Производствени изпълнителни системи MES

АвтоматизацияСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 3, 2007

Производствени изпълнителни системи MESПроизводствени изпълнителни системи MES
 

Същност, възможности за интеграция на MES и ERP, икономическа логика на използването им

Ефективността на производствения процес е решаващ фактор за намаляването на цялостното време до пускането на пазара на произвежданите продукти. Терминът “цялостно време до пускането на пазара” (overall time to market или time-to-market) изразява времето от технологичното начало на производство на даден продукт до закупуването му от потребителя. Това време е съществен фактор за възвръщане на вложените инвестиции. Сред пътищата за повишаване производителността на един завод е съкращаване на канцеларската работа, намаляване на технологичните грешки и поддържане на високи стандарти за качество. В добавка, по този начин се изключва или намалява използването на определени ресурси, както и се създават необходимите условия за редуциране на материалните загуби. Един от начините за постигане на описаните цели е внедряване на т.нар. производствена изпълнителна система, позната още като MES.

Същност на MES

Производствената изпълнителна система или MES (от англ. - Manufacturing Execution System) представлява система, реализирана на базата на приложен софтуер, която компаниите могат да използват, за да измерват, оценяват и управляват своите критични производствени дейности. Някои от ползите, получавани в резултат на внедряването на MES, са увеличаване на проследимостта, производителността и подобряване на качеството на продуктите. Други функции, осигурявани от MES, могат да включват контрол на оборудването, технологичния произход на продукта, управление на работната сила, ефективно управление на активите, калкулации по издръжката на производството, приемане на електронни подписи, наблюдение на дефекти (или брак) и преодоляването им (чрез извършване на анализ и предлагане на решения), наблюдение и сигнализиране на ключови индикатори за дейността, както и изготвянето на редица решения за изготвяне на отчети.

Важно е да се отбележи, че в термина MES свободно се съдържат разнообразни значения за

различните отрасли на промишлеността

(електронна, химическа, хранително-вкусова и т.н.). MES има множество компоненти, които могат да бъдат разгърнати в различни мащаби. От проследяване на междинните продукти до комплексните решения, внедрени в цяло едно предприятие. Това могат да са още - наблюдение и контрол на ресурсите, използвани в производствения процес от неговото начало до края му, осъществяването на контакт с други системи в предприятията като ERP системи (от англ. - Enterprise Resource Planning - планиране ресурсите на предприятието), SCADA системи, HMI (интерфейс човек-машина) и т.н.

Със сигурност би могло да се твърди, че днес MES не са някаква екстра. Внедряването им във всяка производствена компания е технически и икономически оправдано, въпреки че в България са сравнително непознати. С тяхна помощ се постига увеличаване и подобряване на производствената дейност, тъй като системите предлагат необходимите инструменти да се гарантира, че продуктите са произведени по правилния начин и в точното време. Една MES контролира и проследява всички аспекти на производството, надеждно предвижда качеството на продуктите, налага използването на добри производствени практики и осигурява пълна история в съответствие с нормативните изисквания. Затова внедряването на такава система не е просто доставка на необходимия софтуер и хардуер, а предполага и внимателно изучаване на характеристиките й и качествено обучение на потребителите, които ще работят с нея.

Икономически аргументи за внедряване на MES

Според изследване на AMR Research, проведено чрез интервюиране на повече от 20 производствени компании с опит в използването на MES, са установени някои интересни резултати. “MES системите възстановяват направените в тях инвестиции. Те могат да предложат необходимия инструментариум за производители, които целят бързо навлизане на пазара за техните продукти, за което широката снабдителска верига не е достатъчна”, се твърди в резултатите от изследването. Повечето от компаниите, които използват предимствата от “прозрачността”, давана от MES, дори изказват очакванията си, че за една година натрупаната възвращаемост ще е три пъти по-голяма от направените разходи. Като правило MES се изплащат за период от 6 до 24 месеца от внедряването им, се твърди в същото изследване. Повечето от интервюираните компании продължават да аргументират инвестициите им в MES чрез умело и лесно измерено намаление на оперативните си разходи за труд, складови наличности, производствено време, поддръжка, достоверност на производствената информация, правене на отчети. Потребителите са установили чувствително подобряване на качеството на техните продукти още след първите три месеца работа на MES и отчитат увеличаване на производителността между 3% и 8% за голямосерийни дискретни производства. Съществуват производители от сферата на хранително-вкусовата промишленост и фармацевтиката, които отчитат нарастване на производителността до 30%.

Производствени компании, преминаващи за първи път към

автоматизирано събиране на данни

използване на работни инструкции в електронен вид и електронни подписи, разглеждат процеса на изплащане като явно намаляване на необходимите човешки ресурси. Редукцията на време и трудова компонента при въвеждането на данни, обработката на подписи, инвентаризационни пресмятания, извънреден труд и анализ на причините за аварии или брак се отчитат от системите точно и коректно. Фактически, всички от изследваните компании регистрират чувствително намаляване на времето за изработка на производствените отчети. Това рязко облекчава мениджмънта в анализа и планирането на производството.

Възможностите на MES за проследимост и контрол на технологичния произход на продукта е сред най-големите предимства на системите. За производителите на електронни изделия тези системи осигуряват възможности за утвърждаване на пазарните позиции в конкурентната среда на един пренаситен пазар, се твърди с изследването. Така например една компания, занимаваща се с електронно производство, отчита нарастване на годишния оборот, поради разкриване на нови бизнес възможности, в размер на 15 млн. долара. А друга компания регистрира възможността за получаване на по-високи приходи на пазара на медицинска техника - един пазар, на който днешните строги изисквания за проследимост в миналото са били доста свободни и са позволявали лесна реализация на произведените технически изделия.

Производителите, които са в процес на разработване на нов продукт, също откриват немалки преимущества от внедряването на MES. Един от тях е отчел 50% намаляване на времето за разработка поради бърз анализ и отстраняване на дефектите в пробните образци.

Функции и специфики на MES

Ако се опитаме да посочим мястото на MES, то в общия смисъл ще се намира някъде между автоматизираните системи за управление (АСУ) на производството и бизнес системите, например като ERP. Разбира се, това е донякъде условно, тъй като границите са доста размити и MES могат да притежават както управляващи функцииq така и да изпълняват някои административни задачи. В йерархията от системи MES типично се характеризират като обработващи информационен поток от корпоративните бизнес системи към производствената база на завода. MES могат да дават на потребителя в реално време информация и възможности за контрол за дейността на промишленото предприятие, като получават поръчките, генерирани от бизнес системата (ERP) и изпращат инструкции към производственото оборудване и операторите. Те непрекъснато следят производството, правят анализ и вземат рутинни решения. Освен това, MES връщат информация към бизнес системата относно състоянието на поръчките и консумацията на суровини и материали. В повечето случаи MES извършват описаното дотук чрез пряка интеграция с АСУ (PLC или DCS), намиращи се в слоя за автоматизация.

Сред водещите продукти на пазара на MES могат да се посочат RS PMX MES на Rockwell, SIMATIC IT на Siemens, Aspen InfoPlus.21 на Aspen Technology, POMSnet на Honeywell, Production Management Software на GE Fanuc и др.

Оптимално управление на складовите стопанства

Като правило, този тип системи притежават браузър с модерен интерфейс и много възможности. Браузърът е съвместим с най-разпространените операционни системи (Windows и Linux), притежава напълно внедрени разпределителни възможности и отговаря на специфичната клиентска архитектура. Сред набора от функции задължително трябва да се посочи консолидацията в ръководенето на складовите стопанства. Една съвременна MES работи гъвкаво със задачи, отнасящи се до управлението на материалите - автоматичното събиране на идентификационна информация за тях е много ценна възможност, поддържана от системата. От активите и движението на материалите до поддържането на складовите наличности - така чрез тази функция на потребителя се спестява ценно време и се осигурява възможност мениджърите да се съсредоточат върху управлението на ключовите ресурси. В тази връзка, големи са възможностите на MES за проследяване на суровините и на партидите от готова продукция, както и разпределението на материалите. Например, много важен елемент за фармацевтични и хранително-вкусови производства е контролът на изтичането срока на годност и контролът върху състоянието на партидите и превозвачите им (при някои от системите към това може да се добави и баркодова идентификация и маркиране/етикетиране). Разбира се, изброените възможности са съчетани с прецизно отчитане на запасите и изготвяне на валидираща документация.

Визуализация, мониторинг и архивиране

Сред едни от най-важните функции на MES са отнасящите се до процесната визуализация, мониторинга, натрупването на данни и изготвянето на технологични отчети. Чрез удобен потребителски интерфейс лесно може да се наблюдава производственият процес и да се консолидира неговото управление или то да бъде концентрирано върху определена технологична линия/производство. В това отношение съвременните MES предлагат наистина огромни възможности - например посредством развойна среда, наподобяваща съвременните обектно-ориентирани езици за програмиране. Така лесно може да се направи графичното оформление на екрани чрез използване на широк набор готови шаблони, математическа обработка на входящите величини, включително филтриране, осредняване, линеаризация, преизчисляване на параметри по въведена произволна функция и много други. Извършва се и натрупване на данни пряко от машините и инсталациите едновременно с контрол на потока от суровини. Много полезни са функциите за архивиране на авариите или прекъсванията в производствения процес. Всичко дотук се съчетава с изготвяне на детайлизирани технологични баланси и обширен набор от незабавно подготвени отчети. При това става въпрос не само за отчети, правени след изтичане на свободно дефиниран период от време - денонощие, седмица, месец и т.н., а и за отчети, които използват историята на взаимосвързани компоненти и позволяват да са наблюдават тенденциите им.

Изготвяне на програми за работа

Съвременните MES поддържат набор от функции, ориентирани към изготвянето на графици и програми за работа. Тук е мястото да се уточни, че задачите на MES се отнасят до ограничени периоди от време. Планирането за по-дълги срокове е приоритет на бизнес системата, която ползва данни от MES и се намира над нея в системната йерархия. Това не означава, че трябва да се подценяват възможностите на MES в тази област - чрез нея потребителят получава перфектно графично табло за планиране в електронен вид с ясно структуриран интерфейс. А добре развитата функционалност ще оптимизира последователността от производствени поръчки и ще изготви график за потребностите от ресурси. Наборът от функции за планиране на MES извършва непрекъснат мониторинг на изпълнението на поръчките и проверка на датите и ресурсите. По този начин MES оптимизира времената за организация на производството. И накрая, MES може да симулира и алтернативни планове за дейността.

Възможности за обучение

Една интересна функция, която се предлага от някои MES, е възможността за провеждане на обучения, подобряване квалификацията на персонала и развиване на уменията за ръководене на производствената дейност. Към тези възможности спадат поддръжката, проследимостта и управлението на версиите на стандартните работни процедури, както и дефиниране на плановете за обучение и предлагане на норми и критерии, които трябва да се постигнат. Самите обучения могат да се реализират чрез тренировъчен достъп и в среда, която изцяло симулира реалната дейност. В този процес всички тренировъчни действия и резултати се записват, като накрая системата изготвя съответния доклад, т.е сведение за успеваемостта на обучаваните.

Цели на интегриране на MES

Интегрирането на MES с бизнес системите подпомага всеки производител, разкривайки му възможности за активно и стабилно пазарно присъствие. Най-важната цел на интегрирането е възможността за осъществяване на планиране. Както се вижда от фиг. 1, съществува многоетажна последователност на планиране за основните производствени дейности. Докато глобалното и заводското, т.е. на производствената единица, планиране типично са дълго- и средносрочни операции, извършвани от бизнес системите и имащи превантивен характер, то планирането на ниско ниво има динамичен характер, отговарящ на ежедневните промени и обикновено се извършва от MES системите. Затова последното е силно зависимо от подаваната информация в реално време за производствени капацитети, приоритети, материални наличности и т.н. Конкретният пример се отнася за високотехнологичен производител, но принципът е валиден за всякакъв тип производства.

Съвременните схващания систематизират

конкурентоспособността

на една производствена дейност в четири задължителни условия. Сред тях е оптимизиране на доставките в посоченото време. Участвайки на съвременния силно конкурентен пазар, дейността трябва да бъде управлявана така, че цикълът “поръчка-доставка” да бъде една стъпка преди конкуренцията.

За да се реализира това, приложението на MES трябва да бъде интегрирано с бизнес системата, която може да даде отговор на въпроса “Какво, ако ...?”. Задължително условие за конкурентност е и минимизиране на разходите и увеличаване на доходността. Постигнатото увеличение на пазарния дял не е достатъчно, производителят трябва да увеличава доходността си непрекъснато. Това изисква тясна връзка между корпоративното и заводското планиране и дейността на производствените линии. Важен критерий за конкурентоспособност е и

оптимално натоварване на оборудването

Когато MES системата работи “ръка за ръка” с планиращите приложения на бизнес системата, може да се увеличи ефективността на натоварване на технологичното оборудване. Сред причините за по-високата производителност са задаването и поддържането на оптимални графици за поддръжка, ремонт, подмяна, технологични престои и др. И, не на последно място, белег за конкурентност е удовлетворяването на клиента, което би могло да бъде изпълнено, ако е осъществен всеобхватен мониторинг на всеки етап от производствения цикъл, когато са извършени доставките на готовите продукти в точното време, когато са сведени до минимум дефектите и забележките (вследствие на постигнатото високо качество). Интеграцията на MES има важна заслуга за повишаване конкурентоспособността на един производствен обект.

Възможности за интеграция на MES

Доставчиците на системи за управление на производството се стремят да увеличават функционалността им. Вариантите на системна интеграция могат да се обобщят:

l интеграция надолу - разработчиците на ERP системи разширяват функционалността им, като им добавят MES функции. ERP системите интегрират всички данни и процеси от една организация в обща обединена система. Типичната ERP система би съдържала многобройни компоненти. Ключовият елемент на повечето ERP системи е използването на обединена база данни за съхраняването на данните от различните системни модули.

l интеграция нагоре - компаниите, доставящи АСУ, разработват допълнителни функции, характерни на ERP системите.

l браншово фокусиране - доставчиците на MES за специфичен промишлен отрасъл комбинират всички детайли на различните системи. Така те предлагат напълно интегрирано решение, осигуряващо изцяло завършена функционалност, но само за специфично производство.

l функционална специализация - доставчиците на MES остават фокусирани върху специфична функция, характерна за различни производства.

Като конкретни примери за интеграция на MES с външни за нея системи може да се посочат системите, използващи

промишления стандарт OPC

Наименованието му произлиза от англ. OLE for Process Control (пълното му наименование е Object Linking and Embedding for Process Control - свързване и вграждане на обекти за управление на процеси). Технологията OLE е разработена от Microsoft за Windows фамилията ОС. Стандартът OPC бива внедрен през 1996 г. и днес вече има милиони инсталации. Той предлага отворена свързаност на устройства и системи за промишлена автоматизация. В миналото изборът на драйвери за индивидуални компоненти за автоматизация обикновено е бил ограничен. Освен това драйверите не биха могли да бъдат разработвани за патентованите интерфейси, които по правило са пригодени само за едно приложение. Сега OPC дава възможност на потребителите да комбинират всяка визуализираща или управляваща система с хардуер по техен избор. Така например, една мониторингова система, работеща на офис компютър, може да бъде лесно свързана чрез LAN към OPC сървър от производствената база, без да има нужда от допълнителен драйверен софтуер. А подобреното качество на драйверите и OPC сървърите е друго предимство. Благодарение на далеч по-малкия брой драйвери, производствените компании могат да се концентрират на единичен OPC сървър. Това дава допълнителна функционалност и е много по-удобно за потребителите.

Разнообразни мрежови функции

Друга важна характеристика на съвременните MES е прилагането на разнообразни мрежови функции. Както вече бе посочено, дейността на големите производствени компании би могла в значителна степен да се оптимизира чрез използването на MES. А тези компании като правило оперират в различни региони и държави. Управлението на множеството производствени единици и синхронизацията в дейността им е невъзможна без пълноценни мрежови функции на системите им. Като един от примерите в това отношение е възможността за интеграция на ActiveX компоненти. ActiveX са серия от Интернет/интранет технологии от високо ниво, въведени от Microsoft в края на 90-години. Терминът ActiveX вече не се използва толкова често, тъй като много от технологиите са преименувани, но някои от тях все още се използват. Например, една ActiveX контрола би могла да изпълнява функционалност на електронна таблица, подобно на Microsoft Excel, която би могла да бъде видима в реално време. Също така, би изпълнявал изтегляне или изпращане на файлове от или към FTP сайт, без това да бъде видимо, ако не е специално комбиниран с прогресен индикатор.

Характеристики на MES в обобщен вид са - прозрачност на производствената дейност за бързо вземане на решения; интегрирана оперативност с бизнес нивото; скъсяване времето за излизане на продуктите до пазара; управление на тоталното качество; осигуряване гъвкавост на производството и цялостна интеграция с веригата на доставките.




Top