Serviceorientierte Integration von PPS und MES mit SAP NetWeaver®-Technologien

H. R. Hansen, D. Karagiannis, H.-G. Fill (Hrsg.): Business Services: Konzepte, Technologien, Anwendungen – 9. Internationale Tagung Wirtschaftsinformatik, Band 2. Wien, 2009, S. 67-76. SERVICEORIENTIERTE INTEGRATION VON PPS UND MES MIT SAP NETWEAVER®-TECHNOLOGIEN Arno Niemietz1, Marc Zimmermann2, Aldo Fobbe2, Siegbert Kern1 1 Fachbereich Informatik der Fachhochschule Gelsenkirchen Neidenburger Straße 43, D-45894 Gelsenkirchen {arno.niemietz@fh-gelsenkirchen.de, siegbert.kern@fh-gelsenkirchen.de} 2 IOT Institut für Organisations- und Technikgestaltung GmbH Buschgrundstraße 25, D-45894 Gelsenkirchen {zimmermann@iot-online.de, fobbe@iot-online.de} Kurzfassung Die IOT GmbH hat in Kooperation mit der Fachhochschule Gelsenkirchen ein objektorientiertes MES-Modell mit neuem Standardisierungsansatz und einer serviceorientierten Integrations- architektur entworfen. Das MES wird nicht durch viele individuelle Anpassungen auf den jeweiligen Einsatzfall vorbereitet, sondern ausgehend vom generalisierten MES-Modell über die Möglichkeiten der Spezialisierung mit anschließendem Customizing eingestellt. Es wurde besonders der MES-Gedanke der integrierten Fertigung aufgegriffen und dessen Umsetzung unter gesamtheitlichen Gesichtspunkten mit aktuellen Technologien verfolgt, um die Lücke zwischen Enterprise-Ebene und Shop-Floor zu schließen. Als Realisierungsplattform wurden SAP NetWeaver®-Technologien gewählt. In Projekten in der Stahl erzeugenden und verarbeitenden Industrie wird dieses MES seit mehreren Jahren erfolgreich eingesetzt. 1. Motivation Eine besondere Herausforderung für die Produktionsplanung und -steuerung ist die Unterstützung unternehmensweiter und unternehmensübergreifender Geschäftsprozesse bei gleichzeitiger Berücksichtigung der technologisch teils hoch komplexen Fertigungsprozesse der einzelnen Produktionsstufen. Die Schwierigkeit liegt darin, dass beide Aspekte jeweils ein Extrem in Bezug auf den notwendigen Detaillierungsgrad der Betrachtung und die Genauigkeit der Kenntnis der aktuellen Produktionssituation darstellen. Die PPS muss aber beiden Aspekten gleiche Beachtung schenken, um einen schnellen und flexiblen Umgang mit den Fertigungsprozessen zu ermöglichen. Dieses Dilemma lösen helfen können klassische ERP-Systeme im Produktionsumfeld oftmals nicht, da sie nicht hinreichend detailliert sind und die grobe Sichtweise der unternehmensweiten und unternehmensübergreifenden Prozesse repräsentieren. Die notwendige Prozessnähe weisen MES auf, deren Aufgabe es auch und insbesondere ist, kontinuierlich aktuelle Daten über Bearbeitungs- und Maschinenzustände zu sammeln und zu verarbeiten. Sie besitzen dadurch zu jeder Zeit genaue Kenntnis über die realen Produktionsabläufe und deren technologische Komplexität. Unter diesen Voraussetzungen empfiehlt sich der parallele Einsatz von ERP-Systemen und MES zum Zwecke einer integrierten PPS, wie er vielfach praktiziert wird. Allerdings erweist sich die Auswahl eines passenden MES als schwierig, da die angebotenen Standard-Systeme nicht selten zu allgemein gehalten sind, um die in der jeweiligen Produktionsstufe genutzten Technologien adäquat unterstützen zu können. Deshalb sind Integrationsversuche mit den bereits in der Fertigung genutzten IT-Systemen wenig aussichtsreich, zumal die Altsysteme vielfach nicht für einen solchen Einsatz entwickelt wurden und daher die neuen Anforderungen nicht optimal erfüllen können. Mangelhafte Integration und ungeeignete Aufgabenteilung behindern jedoch ein erfolgreiches Zusammenspiel der beteiligten IT-Systeme. Die IOT Institut für Organisations- und Technikgestaltung GmbH hat deshalb in Kooperation mit der Fachhochschule Gelsenkirchen ein objektorientiertes MES-Modell und eine serviceorientierte Integrationsarchitektur entworfen. Bei der Realisierung kamen bewusst Produkte der SAP AG zum Einsatz, da diese zum Einen in der Branche weit verbreitet sind und zum Anderen eine breite Palette an geeigneten IT-Lösungen und Entwicklungswerkzeugen anbieten. Diese basieren auf der selben Technologieplattform und lassen sich deshalb besonders gut miteinander kombinieren. Zusätzlich war mit entscheidend, dass die Entwicklungs- und Betriebsmitarbeiter mit dieser Systemwelt vertraut sind. SAP bietet keine MES-Lösungen dieser Art an. 2. MES-Modell und MES-Architektur Das vorliegende MES-Modell unterscheidet sich in vielen Aspekten von den am Markt angebotenen MES ([6] und [12]). Bei seiner Konzeption stehen Verallgemeinerungsfähigkeit und der ganzheitliche Integrationsgedanke im Vordergrund. Es orientiert sich an den Aufgaben- und Funktionsbereichen, wie sie beispielsweise MESA International ([7] und [8]) oder der VDI [13] für MES beschreiben. Ziel ist der Entwurf eines standardisierten MES für Branchen mit gleichartigen Bedürfnissen, das weitestgehend parametrierbar und auf die Integration mit vorhandenen IT- Systemen ausgerichtet ist. Das MES-Modell basiert auf folgenden grundlegenden Annahmen: • Das MES stellt Lösungen für eine oder mehrere Produktionsstufen bereit, die der gleichen technologischen Sparte angehören oder ähnliche Anforderungen haben. Der Fertigungs- prozess lässt sich in seiner Gänze mit einem oder mehreren MES abbilden. Dies trägt der bereichsorientierten Gewichtung von Planung und Steuerung Rechnung, wobei eine enge Kopplung der beteiligten MES die Fertigungskoordination unterstützt [9]. • Um die üblicherweise notwendigen individuellen Anpassungen zu vermeiden, basiert das MES auf generalisierten Geschäftsprozessen, Geschäftsobjekten und Kommunikations- objekten. Diese werden auf die Branchen- bzw. Einsatzgebietsspezifika spezialisiert. Hierdurch ergibt sich ein für den jeweiligen Einsatzfall über Customizing einstellbares System. Für gegebenenfalls notwendige Anpassungen oder Add-On-Entwicklungen stellt das MES Methoden und Werkzeuge bereit. • Das MES wird als Fertigungsmanagementsystem unterhalb eines zentralen ERP-Systems (normalerweise SAP R/3 oder SAP ERP) der Unternehmensleitebene und oberhalb der Prozessebene betrieben. Es kommuniziert mit IT-Systemen auf überlagerter, gleicher und unterlagerter Ebene. • Das MES ist kein Add-On zu SAP R/3, sondern ein eigenständiges System, das auf dem SAP Web Application Server basiert und vollständig objektorientiert in ABAP Objects realisiert ist. Objektorientierte und nicht objektorientierte SAP Komponenten werden weitestgehend in objektorientierten Schalen (Wrapper-Klassen) gekapselt, was den Anpassungsaufwand auf diese Wrapper-Klassen reduziert und damit gleichzeitig die Release-Festigkeit steigert, falls sich derartig gekapselte Komponenten in einem zukünftigen Release ändern. 2.1. Generalisierung und Spezialisierung Ein generisches MES-Modell zu entwerfen, um Standard und Individualismus im selben IT-System zu vereinen, birgt zahlreiche Probleme, denn „eine Standardsoftware kann selten ohne Änderungen eingeführt werden, sobald die Ganzheitlichkeit der logistischen Aufgabe in die Überlegung miteinbezogen wird“ ([10], S. 455), während „der Aufwand zur Pflege eigens erstellter Software sehr groß ist.“ ([10], S. 454). Zur Beherrschung dieser Probleme kann die Beschränkung des MES auf die Fertigungsprozesse gleichartig produzierender Branchen beitragen. Im vorliegenden Fall ist dies die Stahl erzeugende und verarbeitende Industrie, welche mit ihrer starken Einzelstückorientierung besondere Anforderungen an ein MES stellt ([1], S. 23-26). Im Mittelpunkt der Fertigungsprozesse steht hier das Einzelstück, welches in unterschiedlichen Ausprägungen (Spezialisierungen) auftritt. Einige Beispiele hierfür sind Stahlbrammen, Warm- bänder (Coils) und Bleche sowie Stahlträger, Stangen und Rohre. Ein Teil der Probleme lässt sich auch durch die Anwendung der objektorientierten Software- Entwicklung mit dem grundlegenden Prinzip der Generalisierung und Spezialisierung lösen. Auf Objekte der Realwelt angewendet bedeutet es, die Gemeinsamkeiten der Objekte zu erkennen und in einem generalisierten Objekt zusammenzufassen, das unter Umständen auch abstrakt sein kann. Von diesem generischen Objekt können dann alle speziellen Objekte abgeleitet werden. Eine zusätzliche Entschärfung der Probleme schafft die kontinuierliche Planung und Realisierung von Customizing, über das sich standardisierte Geschäftsobjekte und -prozesse individuell einstellen und parametrieren lassen. Im hier beschriebenen MES-Modell stellt das allgemeine Einzelstück eines der zentralen Objekte dar. In der generalisierten Einzelstückklasse sind Attribute und Methoden gebündelt, die alle Ausprägungen gemeinsam haben. Die spezialisierten Klassen erben diese Attribute und Methoden und ergänzen sie um individuelle, beispielsweise die Geometrie betreffende. Abbildung 1 zeigt in Form eines gekürzten UML-Klassendiagramms die Einzelstückklasse mit ausgewählten Beziehungen zu anderen Klassen. Abbildung 1: UML-Klassendiagramm des Pakets „Einzelstück“ (gekürzt) Die Spezialisierungsklassen sind wie oben beschrieben vom generalisierten Einzelstück abgeleitet und stellen jeweils eine spezialisierte Ausprägung dar. Die Einzelstückklasse ist assoziiert mit der Materialstammklasse. Diese verbindet das MES mit dem überlagerten ERP-System, indem jedes MES-Material auf ein ERP-Material verweist. Ein ERP-Material kann auch mehreren MES-Materialien zugeordnet sein. So ist unter anderem sichergestellt, dass eine Einzelstückbuchung im MES auch immer mit der korrekten Materialbuchung im ERP-System einhergeht.