Aktuální vydání

celé číslo

03

2021

Digitální transformace, chytrá výroba, digitální dvojčata

Komunikační sítě, IIoT, kybernetická bezpečnost

celé číslo

MES Wonderware InTrack

číslo 6/2002

MES Wonderware InTrack

V současné průmyslové praxi nabývají na významu systémy pro sledování, řízení a detailní záznam historie výroby souhrnně označované jako MES. V rámci aktuálního trendu je tento článek věnován komplexním softwarovým řešením problematiky MES: identifikuje nejdůležitější požadavky výrobních podniků jako uživatelů MES a představuje komplexní řešení MES pomocí softwarového systému Wonderware InTrack z integrované rodiny softwaru pro průmyslovou automatizaci Wonderware FactorySuite [1].

Co je to MES

Zkratka MES (z anglického Manufacturing Execution System) se používá pro označení systémů určených pro efektivní řízení průmyslové výroby včetně pořizování podrobné dokumentace její skutečné historie. Vzhledem ke složitosti a variabilitě dnešního výrobního prostředí musí moderní MES plnit širokou škálu funkcí.

Systém MES zajišťuje zejména převzetí požadavků na výrobu z nadřazeného plánovacího (obchodního) systému, sestavuje krátkodobé plány výroby, poskytuje přehled o rozpracované výrobě pro řízení a správu výrobních procesů v reálném čase, sleduje kvalitu výroby, ukládá údaje o kvalitě a dalších parametrech výrobků, sbírá data pro záznam úplné historie výroby jednotlivého výrobku (výrobní dávky, šarže) a pro analýzy sloužící k průběžné optimalizaci výroby a k vyhodnocování výrobních nákladů.

Většina uvedených funkcí je v podnicích nějakou formou již vykonávána, protože bez nich nemůže výrobní podnik dlouhodobě efektivně fungovat. Během historie se tudíž systémy kategorie MES náležitě vyvíjely. Dříve se pro sběr a přenos dat a informací využívala hlavně „papírová“ forma, což v dnešní době již nepostačuje.

Postupem času se proto i zde prosadila výpočetní technika a došlo také k potřebné standardizaci pojmů, včetně definice samotného pojmu MES. V této oblasti sehrála významnou roli zejména organizace MESA International [7], mezinárodní asociace sdružující firmy, jež se zabývají řešením problematiky MES prostřednictvím softwarových systémů. MESA mj. definovala jedenáct základních funkcí (funkčních oblastí), které by měl systém MES plnit (tab. 1, podrobněji např. [2]).

Tab. 1. Základní funkce MES podle Manufacturing Execution System Association (MESA International)

Sběr dat (Data Collection/Acquisition) získání dat pro archivaci a další zpracování
Dispečerské řízení výrobních jednotek (Dispatching Production Units) řešení výrobních situací automaticky systémem nebo obsluhou (operátor, mistr, vedoucí výroby, technolog aj.) na základě informací z procesu a systému MES, včetně záznamu jejich řešení
Správa dokumentace (Document Control) pracovní instrukce, výrobní příkazy, plány, receptury, výsledky výroby, zprávy aj.
Sledování toku materiálu (Product Tracking and Genealogy) přehled o stavu rozpracované výroby (stav konkrétních objednávek, změny priorit, důvody „zastavení“ ve výrobě aj.) a vytváření úplného tzv. rodokmenu výrobku (detailní záznam skutečné historie výroby, složení výrobku, aktivit souvisejících s jeho výrobou atd.)
Analýza výkonnosti (Performance Analysis) výrobní protokoly nejrůznějšího druhu pro analýzu průběhu výroby
Sledování pracovníků (Labor Management) dostupnost, oprávnění, certifikace, sledování a vyhodnocování výkonnosti pracovníků
Řízení údržby (Maintenance Management) sledování a řízení pravidelné údržby, evidence náhradních dílů, nákladů na údržbu, plánování kapacit údržby
Ovládání procesu (Process Management) rozhraní SCADA/HMI (Supervisory Control and Data Acquisition/Human-Machine Interface) pro vizualizaci výrobních procesů a dohled nad prostředky, které přímo řídí výrobu – programovatelnými automaty (PLC), decentralizovanými řídicími systémy (DCS) aj.
Řízení kvality procesu (Quality Management) dohled nad dodržováním správných výrobních postupů (Good Manufacturing Practices – GMP) a daných parametrů výroby, řízení kvality výroby sledováním statistických ukazatelů v reálném čase (SPC/SQC)
Krátkodobé plánování (Operations /Detail Scheduling) řazení výrobních dávek podle různých kritérií
Přidělování zdrojů a kapacit (Resource Allocation and Status) kontrola a přidělení prostředků pro výrobu (výrobní zařízení, suroviny, lidé atd.)

Již z výčtu základních funkcí v tab. 1 je patrný opravdu velmi široký záběr, který by měl mít „ideální“ MES. Konkrétní řešení a míra naplnění těchto požadavků však závisejí na konkrétním dodavateli MES a je na zákazníkovi, aby rozhodl, zda nabízené řešení vyhovuje jeho potřebám.

Nejčastější chybou v minulosti i v současnosti je neucelené a nesystematické řešení, kdy se pro dílčí funkce používají různé jednotlivé produkty. Jestliže však uživatel použije softwarový produkt pokrývající pouze jednu nebo jen část potřebných funkcí, je dříve nebo později třeba do programu doplnit další požadované funkce anebo vytvořit rozhraní pro jiný produkt, který poskytne další funkce, tak, aby se daný MES stal uceleným řešením.

Tímto postupem však vznikají nestandardní řešení, která se jen obtížně udržují. Rozhraní mezi produkty od různých dodavatelů a jejich údržba navíc významně zvyšují náklady na vlastnictví systému a mohou být zdrojem jeho nespolehlivosti jako celku, např. při přechodu na nové verze operačních systémů, databáze apod.

Informační systémy ve výrobním podniku

Výrobci jsou na jedné straně pod stálým tlakem požadavků na snižování výrobních nákladů a zeštíhlování výroby (lean manufacturing), na straně druhé však rostou nároky na různorodost výroby podle konkrétních specifikací produktů v zákaznických objednávkách (make-to-order). Tato strategie vyžaduje mnohem větší míru pružnosti a „viditelnosti“ (visibility) výrobních procesů, než jaká je tradičně dostupná v nepružných výrobních informačních systémech vytvářených „na míru“ nebo na principu „papír a tužka“.

Co (ne)přinesly systémy ERP ani jiné
Moderní manažeři podniků proto přemýšlejí, jak dosáhnout větší flexibility výroby a menších výrobních nákladů využitím informačních technologií (IT). V současnosti už více rozumějí tomu, co (ne)mohou čekat od svých obchodně-ekonomických (administrativních) informačních systémů kategorie ERP (Enterprise Resource Planning) a SCM (Supply Chain Management), tzn. v jaké míře (ne)mohou tyto systémy řídit a optimalizovat vlastní výrobní procesy.

Systémy ERP a SCM totiž nejsou primárně určeny k tomu, aby z výroby získávaly detailní údaje o produktech, ani k plnění dalších potřebných funkcí typických pro MES.

Oblast IT nedávno prošla krizí v souvislosti s přechodem přes rok 2000 a krachem firem patřících do tzv. nové ekonomiky. Po jejím odeznění předpovídá stále více průmyslových expertů otevření prostoru pro implementaci výrobních informačních systémů kategorie MES. Vzestup systémů MES totiž už byl ohlašován několikrát v minulosti, ale tyto proklamace vyzněly do ztracena, protože výrobci v posledním desetiletí vydávali svoje peníze a energii na nákup a implementaci obchodně-ekonomických informačních systémů (ERP apod.).

V souvislosti s přechodem přes rok 2000 musely firmy navíc investovat další velké finanční částky do úprav a nákupu nových verzí systémů ERP. Současně bylo nemálo prostředků vynaloženo také na internetové aplikace umožňující dodávat informace až k zákazníkům a dodavatelům výrobních podniků, což způsobilo nárůst prodeje aplikací navazujících systémů kategorie e-business, SCM a v poslední době módní správy vztahů se zákazníky (Customer Relationship Management – CRM).

Obr. 1.

Chybějící mezičlánek – MES v podniku
Výrobní podniky vydaly na zmíněná řešení mnoho finančních, materiálových a personálních zdrojů. Ovšem s tím výsledkem, že nyní jsou podniky sice těsněji spojeny se svými zákazníky a dodavateli, ale vlastní výroba je v informačním toku v rámci podniku i v rámci celého dodavatelského řetězce stále „černou dírou“ (obr. 1).

Ano, objednávky od zákazníka přijdou sice rychleji a výrobní komponenty jsou do závodu přivezeny včas, ale výroba trvá stejně dlouho, vyznačuje se stejnými problémy a je stejně (ne)efektivní jako před pěti lety. V celém dodavatelském řetězci chybí jeden důležitý článek – ucelené a efektivní řešení MES v podniku.

Současná situace – hlavní požadavky uživatelů

Všimněme si nyní podrobněji tří oblasti, které doposud nebyly v podnicích bez kvalitního systému MES uspokojivě řešeny a na které uživatelé ve svém výrobním prostředí nyní dbají čím dál tím více. Pozornost zde soustřeďují především na sledování stavu konkrétního výrobku (výrobní zakázky), tj. na možnost:

  • pozorovat (zviditelnit) rozpracovanou výrobu a výrobní procesy, a to v reálném čase (visibility),
  • vytvářet úplný rodokmen výrobku nebo výrobní dávky (genealogy),
  • řídit kvalitu výroby (Quality Control Processes).

Zviditelnění rozpracované výroby v reálném čase
Přestože mnoho výrobních procesů probíhá na plně automatizovaných výrobních linkách, data do nadřazených systémů jsou stále většinou přenášena v papírové podobě. Data se ručně vkládají do počítače, což zvyšuje náklady, zapříčiňuje chyby, ale zejména způsobuje zpoždění v toku informací. Výsledkem je, že pracovníci, kteří mají řídit výrobu a rozhodovat, nedostávají včas potřebné informace.

Tento nedostatek si výrobní firmy začínají uvědomovat a zaměřují svoji pozornost na zviditelnění výrobních procesů. A právě systémy MES poskytují řešení pro tuto střední vrstvu, tj. onen článek chybějící mezi spodní úrovní přímé výroby (s řídicími systémy – PLC, DCS aj.) a nadřazenými obchodně-ekonomickými systémy (ERP), popř. aplikacemi pro řízení dodavatelského řetězce (SCM).

Systém MES zviditelňuje v reálném čase aktuální dění ve výrobě a poskytuje názorné a přehledné informace pro rozhodování a řízení výroby současně s přístupem ke všem výrobním zdrojům (stav a umístění zakázky ve výrobě, dostupné výrobní kapacity, suroviny, stroje, personál atd.).

Detailní záznam historie výroby
Na záznamy historie výroby se dříve nahlíželo především jako na údaje užitečné pro analýzu chodu výroby, popř. jako na podklad pro certifikaci podle norem ISO, VDA aj.

V současnosti je ale kladen důraz zejména na vytváření detailních rodokmenů výrobků pro rostoucí počty zákazníků, kteří vyžadují dokladování kvality výroby a dodržení správných výrobních postupů. Jedná se především o výrobky nebo komponenty v elektrotechnickém, automobilovém, potravinářském a farmaceutickém průmyslu. Zákazníci požadují, buď aby s výrobkem přímo přišel dodací list obsahující jeho rodokmen, nebo aby tyto údaje byly přístupné při odběratelském auditu anebo nejlépe přímo z prostředí sítě Internet.

Systém MES proto musí umět pořizovat záznamy o průchodu konkrétního výrobku nebo výrobní dávky celým procesem výroby. Součástí rodokmenu výrobku jsou všechny události ve výrobě, mezi něž patří např. čas začátku a ukončení výrobní operace, doba čekání před operací, doba trvání operace, použité stroje, spotřebované materiály, klíčové parametry procesu během operace, údaje o tom, kdo operaci vykonával, všechny přesuny s materiálem ve výrobě, výsledky kontrol a laboratorních zkoušek, výstrahy zaznamenané během výroby aj. Součástí rodokmenu mohou být i časové průběhy (v podobě grafů) technologických veličin automaticky přiřazené ke konkrétnímu výrobku (např. záznam průběhu teploty při průchodu konkrétního výrobku pecí).

Důležité je, aby všechny tyto údaje byly vázány na konkrétní identifikační znak výrobku. Systém MES tudíž musí umět pracovat s identifikačními systémy umožňujícími jednoznačnou identifikaci, jako jsou čárové kódy, magnetické čipy apod.

Řízení kvality výroby
Požadavky na kvalitu moderní výroby jsou tak přísné, že někdy i jeden špatný výrobek za směnu může způsobit, že výroba je hodnocena jako zmetkovitá. Výrobci se tedy úzkostlivě snaží předcházet nekvalitní výrobě a odstraňovat všechny negativní vlivy. Proto se čím dál více zavádí sledování kvality v reálném čase.

Systémy MES dohlížejí na to, aby byl dodržen správný výrobní postup. Zaručují, že výrobek prošel všemi předepsanými operacemi a ve správném pořadí; sledují, zda přitom byly použity správné suroviny ve správném množství, zda byly dodrženy předepsané hodnoty technologických veličin a podmínky kontroly kvality aj.

Součástí systému MES bývá i modul statistického řízení výroby (Statistical Process Control – SPC), který v reálném čase vyhodnocuje trendy kvality výroby a dokáže předcházet výrobě zmetků.

Zmetkovitosti při přechodu na variantní nebo nové výrobky se může předejít i automatickou změnou hodnot parametrů (vstupní materiály, technologické veličiny aj.) strojů a výrobních linek podle typu vyráběného výrobku.

Řešení od Wonderware – MES software InTrack

Role v informačním systému podniku
Z uvedeného textu je patrné, že těsný kontakt s výrobou nelze zajistit pouze prostřednictvím obchodně-ekonomických informačních systémů převážně administrativní povahy (ERP, SCM). Jejich činnost je sice pro podnik nezbytná, ale je primárně zaměřena na řízení finančních, personálních, dodavatelských a obchodních zdrojů a operací. S výrobními informačními systémy MES si však tyto administrativní systémy nekonkurují; naopak si mohou vzájemně vyměňovat potřebná data a údaje tak, aby byl zajištěn hladký tok informací v celém podniku.

Jako příklad uceleného řešení kategorie MES je dále představen software Wonderware InTrack [2], [3] od společnosti Wonderware Corporation.

Základní charakteristika produktu
Wonderware InTrack je ucelený softwarový systém kategorie MES, který je schopen plnit všechny funkce definované organizací MESA International pro úplný systém MES. Je obzvláště vhodný pro sledování a řízení rozpracované výroby, vytváření podrobných záznamů skutečné historie výroby až na úroveň každého výrobku a pro zajištění vysoké a neměnné kvality výroby.

Architektura a databáze
Systém InTrack používá architekturu klient/server a pracuje pod operačním systémem Microsoft Windows NT nebo 2000. V prostředí MS Windows 2000 podporuje InTrack terminálové služby, což umožňuje využít pro řízení výroby nejmodernější metody a prostředky z oboru IT. Systém InTrack tak může být mj. spuštěn i v internetovém prohlížeči nebo na přenosném zařízení (tenkém klientu), jakým je např. Pocket PC Compaq iPAQ.

InTrack využívá standardní relační databázi Microsoft SQL Server nebo Oracle. Tyto otevřené databáze fungují jako datové sklady uchovávající vytvořený model výroby (výrobní postupy, parametry procesu aj.) i záznamy skutečné historie výroby. Použitím standardních otevřených databází pro ukládání historie výroby je zajištěn snadný přístup k požadovaným datům z mnoha klientských aplikací různých typů a úrovní – od operátorů výrobních zařízení, přes údržbu a výrobní technology až po nejvyšší podnikový management, a to i z prostředí internetu.

Obr. 2.

Vývoj aplikace
Model výroby se definuje v editoru InTrack ModelMaker, v jehož grafickém prostředí lze snadno vymezit výrobní postupy včetně různých parametrů příslušného výrobního procesu (materiály, správa materiálů, materiálové toky, spotřeba surovin, operace, sled výrobních operací, stroje, pracovní instrukce pro obsluhu a údržbu, přiřazení příslušných oprávnění jednotlivým pracovníkům atd.). Vývoj modelu je intuitivní pouze postupem „ukaž a klikni“, bez nutnosti pracného databázového programování. InTrack ModelMaker sám vytvoří strukturu databáze (tabulky a reference mezi nimi), kterou lze kdykoliv rozšířit o další atributy nebo celé tabulky a přizpůsobit tak, v případě potřeby, systém požadavkům zákazníka.

K tvorbě grafického uživatelského rozhraní klientských aplikací se používá osvědčené a výkonné prostředí vizualizačního systému Wonderware InTouch. Jednotlivá zobrazení pro danou aplikaci lze rychle nakonfigurovat pomocí sady objektů InTrack ActiveX. Tento přístup dovoluje operátorovi, jeho nadřízenému a popř. i vedoucímu pracovníkovi na úrovni podniku poskytovat všechny údaje – „výrobní a transakční“ (InTrack) i „technologické“ (InTouch) – společně v jednom okně aplikace (obr. 2, obr. 3). Pro vývoj klientských aplikací lze použít i Microsoft Visual Basic s využitím OLE transakčního jádra systému InTrack a objektů ActiveX.

Obr. 3.

Provoz aplikace
Za běhu aplikace využívá transakční jádro systému InTrack k řízení toku zpracování zakázek model výroby definovaný v prostředí InTrack ModelMaker a přitom zaznamenává do databáze všechny události týkající se výroby, ať už vznikají činností operátorů, výrobních zařízení anebo vnějších systémů. Události ve výrobě mohou být zachycovány manuálně (zadání údajů z klávesnice) nebo automaticky (čárové kódy, data z registrů PLC) a tak přesně dokumentují, co bylo ve výrobním procesu skutečně uskutečněno („Kdo, kdy, kde, co, jak, popř. za kolik?“).

Informace o skutečném průběhu výroby a událostech uložené v databázi se využívají pro další analýzy a popř. zákroky (optimalizace výroby, reklamace, dokladování správnosti použitých výrobních postupů, spotřeba materiálů, uskutečněné operace, časový průběh výroby, provedená údržba, opravy a odstávky strojů atd.).

Typičtí uživatelé

Systém InTrack je vhodný především pro moderní výrobce, kteří vyžadují neměnnou kvalitu velkého množství výrobků, potřebují detailní záznamy skutečné historie výroby, minimalizaci zásob a rychlé uvádění nových nebo modifikovaných výrobků na trh v rámci tvrdého konkurenčního boje.

Používá se např. při montáži automobilů a jejich komponent, při výrobě elektroniky, zdravotnických zařízení, nápojů a potravin, oceli nebo kabelů, v chemii, ve farmacii a v dalších oblastech průmyslu.

Mezi významné reference patří aplikace systému InTrack u firem jako Philips Semiconductors, Johnson Matthey, Gates Rubber, Sagem, Volkswagen, Gillette, Honeywell, Volvo, Nestlé, DuPont, British Steel, SAB (South African Breweries) a v České republice firmy Unilever a SAI Automotive Bohemia. Další aplikace se připravují.

Závěr

Softwarové řešení problematiky MES se stává důležitou součástí moderního výrobního podniku.

Wonderware InTrack je uceleným softwarovým informačním systémem pro pokrytí komplexní problematiky MES. Vytváří chybějící článek mezi systémy přímého řízení výroby a nadřazenými obchodně-ekonomickými systémy. V reálném čase řídí, zviditelňuje a zaznamenává průběh výroby a tak přispívá k hladkému toku dat a informací v rámci celého výrobně-dodavatelského řetězce.

Literatura:

[1] ČERVENKA, Z.: Současné trendy v průmyslovém automatizačním softwaru pro průmyslovou automatizaci. Automa, 6, 2000, č. 3, s. 46-51.

[2] (sk): Funkční model MES. Automa, 7, 2001, č. 4, s. 35-36.

[3] SVĚTLÍK, V.: Přínosy použití systému MES Wonderware InTrack. Automa, 7, 2001, č. 11, s. 43-46.

[4] SVĚTLÍK, V.: Wonderware InTrack – software MES nové generace. Automa, 5, 1999, č. 9-10, s. 49-53.

[5] VOZANDYCH, V.: Wonderware MaintenanceSuite – softwarový systém pro řízení údržby a EAM. Automa, 7, 2001, č. 9, s. 83-86.

[6] SOWELL, T.: Making a Trully Effective Manufacturing Information System. Dokument firmy Wonderware Corporation.

[7] http://www.mesa.org

Ing. Vladimír Světlík, Pantek (CS) s. r. o.

Pantek (CS) s. r. o.
Škroupova 957
Hradec Králové 2
tel.: 049/563 50 72-3, 5611 405
fax: 049/561 55 74
http://www.pantek.cz

Inzerce zpět