MES FUNZIONI PRIMARIE E DI SUPPORTO AUTOMAZIONE I MES FUNZIONI PRIMARIE E DI SUPPORTO Redazione a cura dell'Ing. Letterio Zuccaro (zuccaro@dis.uniroma1.it)

STRUTTURA DEL NUCLEO TEMATICO RICHIAMI FUNZIONI PRIMARIE FUNZIONI DI SUPPORTO Richiami sui sistemi informativi aziendali I Manufacturing Execution Systems Funzioni primarie e di supporto dei MES Tecnologie informatiche impiegate nei MES Un esempio pratico: QCADOO MES

MES Introduzione

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.

MES Funzioni Primarie

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.

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. 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. Richiesta di produzione Risorse Ordini Pianificazione MES Stato corrente degli ordini Stato/utilizzo delle risorse (personale, materie prime)

Interfaccia con il livello di pianificazione Motivazioni della comunicazione Diversità di posizioni Diversità di obiettivi Diversità temporale può risiedere in un centro gestionale risiede in fabbrica Pianificazione MES concentrata sul cliente concentrata sul prodotto Pianificazione MES offline, batch, orizzonte temporale lungo online, orizzonte temporale medio/breve Pianificazione MES

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

Gestione degli ordini Perchè? 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? 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. Nel caso di eventi imprevisti, es. guasto macchina, è difficile o impossibile interrogare il sistema di planning per decidere cosa fare.

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. Reparto Stazione Operazione Descrizione ABC 0001 112 Punzonatura 114 Foratura 0044 119 Saldatura DEF 1230 220 Levigatura MNO 4422 460 Verniciatura XYZ 2210 999 Imballaggio 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.

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. Step Operazione Durata Durata set-up Descrizione 1 112 5 15 Buca tramite punzonatura 2 119 10 Salda staffe 3 1230 Leviga saldature 4 4422 30 Vernicia 2210 Impacchetta Routing del pezzo 10044 Descrizione: Staffa angolare saldata con due fori da 0.2 cm 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

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

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

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.

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.

Raccolta dati Alcune sorgenti di dati Scanners di codici a barre Trasmettitori in radio frequenza Programmable Logic Controllers Lettori di schede magnetiche Inserimento manuale

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

MES Funzioni di Supporto

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

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 Attività preventive e non schedulate (manutenzione straordinaria) Attività schedulate (manutenzione ordinaria) Manutenzione preventiva su base statistica

Gestione della manutenzione Esempio Tabella manutenzione_straordinaria - Manutenzione preventiva If (M001.temperature > 90°C) INSERT INTO manutenzione_straordinara(macchina,data) VALUES (“M001”, now() + n) Manutenzione non schedulata If (M002.breakdown) VALUES (“M002”, now()) macchina data …

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 Supervisore di sistema Amministrazione del libro paga

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

Gestione delle non-conformità Giudizio sui fornitori 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 Suggerisce azioni correttive, in funzione dei sintomi che causano un comportamento anomalo del prodotto/processo Moduli: Gestione ispezioni Gestione delle non-conformità Giudizio sui fornitori Azioni correttive

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

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

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

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)

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

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