In questi ultimi tempi si sono create nuove esigenze che impongono una maggiore integrazione delle funzioni aziendali. In particolare tra il livello di produzione e quello gestionale è presente un gap informativo, che può essere agevolmente colmato da un sistema MES; esso rappresenta lo strumento chiave per lo scambio delle informazioni tra il livello gestionale (tipicamente dominato dai sistemi ERP) ed il campo.
Panoramica
In questi anni di difficile congiuntura economica, la riduzione dei costi dei processi di produzione ed il consolidamento dei traguardi tecnologici e di mercato raggiunti dall'azienda sono argomenti particolarmente attuali. Spesso l'attuazione di tali politiche si realizza attraverso il congelamento di nuovi investimenti e la razionalizzazione dell'impiego delle risorse aziendali. Purtroppo tagliare senza rinnovare può risultare pericoloso.
Una strategia migliore per favorire la riduzione dei costi consiste nello sviluppare processi di consolidamento delle soluzioni di Information Technology (IT) utilizzate in azienda; l'integrazione e la condivisione delle informazioni tra i livelli del sistema informativo dell'impresa gioca un ruolo particolarmente importante, poiché consente la comprensione completa e la gestione efficace del business aziendale.
Aree di competenza
Dal ruolo di HMI (Human Machine Interface) che ricoprivano inizialmente, i software MES (Manufacturing Execution System) si sono evoluti sino a diventare un vero e proprio sistema di controllo centralizzato, che collega tutti i sistemi a bordo di ogni singolo macchinario a una unica console di gestione.
Oggi i sistemi MES più avanzati costituiscono il Digital Nervous System che connette la testa gestionale (ERP) al braccio operativo (macchine e impianti) di un’azienda industriale. Consentono di passare dall’automazione della singola macchina o impianto alla automazione integrata di stabilimento e garantiscono l’ottimizzazione globale dei processi produttivi.
La correlazione delle informazioni tra processi di fabbrica e di business è un problema che emerge in molte realtà e può essere risolto con nuove soluzioni integrate fornite dai sistemi MES che, attraverso l’implementazione di strumenti di Business Intelligence, rendono le informazioni critiche disponibili ai decisori della strategia di business.
I sistemi MES più avanzati ricevono dai sistemi ERP le informazioni sulle lavorazioni da svolgere e le trasformano in comandi di produzione, sequenze di lavorazione e comandi macchina. Come informazioni di ritorno, forniscono ai sistemi gestionali dati relativi al tempo di lavorazione, ai passaggi tra le fasi di produzione, ecc.
Le funzionalità dei sistemi MES
Secondo la definizione fornita da MESA International, le funzionalità fondamentali di un sistema MES sono:
- Schedulazione delle operazioni e di dettaglio (Operations/Detail Scheduling) - attività di sequenziamento e temporizzazione per ottimizzare le prestazioni degli impianti tenendo conto delle capacità finite delle risorse disponibili.
- Allocazione e stato delle risorse (Resource Allocation and Status) - produzione di istruzioni di lavoro destinate a personale, macchine, utensili e materiali e tracciamento delle attività in corso o appena concluse.
- Assegnazione alle unità di produzione (Dispatching Production Units) - comandi di
invio di materiali od ordini a determinate parti dell’impianto per iniziare un processo o una fase.
- Controllo dei documenti (Document Control) - gestione e distribuzione delle informazioni su prodotti, processi, progetti od ordini, oltre a raccolta di informazioni di certificazione del lavoro e delle condizioni.
- Tracciamento e genealogia dei prodotti (Product Tracking and Genealogy) - monitoraggio dell’avanzamento di unità, lotti o batch per creare una storia completa dei prodotti.
- Analisi delle prestazioni (Performance Analysis) - confronto dei risultati misurati nell’impianto con gli obiettivi ed i parametri stabiliti dall’azienda, dai clienti o da enti di normazione.
- Gestione della manodopera (Labor Management) - tracciamento e direzione del
personale operativo durante i singoli turni sulla base di qualifiche, mansioni e necessità aziendali.
- Gestione della manutenzione (Maintenance Management) - pianificazione ed esecuzione di attività appropriate per mantenere le apparecchiature ed i beni capitali nelle condizioni
ottimali.
- Gestione dei processi (Process Management) - direzione del flusso di lavoro nell’impianto in base alle attività di produzione pianificate e correnti.
- Gestione della qualità (Quality Management) - registrazione, tracciamento ed analisi delle caratteristiche di prodotti e processi in funzione degli obiettivi stabiliti.
- Raccolta/acquisizione dei dati (Data Collection/Acquisition) - monitoraggio, raccolta
e organizzazione dei dati relativi a processi, materiali ed operazioni svolte da personale, macchine o controlli.
Il MES viene considerato un fattore chiave per incrementare le performance della produzione. Mentre la direzione aziendale è concentrata sulle strategie di lungo termine, il MES può contribuire in maniera significativa al miglioramento delle performance di breve periodo, o meglio, di ogni giorno, con un conseguente impatto anche sugli obiettivi e sulle performance del lungo.
Attraverso il MES, il processo produttivo viene guidato dalle informazioni (information driven) e qualsiasi operazione, indipendentemente dalla grandezza, dalla complessità e dal tipo di prodotto può trarre beneficio da un MES integrato.
I benefici derivanti dall'adozione di un sistema MES
Spenti da tempo gli entusiasmi per un utilizzo “alternativo” di Internet (cioè i sogni di business stellari con le formule sperimentali delle dot.com) ora si guarda a questo strumento esclusivamente per risolvere gli annosi problemi del “core business” tradizionale che non hanno ancora trovato una adeguata risposta.
Fra questi, uno dei temi più interessanti per i potenziali ritorni economici degli investimenti (ROI), c’è sicuramente quello dell’integrazione del software produttivo tipicamente di tipo real time) con quello gestionale (solitamente transazionale).
Come noto, il MES (Manufacturing Execution System) rappresenta l'alternativa alla tradizionale schedulazione alla lavagna, alla distribuzione della documentazione cartacea in fabbrica (spesso responsabile della mancata certificazione a norme ISO 9000), alla raccolta dati di tipo manuale. Esso, per definizione, si deve occupare di quanto accade in stabilimento e di quanto dovrà accadere nel prossimo turno, nella prossima ora. Deve quindi essere in grado di produrre delle simulazioni what if per reagire immediatamente alle perturbazioni e tenere conto di capacità delle risorse e disponibilità.
Deve inoltre essere d'aiuto all'operatore, automatizzando la distribuzione e la raccolta delle
informazioni sul processo produttivo in un nuovo concetto master-slave.
Secondo l’Advanced Manufacturing Research “MES è la capacità di mettere in stretta connessione i sistemi di pianificazione e di supervisione per fornire alla fabbricazione un piano di produzione realizzabile e realistico al tempo stesso …” É quindi il punto l’integrazione tra il processo transazionale e la cultura real-time che hanno tradizionalmente operato in modo indipendente l’uno dall’altra.
L'obiettivo è quello di fornire una gestione della produzione senza la tradizionale montagna di carta che l’accompagna quasi sempre. Con un MES, tutto si muove nella direzione della gestione elettronica delle informazioni. Vengono infatti presentati in forma elettronica i disegni degli utensili, gli schemi di attrezzaggio, le istruzioni di assemblaggio, le distinte dei materiali, i cicli o le ricette, i programmi per i controlli numerici, i dati sulla qualità dei processi, i dati sulla manodopera, la tracciabilità per numero di serie e lotto, eccetera...
Il MES è dunque un sistema che schedula, distribuisce, traccia, monitorizza e controlla le informazioni a livello di fabbrica mentre, in modo simultaneo, consente di misurare in tempo reale le prestazioni del processo produttivo ed effettuare le relative statistiche.
E’ possibile sapere in ogni momento se si stanno rispettando gli obiettivi, si è quindi in grado di poter cogliere le opportunità per perseguire veramente quel famoso ed un po’ teorico miglioramento continuo di cui tanto si parla.
MESA (l'associazione che riunisce tutti i realizzatori di prodotti MES) fornisce alcune indicazioni di riferimento, dalle quali si possono notare le potenzialità di questo mercato emergente, ancora vergine in Italia. In particolare, essa ha intervistato un numero significativo di aziende manifatturiere che hanno portato a termine dei progetti MES ed ha misurato risultati molto interessanti.
In primo luogo, per il 66% delle aziende il tempo ciclo - ossia l’intervallo di tempo intercorrente tra il lancio di un ordine e la spedizione al cliente o il versamento a magazzino - è stato pressoché dimezzato.
Un secondo beneficio molto apprezzato ed indicato dalla maggioranza degli intervistati è stato la riduzione del tempo di data entry: due terzi delle aziende hanno infatti evidenziato una riduzione superiore al 75%, con un notevole impatto organizzativo, qualitativo e finanziario.
Terzo, quasi il 60% delle aziende ha dichiarato che il Work In Process (WIP) è stato ridotto del 17%.
Infine, il lead tìme - ossia l’intervallo di tempo necessario per compiere un’attività - è stato ridotto mediamente del 32%, la perdita di schemi è diminuita del 57%, l'utilizzo della carta è stato ridotto del 56% e la qualità complessiva è migliorata dei 15%.
Lo standard S95
Lo standard S95 è un insieme di documenti, elaborati dal comitato ISA (International Standard Association), per specificare il modello di dati e le pratiche migliori per lo scambio di informazioni fra il livello manufacturing enterprise ed il livello plant-level.
In tutto il mondo, ogni industria è organizzata differentemente dall'altra e utilizza diversi sistemi di automazione. Non ci sono società con gli stessi nomi/codici per i diversi dipartimenti, per le diverse attività o per le diverse funzioni aziendali. Le informazioni che sono scambiate hanno nomi differenti anche tra le aziende e i diversi sistemi di automazione.
Anche se parlano linguaggi differenti, entrambi i livelli dovranno comunicare tra di loro.
- L'ufficio dovrà fornire le informazioni sui nuovi ordini del cliente, sulle materie prime che sono state ordinate, sulle richieste del cliente specifiche per i prodotti e così via.
- La produzione dovrà trasmettere le informazioni all'ufficio: per esempio, le informazioni sulla condizione degli ordini, oppure gli importi esatti delle materie prime che sono state usate nel processo di produzione e così via.
Un'interfaccia automatizzata fra impresa ed i sistemi di controllo può condurre a molteplici vantaggi: ad esempio, le informazioni importanti diventeranno accessibili nel momento giusto e nel posto giusto; l'impresa avrà accesso alle informazioni sulle materie prime e sui prodotti finali in tempo reale permettendo un'ottimizzazione notevole della produzione e dello sfruttamento delle risorse, etc.
La soluzione
E' in quest'ottica che è stato sviluppato lo standard internazionale S95. Questo standard è stato sviluppato per ogni genere di azienda di produzione. Può essere applicato a tutte le industrie ed in tutti i tipi di processi.
Lo Standard S95 si compone di 3 parti. La parte 1 comprende i modelli standard e la terminologia che possono essere usati per decidere quali informazioni dovrebbero essere scambiate. La parte 2 fornisce gli attributi per ogni oggetto che è definito nella parte 1. Gli oggetti e gli attributi della parte 2 possono essere usati per lo scambio di informazioni fra i sistemi differenti, ma questi oggetti ed attributi possono anche essere usati come la base per i database relazionali. La parte 3 si focalizza sulle funzioni e sulle attività al Livello MES.
Part 1: ANSI/ISA-95.00.01-2000
La parte 1 dello Standard S95 fornisce i modelli con terminologia standard. I modelli possono essere usati per definire i sistemi di impresa e i sistemi di controllo. Quali mansioni sono eseguite e da quale funzione? E quali informazioni devono essere scambiate? Da dove a dove? A queste e ad altre domande si può dare una risposta utilizzando i modelli e la terminologia della parte 1 dello standard S95.
Part 2: ANSI/ISA-95.00.02-2001
Con la parte 1 si può quindi determinare quali informazioni devono essere scambiate fra l'impresa ed il sistema di controllo. Dopo questa analisi delle informazioni, si può cominciare a sviluppare l'interfaccia fra i sistemi. Lo standard non dice quale soluzione tecnica si debba scegliere (un esempio di soluzione tecnica potrebbe essere xml/B2MMl), ma offre una base per questa soluzione tecnica, perché determina gli attributi di tutti gli oggetti definiti nella prima parte.
Part 3: ANSI/ISA-95.00.03
Il comitato SP95 sta ancora lavorando alla parte 3 dello standard S95. Questa terza (ed ultima) parte determinerà le attività ed i flussi delle informazioni più importanti del Livello 3 (MES). I modelli saranno basati su quelli definiti nella parte 1 e nella parte 2.
Conclusioni
Il MES sta diventando sempre più il punto focale intorno al quale si raccolgono tutti i dati dei sistemi informativi e dal quale i dati sono poi ridistribuiti o con interfacce Web o direttamente all'ERP o ad altri tipi di concentratori. Purtroppo la realizzazione di tali sistemi spesso non è affrontabile da aziende di medie e piccole dimesioni, poiché comporta lo sviluppo di una grande quantità di codice custom attorno a prodotti software monolitici. Per questo motivo i sistemi MES del futuro dovranno essere flessibili, configurabili e scalabili, in modo tale che gli utilizzatori possano implementare il loro sistema negli anni, aggiungendo nuove funzionalità mano a mano che diverranno necessarie.