MES je sistem zapisa o tem, kaj se je zgodilo v proizvodnji

Kaj MES počne: dispečiranje, zajem izvajanja, knjiženje in sledljivost

Začnimo pri dispečiranju, ki ga pogosto zamenjujejo s tiskanjem. Planiranje preda nalog in tehnološki postopek; MES odloči, katero sredstvo izvede katero operacijo, v kakšnem vrstnem redu se sprosti in ali sploh sme začeti. Zaporedje čez celoten obrat, izračunano več dni vnaprej glede na orodja, kadre in družine menjav, je drugo opravilo in sodi v napredno planiranje in razvrščanje (APS), naj to pride kot modul MES ali kot ločen sistem. Plan z neomejeno zmogljivostjo, dispečiran naravnost v proizvodnjo, je do sredine izmene izmišljija.

Sprostitev ima predpogoje in pri vsakem je vprašanje, ali sistem zanj ve ali mu je le povedano. Da je bila prejšnja operacija potrjena in da je usposobljenost operaterja veljavna, MES ve iz lastnih zapisov. Da je pripravljena prava serija, zahteva skeniranje ali vmesnik do sistema, ki drži rezervacijo. Da je vpeto pravo orodje, zahteva upravljanje orodij, čip v držalu ali vmesnik do naprave za prednastavitev orodij — ali pa operaterja, ki to potrdi, s čimer je kontrola natanko toliko vredna kot potrditev. Predpogoj z virom za sabo je kontrola; tisti, ki stoji na kljukici, je zapis s časovnim žigom.

Nato izvajanje: priprava in tek, ločena od delovnega časa, dobri kosi, izmet z vzrokom, dodelava, usmerjena nekam, ustavitve z razlogom in trajanjem. Kakovost sodi v isti tok, definirana ob operaciji in izvedena s strani tistega, ki delo opravlja, z izidom, ki lahko ustavi pot kosa naprej. Končna kontrola najde isto napako štiri operacije pozneje, ko ste vse štiri že plačali.

Knjiženje sklene zanko s poslovnimi sistemi: material se knjiži na nalog, delo na operacijo, ti dve knjiženji pa postaneta dejanski strošek in dejanska zaloga. Sledljivost leži pod vsem tem, OEE pa iz tega izhaja, saj je le aritmetika nad dogodki, ki jih izvajanje že proizvaja, in ne ločen sistem.

Kaj sodi v MES in kaj pripada ERP, SCADA ali krmilniku

ISA-95, mednarodno objavljen kot IEC 62264, je tu uporaben ne zaradi diagrama ravni, temveč zaradi objektnih modelov — proizvodni plan, proizvodna uspešnost, serija materiala, kadri, oprema — ker prav ti prehajajo med proizvodnjo in poslovnim delom, kar iz njih naredi kontrolni seznam za specifikacijo vmesnika.

Najtežja je najnižja meja. Varnostne funkcije — zapore zaščitnih ograj, svetlobne zavese, dvoročne ukazne naprave, varnostni območni skenerji — sodijo v ožičen varnostni krog ali varnostni krmilnik, na nivo PL ali SIL, določen z oceno tveganja po ISO 13849-1 ali IEC 62061. Nobena mera determinizma v omrežju ne naredi programske opreme nad to plastjo pravno dopustnega mesta zanje. Procesne zapore so primer, o katerem se je vredno prepirati: ne začni brez pravega orodja, ne deluj zunaj okna parametrov. Tam fizično preprečevanje pripada krmilniku, saj pravilo, ki mora sprožiti v nekaj deset milisekundah, ne more živeti za podatkovno bazo in omrežnim stikalom, MES pa ima posledico: zavrne odprtje naslednje operacije in zadrži serijo.

Nad to mejo je razdelitev znana: vizualizacija, alarmiranje in nadzorne želene vrednosti v SCADA; identiteta naloga, tehnološki postopek, genealogija, odločitev o kakovosti in delo v MES; povpraševanje, nabava, kalkulacija stroškov in zaveza do kupca v ERP. Mejni primer razrešita dve vprašanji: kako hitra mora biti odločitev in ali bo kdo čez dve leti moral dokazati, da se je zgodila.

Kaj realni čas dejansko pomeni na strojnem vmesniku

Realni čas tu ni determinizem regulacijske zanke. Pomeni, da zapis pristane dovolj blizu dogodka, da tisti, ki ga je povzročil, še stoji tam — ritem branja sekunde ali manj, pri čemer je pomembneje, kako berete, kot kako hitro.

Berite kumulativne števce in računajte razlike, namesto da štejete prehode. Impulz, krajši od vašega intervala vzorčenja, je za ciklično branje neviden, naročanje na spremembe (naročnina OPC UA) pa vas reši le, če sta bili globina čakalne vrste in hitrost vzorčenja nastavljeni zanj, kar privzeto nista: nadzorovana postavka s čakalno vrsto dolžine ena obdrži najnovejši prehod, ostale pa zavrže. Števec, ki le narašča, je proti temu odporen in vas stane le ločljivost. Števci v krmilnikih so pogosto 16-bitne besede, ki se prelijejo, zato je treba preliv obravnavati namerno, vrednost pa znova zasidrati ob vsakem izklopu in vklopu ali resetu stroja.

Stanje stroja skoraj nikoli ni en bit. En sam signal teka je običajno omogočitev pogona, ki ostane resnična, medtem ko vreteno prosto teče in čaka na operaterja; uporabno zaznavanje združi aktivni cikel, omogočen pogon in to, ali se je števec premaknil znotraj okna. To okno postavi prag zaznave: ustavitve, krajše od njega, kot zastoj niso vidne in se nepojasnjene vrnejo kot izguba storilnosti. Dogodke mora žigosati ena sama ura, robna naprava pa jih mora medpomniti, tako da ponovni zagon stikala pusti vrzel in ne ure fantomskega zastoja.

Šifre razlogov za zastoj: česa strojni signal ne more povedati

Vmesnik ve, da se je stroj ustavil in za koliko časa. Ne ve, zakaj, ne ve, da bo kos, ki ga je pravkar preštel, na naslednji postaji izmet, in ne ve, da je operater čakal na žerjav in ne na material.

To vrzel zapolni človek in oblikovanje tistega trenutka odloča o vsem nad njim. Šifre razlogov so običajno orodje in običajna napaka. Ponudite jih preveč in operater vsakič izbere prvo verjetno postavko, s čimer vrstni red seznama napiše vaš Pareto diagram. Ponudite jih premalo in vse postane Drugo. Razvrstitev se mora zgoditi znotraj izmene, dokler so dokazi še tam, in nekaj se mora operaterju vrniti v zameno.

Brezpapirna proizvodnja in elektronski zapis šarže

Brezpapirno ne pomeni istih obrazcev kot PDF na zaslonu. Pomeni, da je dokument na postaji veljavna revizija za ta nalog, ki jo izbere sistem, tako da je postaji mogoče postreči le trenutno revizijo — in da zapis nastane z opravljanjem dela, ne s prepisovanjem pozneje, kar je točka, kjer se izgubita sočasnost in s tem verodostojnost. Česar noben dokumentni sistem ne obvladuje, je papir. Risba, natisnjena prejšnji torek in shranjena v predalu, je po definiciji neobvladovana, predal pa izgubi le, če je vpogled v sistem hitrejši od segljaja vanj.

V regulirani proizvodnji je ta zapis elektronski zapis šarže, pravna zgodovina izdelka. Regulativni okvir — 21 CFR Part 11 ameriške FDA o elektronskih zapisih in podpisih ter Aneks 11 evropskega GMP — spremeni običajne programske teme v zahteve za načrtovanje: revizijska sled, ki je ni mogoče urejati, podpisi z izrecnim pomenom, vnosi, pripisljivi imenovani osebi in zabeleženi takrat, ko so nastali. Pregled po izjemah, kjer živi resnični prihranek, deluje le, če je sistem meje uveljavljal ob vnosu, kajti šele takrat je neoznačena šarža nezanimiva.

Sledljivost in genealogija kot zahteva za načrtovanje, ne kot funkcionalnost

Genealogija teče v dve smeri in obe morata delovati: nazaj, od dokončanega kosa do vsake serije komponent, stroja, orodja, operaterja, parametra in kontrole, ki so k njemu prispevali, in naprej, od sumljive prejete serije do vsakega kosa, v katerega je vstopila, in vsakega kupca, ki so mu ti kosi bili odpremljeni. Smer naprej je tista, ki se uporabi popoldne, ko pokliče dobavitelj, in običajno je šibkejša.

Granularnost je odločitev pri načrtovanju in določi jo to, kaj zajamete v trenutku porabe. Serijska številka na kos, serija na paleto, šarža na izmeno ali časovno okno: vsako postavi spodnjo mejo, kako majhen je lahko odpoklic, kajti strošek zajezitve je velikost množice, ki je ne morete izključiti. Prehod z identitete na ravni izmene na identiteto na ravni palete ni sprememba poročanja, je sprememba tega, kaj operater skenira.

Točka združitve začne prehodno obdobje, namesto da bi naredila čist rez. Dopolnite silos sredi teka in kar se izteka pozneje, je mešanica; kako dolgo se stara serija še pojavlja, je odvisno od prostornine posode, ostanka, ki je že v njej, pretoka in režima toka, saj pri lijakastem toku staro blago po stenah odteka zelo dolgo. Zato zabeležite dopolnitev z njeno serijo, vse od tega dogodka do trenutka, ko je stara serija dokazljivo izčrpana, označite z obema serijama, predpostavko o izčrpanju pa zapišite. Mešalnik sploh ni ta problem: je šarža z več vhodnimi serijami in genealogijo več proti ena in v modelu sodi kot šarža s seznamom več vhodnih serij. Ničesar od tega ni mogoče naknadno vgraditi v že odpremljen izdelek, zato to preizkusite pred zagonom: vzemite kos z odpremne rampe in zahtevajte njegovo celotno genealogijo nazaj v eni uri.

Kako pošteno meriti OEE in kaj naredi OEE-številko za laž

Skupna učinkovitost opreme je razpoložljivost, pomnožena s storilnostjo in s kakovostjo, vsaka od teh treh ima standardni način, kako jo napihniti, definicija in časovna osnova pa sodita na papir, preden se pokaže prva številka.

Časovna osnova je največji vzvod. OEE se po dogovoru meri glede na planirani proizvodni čas, zato vsaka ura, ki jo premaknete iz planiranega proizvodnega časa — ko jo razglasite za izgubo zaradi plana in ne za zastoj — zapusti imenovalec, ure, ki jih razglasite za neplanirane, pa v njem ostanejo in so natanko tisto, kar tlači razpoložljivost navzdol. Poskuse in nepokrite izmene izločite iz osnove in številka postane prijetna, medtem ko sredstvo večino tedna stoji. Menjave sploh niso siva cona: po modelu šestih velikih izgub priprava in nastavljanje sodita znotraj planiranega proizvodnega časa in vas morata stati razpoložljivost, zaradi česar je njihovo izločanje najpogostejši način, kako se OEE-številko skuha. Poleg nje sodi TEEP, skupna učinkovita zmogljivost opreme, merjena glede na koledarski čas: razlika je zmogljivost, ki jo imate in je ne uporabljate.

Idealni čas cikla je tisti, ki popači storilnost. Klasična definicija in ISO 22400 ga vzameta iz teoretičnega ali konstrukcijskega cikla; večina obratov ga vzame iz tehnološkega postopka, kjer ima norma, postavljena pred leti za kalkulacijo, vračunane dodatke. Če norma pravi petinpetdeset sekund, izkazani najboljši čas stroja pa je štirideset, je poročana storilnost približno sedemintrideset odstotkov previsoka — in ker večina sistemov storilnost obreže pri sto odstotkih, na zaslon pride obrezana napaka in ne dober rezultat. Preden objavite številko storilnosti, iz podatkov o dogodkih izluščite najhitrejši vzdržani cikel in ga primerjajte z normo iz tehnološkega postopka.

Kakovost pokvari to, da se dodelava šteje kot dobra na operaciji, ki jo je povzročila, ko bi moral izkoristek v prvem prehodu pokazati zgrešitev. Razpoložljivost pokvarita prag zaznave od zgoraj in zastoji, ki so razvrščeni, a večinoma kot Drugo.

Ostaneta dve napaki pri agregaciji. Povprečenje OEE čez stroje pomeša omejeno sredstvo s tistim, ki po zasnovi stoji, zato se številka obrata premika iz razlogov, na katere nihče ne more ukrepati. In dvigovanje OEE na sredstvu, ki ni ozko grlo in že ima zaščitno zmogljivost, kupi nedokončano proizvodnjo pred ozkim grlom in ne proizvedene količine — pravilo s tremi pogostimi izjemami: sredstvo, ki ni ozko grlo, a nima zadostne zaščitne zmogljivosti, strada ozko grlo, kar je izgubljena proizvedena količina in ne nedokončana proizvodnja; ozko grlo se premika s strukturo izdelkov, zato je sredstvo, ki tega meseca ni ozko grlo, naslednje četrtletje ozko grlo; in deljeno osrednje sredstvo, kaljenje ali lakirnica ali tisto eno vpenjalo, je ozko grlo občasno. Razpoložljivost merite povsod, OEE lovite le tam, kjer se izguba pretvori v pretok, ob spremembi strukture izdelkov pa ozko grlo znova določite.

Kaj v resnici zajema integracija MES z ERP

Konektor je majhen del. Delo je odločanje o lastništvu polje za poljem in zapis tega. Matični podatki artiklov, kosovnica, tehnološki postopek, delovno mesto, naročilo kupca, delovni nalog: za vsakega je en sistem merodajen, drugi pa porabnik, z definiranim vedenjem, ko se razideta. Projekti, ki to preskočijo, na to naletijo v prvem mesecu, ko nekdo uredi kosovnico v sistemu, ki ji ni lastnik.

Naslednja je granularnost potrditev. Na operacijo, na nalog, na uro ali na kos — menjate obseg transakcij v ERP za to, kako zastarelo je lahko stanje zaloge. Retrogradni odpis proti skenirani porabi je ista menjava v materialni obliki: retrogradni odpis ob potrditvi knjiži količino iz kosovnice, hitro in napačno za vaše nihanje izkoristka plus vsako zamenjavo in neevidentiran izmet, ki ga nihče ni knjižil, skenirana izdaja pa knjiži tisto, kar je bilo fizično vzeto. Skenirajte sledljive in drage materiale, vezni material odpišite retrogradno.

Nato neblesteči inženirski del. Vsako sporočilo potrebuje ključ idempotentnosti, ker vmesniki pošiljanje ponavljajo, dvakrat knjižen prevzem pa se pokaže šele ob inventuri čez več tednov. Nekdo mora videti vrsto neuspelih sporočil in postavko ponovno obdelati brez razvijalca, merske enote pa potrebujejo izrecne pretvorbe in dogovorjeno zaokroževanje. Vmesnik potrebuje tudi imenovanega lastnika na obeh straneh, kajti integracija brez lastnika tiho propada: polje se doda, preslikava se neha ujemati, napake se kopičijo v vrsti, ki je nihče ne bere.

Zakaj uvedbe MES propadejo in kaj to napove

Matični podatki so najpogostejši vzrok in najmanj obravnavan. Tehnološki postopki, ki opisujejo zaporedje, ki ga leta nihče ni izvedel, delovna mesta, modelirana na napačni granularnosti, normirani časi, ki nikoli niso bili znova izmerjeni, materiali s tremi zapisi imena. MES teh težav ne ustvari, naredi jih vidne prvi dan, nakar ga okrivijo za nered, ki ga je razkril. Pred zagonom izmerite resničen tek in resnično menjavo ter pričakujte, da boste tehnološke postopke pisali na novo.

Drugi je sprejem pri operaterjih, iz razlogov, ki jih pokriva oblikovanje vnosa zgoraj; odgovor je, da korake potrjevanja sami izmerite s štoparico, med resnično menjavo, z operaterjem, ki jih bo izvajal. Tretji je vmesnik, ki nima lastnika. Četrti je obseg, ki najprej modelira izjemo: meseci na redki deljeni seriji, medtem ko standardni tok ni dokončan. Peti je zagon na ozkem grlu v najbolj obremenjenem četrtletju. Zadnji je definicijski: dva sistema poročata različni številki za isto izmeno, ker se nihče ni dogovoril, ali se planirani zastoj šteje, in sestanek postane prepir o številki namesto o izgubi za njo.

Kako izpeljati ocenjevanje MES, ki vam kaj pove

Skriptirana predstavitev pokaže srečno pot, ki jo obvlada vsak programski paket MES. Ocenjevanje pomeni, da grde poti prisilite na plan, z vašimi lastnimi podatki. Prinesite štiri primere: nalog, ki sredi poti zamenja stroj; operacijo, začeto v eni izmeni in dokončano v naslednji od druge osebe; serijo, razdeljeno na dva naloga; in naknadni popravek, kjer je nekdo pred dvema urama izbral napačen razlog ustavitve, vi pa želite vedeti, kdo ga sme popraviti, kaj kaže revizijska sled in ali popravek doseže številke, ki so bile že poročane.

Zahtevajte, da genealogijo poženejo na svojih podatkih, nato pa vprašajte, kaj bi bilo potrebno, da bi tekla na vaših. Vprašajte, kaj naredi strojni vmesnik, ko se krmilnik sredi naloga izklopi in znova vklopi. Zahtevajte pogovor z inženirjem, ki bi delal vašo integracijo, ne s prodajno ekipo. Na referenčnem obisku čas preživite z operaterjem in vprašajte, česa vse se mora izogibati oziroma kaj vse rešuje mimo sistema. Komercialno: koliko stane drugi obrat, koliko stane nadgradnja, kaj vam da API — nenavadni deli vašega procesa se zgradijo na njem, namesto da bi jih kupili — in ali lahko svoje surove podatke o dogodkih izvozite v uporabni obliki. To zadnje je pravi preizkus, ali je zapis vaš.

Kam sodi modul MES v Meta Smart Factory

Modul MES v Meta Smart Factory pokriva zgoraj opisano področje: dispečiranje in sprostitev s predpogoji, zajem izvajanja na postaji, zastoje in izmet z razlogi, knjiženje dela in materiala, kontrole kakovosti, vezane na operacijo, genealogijo in OEE, izpeljan iz istega toka dogodkov in ne iz vzporednega.

Na strani strojev bere Siemens prek S7comm, Rockwell prek AB-ETH, Logix in DF1, Schneider prek UMAS, Beckhoff prek ADS, Mitsubishi prek MC Protocol in Omron prek FINS, vsakega izvorno, za ostalo pa govori OPC UA, Modbus TCP in RTU, EtherNet/IP in MQTT, vključno z obstoječim strežnikom OPC UA ali DA tam, kjer nihče noče še ene naprave v omrežju. Stroji brez krmilnika, ki bi ga bilo vredno brati, dobijo naknadno vgrajene V/I module, ožičene na diskretne signale, ki že obstajajo — kontakt teka, izhod cikla, alarmni rele — ki dajo stanje in števec kosov v ločljivosti tega ožičenja in, iz zgoraj navedenih razlogov, nikoli razloga za ustavitev.

Podatkovni model deli z moduli Kakovost, Vzdrževanje, WMS in Računalniški vid ter s plastjo integracije z ERP. Razvrščanje z omejeno zmogljivostjo živi v modulu APS, na zgoraj opisani meji in ne znotraj izvajanja, izračun MRP pa je tam za obrate, katerih ERP ga nima.

Nič od tega ne odstrani delov, ki so v resnici težki, in ta stran je bila večinoma o njih: dogovoriti se, kaj številke pomenijo, popraviti tehnološke postopke, ki nikoli niso bili pravilni, izbrati granularnost sledljivosti, s katero je mogoče živeti, in oblikovati korak vnosa, ki ga bo operater izvedel, ne da bi ga bilo treba dvakrat prositi.