MES-системы - стандарты, задачи, функции и особенности

MES-системы - это компьютеризированные системы, используемые в производстве для отслеживания и документирования преобразования сырья в готовые изделия. Они предоставляют информацию, которая помогает принимающим решения лицам понять, как можно оптимизировать текущие условия на заводе, чтобы улучшить выпуск продукции. MES работают в режиме реального времени, чтобы обеспечить контроль над несколькими элементами производственного процесса (например, входы, персонал, машины и службы поддержки).

Как это работает?

Системы единого управления MES могут работать в нескольких функциональных областях: управлении определениями продуктов в течение их жизненного цикла, планировании ресурсов, выполнении заказа и диспетчеризации, анализе производства и управлении временем простоя для общей эффективности оборудования (OEE), качества продукции или отслеживания материалов и т. д.

Такая система создает «встроенную» запись, фиксируя данные, события и результаты производственного процесса. Это может быть особенно важно в регулируемых отраслях, таких как продукты питания и напитки или фармацевтические препараты, где может потребоваться документация и подтверждение процессов, событий и действий.

Идея MES может рассматриваться как промежуточный шаг между системой планирования ресурсов предприятия (ERP) и контрольным и сборочным управлением (SCADA) или системой управления технологическими процессами.

В начале 1990-х годов были созданы отраслевые группы, такие как MESA (International-Manufacturing Enterprise Solutions Association), чтобы регулировать сложность и дать рекомендации по исполнению MES Systems.

Преимущества

Эти системы помогают создавать безупречные производственные процессы и обеспечивают обратную связь с требованиями в режиме реального времени. Кроме того, они предоставляют всю важнейшую информацию в одном источнике. Другие преимущества успешного внедрения MES-систем могут включать в себя:

1. Сокращение количества отходов, их переработку и уничтожение, в том числе в более короткие сроки.
2. Более точный сбор информации о затратах (например, работа, простои и инструменты).
3. Увеличение времени безотказной работы.
4. Внедрение безбумажной работы.
5. Сокращение излишков за счет ликвидации инвентарных запасов в каждом конкретном случае.

Разновидности MES

Широкое разнообразие систем MES возникло с широким использованием собранных данных для определенной цели. Дальнейшая их разработка в течение 1990-х годов привела к увеличению их функциональности. Затем Ассоциация производственных предприятий (MESA) внедрила определенную структуру, определив 11 функций, которые ограничили область применения MES. В 2000 году стандарт ANSI/ISA-95 объединил эту модель с эталонной моделью Purdue (PRM).

Была определена функциональная иерархия, в которой исполнительные производственные системы MES находились на уровне 3 между ERP на уровне 4 и контролем процесса на уровнях 0, 1, 2. С момента публикации третьей части стандарта в 2005 году деятельность на уровне 3 была разделена на четыре основные операции: производство, качество, логистика и техническое обслуживание.

В период с 2005 по 2013 год дополнительные или пересмотренные части стандарта ANSI/ISA-95 более подробно определили аппаратный состав MES-систем, охватывая способы внутреннего распространения функций и обмена информацией как внутри, так и снаружи.

Функциональные области

На протяжении многих лет международные стандарты и модели расширили сферу применения этих инструментов с точки зрения их деятельности. Обычно назначение и функции MES-систем включают в себя следующее:

1. Управление определениями продуктов. Это может включать в себя хранение, контроль версий и обмен данными с другими системами, такими как правила производства продукции, спецификация, подсчет ресурсов, контрольные точки процесса и качественные данные, каждая из которых сосредоточена на определении способа создания продукта.
2. Управление ресурсами. Это может включать в себя регистрацию, обмен и анализ информации о ресурсах, направленных на подготовку и выполнение производственных заказов, которые возможны и доступны.
3. Планирование (производственные процессы). Эти действия определяют график производства в виде набора заказов на выполнение для удовлетворения производственных требований, обычно получаемых из планирования ресурсов предприятия или специализированных передовых систем планирования, обеспечивают оптимальное использование местных ресурсов.
4. Отправка производственных заказов. В зависимости от типа производственных процессов это может включать в себя дальнейшее распределение партий, прогонов и заказов на выполнение работ, выдачу их рабочим центрам и адаптацию к непредвиденным условиям.
5. Выполнение производственных заказов. Хотя фактическое выполнение осуществляется системами управления технологическими процессами, MES может проводить проверки ресурсов и информировать другие системы о ходе производственных процессов.
6. Сбор данных о производстве. Эта функция MES включает в себя сбор, хранение и обмен данными процесса, состояния оборудования, информацию о материалах и журналах производства либо в картотеке, либо в реляционной базе данных.
7. Анализ производительности производства. Это получение полезной информации из необработанных собранных данных о текущем состоянии производства. Они включают в себя обзоры работы (WIP) и производительности за прошедший период (такие как общая эффективность оборудования или любой другой подобный показатель).
8. Производственный трек и трассировка. Это регистрация и извлечение связанной информации для того, чтобы представить полную историю продаж, заказов или оборудования. Данная область имеет особенно важное значение для производств, связанных со сферой здравоохранения. Это, например, выпуск фармацевтических препаратов.
9. Оцифровка полных данных из журналов в интерфейс цифровых устройств с помощью функции блокировки редактирования, а также вывод данных из SCADA в общий банк данных.

Связь с другими системами

Система управления производством MES интегрируется с ISA-95 (предыдущая модель модели Purdue, «95») с множественными отношениями и связями. Совокупность систем, действующих на уровне 3 ISA-95, можно назвать средствами управления производственными операциями (MOMS). Помимо MES, обычно существует система управления информацией о лаборатории (LIMS), управления складами (WMS) и компьютеризированная система управления обслуживанием (CMMS).

С точки зрения MES возможными информационными потоками являются:

• в LIMS: запросы на тестирование качества, образцы проб, данные статистических процессов;
• из LIMS: результаты качественных испытаний, сертификаты продуктов, результаты тестирования;
• в WMS: запросы на материальные ресурсы, определение материалов, поставки продуктов;
• из WMS: доступность материалов, поэтапные партии материалов, отгрузка продукта;
• в CMMS: оборудование, работающее с данными, его назначение, запросы на обслуживание;
• из CMMS: ход технического обслуживания, возможности оборудования, график обслуживания.

Связь с системами уровня 4

Примерами систем, действующих на уровне 4 ISA-95, являются управление жизненным циклом изделия (PLM), планирование ресурсов предприятия (ERP), управление взаимоотношениями с клиентами (CRM), человеческими ресурсами (HRM), система исполнения процессов (PDES).

С точки зрения систем MES, примерами возможных информационных потоков являются:

• к PLM: результаты производственных испытаний;
• из PLM: определение продуктов, счета операций (маршруты), электронные рабочие инструкции, настройки оборудования;
• к ERP: результаты производственной деятельности, произведенные и потребляемые материалы;
• от ERP: планирование производства, требования к заказу;
• в CRM: отслеживание информации;
• из CRM: жалобы на продукт;
• к HRM: эффективность персонала;
• от HRM: навыки персонала, доступность персонала;
• к PDES: результаты испытаний;
• из PDES: определение производственного потока, определение экспериментов (DoE).

Во многих случаях системы Middleware Enterprise Application Integration (EAI) используются для обмена сообщениями между MES и Level 4. Общее определение данных, B2MML, было определено в стандарте ISA-95, чтобы связать MES с вышеуказанными системами уровня 4.

Связь с системами уровня 0, 1, 2

Системы, действующие на уровне 2 ISA-95, - это диспетчерский контроль и сбор данных (SCADA), программируемые логические контроллеры (PLC), распределенные системы управления (DCS) и системы пакетной автоматизации. Информационные потоки между MES и этими системами управления процессами примерно одинаковы:

• к PLC: рабочие инструкции, рецепты, установки;
• из PLC: значения процесса, аварийные сигналы, скорректированные контрольные точки, производственные результаты.

Большинство систем MES включают в себя возможность подключения в рамках предлагаемого ими продукта. Прямая связь данных оборудования завода устанавливается путем синхронизации с программируемым логическим контроллером (PLC). Часто данные сначала собираются и диагностируются для управления в реальном времени в распределенной системе управления (DCS) или диспетчерского контроля и сбора данных (SCADA). В этом случае MES подключаются к этим системам уровня 2 для обмена данными по этажам завода.

Промышленным стандартом для подключения к элементам производства является OLE для управления технологическими процессами (OPC). Но в настоящее время промышленный стандарт начал переходить на OPC-UA. Современные совместимые с OPC-UA системы не обязательно будут работать только в среде Microsoft Windows, они рассчитаны на запуск в GNU/Linux или других встроенных системах. Это снижает стоимость систем SCADA и делает их более открытыми с надежной безопасностью.

Производственные компании используют MES-системы на рынке для отслеживания сырья по заводскому пути до конечного состояния. При правильном использовании эта система может уменьшить количество отходов, обеспечить более точное отражение затрат, увеличить время безотказной работы и сократить потребность в некотором инвентаре. Существует несколько основных фактов, которые каждый должен знать о производственных системах исполнения.

Они управляют определениями продуктов

Любой опытный управляющий знает, что даже малейшее изменение материала может полностью изменить законченное состояние продукта. Недостаток или излишек способен повлечь серьезные изменения в качестве продукта. Все это может привести к дополнительным затратам.

Основные функции систем MES позволяют активно отслеживать компоненты, составляющие ваш продукт. Они дают вам возможность назначать жесткие параметры для вашего производственного оборудования, что в конечном итоге сокращает количество отходов и экономит деньги.

Они адекватно оценивают производственные ресурсы (с некоторой помощью)

Как упоминалось выше, системы класса MES могут определять точное количество материала, необходимого для создания продукта, что позволяет создать четкое определение изделия и поддерживать его целостность. Кроме того, вы всегда будете иметь представление о том, каковы ваши ресурсы на производстве. Эта категория включает в себя все: от учета физических материалов до знания количества обслуживаемых машин или наличия рабочей силы, необходимой для завершения работы. MES в сочетании с системой APS (Advanced Planningand Scheduling) имеют возможность реально прогнозировать даты завершения выпуска продукта на 100 % всех ресурсов, которые у вас есть при раздаче.

Они могут быть интегрированы с другими производственными системами

В одиночку системы исполнения производства часто имеют возможность планировать производственные процессы, но на уровне «бесконечной емкости» и, следовательно, технически могут работать как автономное программное обеспечение для планирования. Тем не менее они, как правило, функционируют лучше при использовании в сочетании с другим программным обеспечением для обработки производства, таким как APS, так что конечные ограничения могут также отражаться для более точного и оптимизированного планирования.

APS определяет производственный график как набор рабочих заказов для удовлетворения производственных требований, обычно получаемых от планирования ресурсов предприятия (ERP), что в свою очередь помогает в основном использовать ресурсы.

Они обеспечивают анализ эффективности производства

После того как продукт начал прокладывать себе путь на производстве, MES может создавать отчеты на основе текущего его состояния. Незавершенное производство, различные показатели за прошедший период и все другие данные эффективности можно отслеживать с помощью этой системы.

Отслеживание производственных данных

Когда продукт, наконец, вышел из производственной линии, MES отслеживает все данные относительно него и сохраняет их для дальнейшего использования. Более того, система не только предоставит вам организованный цифровой журнал ваших данных о продукте, она также сможет объединить эти сведения для будущих отчетов. Независимо от внутренних или внешних целей, у вас будут текущие обновленные данные о скорости процессов вашего производства, что в конечном итоге поможет получать больше прибыли.

В сочетании с системами APS MES может быть невероятно полезна для любого управляющего, который хочет увеличить время и скорость производства. Адекватное управление ресурсами, планирование производства и отслеживание продукции позволят любой компании увеличить производство и сократить количество отходов как умелым, так и расчетным образом.

MES и APS – вместе или по отдельности?

Прежде чем осуществлять обзор MES-систем, следует понять, как они взаимодействуют с другими подобными инструментами. Так, APS (Advanced Planning & Scheduling) - это собственная программная категория, такая как ERP или MES. APS охватывает стратегическое, тактическое и оперативное планирование. Последний, оперативный вариант использования много раз рассматривается как ядро ​​APS. Здесь планирование - это разработка конечной цели на ежедневной основе. Суть его состоит в том, чтобы разработать возможные планы по минимизации чрезмерных запасов и сократить сроки выполнения заказа. Существует множество поставщиков систем APS, которые вы можете найти в наши дни.

С другой стороны, система MES выполняет команды и контролирует. Существует программное обеспечение MES как без каких-либо функций планирования, так и с ограниченной функциональностью. В любом случае возможности не такие обширные, как в чистом программном обеспечении APS. В ежегодном «Обзоре продуктов MES» доля функциональности FCS с программным обеспечением MES увеличивается. Поскольку оно является транзакционным ПО, довольно сложно реализовать все обширные функции планирования в этом контексте. Планирование и прогнозирование требуют моделирования различных сценариев и не должны автоматически влиять на выполнение задач.

При плотной интеграции систем MES и APS (в виде замкнутой петли) все богатые функциональные возможности APS используются без каких-либо ограничений. Если эта система поддерживает многосайтовое планирование и мощный Интернет, вся цепочка поставок может быть спланирована, выполнена и контролироваться в режиме реального времени - глобально без географических ограничений. Например, при запуске операции (рабочей фазы) в Китае планировщик в США может видеть в режиме реального времени выполнение заказа. Также продавец может войти в приложение MES/APS через Интернет и просмотреть, когда продукт будет отправлен клиенту, без телефонных звонков и писем.

MES и MOM: в чем разница?

Терминология может сбивать с толку в индустрии программного обеспечения, особенно если вы только начинаете изучать данный вопрос. К сожалению, это наблюдение справедливо для ПО в промышленности и производстве. На протяжении многих лет использовалось множество разных систем, но путаницу вызывают только 2 аббревиатуры:

• MES - система исполнения производства.
• MOM - управление производственными операциями.

Чтобы понять разницу между ними, необходимо провести сравнительный анализ систем MES (PDF-таблицей) и MOM. Можно выделить их сходства и различия в ходе описания.

Как уже было указано выше, MES была впервые использована AMR в 1990-х годах, вытеснив систему Computer Computing Manufacturing (CIM), впервые принятую в конце 1980-х. Это произошло до того, как были установлены многие стандарты в этой отрасли (такие как ISA-95), и, конечно же, намного раньше, чем ERP укоренилась в качестве основной IT-магистрали для большинства глобальных производственных компаний.

Многие ранние системы MES были специально построены замкнутыми. Из-за этого им не хватало гибкости, необходимой для адаптации к меняющимся потребностям бизнеса. Это привело к тому, что многие ранние реализации имели очень длительные расчеты и часто создавали процесс реализации, который, казалось, не имел конца. По этим причинам при внедрении в производство система MES изначально заработала репутацию в качестве дорогостоящего и рискованного инструмента, который часто не достигал первоначальных целей ROI.

В то же время большая работа продолжала проводиться в сфере автоматизации промышленности, и появился ряд стандартов пакетного уровня (таких как ISA-88 и ISA-95). В них был определен термин «Управление производственными операциями» (MOM). В этой системе были определены подробные виды деятельности и бизнес-процессы, включая производство, качество, обслуживание и инвентаризацию.

Развитие MOM

Новые рыночные условия привели к появлению разработчиков, желающих ребрендировать и отделиться от продуктов прошлого, а именно от MES. Многие из них приняли термин MOM и сослались на свои предложения в качестве нового решения. Они предложили гибкость и масштабируемость, необходимые для того, чтобы система смогла стать настоящим корпоративным приложением, в том числе:

• архитектура на основе настраиваемой и расширяемой платформы;
• стандартизованная интеграция с ERP;
• интеграция на основе стандартов с промышленной автоматизацией;
• стандартизованная модель данных о производстве;
• широкие возможности - модель, визуализация, оптимизация, обновление и согласование производственных бизнес-процессов во всем мире;
• управление событиями - способность собирать, обобщать, анализировать и реагировать на производственные события в реальном времени.

Несмотря на эту тенденцию, прежние разработки не были забыты. Ведущие поставщики MES не стали отказываться от своего продукта. Вместо этого они перепроектировали свои системы и наделили их возможностями, не уступающими функциональности MOM.

Итак, в чем же различие?

Сегодня аббревиатура MOM обычно относится к бизнес-процессам, а не к программному обеспечению. Обозначение «Платформа MOM» (MOM Solution) чаще всего используется для дифференциации от более старых решений MES и имеет возможности, перечисленные выше.

MES по-прежнему используется в большинстве случаев. Иногда она может иметь аналогичные возможности с MOM, но, в отличие от нее, развивается более быстрыми темпами.

Примеры MES

В России сегодня лидируют три такие системы. Все они разработаны для лучшего управления производством, но рассчитаны на мелкосерийную его разновидность. В то же время отличия между ними присутствуют.

MES-система «ФОБОС» применяется на средних и относительно крупных машиностроительных производствах. Ее основными функциями выступают внутрицеховое управление и планирование. Она обязательно интегрируется с ERP-системой (или «1С: Предприятием»), перенаправляет в нее все полученные данные.

YSB.Enterprise была создана для деревообрабатывающей промышленности. К тому же она имеет некоторые особенности, из-за которых она больше подходит для небольших предприятий (таких, где уже недостаточно только 1С). MES-система имеет слишком мало специфических и необходимых функций для полноценной работы, но при этом в ней присутствуют дополнительные опции, в том числе управление продажами и бухгалтерией.

PolyPlan обладает еще меньшим набором функций MES, но при этом преподносится как инструмент оперативно-календарного планирования в сфере машиностроения (для гибких и автоматизированных производств). Стоимость MES-системы этого типа самая низкая.