DISSERTATION. Produktionsplanung und -steuerung in mittelständischen Unternehmen unter besonderer Berücksichtigung von Manufacturing Execution Systems

DISSERTATION

Produktionsplanung und -steuerung in mittelständischen Unternehmen unter besonderer Berücksichtigung von

Manufacturing Execution Systems

ausgeführt zum Zwecke der Erlangung des akademischen Grades eines Doktors der technischen Wissenschaften unter der Leitung

von

Ao. Univ. Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Burkhard Kittl

E311 Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik

eingereicht an der Technischen Universität Wien

Fakultät für Maschinenwesen und Betriebswissenschaften von

Dipl.-Ing. (FH) Jakob Lewandowski Matr. Nr. 0426902

A-1130 Wien, Pacassistraße 85/5

Wien, am 28. Juni 2011 ____________________

Kurzfassung

Die hier vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den Systemen, die im Bereich der Pro- duktionsplanung und steuerung in mittelständischen Unternehmen eingesetzt werden.

Das Hauptaugenmerk gilt dabei den IT-Systemen der Ebene der Manufacturing Execu- tion Systems, die bei österreichischen Betrieben Verwendung finden. In mehreren Schritten wird ein Bogen von der Erfassung des Ist-Zustands in Form einer empirischen Untersuchung über die Analyse und Auswertung derselben bis hin zu einer praktischen Umsetzungsvariante gespannt.

Die Kapitel des ersten Abschnitts gehen auf die vorbereitenden Aktivitäten für die Durchführung der Arbeit ein. Gestartet wird mit der Definition der Forschungsfrage, woraus sich in weiterer Folge ein Plan der zu tätigenden Schritte ableitet. Diese begin- nen mit dem Zusammentragen von theoretischen Grundlagen. Neben dem dadurch ge- wonnenen aktuellen Wissensstand wurde des Weiteren eine einheitliche und wissen- schaftlich exakte Begrifflichkeit geschaffen. Auch die Entwicklung des in dieser Arbeit vorgestellten Untersuchungsmodells basiert auf dem theoretischen Bezugsrahmen und war grundlegend für den Aufbau der Fragebögen der empirischen Untersuchung. Diese setzt sich zusammen aus einer qualitativen Umfrage, bei der 22 Unternehmen in (per- sönlich-)mündlichen Interviews befragt wurden, sowie zwei quantitativen Umfragen, die telefonisch bzw. online durchgeführt wurden, sodass in Summe über 200 mittlere Unternehmen befragt wurden.

Im zweiten Teil der Arbeit erfolgt die Auswertung der empirischen Untersuchung. Im Gegensatz zur quantitativen Umfrage war bei der qualitativen Befragung aufgrund der meist offenen Fragestellung eine spezielle Nachbearbeitung der Rohdaten notwendig, um eine vergleichbare Datenbasis zu erhalten. Nach der Aufbereitung der Daten mit Hilfe des Untersuchungsmodells beinhaltet dieser Abschnitt die Veröffentlichung der Ergebnisse der Untersuchung, die primär den Bereich der Manufacturing Execution Systems betreffen. Bei der abschließenden Analyse der Daten werden die Ergebnisse interpretiert.

Der letzte Abschnitt der Arbeit behandelt mögliche Softwarelösungen für den Bereich der Manufacturing Execution Systems. In einem eigenen Kapitel werden mögliche Softwareszenarien beschrieben und – sofern notwendig – anhand existierender Vertreter erläutert. Mit Hilfe der aus der empirischen Untersuchung gewonnenen Erkenntnisse fällt die Wahl für die exemplarische Umsetzung einer IT-Lösung auf ein Produkt der integrierenden Softwaresysteme. Anhand einer Portalsoftware wird durch die Realisie- rung ausgewählter Funktionen und Schnittstellen die Eignung dieser speziellen Soft- warelösung für das Einsatzgebiet der Manufacturing Execution System überprüft und abschließend bewertet.

Betreuung dieser Arbeit. Vor allem durch seine fachliche Kompetenz sowie seine intel- ligenten Ratschläge durfte ich durch ihn wichtige Impulse erfahren, wenn ich mich ein- mal in eine inhaltliche Sackgasse begeben hatte.

Ebenso bedanken möchte ich mich bei Herrn Univ. Prof. Dr. Kurt Matyas, meinem Zweitbetreuer. Im Besonderen bei universitären und organisatorischen Angelegenheiten hatte er immer ein offenes Ohr und nahm sich für alle Anliegen stets Zeit, die er eigent- lich nicht hatte.

Ein besonders wichtiger Wegbegleiter war und ist mein Freund und Kollege Matthias Buhl, mit dem ich Teile dieser Arbeit zusammen durchgeführt habe. Ohne seine Ziel- strebigkeit und Motivation sowie den gemeinsamen Diskussionen wäre diese Arbeit nicht möglich gewesen. Vielen Dank!

Weiter möchte ich mich bei den Herren Dipl.-Ing. Bernhard Sommer und Ing. Wolf- gang Sanytr bedanken, die mich mit ihrer Fachkenntnis aus der Industrie unterstützt haben.

Für das Zustandekommen des Forschungsprojekts mit der Siemens AG Österreich möchte ich mich bei den Herren Ing. Manfred Kottisch und Ing. Gerhard Kucera bedan- ken.

Neben all der inhaltlichen Unterstützung erachte ich es aber als genauso wichtig, einen sozialen und familiären Rückhalt zu haben. Deshalb möchte ich mich bei meiner Fami- lie und meinen Freunden aber im Besonderen bei meiner Lebensgefährtin Christine Ve- sely bedanken. Danke, dass ihr mir immer interessiert zugehört und mich stets motiviert habt.

Inhaltsverzeichnis

Kurzfassung ... ii

Vorwort des Autors ... iii

Inhaltsverzeichnis ... 1

Abbildungsverzeichnis ... 5

Tabellenverzeichnis ... 7

Abkürzungsverzeichnis ... 9

1 Einleitung ... 11

1.1 Motivation ... 11

1.2 Forschungsfrage ... 12

1.2.1 Allgemeines Forschungsgebiet: Produktionsplanung und -steuerung im österreichischen Mittelstand ... 13

1.2.2 Spezielle Forschungsfragen zur Thematik MES ... 14

1.2.3 Spezielle Forschungsfragen zur Thematik ERP-Systeme ... 15

1.3 Vorgehensweise ... 16

1.3.1 Theoretische Vorbereitung ... 16

1.3.2 Durchführung der empirischen Untersuchung ... 17

1.3.3 Aufbereitung und Analyse der Ergebnisse der Untersuchung ... 17

1.3.4 MES-Softwarelösungen ... 17

1.3.5 Realisierung einer exemplarischen MES-Lösung ... 18

2 Theoretischer Bezugsrahmen ... 19

2.1 Ansätze zur funktionalen Strukturierung der PPS ... 20

2.1.1 Gliederung der PPS nach Hackstein ... 23

2.1.2 Aachener PPS-Modell ... 24

2.2 Ansätze zur Integration von IT-Systemen in der PPS ... 30

2.2.1 PPS im Rahmen des Computer Integrated Manufacturing ... 30

2.2.2 ANSI/ISA-95 ... 35

2.2.3 IEC 62264 und DIN EN 62264 ... 39

2.3 Produktionsplanung ... 39

2.3.1 Hierarchische Struktur ... 39

2.3.2 Funktionen ... 40

2.4 Produktionssteuerung ... 42

2.4.1 Hierarchische Struktur ... 42

2.6.4 Funktionen eines MES ... 61

2.6.5 MES-Software-Lösungen ... 63

3 Untersuchungsmodell ... 65

3.1 Modellentwicklung ... 65

3.1.1 Basismodell ... 66

3.1.2 Hierarchisches Modell ... 66

3.1.3 Abstimmung mit weiteren Modellen ... 67

3.2 Darstellungsformen ... 68

3.3 Abgrenzung des Modells ... 71

3.4 Nichtziele des Untersuchungsmodells ... 71

4 Empirische Untersuchung ... 73

4.1 Theoretische Grundlagen der Marktforschung ... 73

4.1.1 Datenerhebung ... 75

4.1.2 Festlegung der Stichprobe ... 77

4.1.3 Datenauswertung ... 78

4.2 Vorbereitung ... 79

4.2.1 Allgemeine Ziele ... 79

4.2.2 Zielgruppe ... 80

4.2.3 Auswahl der Erhebungsverfahren ... 86

4.2.4 Interviewunterlagen ... 87

4.3 Durchführung ... 89

4.3.1 (Persönlich-)mündliche Befragung ... 89

4.3.2 Telefonische Befragung ... 90

4.3.3 Online-Befragung ... 91

5 Ergebnisse der Untersuchung ... 92

5.1 Allgemeine Informationen zur Auswertung ... 93

5.1.1 Übersicht der Befragungsparameter ... 93

5.1.2 Abgrenzung der Begriffe ... 93

5.1.4 Quantitative telefonische Befragung ... 97

5.1.5 Quantitative Online-Befragung ... 98

5.2 Systemeinsatz im Fertigungsmanagement (Level 3) ... 99

5.2.1 Einführung der Systeme ... 103

5.2.2 Zufriedenheit ... 103

5.3 Auswertung der MES-Bereiche nach VDI 5600 ... 104

5.3.1 Feinplanung und -steuerung (n=27) ... 105

5.3.2 Betriebsmittelmanagement (n=23) ... 106

5.3.3 Materialmanagement (n=29) ... 107

5.3.4 Personalmanagement (n=25) ... 107

5.3.5 Datenerfassung (n=22) ... 108

5.3.6 Leistungsanalyse (n=25) ... 109

5.3.7 Qualitätsmanagement (n=26) ... 110

5.3.8 Informationsmanagement (n=22) ... 111

5.4 Anforderungen an eine Standard-Software ... 111

5.5 Know-how und Einschätzungen der Anwender ... 113

5.5.1 Bekanntheitsgrad ... 113

5.5.2 Einschätzung bezüglich IT und Automatisierung ... 114

5.5.3 Relevanz der IT in Bereichen ... 118

5.6 IT-Budget ... 119

5.6.1 Investitionen ... 119

5.6.2 Zukünftige Entwicklung ... 120

5.7 Parallelen zu ERP-Systemen ... 122

5.7.1 Eingesetzte Systeme ... 122

5.7.2 Zufriedenheit ... 124

5.7.3 Einführung der Systeme ... 126

5.7.4 Know-how ... 128

5.8 Interpretation der Ergebnisse ... 129

6 MES-Softwarelösungen ... 131

6.1 ERP-Erweiterung ... 131

6.2 Standard-MES-Software/Komplettlösung ... 132

6.3 Integrierendes Softwaresystem ... 134

6.3.1 SIMATIC IT ... 135

6.3.2 SAP Manufacturing Integration and Intelligence ... 136

6.3.3 Sonic Enterprise Service Bus ... 137

6.3.4 Portalsoftware ... 138

6.4 Individuelles Softwaresystem ... 140

7.4.3 Intrexx Xtreme 4.5 ... 147

7.5 Systembeschreibung ... 149

7.5.1 Systemaufbau ... 150

7.5.2 Datenbankmodell ... 151

7.5.3 Auftragsmanagement ... 154

7.5.4 Integration Feinplanung/Schnittstellen ... 160

7.6 Erkenntnisse ... 162

8 Zusammenfassung ... 164

Literaturverzeichnis ... 166

Anhang A: Dictionary für die verwendeten Begriffe und Funktionen ... 174

Anhang B: Interviewunterlagen qualitative Befragung ... 182

B.1 Gesprächsleitfaden ... 182

B.2 Fragenkatalog ... 183

Anhang C: Interviewunterlagen quantitative Befragung ... 199

C.1 Fragenkatalog telefonische Interviews ... 199

C.2 Fragenkatalog Online-Interviews ... 205

Anhang D: Datenbankmodell ... 218

Anhang E: Inhaltsverzeichnis der beigelegten CD ... 226

Lebenslauf ... 227

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1-1: Aufbau des Forschungsprojekts ... 13

Abbildung 1-2: Aufbau der Vorgehensweise ... 16

Abbildung 2-1: Aufbau Kapitel 2 ... 19

Abbildung 2-2: Leistungs- und Finanzbereich eines Unternehmens ... 20

Abbildung 2-3: Häufig genannte Ziele der PPS ... 21

Abbildung 2-4: Hauptziele der PPS aus heutiger Sicht ... 22

Abbildung 2-5: Funktionsübersicht nach Hackstein ... 23

Abbildung 2-6: Das Aachener PPS-Modell mit seinen vier Referenzsichten ... 24

Abbildung 2-7: Struktur der Aufgabenreferenzsicht ... 26

Abbildung 2-8: Funktionsbereiche zur Unterstützung der Kernaufgaben ... 29

Abbildung 2-9: Beispiel für IT-Systemfunktionen in der Absatzplanung ... 30

Abbildung 2-10: Informationssysteme im Produktionsbereich ... 31

Abbildung 2-11: AWF-Empfehlung CIM ... 32

Abbildung 2-12: Veränderung im CIM-Konzept ... 35

Abbildung 2-13: Functional hierarchy model ... 37

Abbildung 2-14: Functional enterprise-control model ... 38

Abbildung 2-15: Aufgaben des Produktionsmanagements ... 40

Abbildung 2-16: Funktionen der Produktionsplanung im Aachener PPS-Modell ... 41

Abbildung 2-17: Funktionen der Produktionssteuerung im Aachener PPS-Modell ... 42

Abbildung 2-18: Stufen der Produktionssteuerung in PPS-Systemen ... 43

Abbildung 2-19: Historische Entwicklung der Produktionsplanungsansätze ... 45

Abbildung 2-20: Entwicklung von MRP zu MRP II ... 46

Abbildung 2-21: Module der mySAP ERP Solution Map ... 47

Abbildung 2-22: Module der Oracle E-Business Suite ... 48

Abbildung 2-23: SAP NetWeaver als Integrations- und Applikationsplattform ... 49

Abbildung 2-24: Einsatzbereich von ERP-Systemen in Produktionsbetrieben ... 50

Abbildung 2-25: Entwicklung von integrierten Systemen in der Produktion ... 54

Abbildung 2-26: MES als Bindeglied zwischen ERP-System und Produktion... 58

Abbildung 2-27: Aufgabenverteilung ERP - MES ... 59

Abbildung 2-28: Zeithorizonte und Betrachtungsgegenstände in den diversen Unternehmensebenen ... 60

Abbildung 2-29: Software-Systeme in den Unternehmen ... 61

Abbildung 2-30: MES-Funktionen nach MESA ... 63

Abbildung 3-1: Aufbau Kapitel 3 ... 65

Abbildung 3-2: Modellentwicklung ... 66

Abbildung 3-3: Schematische Baumdarstellung des Untersuchungsmodells ... 68

Abbildung 3-4: Tabellarische Darstellung des Untersuchungsmodells am Beispiel der Kernaufgaben ... 70

Abbildung 5-2: Merkmalsausprägungen der Unternehmen (pers./n=22) ... 97

Abbildung 5-3: Zukünftige Entwicklung des IT-Budgets (tel./n=150) ... 121

Abbildung 6-1: Aufbau Kapitel 6 ... 131

Abbildung 6-2: Systemarchitektur SIMATIC IT Production Suite Version 6 ... 135

Abbildung 6-3: Schematische Darstellung des Sonic ESB ... 138

Abbildung 7-1: Aufbau Kapitel 7 ... 142

Abbildung 7-2: Intrexx Systemarchitektur ... 149

Abbildung 7-3: Systemarchitektur ... 151

Abbildung 7-4: Applikationsstruktur Materialdaten ... 153

Abbildung 7-5: Vereinfachtes Aktivitätsdiagramm Auftragsmanagement ... 155

Abbildung 7-6: Eingabe- und Ansichtselemente des Applikationdesigners ... 157

Abbildung 7-7: Stücklistenauflösung im Prozess Manager ... 158

Abbildung 7-8: Vereinfachtes Aktivitätsdiagramm Materialdaten kopieren ... 159

Abbildung 7-9: Aktivitätsdiagramm Aufträge feinplanen ... 161

Tabellenverzeichnis

Tabelle 2-1: Referenzsichten des Aachener PPS-Modells ... 25

Tabelle 2-2: Charakterisierung des Auftragsabwicklungstyps ... 28

Tabelle 2-3: Facility automation model ... 33

Tabelle 4-1: Vor- und Nachteile der Grundformen der Befragung nach dem Erhebungsmodus ... 76

Tabelle 4-2: Auswahl der Produktionsbetriebe in den qualitativen Interviews ... 84

Tabelle 4-3: Mittelwerte der ausgewählten Produktionsbetriebe ... 84

Tabelle 4-4: Regionale Verteilung der qualitativen Interviews ... 85

Tabelle 4-5: Regionale Verteilung der telefonischen Interviews ... 85

Tabelle 4-6: Auswahl der Produktionsbetriebe in der Online-Befragung ... 86

Tabelle 5-1: Übersicht der drei Befragungen. ... 93

Tabelle 5-2: Abgrenzung der Begriffe für (Software-)Systeme bei den Befragungen. ... 94

Tabelle 5-3: Merkmalsausprägungen (onl./n=34). ... 99

Tabelle 5-4: Produktionscharakteristika (onl./n=34). ... 99

Tabelle 5-5: Eingesetzte Systeme in den Bereichen der ANSI/ISA-95 bzw. des Untersuchungsmodells (pers./n=22) ... 101

Tabelle 5-6: Einsatz von Systemen im MES-Bereich (pers./n=22) ... 102

Tabelle 5-7: Eingesetzte Software nach ERP-Bereichen (tel./n=150) ... 102

Tabelle 5-8: Einführungszeitpunkt der Software (pers./n=22) ... 103

Tabelle 5-9: Zufriedenheit mit der derzeitigen Software-Unterstützung nach Bereichen (onl.) ... 104

Tabelle 5-10: Systemeinsatz in der Feinplanung und -steuerung (onl./n=27) ... 105

Tabelle 5-11: Systemeinsatz im Betriebsmittelmanagement (onl./n=23) ... 106

Tabelle 5-12: Systemeinsatz in der Instandhaltung (onl./n=22) ... 106

Tabelle 5-13: Systemeinsatz im Materialmanagement (onl./n=29) ... 107

Tabelle 5-14: Systemeinsatz im Personalmanagement (onl./n=25)... 108

Tabelle 5-15: Relevanz von Daten im Bereich der Produktion (pers./n=22) ... 109

Tabelle 5-16: Systemeinsatz in der Leistungsanalyse (onl./n=25) ... 109

Tabelle 5-17: Erfasste Kennzahlen (onl./n=25) ... 110

Tabelle 5-18: Systemeinsatz im Qualitätsmanagement (onl./n=26) ... 110

Tabelle 5-19: Unterstützung der Mitarbeiter im Qualitätsmanagement (onl./n=26) ... 110

Tabelle 5-20: Systemeinsatz im Informationsmanagement (onl./n=22) ... 111

Tabelle 5-21: Dokumente, die direkt am Arbeitsplatz verfügbar sind (onl./n=22) .. 111

Tabelle 5-22: Anforderungen der Unternehmen an eine Standard-Software im Bereich der Produktion (pers./n=22) ... 113

Tabelle 5-23: Bekanntheitsgrad des Begriffs MES (pers./n=22) ... 113

Tabelle 5-24: Bekanntheitsgrad des Begriffs MES (onl./n=29) ... 114

ERP-System in Schulnoten (1 = sehr zufrieden; 5 = nicht zufrieden)

(tel./n=150). ... 125 Tabelle 5-36: Gründe für die Einführung der ERP-Software nach

Mitarbeiterklassen (tel./n=150). ... 126 Tabelle 5-37: Einführungsjahr der ERP-Software. ... 127 Tabelle 5-38: Dauer der ERP-System-Einführung in Monaten nach

Mitarbeiterklassen (tel./n=150) ... 127 Tabelle 5-39: Durchschnittliches internes ERP-Know-how in Abhängigkeit des

Supports in Schulnoten (1 = sehr gut; 5 = nicht genügend) (pers./n=22). .... 128

Abkürzungsverzeichnis

ADE Auftragsdatenerfassung AP Arbeitsplan

B2B Business-to-Business BDE Betriebsdatenerfassung CAD Computer Aided Design

CAM Computer Aided Manufacturing CAP Computer Aided Planning

CAQ Computer Aided Quality Assurance CIM Computer Integrated Manufacturing CRM Customer Relationship Management CRP Capacity Requirements Planning CSV Comma-Separated Values DCS Distributed Control System

DRP Distribution Requirements Planning ERP Enterprise Resource Planning ESB Enterprise Service Bus FA Fertigungsauftrag FER Fertigung

HTML Hypertext Markup Language HTTP Hypertext Transfer Protocol KMU Kleine und mittlere Unternehmen MES Manufacturing Execution System MDE Maschinendatenerfassung

MRP Material Requirements Planning MRP II Manufacturing Resource Planning MPS Master Production Schedule PLC Programmable Logic Controller PPS Produktionsplanung und -steuerung

1 Einleitung

von Matthias Buhl und Jakob Lewandowski

Die hier vorliegende Arbeit ist einer von zwei Teilen eines zusammenhängenden Werkes von Matthias Buhl und Jakob Lewandowski. Beide Dissertationen basieren auf einer empirischen Studie zum Thema der Produktionsplanung und -steuerung, welche im Rahmen eines Forschungsprojektes gemeinsam vorbereitet und durchge- führt sowie anschließend aus zwei unterschiedlichen Sichtweisen analysiert bzw.

ausgewertet wurde. Eine detaillierte Aufschlüsselung der Gründe für diese Vorge- hensweise befindet sich in den folgenden Kapiteln. An dieser Stelle soll lediglich die Kennzeichnung der Autorenschaft dargelegt werden. In den Kapiteln 1, 2, 3 und 4 kommt es zu einer teilweisen bis gänzlichen Übereinstimmung zwischen den beiden Arbeiten, wobei die Urheberschaft durch die Angabe des jeweiligen Autors am Kapi- telanfang gekennzeichnet ist. Eine abschnittsweise Änderung derselben innerhalb eines Kapitels ist wiederum anhand der Angabe des Autors im entsprechenden Un- terkapitel erkenntlich.

1.1 Motivation

Die Produktion und die damit verbundene Planung und Steuerung ist der Kern eines sachgütererzeugenden Unternehmens. Während die Entwicklung und Anpassung der kritischen Geschäftsprozesse (Technologie) ein Grundanliegen der Betriebe ist, wer- den die Potenziale (für den Einsatz von IT) in der Organisation und Abwicklung der Produktion oft unterschätzt. Die Probleme entstehen oft bereits durch sprachliche Barrieren zwischen System-Anbietern, System-Beratern und Anwendern wodurch nicht selten falsche Hoffnungen geweckt oder Vorurteile geschürt werden. Ein Mit- grund für diese Entwicklung sind sicherlich die in regelmäßigen Abständen entste- henden Modewörter für die systemunterstützte Planung und Steuerung der Produkti- on, die in Wahrheit jedoch immer nur ein und dieselbe Problematik beschreiben.

Spannt man den Bogen vom ersten Modell des Computer Integrated Manufacturing (CIM) in den 1980er Jahren über die Integration von Enterprise Resource Planning (ERP) bis zu den nun aktuellen Manufacturing Execution Systems (MES), so kann man Keith Unger durchaus recht geben wenn er tituliert: „Manufacturers’ needs not changing – but acronyms are“¹

1 Unger, 2001, S. 1.

. Nicht selten entsteht eine große Kluft zwischen den von diversen Institutionen genormten Aufgaben und Funktionen dieser Begriffe und den am Markt angebotenen Software-Systemen. Obgleich es Anstrengungen von

Spezialisten angewiesen, und so entstehen hier ebenfalls mehrfach ungewollte Dis- krepanzen. Dieses Missverhältnis zwischen System-Anbietern/Beratern und Anwen- dern, besonders in mittelständischen Unternehmen, war Motivation der hier vorlie- genden Arbeit. Die zuvor genannten Sichtweisen wurden in einer Eingangsphase mit einem IT-Consulting-Unternehmen sowie mit einem System-Anbieter diskutiert, durch Erfahrungsaustausch präzisiert und schließlich gemeinsam zu einem For- schungsprojekt der Technischen Universität Wien formuliert.

1.2 Forschungsfrage

Die wissenschaftliche Fragestellung des Forschungsprojekts umschließt eine sehr ausgedehnte Thematik, welche im Laufe des Projektfortschritts um mehrere wissen- schaftlich relevante Teilbereiche erweitert wurde. Ausgangspunkt ist in beiden Ar- beiten das zentrale Forschungsgebiet der Produktionsplanung und -steuerung im ös- terreichischen Mittelstand, das aus zwei unterschiedlichen Positionen betrachtet wird. Aus der jeweiligen Untersuchung der beiden Sichtweisen werden definierte Schwerpunkte abgeleitet, welche weitere, eigenständige Forschungsfragen enthalten.

Diese Kumulation von Forschungsfragen zu einem zentralen Motiv war der Grund, die wissenschaftlichen Erkenntnisse dieses Forschungsprojekts in zwei Dissertatio- nen zu publizieren.

Abbildung 1-1 zeigt den groben Aufbau der Forschungsfrage sowie die Kohärenz der Teilbereiche innerhalb des allgemeinen Forschungsgebiets. Ausgehend vom allge- meinen Forschungsgebiet der PPS im Mittelstand erfolgt eine Fokussierung auf die Teilbereiche ERP-Systeme und MES im Bereich der Produktionsplanung und - steuerung. Anschließend erfolgte die Ableitung weiterer Forschungsfragen, die die Schnittstellen innerhalb der Produktionsplanung und -steuerung aus zwei Perspekti- ven betrachten. In den folgenden Unterabschnitten werden die drei Forschungsfragen der vorliegenden Arbeit erläutert. Die zusätzlich angeführten Forschungsfragen der zweiten publizierten Arbeit verdeutlichen die Abgrenzung innerhalb des gesamten Themengebiets und stellen den Umfang des gesamten Forschungsprojekts dar.

Abbildung 1-1: Aufbau des Forschungsprojekts

1.2.1 Allgemeines Forschungsgebiet: Produktionsplanung und -steuerung im österreichischen Mittelstand

Die Zielsetzung im allgemeinen Forschungsgebiet verfolgt das grundsätzliche Bestreben, Basisinformation über den österreichischen Mittelstand für weitere Erfor- schungen zu gewinnen. Dabei wurden folgende Subfragen definiert:

• Wie planen und steuern mittelständische Unternehmen ihre Produktion?

• Welche Systeme werden im Mittelstand eingesetzt, um die Produktionspla- nungs- und -steuerungsprozesse zu unterstützen?

• Werden IT-Systeme in der Produktionsplanung und -steuerung im Mit- telstand eingesetzt?

• Welche Motive lassen darauf schließen, dass IT-Systeme (nicht) eingesetzt werden?

• Wie hat sich die Produktionsplanung und -steuerung im Mittelstand in Bezug auf IT-Systeme weiterentwickelt?

• Welche Anforderungen müssen IT-Systeme für den Mittelstand in der Pro- duktionsplanung und -steuerung erfüllen?

Das Aufzeigen der positiven und negativen Aspekte von IT-Systemen in der Produk- tionsplanung und -steuerung im Mittelstand sowie der Aufbau einer wissenschaftlich fundierten Datenbasis für weitere Forschungsarbeiten vervollständigen die Zielrich- tungen. Darüber hinaus ist es den Autoren der beiden Arbeiten ein Anliegen, den Unternehmen im Mittelstand, anhand von klaren Definitionen der verwendeten Beg-

telstand auszusehen hat. Dass diese allgemeine Frage nicht eindeutig zu beantworten ist, liegt einerseits an den unterschiedlichen Anforderungen der Gebiete, die der Beg- riff MES einschließt, und andererseits an der Inhomogenität produzierender Betriebe.

Für eine schrittweise Annäherung an die Beantwortung der Frage sind folgende Un- terpunkte der Forschungsfrage zu beantworten:

• Wie werden die einzelnen MES-Funktionen im österreichischen Mittelstand derzeit umgesetzt?

• Wie schätzen Unternehmen den Einsatz von MES-Software neben einem ERP-System ein?

• Welche MES-Bereiche verursachen besondere Schwierigkeiten?

• Welche MES-Bereiche bieten die größten Potenziale hinsichtlich möglicher Verbesserungen?

1.2.2.2 Schnittstelle zwischen Planung und Steuerung in der Produktion (aus Sicht von MES)

In einer weiteren Forschungsfrage wird die Problematik behandelt, wie bzw. welche Informationen zwischen den Bereichen MES und ERP ausgetauscht werden. Im Be- sonderen geht es um die Abgrenzung zu den im Level 4: Business Planning and Lo- gistics (nach ANSI/ISA-95) agierenden Systeme aus dem Blickwinkel eines MES.

Die in der Praxis zur Anwendung kommenden Lösungen sollen durch folgende Un- terfragen erläutert werden:

• Wie wird die allgemeine Problematik der Schnittstelle aus der Sicht von MES von den Unternehmen beurteilt?

• Wie sehen die Lösungen der Unternehmen beim Einsatz von IT-Systemen im MES-Bereich aus?

• Wo liegen Potenziale für Verbesserung der Schnittstellen im MES-Bereich?

Zu guter Letzt ergibt sich als logische Konsequenz die Frage, wie ein IT-System aus- zusehen hat, welches die Ergebnisse der in den zuvor behandelten Forschungsfragen einbezieht. Dabei handelt es sich jedoch nicht um die Suche nach dem heiligen Gral, sondern um das Verwirklichen eines realen Szenarios. Dazu gehören auch bewusst in Kauf genommene Einschränkungen, solange der Benefit des gesamten Systems überwiegt. Wichtige Punkte, die bei der Entwicklung berücksichtigt werden müssen, sind:

• Der Entwicklungs-/Customizingaufwand

• Die Erweiterbarkeit

• Die Gesamtkosten

1.2.3 Spezielle Forschungsfragen zur Thematik ERP-Systeme

In einer eigenen Dissertation²

• Berücksichtigung der speziellen Entwicklung von ERP-Systemen im Mit- telstand.

von Matthias Buhl behandelt

Diese Arbeit behandelt zunächst die Potenziale von ERP-Systemen innerhalb der Produktionsplanung und -steuerung im Mittelstand. Ein weiterer Forschungsschwer- punkt ist die Schnittstelle zwischen Planung und Steuerung innerhalb der Produktion.

Ziel ist festzustellen, inwieweit ein vollständig integriertes IT-System aus Sicht des ERP-Ansatzes in der Produktionsplanung und -steuerung im Mittelstand einsetzbar und umsetzbar ist. Folgende Teilziele werden dabei betrachtet:

• Darstellung des State of the Art von ERP-Systemen in der Produktionspla- nung und -steuerung im österreichischen Mittelstand.

• Aufzeigen der Problembereiche von ERP-Systemen im Bereich der Produkti- on im Mittelstand.

• Definition von Anforderungen an ERP-Systeme und Aufzeigen von Potenzia- len im Bereich der Produktion im Mittelstand.

• Erörterung der Problematik beim Einsatz von integrierten IT-Systemen in der Produktion.

• Darstellung des State of the Art der Umsetzung der Schnittstellen in der Pro- duktionsplanung und -steuerung im österreichischen Mittelstand.

2 Buhl, 2008

Abbildung 1-2: Aufbau der Vorgehensweise

1.3.1 Theoretische Vorbereitung

Im Bereich der Produktionsplanung und -steuerung, wo die Meinungen von Unter- nehmern, Beratern und Experten über den Systemeinsatz differieren können, ist eine umfassende Vorbereitung der empirischen Untersuchung essentiell. Diese beruhte zuallererst auf der Ermittlung des State of the Art im Bereich der Produktionspla- nung und -steuerung. Die dafür benötigte Literaturrecherche erstreckte sich von der Erfassung und Aufbereitung von allgemeinen Informationen der Produktionsplanung

durchgeführten Studien zu diesen oder verwandten Themen. Das ausgearbeitete Wis- sen wurde mit Beratern aus Industrie und Wissenschaft unter Berücksichtigung der Forschungsfrage diskutiert, mit dem Ziel, die internen und externen Grenzen des Themengebiets festzulegen sowie die Zielgruppe zu definieren. In einem zweiten Schritt wurden die Erkenntnisse in Form eines Untersuchungsmodells dokumentiert.

Dieses war letztendlich Grundlage für die Entwicklung der jeweiligen Befragungs- methodik wie auch für die anschließende Auswertung der Studien.

1.3.2 Durchführung der empirischen Untersuchung

Die Durchführung der Studie bestand aus drei Umfragen, die in Form eines Mixed Approach ausgeführt wurden. Erster Teil der Studie war eine qualitative Befragung von 22 Betrieben zum allgemeinen Ablauf der Auftragsabwicklung im Rahmen der Produktionsplanung und -steuerung. Sinn und Zweck dieser persönlichen Interviews war, ein möglichst neutrales Bild über die in den Unternehmen angewandten Syste- me und Methoden in der Produktionsplanung und -steuerung zu bekommen. In den geführten Gesprächen wurden zusätzlich wichtige Informationen, wie z. B. die Ver- trautheit der verantwortlichen Mitarbeiter mit IT-Systemen, mit den in der Literatur definierten PPS-Begriffen erfasst. Bei der quantitativen Befragung handelt es sich um Teil 2 (telefonische Interviews) und Teil 3 (Online-Befragung). Dabei wurden die aus den bereits durchgeführten Interviews gewonnenen Erkenntnisse und erstell- ten Hypothesen anhand einer größeren Stichprobe hinterfragt und abgesichert.

1.3.3 Aufbereitung und Analyse der Ergebnisse der Untersuchung Aufgrund der zeitlichen Dauer der persönlichen Interviews, wurden die Daten bereits während der Studie etappenweise ausgewertet und mit Vertretern aus Industrie und Wissenschaft diskutiert. Entscheidend für die Aufbereitung war, die in den persönli- chen Interviews teilweise unstrukturierten Informationen in eine vergleichbare Form zu bringen. Dabei kam das in der theoretischen Vorbereitung entwickelte Untersu- chungsmodell zur Anwendung. Darüber hinaus waren die Ergebnisse der qualitativen Interviews, wie im vorangegangenen Kapitel bereits erwähnt, wichtig für die Ent- wicklung des Fragebogens in den quantitativen Interviews.

1.3.4 MES-Softwarelösungen

Anhand der Erfahrungen aus der empirischen Untersuchung und der theoretischen Vorbereitung erfolgte eine Auflistung der möglichen MES-Lösungsvarianten. Diese wurden in einzelne Kategorien gegliedert und als potentielle Kandidaten für die prak- tische Umsetzung beschrieben. Dabei wurde, sofern dies notwendig war, ein reprä- sentativer Vertreter eingehender betrachtet.

che aber im Hinblick auf zukünftige Entwicklungen durchaus von Relevanz sind.

2 Theoretischer Bezugsrahmen

von Matthias Buhl und Jakob Lewandowski

Abbildung 2-1: Aufbau Kapitel 2

In Abbildung 2-1 wird der Aufbau dieses Kapitels anhand des Inhalts sowie des je- weiligen Untersuchungsaspekts gezeigt. Der erste Abschnitt gibt einen Einblick in die Begrifflichkeit und die Modelle zur Strukturierung der Produktionsplanung und -steuerung (Kapitel 2.1). Anschließend wird ein Überblick über die verschiedenen Standards zur Integration von IT-Systemen in der Produktionsplanung und -steuerung gegeben (Kapitel 2.2). In weiterer Folge werden die Ansichten zur Eintei- lung der Funktionen der Produktionsplanung (Kapitel 2.3) und der Produktionssteue- rung (Kapitel 2.4) zusammengefasst. Die für die Arbeit bedeutsame Entstehung und Entwicklung von Enterprise Resource Planning Systems (Kapitel 2.5) bzw. Manufac- turing Execution Systems (Kapitel 2.6) sowie deren Einsatz in mittleren Produkti- onsunternehmen vervollständigen den theoretischen Bezugsrahmen.

sie im Mittelpunkt zwischen Beschaffung und Absatz. Ein Beschaffungsmarkt stellt die Grundlage für die Beschaffung dar. Die in das Unternehmen gelangten Güter dienen als Input für die Produktion, diese werden in einem Transformationsprozess verarbeitet, wodurch wiederum ein Output entsteht. Die erzeugten Endprodukte wer- den über den Absatz am Absatzmarkt abgesetzt. Beschaffung und Produktion können als betriebliche Leistungserstellung, der Absatz als Leistungsverwertung bezeichnet werden. Parallel dazu umfasst der Finanzbereich Zu- und Abgänge finanzieller Mit- tel.⁴ In Abbildung 2-2 sind der Leistungs- und Finanzbereich eines Unternehmens dargestellt.

Abbildung 2-2: Leistungs- und Finanzbereich eines Unternehmens⁵

Betrachtet man einen Produktionsbetrieb detaillierter, wird bald ersichtlich, dass der Planung und der Steuerung der Produktion eine bedeutungsvolle Rolle zukommt. Die Probleme der Produktionsplanung und -steuerung beschäftigen seit Jahrzehnten Ex-

3 Westkämper, 2006, S. 24.

4 Vgl. Kiener, 2006, S. 4.

Aufgaben in einem Industrieunternehmen zählen.⁶

Anfang der 1980er-Jahre wurde der Begriff der Produktionsplanung und -steuerung erstmals geformt, um, ausgehend von der zentralen Funktion der Materialwirtschaft, auch die Termin- bzw. Zeitwirtschaft sowie die Kapazitätsplanung⁷ „[…] in der pro- duzierenden Industrie unter einem übergreifenden Konzept zusammenzufassen.“⁸

Abbildung 2-3 In weiterer Folge wurde sowohl die Bezeichnung Produktionsplanung und -steuerung als auch die dafür stehende Abkürzung PPS von Rolf Hackstein mit seinem gleich- namigen Buch verbreitet und geprägt. In dieser Periode wurden vor allem die Ziel- setzungen und die Funktionen der PPS umfangreich ausgearbeitet. In

wird eine Aufzählung der häufig genannten Ziele der PPS aus den Jahren 1964-1979 anhand verschiedener Autoren dargestellt.

Abbildung 2-3: Häufig genannte Ziele der PPS⁹

Vergleicht man die Abbildung 2-3 mit der der aktuellen Darstellung in Abbildung 2-4, erkennt man sofort, dass die Zielsetzungen in den letzten 30 Jahren nahezu un- verändert geblieben sind. Es lässt sich vielmehr eine Fokussierung auf Hauptziele, wie in Abbildung 2-4 bezeichnet, feststellen. Diese sind einerseits innerbetrieblich – eine hohe Kapazitätsauslastung sowie niedrige Lagerbestände. Andererseits werden

5 Kiener, 2006, S. 5.

6 Vgl. Kurbel, 2005, S. 1.

7 Vgl. Kittl, 1993, S. 3.

8 Schuh, 2006, S. 4.

9 Vgl. Hackstein, 1989, S. 1.

Abbildung 2-4: Hauptziele der PPS aus heutiger Sicht¹⁰

In den Jahren nach 1990 entwickelten sich eine Anzahl von Begriffen und Abkür- zungen, die erneut für den Bereich der Produktionsplanung und -steuerung relevant waren. Rund um einige namhaften Hersteller von betriebswirtschaftlicher Standard- Software entstand die Bezeichnung Enterprise Resource Planning (ERP). Ein weite- res Prinzip, das aus den logistischen Konzepten folgte, war das Supply Chain Mana- gement (SCM). Die neu entstandenen „Strömungen“ konnten das Kürzel der PPS jedoch nicht vollständig ablösen, vielmehr bildet sich darin ein logischer Evolutions- pfad von der Mengen- und Terminplanung eines einzelnen Betriebs, bis hin zur Überwachung und Konsolidierung der gesamten Lieferkette über mehrere Standorte.

Die PPS in ihrer ursprünglichen Form ist jedoch immer noch enthalten, da auch in den neuen Konzepten die Planung und Steuerung der Produktionsprozesse immer noch der zentraler Faktor ist.¹¹

10 Vgl. Abels, 2007, S. 9; Westkämper, 2006, S. 181.

11 Vgl. Schuh, 2006, S. 4.

Heute kann die PPS als „[…] die EDV-gestützte or-

der Angebotsbearbeitung bis zum Versand“¹²

2.1.1 Gliederung der PPS nach Hackstein

bezeichnet werden.

Als Beispiel für eine Anordnung der PPS-Funktionen aus ganzheitlicher Sicht muss, trotz des Alters der Publikation von mehr als 20 Jahren, die Gliederung der PPS nach Rolf Hackstein als erstes relevantes Instrumentarium angeführt werden.

In Abbildung 2-5 gliedert Hackstein die PPS-Funktionen in zwei Teilgebiete – die Produktionsplanung und die Produktionssteuerung. Funktionsgruppen der Produkti- onsplanung sind die Produktionsprogrammplanung, die Mengenplanung sowie die Termin- und Kapazitätsplanung. Die Auftragsveranlassung und die Auftragsüberwa- chung fallen in das Teilgebiet der Produktionssteuerung. Die Datenverwaltung fügt sich gebietsübergreifend in das Schema ein. Die Funktionsgruppen enthalten wieder- um Einzelfunktionen, die hier jedoch nicht näher erläutert werden. Maßgeblich für den Ansatz ist, dass Hackstein den bis dahin sehr bedeutsamen Bereich der „Arbeits- steuerung“ um zusätzliche Funktionen weiterentwickelte. Der neue Bereich der PPS ersetzte diesen innerhalb der Unternehmensorganisation.¹³

Abbildung 2-5: Funktionsübersicht nach Hackstein¹⁴

12 Westkämper, 2006, S. 180.

13 Vgl. Hackstein, 1989, S. 3ff.

14 Hackstein, 1989, S. 5.

Abbildung 2-6

chigen Raum etabliert. zeigt eine schematische Übersicht der vier Referenzsichten.

Abbildung 2-6: Das Aachener PPS-Modell mit seinen vier Referenzsichten¹⁷ Da das Aachener PPS-Modell für die Methodik der vorliegenden Arbeit eine ent- scheidende Grundlage darstellt, werden im Folgenden die vier Referenzsichten erläu-

15 Vgl. Schuh, 2006, S. 11ff.

16 Vgl. Luczak/Eversheim, 1998, S. 1.

17 Schuh, 2006, S. 18.

können drei Referenzsichten als Organisationssichten (Aufgabensicht, Prozessarchi- tektursicht, Prozesssicht) und die Funktionssicht als IT-Systemsicht unterschieden werden.

Tabelle 2-1: Referenzsichten des Aachener PPS-Modells¹⁸

Referenzsichten Zweck

Organisationssichten

Aufgabensicht Beschreibung und Abgrenzung von Aufgaben der PPS und Auftragsabwicklung

Prozessarchitektursicht Verteilung und Koordination von Prozessen und Prozessele- menten

Prozesssicht Analyse und Gestaltung von Prozessen

IT-Systemsicht Funktionssicht Beschreibung von Anforderun- gen an IT-Systeme

2.1.2.1 Aufgabensicht

Die Aufgabensicht gliedert sich in Netzwerkaufgaben, die standort- bzw. unterneh- mensübergreifende Themen beschreibt, in Kernaufgaben, welche die Kompetenzen innerhalb eines Produktionsunternehmens behandeln und in Querschnittsaufgaben, welche die integrativen Aufgaben enthalten. Als Rückgrat dieser drei Aufgabenbe- reiche dient die Datenverwaltung, die für alle Disziplinen eines Unternehmens benö- tigt wird. Diese Referenzsicht schafft demnach die grundlegende Form für die Ab- bildung von PPS-Funktionen. Sowohl die Prozessarchitektursicht als auch die Pro- zesssicht deduzieren aus dem Aufgabenmodell die einzelnen Prozessschritte.

18 Vgl. Schuh, 2006, S. 19.

Abbildung 2-7: Struktur der Aufgabenreferenzsicht¹⁹

2.1.2.2 Prozessarchitektursicht

Die Prozessarchitektursicht ist die jüngste Weiterentwicklung innerhalb der Refe- renzsichten und dient als Erweiterung zur Prozesssicht für die unternehmensübergrei- fende Gestaltung der PPS. Da diese Sichtweise in der Methodik der vorliegenden Arbeit nicht relevant war, erfolgt keine nähere Beschreibung.

2.1.2.3 Prozesssicht²⁰

Die Prozesssicht erläutert die aus dem Aufgabenmodell resultierenden Prozessschrit- te detaillierter und weist darüber hinaus auf die Schnittstellen zu den benachbarten Prozessen hin. Dabei werden die Aufgaben in einer zeitlich-logischen Folge abgebil- det und innerhalb eines Unternehmens analysiert. Weiters werden vier verschiedene Betriebs- bzw. Auftragsabwicklungstypen unterschieden:

• Auftragsfertiger

• Rahmenauftragsfertiger

• Variantenfertiger

• Lagerfertiger

19 Vgl. Schuh, 2006, S. 21.

20 Da die Strukturen der Prozessarchitektursicht und der Prozesssicht aufgrund des Umfangs nicht abgebildet werden können, wird auf die Literatur verwiesen (Schuh, 2006, S. 24ff).

malsschemas charakterisiert. Das Schema in Tabelle 2-2 unterscheidet zwischen 12 Merkmalen, welche unterschiedlich ausgeprägt sein können. Den 12 Merkmalen liegt eine Merkmalsstruktur zu Grunde. Dabei werden die Merkmale wie folgt gegliedert:

• Initialmerkmal (1)

• Erzeugnismerkmale (2-3)

• Dispositionsmerkmale (4-7)

• Fertigungsmerkmale (8-12)

Es sind auch mehrfache Zuordnungen zulässig, da in der Realität je nach Branche Mischformen aus den vier Auftragsabwicklungstypen vorliegen. Für die Analyse des Ist-Zustandes und die Vergleichbarkeit von Betrieben untereinander ist diese Metho- de, trotz idealtypischer Annahme, sehr hilfreich.

Die Prozesssicht vereinfacht somit die Aufnahme und Zuteilung realer Prozesse in ein übersichtliches Modell.

2

Variantenzah- len)

Varianten

3

Erzeugnis- struktur

Mehrteilige Erzeugnisse mit komple- xer Struktur

Mehrteilige Erzeugnisse mit einfacher Struktur

Geringteilige Erzeugnisse

4

Ermittlung des Erzeug- nis-

/Komponente nbedarfs

Bedarfsorien- tiert auf Er- zeugnisebene

Erwartungs- und bedarfs- orientiert auf Komponen- tenebene

Erwartungs- orientiert auf Komponen- tenebene

Erwartungso- rientiert auf Erzeugnis- ebene

Verbrauchs- orientiert auf Erzeugnis- ebene

5

Auslösung des Sekun- därbedarfs

Auftrags- orientiert

Teilweise auftragsorien- tiert, teilweise periodenori- entiert

Periodenori- entiert

6

Beschaf- fungsart

Weitgehender Fremdbezug

Fremdbezug in größerem Umfang

Fremdbezug unbedeutend

7

Bevorratung Keine Bevor- ratung von Bedarfs- positionen

Bevorratung von Bedarfs- positionen auf unteren Struk- turebenen

Bevorratung von Bedarfs- positionen auf oberen Struk- turebenen

Bevorratung von Erzeug- nissen

8

Fertigungsart Einmalferti- gung

Einzel- und Kleinserien- fertigung

Serienferti- gung

Massen- fertigung

9

Ablauf in der Teilefertigung

Werkstatt- fertigung

Inselfertigung Reihenferti- gung

Fließfertigung 10

Ablauf in der Montage

Baustellen- montage

Gruppenmon- tage

Reihenmon- tage

Fließmontage

11

Fertigungs- struktur

Fertigung mit hohem Struk- turierungs- grad

Fertigung mit mittlerem Strukturie- rungsgrad

Fertigung mit geringem Strukturie-

rungsgrad

12

Kundenände- rungseinflüs- se während der Fertigung

Änderungs- einflüsse in größerem Umfang

Änderungs- einflüsse gelegentlich

Änderungs- einflüsse unbedeutend

21 Vgl. Schuh, 2006, S. 137.

Im Funktionsmodell werden die Anforderungen an IT-Systeme aufgrund der defi- nierten Funktionen in der PPS beschrieben. Diese beziehen sich im Speziellen auf PPS-Systeme sowie auf ERP-Systeme und werden in gleicher Art und Weise geglie- dert, wie in der Aufgabensicht. Die Funktionssicht berücksichtigt daher die verschie- denen informationstechnischen Aspekte der PPS. Die Gliederung der Funktionen wird in Abbildung 2-8 anhand der Kernaufgaben veranschaulicht.

Abbildung 2-8: Funktionsbereiche zur Unterstützung der Kernaufgaben²²

22 Schuh, 2006, S.199.

Abbildung 2-9: Beispiel für IT-Systemfunktionen in der Absatzplanung²³

2.2 Ansätze zur Integration von IT-Systemen in der PPS

Die Einführung und Integration von IT-Systemen stellt im Allgemeinen eine sehr große Herausforderung an ein Unternehmen dar. In Industriebetrieben führen die verzweigten Abläufe in der Produktionsplanung und -steuerung zu einer noch kom- plexeren Struktur, wodurch die Forderung nach standardisierten Abläufen und Schnittstellen als unabdingbar bezeichnet werden kann. Die meisten aktuellen Stan- dards für integrierte Systeme in der Produktion basieren auf der Idee des Computer Integrated Manufacturing. Im Folgenden werden die Entstehung und die Weiterent- wicklung des CIM-Gedankens zusammengefasst. Anschließend werden das gegen- wärtig wichtigste Konzept für die Integration von EDV- und Leitsystemen in Unter- nehmen, der Standard ANSI/ISA-95 sowie die daraus resultierende Norm DIN ECI 62264, erläutert.

2.2.1 PPS im Rahmen des Computer Integrated Manufacturing

Die Idee des Computer Integrated Manufacturing entstand in den 1980er Jahren und wurde insbesondere durch August-Wilhelm Scheer verbreitet.

„Computer Integrated Manufacturing (CIM) bezeichnet die integrierte Informationsverarbeitung für betriebswirtschaftliche und technische Aufgaben eines Industriebetriebs.“²⁴

Vor allem das Y-Modell der CIM-Komponenten in Abbildung 2-10 erlangte Be- kanntheit und war vorrangig in der Wirtschaftsinformatik gebräuchlich. Das Modell gibt zwei Planungsphasen an, die betriebswirtschaftliche (PPS) sowie technische

23 Vgl. Schuh, 2006, S. 199ff.

24 Scheer, 1990, S. 2.

beide Sichtweisen bei den Steuerungsfunktionen.

Abbildung 2-10: Informationssysteme im Produktionsbereich²⁵

Eine weitere Darstellung, die im ingenieurwissenschaftlichen Bereich häufig vorzu- finden ist, wurde auf Empfehlung des Ausschusses für Wirtschaftliche Fertigung publiziert und wird in Abbildung 2-11 gezeigt. Auf Basis des Y-Modells von Scheer entwickelt, werden auch hier PPS und die CAx-Komponenten als gleichwertig gese- hen.²⁶

25 Scheer, 1990, S. 2.

26 Vgl. Kurbel, 2005, S. 310.

Abbildung 2-11: AWF-Empfehlung CIM²⁷

Parallel zu den Konzepten in Europa wurde in den USA gemeinsam von der Purdue Research Foundation und der Instrument Society of America ein Referenzmodell für CIM entwickelt.²⁸

Tabelle 2-3

Dieses Modell beschreibt den informationstechnischen Austausch sowie die Verteilung der Kompetenzen aller am Produktionsprozess beteiligten Funktionen innerhalb eines Unternehmens. Dabei wird eingangs der Industriebetrieb in sechs hierarchische Niveaus (Levels) eingeteilt. Anschließend werden für jede Ebene spezielle Steuerungsfunktionen (Basic Functions), Aufgaben (Control) und Verantwortlichkeiten (Responsibility) vorgegeben. In wird die Struktu- rierung ausgehend von der Anlagenebene (Level 1, Equipment) bis zur Unterneh- mensführungsebene (Level 6, Corporate Management) gezeigt.

27 AWF, 1985, S. 10.

28 Purdue, 1989.

Tabelle 2-3: Facility automation model

Level Hierarchy Control Responsibility Basic Functions 6 Enterprise Corporate mana-

gement

Achieving the mis- sion of the enter- prise and managing the corporate

Corporate management Finance

Marketing & sales Research & development 5 Facility /

Plant

Planning producti- on

Implementation of the enterprise func- tions / planning and scheduling the pro- duction

Product design & production engin.

Production management (up.

level)

Procurement (up. level) Resources management (up.

level)

Maintenance mgmt. (up. level) 4 Section /

Area

Allocating and supervising mate- rials & resources

Coordinate the pro- duction and support- ing the jobs / obtain- ing and allocating resources to the jobs

Production management (low.

level)

Procurement (low. level) Resources management (low.

level)

Maintenance mgmt. (low. level) Shipping

Waste material treatment 3 Cell Coordinate multi-

ple machines and operations

Sequencing and supervising the jobs at the shop floor / supervising various supporting services

Shop floor production (cell level)

2 Station Command machine sequences and motion

Directing and coor- dinating the activity of the shop floor equipment

Shop floor production (station level)

1 Equipment Activate sequences and motion

Realisation of com- mands to the shop floor equipment

Shop floor production (equipment level)

Die erste „CIM-Welle“ konnte die hohen Erwartungen jedoch nicht erfüllen. In den 1990er Jahren werden folgende Gründe für den fehlenden Erfolg des CIM angege- ben:³⁰

• CIM wird mit PPS gleichgesetzt

• CIM wird mit Automatisierung gleichgesetzt

29 Purdue, 1989, S. 30.

30 Vgl. Kittl, 1993, S.16ff.

tenverwaltung höchstens unwesentlich verbessert werden.³² Abbildung 2-11

Der vierte angeführte Punkt verdeutlicht, wie abstrahierte Schemen (siehe ) vereinfacht und aufgelöst wurden. Der entscheidende Buchstabe des CIM ist das „I“. Es wurden je- doch einzelne Komponenten (z. B. CAD) weiterentwickelt und nicht die Integration der bestehenden Elemente. Die Übersicht in Abbildung 2-12 stellt eine Zusammen- fassung der CIM Konzepte im Wandel der Zeit dar. Festzuhalten ist, dass die Idee des CIM bereits zu Beginn sehr viel versprechend war und sich bis heute immer wei- terentwickelt hat. Der Umschwung von der anfänglichen Euphorie über eine Strate- gie, die alle unternehmerischen Probleme lösen kann, zu einer zeitweise unpopulären Fantasie lag vielmehr an der fehlerhaften Umsetzung des Konzepts und an der Ab- kehr von den Humanressourcen. Der Gedanke des CIM ist jedoch nach wie vor aktu- ell, da heute neue Technologien und Mittel zur Verfügung stehen, um die weiterent- wickelten Ansätze zu realisieren.

31 Vgl. Westkämper, 2006, S. 236ff.

32 Vgl. Burger, 1993.

Abbildung 2-12: Veränderung im CIM-Konzept³³

2.2.2 ANSI/ISA-95

Die Instrument Society of America veröffentlichte im Jahr 2000 den ersten Teil der Normenreihe ANSI/ISA-95. Dieser beschreibt einen internationalen Standard für die Integration von Unternehmens- und Betriebsleitsystemen.³⁴

33 Backes/Schmitz, 1996.

Dabei werden Definitio- nen und Modelle aufgezeigt, welche die Schnittstellen zwischen verschiedenen Software-Systemen strukturieren und den Informationsaustausch regeln. Die AN- SI/ISA-88, welche für chargenorientierte Produktion (z. B. Chemische Industrie) entwickelt wurde, war die Basis für die ANSI/ISA-95, um einen ähnlichen Standard

34 Vgl. URL

• Teil 4: Object models and attributes of manufacturing operations manage- ment

• Teil 6: Manufacturing operations management transactions

Grundlage für die Strukturierung ist das „Functional hierarchy model“, welches die Produktionsplanung und -steuerung gliedert. Es handelt sich hierbei um eine verein- fachte Variante des „Purdue hierarchy models“.³⁶

• Level 0,1,2: Batch, Continuous, Discrete Control (Automationsebene)

Die Einteilung erfolgt in verschie- denen Schichten (Levels), welche den Ort für die Entscheidungskompetenz angeben.

Es werden folgende Schichten unterschieden.

• Level 3: Manufacturing Operations & Control (Fertigungsmanagement)

• Level 4: Business Planning and Logistics (Unternehmensmanagement)³⁷ Die vorliegende Arbeit verweist vorrangig auf Teil 1 des ANSI/ISA-95 Standards, da sich dieser speziell mit der Schnittstelle zwischen Level 3 und Level 4 befasst. Die Arbeitsgruppe der ANSI/ISA-95 empfiehlt die Funktionen als Grundlage für Ent- wicklungen von Standard-Software-Systemen heranzuziehen, im Speziellen Level 3 für Manufacturing Execution Systems (siehe Kapitel 2.6) und Level 4 für Enterprise Resource Planning Systems (siehe Kapitel 2.5). In Abbildung 2-13 wird das „Functi- onal hierarchy model“ dargestellt. Der Zeithorizont für die Funktionen unterscheidet sich wie folgt:

• Level 4: Monate, Wochen, Tage

• Level 3: Tage, Schichten, Stunden, Minuten, Sekunden

• Level 2,1,0: Stunden, Minuten, Sekunden, Millisekunden

35 Beispiele zu diesem Punkt: Oracle Corp., SAP AG, Siemens AG.

36 Purdue, 1989, S. 27ff.

37 Für die Übersetzungen in Klammer vgl. Kletti, 2007, S. 17.

Abbildung 2-13: Functional hierarchy model³⁸

Auf die detaillierten Aktivitäten innerhalb der Levels 3 und 4 wird im Abschnitt 3 Bezug genommen. Eine wichtige Ergänzung zum „Functional hierarchy model“ stellt das „Functional enterprise-control model“, das in Abbildung 2-14 gezeigt wird, dar.

Der Übergang zwischen dem graublauen Bereich und seiner Umgebung stellt die Grenze zwischen Level 3 und Level 4 dar. Da es sich dabei in der Realität eher um einen fließenden Übergang handelt, können jene Funktionen, die sich direkt an die- sem Übergang befinden, sowohl Level 3 als auch Level 4 oder beiden Levels zuge- ordnet werden. Es werden um den Fokus der Funktion Production Control (braun) die zentralen Funktionen der PPS (blau) mit dem primär relevanten Datenfluss (durchgängige Pfeile) abgebildet. Externe Funktionen sind rechteckig (rot) umrahmt, der sekundär relevante Datenaustausch zwischen Funktionen ist durch strichpunktier- te Pfeile gekennzeichnet.

38 Vgl. Instrument Society of America, 2000, S. 19.

Abbildung 2-14: Functional enterprise-control model³⁹

1. Order Processing (Bestellabwicklung) Es werden folgende Funktionen unterschieden:

2. Production Scheduling (Produktionsplanung) 3. Production Control (Produktionssteuerung)

4. Material and Energy Control (Material- und Energiewirtschaft) 5. Procurement (Beschaffung)

6. Quality Assurance (Qualitätssicherung) 7. Product Inventory Control (Lagerverwaltung) 8. Product Cost Accounting (Kostenrechnung) 9. Product Shipping Admin (Transportverwaltung)

10. Maintenance Management (Instandhaltungsmanagement)

Von Seiten der Systemanbieter wurde die Entwicklung des ANSI/ISA-95 Standards positiv kommentiert. Vor allem die Schaffung eines Ansatzes, der die wichtigsten Eckpfeiler für die Integration der beiden Bereiche ERP und MES vorsieht, lässt auf zufriedenstellende Lösungen in naher Zukunft schließen.⁴⁰

39 Vgl. URL

Der Standard wird zwar einerseits eher für große Systeme und Konzerne mit mehreren Standorten als vorteil-

40 Vgl. Siemens AG, 2004, S. 6.

die Umsetzung als grundsätzlich geeignet gesehen.⁴¹ 2.2.3 IEC 62264 und DIN EN 62264

Der ANSI/ISA-95 Standard ist die Basis für eine Norm, die in der IEC 62264 bear- beitet wird. Das Ziel, die Norm international bekannt zu machen, wurde durch die Bestrebungen einer deutschen Version in der DIN EN 62264 unterstützt. Aktuell liegen folgende Entwürfe vor:⁴²

• DIN EN 62264-1, Integration von Unternehmens-EDV und Leitsystemen – Teil 1: Modelle und Terminologie (Englisch mit einem Wörterbuch Deutsch- Englisch und Englisch-Deutsch)

• Entwurf zu DIN EN 62264-2, Integration von Unternehmens-EDV und Leit- systemen – Teil 2: Attribute des Objektmodells (Englisch)

2.3 Produktionsplanung

2.3.1 Hierarchische Struktur

Betrachtet man zunächst die Produktionsplanung in Abbildung 2-15, können im Pro- duktionsmanagement drei Ebenen unterschieden werden.⁴³

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden vorrangig die operativen PPS- Funktionen betrachtet. Die Durchführung der verschiedenen Planungsaufgaben kann entweder simultan oder sukzessiv erfolgen. Der theoretische Ansatz eines Simultan- modells ist bis heute kaum erfolgreich realisiert, da der Umfang der Planungsprob- leme zu groß ist. In der Praxis hat sich daher das Stufenkonzept der PPS durchgesetzt (siehe auch Kapitel

Zu Beginn steht die stra- tegische Produktionsplanung, bei der langfristige Entscheidungen zu Produkt, Tech- nologie, Produktionssystem und Standort getroffen werden. Darauf folgt die takti- sche Produktionsplanung, welche mittelfristig die strategischen Entscheidungen um- setzt. Die operative Produktionsplanung gewährleistet, innerhalb der taktischen Rahmenbedingungen, die effiziente Nutzung des Produktionssystems bezüglich Mengen und Terminen.

2.5). Die PPS-Funktionen werden schrittweise durchgeführt und eventuelle Planungsprobleme aufeinander folgend gelöst.⁴⁴

41 Vgl. Kletti, 2006, S. 28.

42 Vgl. Adams, 2007, S. 52.

43 Vgl. Schneider/Buzacott/Rücker, 2005, S 13.

44 Vgl. Jung, 2006, S 515.

Abbildung 2-15: Aufgaben des Produktionsmanagements⁴⁵

2.3.2 Funktionen

Die grobe Einteilung der Funktionen in der operativen Produktionsplanung wird in der Literatur einheitlich in drei Abschnitte gegliedert:

• Produktionsprogrammplanung (auch gemeinsam mit Absatzplanung genannt)

• Materialbedarfsplanung (auch oft als Materialdisposition angeführt)

• Produktionsdurchführungsplanung (auch häufig als Produktionsplanung oder Grobplanung bezeichnet)

45 Vgl. Kiener, 2006, S. 137ff; Schneider/Buzacott/Rücker, 2005, S. 13ff.

PPS-Modell zu finden, dessen Funktionssicht sich in Abbildung 2-16 darstellt.

Abbildung 2-16: Funktionen der Produktionsplanung im Aachener PPS-Modell⁴⁶ Die Unterfunktionen in der Absatz- und Produktionsprogrammplanung sowie in der Materialdisposition werden ähnlich gesehen, wie in der Darstellung des Produkti- onsmanagements von Kiener und Schneider (siehe Abbildung 2-15). Einzig die Auf- tragsfreigabe wird unterschiedlich betrachtet. Einerseits wird die Auftragsfreigabe der Produktionsplanung zugeordnet, andererseits wird diese jedoch als Funktion der Produktionssteuerung gesehen.⁴⁷

2.5

Der Unterschied kann mit einer nur teilweise abge- bildeten Feinplanung erklärt werden. Konzepte, die nach der Produktionsplanung zusätzlich eine Feinplanung vorsehen, ordnen die Auftragsfreigabe eher der Produk- tionssteuerung zu. Dieser Umstand ist vor allem zeitlich bedingt, da in manchen Fäl- len bereits der Abschluss der Termin- und Kapazitätsplanung in der Grobplanung als Auftragsfreigabe bezeichnet wird. Die eigentliche Zuteilung der Ressourcen nach positiver Verfügbarkeitsprüfung erfolgt erst in der Produktionssteuerung und wird daher auch vielfach als Fertigungsauftragsfreigabe angeführt. Nach dem MRP II Konzept (siehe Kapitel ) wird die Freigabe der Fertigungsaufträge ebenfalls der Werkstattsteuerung (Shop Floor Control) zugerechnet.⁴⁸

46 Vgl. Schuh, 2006, S.199.

47 Vgl. hierzu: Schuh, 2006, S. 56; Hansmann, 2006, S. 339; Kiener, 2006, S. 147; Hack- stein, 1989, S. 15; Schneider/Buzacott/Rücker, 2005, S. 16.

48 Vgl. Kurbel, 2005, S. 139.

Eine detaillierte Auflistung aller Definitionen findet sich in Anhang A.

Abbildung 2-17: Funktionen der Produktionssteuerung im Aachener PPS-Modell⁴⁹ Eine weitere Zuordnung, die mehr die organisatorischen und administrativen Zu- sammenhänge der Produktionssteuerung hervorhebt, wird in Abbildung 2-18 gezeigt.

Die ersten zwei der drei Stufen weisen auf die Rückkopplung mit der Produktions- planung in den Gebieten Auftragsverwaltung und Bestandsverwaltung hin. Die dritte Stufe bildet den „klassischen Bereich“ der Produktionssteuerung ab. Die Funktionen Planung und Steuerung werden überwiegend parallel ausgeführt.⁵⁰

49 Vgl. Schuh, 2006, S. 199.

50 Vgl. Bloech, 2004, S. 121ff.

Abbildung 2-18: Stufen der Produktionssteuerung in PPS-Systemen ⁵¹

2.4.2 Funktionen

In der Literatur sind folgende Funktionen der Produktionssteuerung am häufigsten vorzufinden:

• Auftragsveranlassung (auch als Fertigungsauftragsfreigabe bezeichnet)

• Belegungsplanung (auch Reihenfolge-/ Ablaufplanung genannt bzw. dem Begriff Feinplanung untergeordnet)

• Auftragsüberwachung (auch gemeinsam mit Ressourcenüberwachung ange- geben)

Die Funktion der Überwachung wird nahezu immer angegeben. Die Belegungspla- nung kommt ebenso häufig vor, wird aber in diesem Bezug unter dem Begriff der Feinplanung angeführt. Die an der Schnittstelle zwischen Produktionsplanung und Produktionssteuerung liegende Auftragsveranlassung wird wie bereits erwähnt bei- den Kompetenzfeldern untergeordnet (siehe Kapitel 2.3.1).

Eine detaillierte Auflistung aller Definitionen findet sich in Anhang A.

2.5 Enterprise Resource Planning Systems

von Matthias Buhl

Zu Beginn dieses Teilabschnitts muss erwähnt werden, dass sich die Literatur zu Methoden und Grundlagen von ERP-Systemen ohne konkreten Bezug zu einem Softwareprodukt nach wie vor als sehr bescheiden darstellt. In der deutschsprachigen Literatur der Wirtschaftsinformatik ist die Thematik ERP etabliert, es gibt jedoch

der erfassten und verarbeiteten Daten und ermöglichen hierdurch eine unternehmensweite Planung, Steuerung und Kontrolle.“⁵³

Diese Definition wurde vom Autor gewählt, da sie mehrere verschiedene Begriffsbe- stimmungen aus englisch- und deutschsprachiger Literatur vereinigt.

Die umfangreiche Entwicklungsgeschichte und die gegenwärtige Bedeutung von ERP-Systemen werden in den folgenden Unterabschnitten zusammengefasst.

2.5.1 Historische Entwicklung – von MRP zu ERP

ERP-Systeme werden als Weiterentwicklung zweier Konzepte gesehen, die bereits in den 1960er Jahren in den USA ihren Ursprung haben. Zu Beginn bildeten Informati- onssysteme nur Bestandsdaten ab, die erste Unterstützung von Planungsaktivitäten in der Materialwirtschaft wurde durch MRP-Systeme realisiert. Anfang der 1970er Jah- re brachten CRP bzw. MPS Erweiterungen in den Bereichen Kapazitäts- bzw. Mate- rialbedarfsplanung. Die Integration dieser drei Systeme kann als Ansatz des „Closed Loop MRP“ verstanden werden. Der nächste große Fortschritt kam mit dem Einbe- zug der Absatz- und Geschäftsplanung im MRP II Konzept. Die nun vorhandene Integration bezog sich jedoch nur auf Funktionen des Produktionsbereichs. Mitte der 1990er Jahre wurde der Begriff des Enterprise Resource Planning geprägt, welcher auf die Planung aller Ressourcen im Unternehmen abzielt. Ab dem Jahr 2000 kamen darüber hinaus auch Advanced Planning Systems (auch Advanced Planning and Scheduling Systems) zum Einsatz. Diese unterstützen mithilfe mathematischer Op- timierungsmethoden sowohl die Produktions- als auch die Logistikplanung in der Supply Chain. Die aktuellste Entwicklung stellen Systeme dar, die durch das World Wide Web über die Unternehmensgrenzen hinaus reichen. Diese Generation von ERP-Systemen wird oft auch als ERP II bzw. Extended ERP bezeichnet und basieren

51 Vgl. Bloech, 2004, S. 123.

52 Vgl. Theling/Loos/Sommerrock, 2005, S. 43.

53 Hesseler/Görtz, 2007, S. 5.

werden die wichtigsten Stationen der Entwicklung dargestellt.

Abbildung 2-19: Historische Entwicklung der Produktionsplanungsansätze⁵⁵

2.5.1.1 MRP – Material Requirements Planning

Das Material Requirements Planning setzt sich mit der Materialbedarfsplanung aus- einander. Die ersten Systeme wurden bereits 1968 in den USA angeboten und waren aufgrund der dort vorherrschenden Marktverhältnisse besonders für Unternehmen geeignet, die große Stückzahlen auf Lager produzierten.⁵⁶ Diese Betriebe hatten ein standardisiertes Produktionsprogramm, darüber hinaus wurden die Aufträge nicht durch Bedarfe von Kunden, sondern durch Mindestbestände im Lager ausgelöst. Der Schwerpunkt lag somit klar auf der Berechnung der Sekundärbedarfe, die mithilfe einer automatisierten Stücklistenauflösung ermittelt wurden. Anschließend wurden die Termine für die Fertigungsaufträge auf Basis von unendlichen Produktionskapa- zitäten bestimmt.

2.5.1.2 MRP II – Manufacturing Resource Planning

Die Schwachstelle des Material Requirements Planning, keine realistischen Termine und Kapazitäten bestimmen zu können, wurde durch das Konzept des MRP II beho- ben. Als erster Schritt kann der Ansatz des Closed Loop MRP bezeichnet werden der, wie Abbildung 2-20 zeigt, zusätzliche Komponenten enthielt. Im Detail waren dies:

54 Da in der vorliegenden Arbeit die Begriffe ERP II bzw. Extended ERP nicht näher behan- delt werden, wird für Definitionen auf die Literatur verwiesen. Vgl. The- ling/Loos/Sommerrock, 2005, S. 5ff.

55 Vgl. Kurbel, 2005, S.125ff; Schneider/Buzacott/Rücker, 2005, S. 2ff; Karcher, 2006.

56 Vgl. Kurbel, 2005, S.105ff.

Abbildung 2-20: Entwicklung von MRP zu MRP II⁵⁸

57 Vgl. Kurbel, 2005, S. 136ff; Wight, 1984, S. 43ff.

58 Vgl. Scheer, 1990, S. 37.