MES
FUNZIONI PRIMARIE E DI SUPPORTO
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AUTOMAZIONE I
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FUNZIONI PRIMARIE E DI SUPPORTO
Redazione a cura dell'Ing. Letterio Zuccaro ([email protected])
L. Zuccaro
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STRUTTURA DEL NUCLEO TEMATICO
• RICHIAMI
• FUNZIONI PRIMARIE
• FUNZIONI DI SUPPORTO
Richiami sui
sistemi informativi
aziendali
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I Manufacturing
Execution Systems
Funzioni primarie
e di supporto dei
MES
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Tecnologie
informatiche
impiegate nei MES
Un esempio
pratico: QCADOO
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MES
Introduzione
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MES (richiami)
Sistema integrato di gestione
della produzione focalizzato sul
monitoraggio real-time
dell’impianto, sul controllo, sul
tracking e sulla gestione
della qualità della produzione.
Caratteristica principale di un
MES è la capacità di
sincronizzare gestione aziendale
e produzione al fine di colmare
il gap tra il livello di
pianificazione e quello di
controllo.
Usando informazioni online
ottimizza l’utilizzo delle risorse
produttive: personale,
attrezzature e materiali.
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Funzioni Primarie
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Funzioni primarie
Funzioni alla base della maggior parte
dei sistemi manifatturieri e
fortemente legate al processo di
produzione.
La suddivisione in componenti
funzionali consente lo sviluppo di
software modulare.
Aggiunta o modifica di una
componente non richiede una
riprogettazione dell’intero sistema.
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Interfaccia con il livello di pianificazione
Tra il livello MES e il livello di pianificazione è presente un canale
bidirezionale per lo scambio di informazioni.
• Richiesta di produzione
• Risorse
• Ordini
Pianificazione
MES
• Stato corrente degli ordini
• Stato/utilizzo delle risorse
(personale, materie prime)
Le informazioni scambiate e il formato utilizzato sono definite da uno
standard (ISA95).
Data la moltitudine di sistemi di planning, solitamente il software che
realizza l’interfacciamento dipende dal sistema di pianificazione al
quale il MES è connesso.
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Interfaccia con il livello di pianificazione
Motivazioni della comunicazione
Diversità di posizioni
Pianificazione
MES
può risiedere in un centro gestionale
risiede in fabbrica
Diversità di obiettivi
Pianificazione
MES
concentrata sul cliente
concentrata sul prodotto
Diversità temporale
Pianificazione
offline, batch, orizzonte temporale lungo
MES
online, orizzonte temporale medio/breve
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Gestione degli ordini
Il MES accetta automaticamente o manualmente informazioni che
indicano cosa bisogna produrre e in che quantità.
Queste informazioni vengono gestite mediante
ordini di lavorazione che contengono:
- Identificativo dell’ordine
- Componenti del pezzo da produrre
- Quantità
- Data di consegna
- Priorità
Funzioni:
 Modificare gli ordini
 Assegnare o rimuovere materiali dagli ordini
 Definire e gestire il loro scheduling
 Garantire priorità nella pianificazione
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Gestione degli ordini
Modifiche che coinvolgono un ordine:
-
Effettuare cambiamenti nello scheduling degli ordini
Inserire modifiche sulle quantità
Dividere/Unire ordini
Segnare un ordine per mancanza di materie prime
Sebbene già presente nel livello di pianificazione, la gestione degli
ordini non rappresenta una funzionalità ridondante.
Perchè?
Nel caso di eventi imprevisti, es. guasto
macchina, è difficile o impossibile interrogare il
sistema di planning per decidere cosa fare.
Il MES è in grado di fornire una risposta on-line, riassegnado
automaticamente la priorità agli ordini, presentando soluzioni
alternative o semplicemente allertando il management che dovrà
decidere quali azioni compiere.
La gestione degli ordini mantiene una visione real time degli ordini di
lavorazione non ancora evasi e lo stato di ciascuno di essi.
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Gestione delle stazioni di lavoro
Il modulo è responsabile di:
 Realizzare la pianificazione degli ordini
 Configurare le stazioni di lavoro
Pianificazione, scheduling e
caricamento del programma di lavoro
I MES sono altamente configurabili e richiedono la
definizione di un modello logico di produzione.
Tale modello include una lista di tutti i reparti, le
stazioni di lavoro e le operazioni svolte.
Le informazioni sono messe in relazioni per
determinare ogni stazione di lavoro quali
operazioni è in grado di supportare.
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Reparto
Stazione
Operazione
Descrizione
ABC
0001
112
Punzonatura
ABC
0001
114
Foratura
ABC
0044
119
Saldatura
DEF
1230
220
Levigatura
MNO
4422
460
Verniciatura
XYZ
2210
999
Imballaggio
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Gestione delle stazioni di lavoro
Una volta stabilito il modello, il MES mette in relazione il routing
(sequenza di operazioni) per produrre il numero di pezzi richiesto con i
carichi di lavoro delle macchine. Se un’operazione è possibile su più
stazioni di lavoro, regole e algoritmi associati al modello ne determinano
il carico.
Routing del pezzo 10044
Descrizione:
Staffa angolare saldata con
due fori da 0.2 cm
Step
Operazione
Durata
Durata set-up
Descrizione
1
112
5
15
Buca tramite punzonatura
2
119
10
10
Salda staffe
3
1230
10
10
Leviga saldature
4
4422
5
30
Vernicia
5
2210
10
0
Impacchetta
Flusso di
lavoro
Funzioni:
 Assegnazione delle operazioni (codici) alle stazioni di lavoro
 Ottimizzazione degli ordini
 Assegnazione del carico di lavoro per operazione in base a dati di routing e di durata
 Caricare e scaricare programmi sulle macchine dell’impianto
 Mantenere una mappa delle stazioni di lavoro e delle operazioni disponibili
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Gestione del magazzino e dei materiali
Questa funzione sviluppa, conserva e mantiene i dettagli di ogni
lotto o unità del magazzino, compresa la loro posizione corrente.
Il magazzino include tutto ciò che è necessario alla produzione: utensili,
attrezzature, materie prime e ogni altra cosa elencata nel BOM (Bill Of
Material, lista di materie prime o semilavorati necessari a realizzare un
prodotto).
E’ complesso per il livello di planning gestire con precisione le informazioni
sul magazzino e rispondere online ad eventuali problemi.
Generalmente tali informazioni sono mantenute dal livello di planning in
forma aggregata, mentre il MES le gestisce in maniera puntuale.
Funzioni:
 Gestione, indirizzamento e controllo delle scorte di materie prime e semilavorati
(work-in-process)
 Localizzazione e recupero dei materiali necessari alla produzione
 Gestione dell’accesso a informazioni dettagliate per ogni articolo del magazzino e dei
semilavorati
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Gestione del magazzino e dei materiali
Esempio: Steps dall’arrivo del materiale al suo immagazzinamento
Una volta scaricato il materiale un’etichetta con un
codice a barre viene scannerizzata e un numero di
acquisto viene inserito nel sistema
Il sistema ricerca e mostra una copia dell’ordine di
acquisto insieme ad altre informazioni sul
trattamento del materiale
Vengono eseguite le istruzioni per il trattamento del
materiale e lo stesso è spostato in una specifica
locazione per l’immagazzinamento o un ulteriore
trattamento
Il MES mantiene i dati di ogni passo eseguito sul materiale, informando in maniera
dettagliata il livello di pianificazione
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Movimentazione del materiale
Una volta che il MES ha stabilito la sequenza di ordini di lavorazione, le
stazioni di lavoro da impiegare e il materiale da utilizzare, il sistema è
pronto per spostare materie prime o semilavorati verso una stazione di
lavoro.
Questa funzione si basa sul fatto che in ogni istante si conosce la
posizione delle materie prime e dei semilavorati.
Essa non dà valore aggiunto, sta semplicemente a significare “prendi
l’oggetto da questa locazione e spostalo in quell’altra locazione”
Con l’informazione dettagliata di cui dispone, il sistema
determina “quando muovere cosa, da dove a dove”
attraverso:
- Richieste di spostamento manuale (tramite stampa
istruzioni di carico/scarico merci)
- Comandi a sistemi di controllo come AGV (Automatic
Guided Vehicle), robots, nastri trasportatori, tubazioni.
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Raccolta dati
Questa modulo può essere definito come “gli occhi e le orecchie ” del
MES, in quanto permette in ogni istante di conoscere lo stato corrente
della produzione
La raccolta dati rende il MES il centro di comunicazione del sistema
informativo manifatturiero, impegnato a raccogliere e scambiare dati
elettronici e manuali tra impianto e personale.
Attraverso diversi tipi di sensori e interfacce di controllo le informazioni
provenienti dalle diverse operazioni della produzione vengono catturate e
immagazzinate in basi di dati.
I dati riguardano, oltre al processo di produzione, anche la
movimentazione materiale e lo stato degli ordini.
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Raccolta dati
Alcune sorgenti di dati
Scanners di
codici a barre
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Trasmettitori in
radio frequenza
Programmable Logic
Controllers
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Lettori di schede
magnetiche
Inserimento
manuale
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Gestione delle eccezioni
E’ la capacità di reagire ad eventi imprevisti che
possono influenzare la produzione.
Cosa accade se un macchinario si
guasta?
Come fare se un materiale non
arriva in tempo?
Come reagire a modifiche
dell’ordine di un cliente?
Il MES è in grado di rispondere automaticamente a tali eventi, decidendo soluzioni
alternative.
Come?
• Rischedulando la produzione o usando routing alternativi in risposta a carenze di
materiale
• Monitorando lo stato delle macchine per prevenire malfunzionamenti
• Informando il livello di pianificazione dell’impossibilità di proseguire la produzione
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Funzioni di Supporto
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Funzioni di supporto
Si tratta di
programmi/moduli software
che supportano la produzione
che non troviamo né nel livello
di pianificazione né in quello di
controllo
Sono leggermente più
“lontani” dal processo di
produzione
McClellan, “Applying Manufacturing Execution Systems”, 1997
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Gestione della manutenzione
Funzione molto importante ma onerosa per qualsiasi impianto, dal
momento che salvaguarda la disponibilità di risorse e riduce i periodi di
inattività.
Solitamente lo scheduling della produzione è progettato senza
considerare eventuali problemi dovuti a scarsa manutenzione.
I
-
sistemi software MES che supportano la manutenzione consentono di:
Accedere allo storico delle manutenzioni effettuate
Disporre operazioni di manutenzione immediate
Pianificare manutenzioni future
Moduli:
Attrezzature
dell’impianto
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Attività
preventive e non
schedulate
(manutenzione
straordinaria)
Attività
schedulate
(manutenzione
ordinaria)
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Manutenzione
preventiva su
base statistica
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Gestione della manutenzione
Esempio
Tabella manutenzione_straordinaria
macchina
data
…
…
…
…
- Manutenzione preventiva
If (M001.temperature > 90°C)
INSERT INTO manutenzione_straordinara(macchina,data)
VALUES (“M001”, now() + n)
- Manutenzione non schedulata
If (M002.breakdown)
INSERT INTO manutenzione_straordinara(macchina,data)
VALUES (“M002”, now())
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Gestione delle presenze
La raccolta dei dati relativi alle ore di lavoro del personale è
praticamente presente in ogni impianto.
L’acquisizione di tali informazione viene svolta semplicemente
annotando l’ora oppure attraverso scanner di badge che registrano
automaticamente data e ora corrente.
Acquisito il dato, il MES lo passa ad altri sistemi che lo utilizzano per i
loro scopi come ad esempio la gestione dei salari.
Trattandosi di dati sensibili, sono previsti sistemi di sicurezza e
autenticazione per impedire un accesso non autorizzato a tali
informazioni.
Moduli:
Gestione
presenze
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Supervisore di
sistema
Amministrazione
del libro paga
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Controllo Statistico del Processo
Metodo per il controllo della qualità basato sul monitoraggio continuo di
un processo piuttosto che sull’ispezione di un prodotto finito.
Lo scopo è quello di eliminare i prodotti difettosi.
Insieme di tools (grafi, diagrammi di flusso, grafici di controllo) che
modellano i processi.
Un processo viene monitorato raccogliendo variabili misurabili sulle
quali si effettuano analisi statistiche.
Lo obiettivo è di determinare su base statistica:
 Stabilità del processo, controllando che le prestazioni siano
prevedibili entro un certo margine di errore
 Capacità di soddisfare le specifiche
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Controllo Qualità
Può essere parte integrante del Controllo Statistico del
Processo e seguire regole definite da standards quali ISO9000.
Si occupa di raccogliere e analizzare statistiche su un prodotto o
processo attraverso misurazioni realtime
L’obiettivo è di garantire un’adeguata qualità del prodotto e identificare
problemi che richiedono attenzione
X-bar and R Chart; variable: HEIGHT of Stator
Histogram of Means
X-bar: 780.71 (780.71); Sigma: 2.2978 (2.2978); n: 4.
785
Suggerisce azioni correttive, in funzione dei sintomi che causano
un comportamento anomalo del prodotto/processo
784.16
784
783
782
USL
780.71
781
780
779
LSL
778
777.26
777
776
0
5
10 15 20 25 30
10
Histogram of Ranges
Moduli:
20
30
40
50
60
70
80
Range: 4.7306 (4.7306); Sigma: 2.0216 (2.0216); n: 4.
14
12
10.795
10
Gestione
ispezioni
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Gestione
delle nonconformità
8
Giudizio sui
fornitori
Azioni
correttive
6
4.7306
4
2
0
0.0000
-2
0
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5
10
15
20
25
10
20
30
40
50
60
70
80
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Analisi dati/prestazioni di processo
La raccolta dei dati di processo è finalizzata all’analisi dei processi,
ottenuta aggregando dati per esaminare ad esempio costi / tempi di
attesa.
Questa funzione intende l’analisi del processo come analisi delle
prestazioni della stazione di lavoro e non è legata al controllo di qualità
Fornisce report aggiornati (al minuto) sui risultati correnti delle
operazioni di produzione confrontandoli con quelli passati e quelli
attesi.
I
-
risultati di performance includono misure quali :
l'utilizzo delle risorse,
la disponibilità delle risorse,
il ciclo di vita del prodotto,
la conformità rispetto a quanto programmato
le prestazioni in relazione agli standards
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Analisi dati/prestazioni di processo
Il proprietario della fabbrica chiede...
–
Qual è il numero di pezzi buoni / difettosi prodotti? Qual è il rapporto
massimo?
–
Qual è stata la velocità di produzione media di una unità rispetto al
massimo? Qual è la velocità di produzione escludendo i periodi di
inattività?
–
Quanto il mio impianto di produzione è lontano dalla capacità di
produzione teorica?
–
Quali sono le ragioni principali per cui l'unità X non sta producendo a
pieno regime? Quante volte si è fermata?
–
Qual è la disponibilità della mia unità di produzione?
–
Qual è l'efficienza dell'operatore M?
–
Quanto tempo è richiesto per il carico / scarico della macchina?
...Il MES risponde!
IL
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Gestione della documentazione
Le informazioni relative ai prodotti erano disponibili sin dai primi sistemi
di planning, raccolte in documenti cartacei.
La quantità di informazione necessaria a gestire la produzione cresce
ogni giorno. Mantenere informazioni in forma cartacea con inserimenti
manuali è limitante.
I moderni sistemi di gestione della documentazione conservano le
informazioni in basi di dati e le forniscono in maniera dettagliata e
immediata qualora richieste.
Esempi di documentazione:
- Disegni, Routings, Ricette, Standard ISO, Istruzioni di assemblaggi
Esempi di utilizzo della documentazione:
- Invio di disegni, video, dati vocali alle stazioni di lavoro su richiesta o
in linea con lo scheduling.
- Generazione di informazioni aggiuntive da allegare agli ordini
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Gestione della documentazione
PDM (Product Data Management)
Sistemi software che seguono il prodotto durante il suo ciclo di vita
fornendo informazioni in ogni istante nei tempi e nel formato richiesti
dall’utente o da altro sistema
Moduli:
 Gestione documenti (Dati relativi al prodotto)
 Gestione flusso di lavoro (Dati relativi al processo)
 Gestione componenti del prodotto (Dati sui materiali)
 Classificazione (Standardizzazione dei dati)
 Gestione del progetto (Elenco attività)
Funzioni di supporto:
• Conversione dei dati in formati standard (CAD, DWG, PDF)
• Comunicazione e notifica sullo stato del progetto al personale coinvolto
• Amministazione del sistema (accesso, permessi, autorizzazioni)
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Genealogia del prodotto
La genealogia o tracciabilità di un prodotto consiste nel monitoraggio di
pezzi, processi, materiali coinvolti nella produzione per ricostruire la sua
storia completa
Tale informazione è utilizzata principalmente per dare maggiori garanzie
al cliente, gestire il controllo della qualità o raccogliere statistiche.
Per registrare la genealogia di un prodotto bisogna definire dei “data
points”, che indicano cosa si intende monitorare.
Es. Personale impiegato, condizioni ambientali, attrezzature utilizzate
I dati acquisiti nei data points possono essere registrati :
- Centralmente in un database
- In maniera distribuita su un chip presente sul prodotto stesso
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Gestione dei Fornitori
Funzione tipica del sistema di pianificazione.
Il MES aggiunge la possibilità di:
- Outsourcing (Esternalizzazione):
demandare alcune fasi del processo
produttivo a fornitori esterni, permettendo
agli stessi gestione e accesso autonomo al
magazzino
- Produzione just-in-time : produrre solo ciò
che è stato venduto o che si prevede di
vendere in tempi brevi, per un controllo
ottimale delle scorte
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