Was versteht man unter Materialflusssteuerung?

IGZ Materialfluss

Weiterentwicklungen im Bereich der Mikroprozessortechnologie schufen die Voraussetzungen, dass Mitte der 1970er Jahre, parallel zum Bau der ersten automatisierten Hochregallager (HRL), erstmals Systeme zur Steuerung und Kontrolle des Material- und Informationsflusses zum Einsatz kamen. Damit wurde der Grundstein dafür gelegt, den Transport- und Handhabungsaufwand reduzieren und unnötig anfallende Kosten senken zu können.

Heute gilt die Materiaflusssteuerung (MFS = Material Flow System) als zentrales Nervensystem von Warenlagern und auch Produktionsversorgungsanlagen. Hierarchisch ist sie zwischen der Lagerverwaltung (LVS) beziehungsweise dem Warehouse-Management-System (WMS) und den speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) der Geräte angesiedelt und verfügt über integrierte Leitstandfunktionalitäten zur Verwaltung, Koordination, Kontrolle und Steuerung von Ressourcen und Transporten sowie zur Organisation des Nachschubs für die Kommissionierung.

Die VDI-Richtlinie 3300 definiert den Begriff Materialfluss als „Verkettung aller Vorgänge beim Gewinnen, Be- und Verarbeiten sowie bei der Verteilung von stofflichen Gütern innerhalb festgelegter Bereiche“. Aufgabe der Materialflusssteuerung hierbei ist, sämtliche Informations- und Warenflüsse so zu synchronisieren, dass die Teile zur richtigen Zeit, am richtigen Ort, in der gewünschten Qualität und Menge zur Verfügung stehen. Transportaufträge können sowohl vom Warenwirtschafts- beziehungsweise ERP-System (Enterprise Ressource Planning) als auch vom Lagerverhaltungs- respektive Warehouse-Management-System an die Materialflusssteuerung übergeben werden. Über die Visualisierung oder das Monitoring werden generierte Ereignismeldungen angezeigt. Dies können Aussagen zur Kapazitätsauslastung, dem Anlagenzustand und Fertigmeldungen sein. Auf Basis von WinCC reicht der Detaillierungsgrad bis hinunter auf Sensor- und Aktorenebene und ermöglicht so eine frühzeitige Lokalisierung von Schwachstellen oder auch akuten Problemfällen sowie deren Behebung.

Kurz gesagt verantworte die Materialflusssteuerung also die Umsetzung individuell geeigneter Operationen vom Wareneingang, über die Lagerhaltung und Kommissionierung bist zum Versand. Er koordiniert und optimiert deren Reihenfolge, kontrolliert kontinuierliche alle für die Auftragsabwicklung relevanten Quelle-/Senke-Relationen und vergibt Fahrbefehle an die unterlagerten Steuerungen (SPS) via TCP/IP.

Über implementierte Steuerungsstrategien lassen sich hierbei auch bestimmte Verfahren festlegen, über die definierte Zielsetzungen sinnvoll und in effizienter Weise erreicht werden können. Im  Fokus stehen hierbei insbesondere Faktoren zur Kostensenkung, zur Steigerung der Performance sowie zur Qualitätssicherung. Zentrale Ansätze, der die Materialflusssteuerung zu folgen hat, sind das Push- und das Pull-Prinzip. Während sich das Push-Prinzip an Absatz- und Plandaten ausrichtet, zielt die Pull-Strategie auf eine nachfrageorientierte, automatisierte Planung und Steuerung der Prozesse und Warenbewegungen. Kosten für die Lagerhaltung können ebenso verringert werden wie die Kapitalbindung durch hohe Bestände, überflüssige Tätigkeiten entfallen.

Welche Aufgaben umfasst die Materialflusssteuerung?

Materialflusssteuerung

Zentrale Aufgabe der Materialflusssteuerung (MFS = Material Flow System) ist eine rationell durchdachte, auf optimierte Betriebswirtschaftskosten zielende Abwicklung aller relevanten Teilprozesse in der Intra- und Produktionslogistik. Das MFS übernimmt primär Aufgaben im Rahmen der Transportverwaltung und -beauftragung mit Fahraufträgen und koordiniert die Belegung von Förderstrecken mit Fördermitteln. Sie sorgt für ein optimales Routing und eine bestmögliche Auslastung von Strecken und Ressourcen, organisiert den Nachschub zur Kommissionierung und initiiert eine permanente Inventur. Die Durchführung der Transportaufträge obliegt hingegen der unterlagerten Steuerung (SPS).

Hohe Anforderungen an die Materialflusssteuerung werden insbesondere in Spitzen gestellt, wenn Anlagen unter Hochlast zu betreiben sind und eine Vielzahl an Fördermitteln parallel Transportaufträge durchzuführen hat. Diese Fahrten sind so zu koordinieren und zu steuern, dass freiwerdende Ressourcen umgehend wieder belegt werden, die Anlage nicht blockiert wird, die Waren auf möglichst kürzestem Weg zur Zielort verbracht werden und die Durchsatzleistung konstant gehalten wird. Zu berücksichtigen sind hierbei Vor diesem Hintergrund sind gegebenenfalls auch Aufträge zu priorisieren.

Im SAP EWM (SAP Extended Warehouse Management) ist das Material Flow System als integrierte Komponente, die mit einer oder mehreren speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) verbunden ist, bereits enthalten (SAP MFS). Sie sorgt für reibungslose, sichere und effiziente Materiaflussbewegungen in automatisierten Hochregalanlagen (HRL), automatischen Kleinteilelagern (AKL) für Behälter, Tablare und Trays sowie hochautomatisierten Logistik- und Distributionszentren. Leistungsoptimiert direkt angesteuert werden beispielsweise vollautomatisierte Shuttlefahrzeuge, gassengebundene Regalbediengeräte, Sorter und Sequenzer. Vorteil dieser maximalen SAP Integration ist, dass externe Middleware und Subsysteme entfallen, Schnittstellen werden reduziert. Zugleich wird die Planungs- und Investitionssicherheit erhöht.

Anwender von SAP EWM / MFS profitieren von einem Funktionsumfang, der eine automatisierte Abwicklung zahlreicher Arbeitsschritte beziehungsweise Aufgaben zulässt:

  • Auftragskonsolidierung
  • Verdichtungs- und Verpackungsprozesse mit Plausibilitätsverfahren
  • Automatische Identifizierung von Handling Units (HUs)
  • Automatische Ausschleusung nicht lagerfähiger HUs
  • Vollautomatische Einlagerung der HU´s über beliebig viele Meldepunkte
  • Reduzierung von Leerfahrten, etwa über Doppelspiele der Regalbediengeräte
  • Identifikation von Kapazitätsgrenzen bei Meldepunkte und Fördermitteln
  • Aktivierung und Deaktivierung von Fördersegmenten
  • Zusammenfassung von Fördermitteln zu Gruppen
  • Kontrolle der Meldepunkte für den Lagerverwaltungsmonitor
  • Sicherer Telegrammverkehr mit der SPS-Ebene über bidirektionale Kommunikationskanäle

Was ist ein Materialflussrechner?

Wenngleich auf physikalischer Ebene auch separierte Materialflussrechner (MFR) in Form von Middleware zum Einsatz kommen, so benennt ein MFR in der Regel eine Software zur Steuerung der Warenflüsse in teil- und auch hochautomatisierten Lager- und Kommissioniersystemen. Die im Zuge der Auftragsabwicklung relevanten Daten werden ihm vom übergeordneten ERP- (Enterprise Ressource Planning) beziehungsweise Warenwirtschaftssystem übermittelt. Der Materialflussrechner konvertiert diese dann in einzelne Prozessschritte, generiert daraus Aufgaben und überträgt diese an die Komponenten einer Anlage oder eines Gesamtsystems.

Kernaufgabe eines MFR ist das Transportmanagement unter Berücksichtigung von Beständen sowie dem Verfügbarkeitsstatus und der Auslastung von Kapazitäten und Ressourcen. Im Idealfall werden parallel Strategien für verkürzte Durchlaufzeiten sowie zur Wegeoptimierung gefahren. Zu steuernde Komponenten sind beispielsweise Stetigförderer wie Fördertechniken oder Unstetigförderer wie Stapler, Regalbediengeräte, Shuttles und fahrerlose Transportfahrzeuge.

Voraussetzung für die Entwicklung und Implementierung eines MFR beziehungsweise der Steuerungssoftware ist eine abgesicherte, konsistente Datenbasis, auf deren Grundlage ein statisches Abbild (Anlagenmatrix) der Förderanlage erstellt und in ein Konfigurationssystem überführt wird. Hierbei sind sämtliche Lagerorte in Form von Punkten darzustellen, die durch Wege miteinander verbunden sind. An den Meldepunkten oder auch Anlagenpunkten werden Informationen kommuniziert, etwa zum Verfügbarkeitsstatus, über Belastungskapazitäten oder Zuständigkeiten. Durchzuführende Aufgaben, etwa der Transport einer Ladeeinheit vom I-Punkt zum Einlagerstich eines automatischen Kleinteilelagers (AKL) oder in das Hochregallager (HRL), werden separiert und sukzessive per Telegramm an die speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) übertagen.

Vorhandene Transportmittel sind im MFR unter anderem durch ihre Förderkapazität und das Aufnahmepotenzial für variierende Fördergüter beschrieben. Auf Basis der hinterlegten Daten berechnet das System die jeweils bestmögliche Route und kontrolliert und steuert sowohl die Belegung der Transportmittel als auch die Materialflussbewegungen. Parallel erfolgt ein kontinuierlicher Abgleich zwischen dem statischen Modell und den dynamisch abgebildeten Anlagenressourcen. Letztere bezeichnen im Umlauf befindliche Fördermittel oder Transportfahrzeuge, die Waren von einem Meldepunkt an den nächsten überführen. Aus einer Fülle definierter Sortier- und Transportmöglichkeiten wird hierbei die jeweils effektivste Variante zur Überführung der Handling Units (HU) an den Zielpunkt ausgewählt und vorgegeben.

Materialflusssteuerung direkt mit SAP MFS

Der Einsatz von SAP MFS (SAP Material Flow System) ermöglicht eine zweistufige Systemarchitektur SAP-SPS mit maximaler SAP Integration, vereinfachten Schnittstellen, einem hohen Standardisierungsgrad und deutlichen Vorteilen beim Customizing sowie im Zuge von Wartung und Support. Die homogenisierte Systemlandschaft eliminiert Fehlerquellen und sorgt für ein Optimum an Datentransparenz. Folge sind deutliche Effizienzsteigerungen in der Kommissionierung, im Bereich der Verpackung sowie im Versand.

Die Automatiksteuerung im Lager, Logistik- oder Distributionszentrum erfolgt direkt aus SAP. Middleware, wie etwa ein Lagersteuersystem zwischen SAP und SPS ist nicht erforderlich. Über die in SAP EWM integrierte Materialflusskomponente SAP MFS lässt sich eine enge Verzahnung des Materialflusses mit der Lagerverwaltung realisieren. Dies erleichtert den Abgleich zwischen hinterlegten Steuerungsstrategien sowie der Ressourcenauslastung auf Mechanik-Ebene. Multi-Order-Picking und Value Added Services nach dem Prinzip „Ware-zur-Person“ sind ebenso realisierbar wie mehrstufige Ein- und Auslagerprozesse sowie die mehrfachtiefe Einlagerung von Kleinteilen.

SAP MFS übermittelt die Fahraufträge in Echtzeit direkt an die SPS von Regalbediengeräten oder die angeschlossene Fördertechnik. Ein- und Auslagerstrategien sind vollständig im SAP MFS hinterlegt und es können jederzeit Prozessverbesserungen vorgenommen werden, etwa durch Artikelgleichverteilung und/oder wegeoptimierte Lagerplatzfindung. Selbst vielschichtige Fördertechniklayouts, die sich über mehrere Ebenen inklusive Puffer und Sortierbahnen erstrecken, können komplett im SAP MFS abgebildet werden. Im Fall von Ausfällen lassen sich dynamische Umleitungsstrategien aktivieren, die die Verfügbarkeit der Anlage aufrechterhalten. Spezielle Funktionen unterstützen die Kommissionierer am Arbeitsplatz durch komfortabel zu bedienende, einfach auszulösende Benutzerdialoge. 

Mit dem SAP Extended Warehouse Management (EWM) und dem darin integrierten Material Flow System (MFS) zur Anbindung automatisierter Lagertechnikkomponenten steht also eine hochleistungsfähige Plattform zur Steuerung und Optimierung intralogistischer Prozesse zur Verfügung. Der Einsatz proprietärer Materialflussrechner oder Subsysteme ist selbst in hochautomatisierten Logistikanlagen wie automatischen Kleinteilelägern oder Shuttle-Systemen, bei Pick & Pack-Funktionen, bei der Anbindung automatisierter Lagertechnik oder von Staplerleitsystemen und dem Einsatz der RFID-Technologie – um nur einige Beispiele zu nennen – nicht mehr erforderlich. Anwender profitieren von einer durchgängigen, transparenten und äußerst effizienten SAP IT-Systemarchitektur von der Geschäftsprozessebene bis hinunter zu den unterlagerten Steuerungen. Alle logistischen Prozesse im Lager, aber auch im Bereich der Produktionsversorgung können vollumfänglich in SAP abgebildet werden. Der Support und die Weiterentwicklung von SAP EWM / MFS sind langfristig sichergestellt.

Kernprozesse

  • Verwaltung
  • Koordination
  • Kontrolle
  • Steuerung
  • Optimierung

Funktionsbereiche

  • Transportverwaltung
  • Ausgaben Fahrbefehle
  • Belegung von Strecken und Fördermitteln
  • Routen- und Auslastungsoptimierung
  • Nachschuborganisation

Kurzbezeichnung

MFR (Materialflussrechner)

MFS (Material Flow System)

SPS (speicherprogrammierbaren Steuerungen)

LVS (Lagerverwaltung)

WMS (Warehouse-Management-System)

ERP (Enterprise Ressource Planning)

Vorteile SAP

  • SAP Integration
  • Automatiksteuerung direkt aus SAP
  • Homogene Systemlandschaft
  • Hoher Standardisierungsgrad
  • Zweistufige Systemarchitektur SAP-SPS
  • Materialfluss- und Wegeoptimierung
  • Bestands- und Prozesstransparenz
  • Einfaches Bedienkonzept
  • Hohe Effizienzgewinne und Zukunftssicherheit