Funkční model MES

Funkční model MES

Systémy kategorie MES jsou pojítkem mezi (ekonomickými) informačními systémy na úrovni podniku a systémy pro automatizaci technologických procesů (výroby) na její fyzické úrovni. Článek popisuje funkční model MES, jak je definován sdružením dodavatelů MESA International.

1. Definice MES

Systémy (softwarové produkty) kategorie MES (Manufacturing Execution Systems) se v současném konkurenčním podnikatelském prostředí, vyžadujícím stále větší produktivitu a efektivnost všech podnikových činností, postupně stávají jednou ze základních provozních komponent výrobního podniku.

1 - CRM, 2 - ERP, 3 - PDM/CMC, 4 - Automatizace (DCS, PLC, …), 5 - P/PE, 6 - AP&S, 7 - S&R, 8 - SCM, 9 - přidělování zdrojů a kapacit, 10 - správa dokumentace, 11 - ovládání procesu, 12 - sběr dat, 13 - řízení jakosti, 14 - sledování pracovníků, 15 - dispečerské řízení, 16 - krátkodobé rozvrhování, 17 - analýza výkonnosti, 18 - sledování toku materiálu, 19 - krátkodobé rozvrhování

Všeobecně jsou MES prezentovány jako představitelé komplexní a otevřené informační koncepce schopné „na míru“ vyhovět současným i budoucím potřebám uživatelů v menších i větších podnicích ve velké většině průmyslových odvětví. Jejich proklamovaný záběr je tedy velmi široký. Přesto, nebo spíše právě proto, zde nelze pracovat s řešeními ad hoc, a je třeba se vždy opírat o jasně formulované modely.

Sdružení výrobců a dodavatelů systémů MES (MESA International – viz dále) vychází ve svých materiálech z následující, všeobecně přijímané definice MES:

„MES poskytují informace umožňující optimalizovat výrobní aktivity počínaje odesláním objednávky a konče finálním výrobkem. Moduly MES, na základě aktuálních a správných údajů, ovlivňují výrobní proces tím, že spouštějí činnosti ve výrobním závodě, reagují na to, co se událo, a podávají o všem zprávy.Výsledkem je schopnost podniku rychle reagovat na měnící se podmínky, která, spojená s možností odhalovat a následně redukovat málo produktivní činnosti v podniku, je hnací silou růstu efektivity podnikových činností a procesů. MES zkracují dobu návratnosti investic do výrobních prostředků a přispívají k dodržování termínů dodávek, ke zrychlení obratu zásob, k růstu zisku a k rovnoměrnosti toku peněžních prostředků. Prostřednictvím obousměrné komunikace poskytují MES stěžejní informace týkající se výrobních aktivit v rámci nejen podniku, ale i souvisejících zásobovacích řetězců.“

MES v tomto pojetí tvoří základ, na kterém je možné budovat úplný soubor funkcí informačního systému podniku.

2. MES a informační systém podniku

Systémy kategorie MES jsou v celkovém informační systému podniku propojovacím článkem mezi řízením technologických procesů a ostatními informačními systémy. K relevantnímu okolí, vůči kterému vystupují MES současně jako příjemce i jako zdroj informací, počítá [1] v současné době především tyto systémy:

• správy vztahů se zákazníky (Customer Relations Management – CRM);
• řízení podniku (Enterprise Resources Planning – ERP);
• správy údajů o výrobcích/výrobě ve vzájemné obchodní spolupráci (Product Data Management/Collaborative Manufacturing Commerce – PDM/CMC);
• distribuované řídicí systémy, programovatelné automaty, regulátory atd. (automatizace: DCS, PLC…);
• vývoje produktů a procesů (Product/Process Engineering – P/PE);
• pokročilého plánování a rozvrhování (Advanced Planning & Scheduling – AP&S);
• servisu a údržby (Service & Repair – S&R);
• řízení dodavatelských řetězců (Supply Chain Management – SCM).

Relevantní okolí systémů kategorie MES a jejich základní vnitřní funkce (přesněji funkční oblasti) názorně ukazuje obr. 1.

Vnitřní funkční oblasti MES, kterých [1] je obecně definováno jedenáct, představíme v dalším textu podrobněji. Není jistě nesnadné si představit, jak se funkční oblasti skládají z dílčích funkcí, realizovaných jednotlivými navzájem spolupracujícími softwarovými moduly.

3. Funkční oblasti MES

3.1 Krátkodobé rozvrhování
Krátkodobé rozvrhování (v originále Operations/Detail Scheduling) většinou spočívá ve vytváření krátkodobých harmonogramů, jež vycházejí z plánů vytvořených nadstavbovými ekonomickými systémy (např. ERP) na základě objednávek. Výsledkem je pořadí, v jakém se budou na daném výrobním zařízení zpracovávat jednotlivé výrobní dávky tak, aby se předešlo zbytečnému přestavování, prostojům, aby byla minimalizována spotřeba energie, omezeny dopravní operace apod. Jde o konečný rozvrh, beroucí v úvahu alternativní a paralelní i překrývající se výrobní operace s cílem přesně stanovit dobu trvání výroby.

3.2 Přidělování zdrojů a kapacit
Přidělování a sledování zdrojů a kapacit (Resource Allocation and Status), např. strojů, nástrojů, pracovních sil, materiálu, energií apod., je funkční oblast vytvářející předpoklady pro zahájení výroby v souladu s plány a rozvrhy výrobního procesu a současně sledující, zda jsou skutečně splněny. Poskytuje také detailní záznamy historie přidělování zdrojů.

3.3 Dispečerské řízení
Oblast dispečerského řízení výrobních jednotek (Dispatching Production Units) spočívají především v přidělování výrobních jednotek podle zadaných pracovních příkazů a rozvrhů, v zajišťování potřebného množství surovin a energie a ve sledování aktuálních stavů výrobního úseku. Patří sem také ošetřování poruch a havarijních stavů (popř. i s vazbami na instituce mimo vlastní podnik, např. hasiče, útvary státní správy pro životní prostředí), krizových situací vzniklých v důsledku nedostatku surovin, energie, dopravních prostředků apod. V případě nutnosti jsou funkce oprávněny měnit naplánované rozvrhy.

3.4. Správa dokumentace
Oblast zajišťující správu dokumentace (Document Control) se stará o veškeré potřebné doklady a dokumenty, vznikající automaticky nebo ručně: požadavky na výrobu (výrobní příkazy, výrobní a havarijní plány, tabulky, receptury, harmonogramy), informace o průběhu a výsledcích výroby, popř. porovnání zadání se skutečností apod. Posílá instrukce operátorům a receptury řídicím zařízením. Může spravovat bezpečnostní, zdravotní a ekologické předpisy a sledovat jejich dodržování, i s vazbami na systém řízení jakosti podle norem ISO. Uchovává historická data.

3.5 Sledování toku materiálu
Sledování toku materiálu a genealogie produktu (Product Tracking and Genealogy) je relativně nový soubor funkcí s kořeny obvykle v systému řízení jakosti certifikovaném podle norem ISO. Funkce sledují on-line podmínky na zařízeních nebo v soustavách, za nichž byly jednotlivé produkty, výrobní dávky, série nebo celky vyrobeny, a uchovávají jejich historii.

3.6 Analýza výkonnosti
Analýza výkonnosti (Performance Analysis) jako funkční oblast porovnává výsledky aktuálně dosahované ve výrobě s jejich krátkodobou historií a predikuje odhady ekonomických výstupů. Její činnost probíhá v reálném čase s prezentací výsledků po uplynutí sumačního období (např. směny, dne, týdne nebo delšího časového úseku) nebo průběžně.

3.7 Sledování pracovníků
Sledování pracovníků (Labor Management) je funkční oblast poskytující v první řadě informace o výrobním personálu, který je v daný okamžik k dispozici. Vede záznamy a informuje o kvalifikaci personálu (vzdělání, certifikáty, zvláštní znalosti a dovednosti). Sleduje i nepřímé činnosti při přípravě materiálů, strojů a nástrojů jako podklad pro kalkulaci nákladů podle činností. V interakci s přidělováním zdrojů napomáhá optimálně vybírat pracovníky pro určité úkoly.

3.8 Řízení údržby
Funkční oblast plánování a řízení údržby (Maintenance Management) sleduje a řídí aktivity vykonávané s cílem udržovat výrobní prostředky v takovém technického stavu, aby se předešlo neplánovaným přerušením výroby. Poskytuje rozvrhy periodické i preventivní údržby. Je-li k tomu výrobní zařízení patřičně vybaveno, řídí údržbu podle jeho skutečného stavu. Reaguje alarmy na aktuální problémy se zařízením a jako pomoc pro případnou budoucí diagnostiku uchovává historii minulých případů.

3.9 Ovládání procesu
Ovládání procesu (Process Management) představuje typická množina operátorských funkcí, které spočívají v monitorování všech významných parametrů procesu a jeho automatickém korigování, popř. v poskytování podpory pro rozhodování operátora. Většinou se řeší výrobní situace na významných technologických uzlech, soustavách nebo linkách, včetně práce se systémem varovných hlášení (alarmů) a odstranění jejich příčin. Je rozhraním mezi MES a řízeným zařízením (prostřednictvím funkcí sběru dat a systému Automatizace umístěného vně MES).

3.10 Řízení jakosti
Řízení jakosti (Quality Management) je funkční oblast zajišťující v reálném čase analýzu dat snímaných z výrobního zařízení s cílem sledovat kvalitu vyráběného produktu a včas identifikovat nežádoucí odchylky. Může doporučit zásah, který problém odstraní, včetně korelování symptomů, zásahu a výsledku, s cílem najít příčinu problému. Dále může zahrnovat statistické metody řízení procesu výroby i jakosti produktu (Statistical Process Control – SPC, Statistical Quality Control – SQC), řízení inspekčních činností vykonávaných off-line i analýzy z laboratorního informačního systému.

3.11 Sběr dat
Oblast sběru dat (Data Collection/Acquisition) patří k hlavním stavebním kamenům všech MES. Je rozhraním, přes které přicházejí do systému výrobní data naplňující formuláře a záznamy určené pro danou výrobní jednotku. Data jsou ve výrobním provozu snímána ručně nebo nepřetržitě automaticky.

4. Fungování modelu MES v podnikatelské praxi

Detailní skladba množiny systémů tvořících podstatné okolí MES i množiny vnitřních funkcí (funkčních oblastí) MES se v podnikatelské praxi liší téměř případ od případu podle odvětví, velikosti podniku, jeho historie i ambicí apod. Ne vždy je účelné v plné míře využít všechny možnosti nabízené úplným modelem podle obr. 1. Z jedenácti základních funkčních oblastí definovaných v modelu mohou být v konkrétním podniku některé zdůrazněny a jiné spíše potlačeny. Provázány mohou být mezi sebou navzájem i s informačními systémy mimo MES mnoha různými způsoby. Současně ne každý dodavatel MES pokrývá svými produkty všechny funkce ve všech odvětvích průmyslu (popř. alespoň ne všechny stejně kvalitně).

Proto se v praxi předpokládají vztahy mezi dodavateli a uživateli MES podle obr. 2. Uživatelé si ze široké nabídky vybírají funkce (softwarové moduly) podle svých konkrétních potřeb. Že tento model bude jen těžko fungovat bez kvalitních služeb v oblasti integrace aplikací a orientace na všeobecně uznávané průmyslové standardy, je jasné. S dalším prosazováním se konceptu MES lze tudíž očekávat posilování pozice firem zabývajících se integrací průmyslových informačních systémů.

5. MESA International

Manufacturing Execution Systems Association (MESA International, krátce MESA) byla založena předními dodavateli softwaru kategorie MES v USA v roce 1992. Je neziskovou organizací legálně sdružující jinak konkurenční firmy působící v oboru. Jejím úkolem je podporovat šíření informací o moderních metodách a nástrojích pro řízení výroby, zejména MES, a ostatních produktech a službách potřebných v moderním výrobním podniku, a být v této oblasti katalyzátorem dění nejen mezi výrobci a dodavateli samotnými, ale také mezi dodavateli a uživateli.

Členství v MESA je výhradně kolektivní. Společnost, která je členem, je reprezentována jedním tzv. delegátem, a má-li zájem, může mít současně v MESA libovolný počet tzv. střídajících se (alternate) reprezentantů. Spolupráce v MESA umožňuje dodavatelům mnohem lépe informovat o přínosech produktů a služeb nabízených s cílem zvýšit konkurenceschopnost především výrobních podniků.

Podrobné informace o činnosti MESA lze nalézt na stránkách této asociace [1].