu entwickelten Baugruppen verwenden können. Das heißt mit anderen Worten, dass die zu definierende Standard-Schnittstelle von Anfang an für die bidirektionale Kommunikation ausgelegt sein muss.

Mit zunehmender Verbreitung von 3D-CAD-Systemen in der Konstruktion sind viele Unternehmen dazu übergegangen, auch die Stücklisten – zumindest als Konstruktionsstückliste – im PDM-System anzulegen und erst dann an das ERP-System zu übertragen, wo sie dann in eine oft werkspezifische Fertigungsstückliste umgewandelt werden. Die Übersetzung der Konstruktions- in die Fertigungsstückliste ist gerade mit Blick auf spätere Änderungen eine Herausforderung, auf die jedes Unternehmen eine etwas andere Antwort findet. Manche behalten die Konstruktionsstückliste im ERP-System als Basisstückliste bei, andere entkoppeln beide Stücklisten nach der erstmaligen Übertragung, so dass sie bei Änderungen nur noch manuell synchronisiert werden können. Infolgedessen muss die Schnittstelle unterschiedliche Änderungsszenarien unterstützen, beispielsweise dadurch dass im ERP-System bestimmte Mechanismen des Änderungsmanagements automatisch angestoßen werden.

Ein wichtiges Thema beim systemübergreifenden Änderungsmanagement ist die Gültigkeitssteuerung, das heißt die Festlegung, ab wann ein geänderter Artikel in die Produktion einlaufen soll. Sofern das ERP-System die Möglichkeit bietet, den Ein- beziehungsweise Auslauf eines Artikels zu steuern, lässt sich dieser Mechanismus bei der erneuten Freigabe eines Artikels im PDM-System antriggern. Auch dafür sind unterschiedliche Schnittstellen-Konfigurationen erforderlich, je nachdem ob das PDM-System bei Änderungen mit Indizes arbeitet oder zeitlich gültige Konfigurationen (Baselines) kennt.

Wie komplex das systemübergreifende Änderungsmanagement ist, lässt sich an folgendem Beispiel deutlich machen: Bei Änderungen an einem Artikel, die keine Auswirkungen auf Form, Fit oder Function haben, legt der Konstrukteur normalerweise im PDM-System einen neuen Index an. Im ERP-System wird der geänderte Artikel aber mit derselben Artikelnummer weiter geführt, was im Prinzip kein Problem darstellt. Stellt sich jedoch später heraus, dass die Änderung eine Fehlfunktion verursacht, wird die Fehlersuche aufwändig. Aus ERP-Sicht ist nicht mehr nachvollziehbar, in welchen Produkten das alte und in welchen das neue Teil verbaut ist. Deshalb kann es bei kritischen Artikeln ratsam sein, im Zuge der Übertragung neuer Indexstände an das ERP-System eine neue Materialnummer zu generieren.

Im Rahmen der Standardisierung der PDM/ERP-Schnittstelle sollen aber auch neue Anforderungen adressiert werden, die für die Unternehmen im Maschinen- und Anlagenbau zunehmend an Bedeutung gewinnen. Zum einen geht es um die Frage, wie das Varianten-Management systemübergreifend unterstützt werden kann. Die Varianz eines Produktes wird durch Merkmale der Komponenten und Regeln definiert. Diese Regeln beschreiben, wie die Merkmale zu einer gültigen Produktkonfiguration kombiniert werden dürfen. Erzeugt werden die Varianten-Modelle normalerweise im PDM-System durch die Entwickler, die die möglichen Konfigurationen absichern müssen; sie werden aber auch im ERP-System benötigt, um eine auftragsspezifische Ausprägung der Stückliste erzeugen zu können. Es ist also eine einheitliche Art und Weise erforderlich, wie Varianten-Modelle zwischen beiden Systemwelten ausgetauscht werden.

Neue Schnittstellen-Anforderungen

Handlungsbedarf besteht zweitens bei der Synchronisation des Projektmanagements, für das es in beiden Systemen Funktionen gibt. Üblicherweise projektiert der technische Vertrieb einen Auftrag zunächst im ERP-System und erzeugt davon ausgehend eine Cost-Break-Down-Struktur (CBS). Die Entwickler nutzen hingegen die Projektmanagement-Funktionen des PDM-Systems, um die Aufträge in einzelne Arbeitspakete zu untergliedern (Workbreak-Down-Structure oder WBS), die Termine zu definieren, die Ressourcen zuzuordnen und ihre Aufwände zu erfassen. Um das Projekt effizient zu steuern, müssen CBS und WBS miteinander verlinkt werden, wobei unterschiedliche Szenarien (externe Referenzierung, Übertragung an das eine oder andere System etc.) vorstellbar sind, die in der Schnittstelle abgebildet werden müssen. Wichtig für die Kostenkontrolle ist die Aggregation der Entwicklungsaufwände, um sie mit den Kostensammlern der CBS abgleichen zu können.

Eine PDM/ERP-Schnittstelle mit dem beschriebenen Funktionsumfang sorgt für eine höhere Konsistenz und Aktualität der Daten, indem sowohl die Redundanz als auch die Datenhoheit systemtechnisch gesteuert und kontrolliert werden. Sie trägt zu einer höheren Sicherheit und Qualität der Fertigungsprozesse bei, da alle Beteiligten jeweils mit den aktuellen Informationen arbeiten. Gleichzeitig reduziert sich der Aufwand für die manuelle Erfassung und Prüfung der Daten und die Gefahr von Fehleingaben, was Kosten spart und zu einer deutlichen Beschleunigung der Prozessabläufe führt: Das Einsparpotential ist erheblich, wenn man sich vor Augen hält, dass die Verwaltung eines neuen Artikels im ERP-System erhebliche Kosten verursacht.

Wandlungsfähige Produktionssysteme stellen neue Anforderungen an Umfang und Qualität der auszutauschenden Informationen, die über proprietäre PDM/ERP-Schnittstellen nicht mehr mit vertretbarem Aufwand erfüllt werden können. Die Vereinheitlichung wesentlicher Schnittstellen-Funktionen unter Nutzung offener Standards wie XML, SOA, ESB, Webservices XMLRCP, REST und andere beschleunigt die Implementierung entsprechender Integrationen und vereinfacht ihre Administration, insbesondere in Anwendungsszenarien, in denen ein PDM-System mit verschiedenen ERP-Systemen oder -Instanzen gekoppelt werden muss.

Auch die Systemlieferanten profitieren von der Standardisierung, weil sie weniger Aufwand für die Entwicklung und Wartung von Schnittstellen zu unterschiedlichen Systemlösungen betreiben müssen. -sg-

Dr. Jan Kickstein, Contact Software GmbH, Bremen

Contact Software GmbH, Bremen Tel. 0421/20153-0, http://www.contact.de

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