Manufacturing Execution Systems

Manufacturing Execution Systems (MES), zijn information technology systemen die productie processen beheren in fabrieken. De afgelopen jaren hebben internationale standaarden en modellen dergelijke systemen omschreven in de vorm van activiteiten zoals deze:

• Beheer van productdefinities. Dit omvat opslag, versie beheer en uitwisseling met andere systemen die omgaan met master data zoals product production rules, bill of material, bill of resources, procesinstellingen en recept data, die allemaal informatie bevatten over hoe een product gemaakt moet worden. Beheer van productdefinities kan ook een onderdeel zijn van Product lifecycle management
• Beheer van productiemiddelen zoals machines, mensen en gereedschap. Dit omvat de registratie, uitwisseling en analyse van informatie over de middelen. De bedoeling is dat deze informatie inzicht verschaft om productieopdrachten te kunnen voorbereiden en uitvoeren met productiemiddelen met de juiste capaciteiten en beschikbaarheid.
• Inplannen van productieprocessen. Deze activiteiten zijn erop gericht om een verzameling werkopdrachten zo in te plannen dat voldaan wordt aan een productvraag, meestal ontvangen van een Enterprise resource planning of een speciaal Advanced planning and scheduling systeem, waarbij productiemiddelen optimaal worden ingezet.
• Dispatching productie orders. Afhankelijk van het type productieproces kan dit inhouden: het verder distribueren van batches, uitvoering en werkopdrachten, deze toekennen aan werkplekken, machines, of productielijnen, en bijsturen in geval van onvoorziene situaties.
• Uitvoeren van productieopdrachten. Hoewel het werkelijke aansturen van productie door Process control systemen wordt gedaan, kan een MES wel betrokken zijn bij het uitvoeren van controles, eventueel bijsturen in geval van onvoorziene situaties, en het informeren van andere systemen over de voortgang van de productieprocessen.
• Collectie van productiedata. Dit omvat het verzamelen, opslaan en uitwisselen van procesdata, equipement status, materiaal lot informatie en productielogs in een data historian en of een relationele database.
• Productieprestatie analyse. Dit bestaat uit het omvormen van ruwe verzamelde data tot bruikbare informatie over de huidige status van de productie, zoals overzichten van onderhanden werk (WIP), en productieprestaties in de afgelopen periodes zoals de Overall Equipment Effectiveness en iedere andere Performance indicator.
• Productie Track & Trace. Registratie en presentatie van gerelateerde informatie zodat een volledige geschiedenis van lots, opdrachten of productiemiddelen wordt weergegeven (vooral belangrijk in gezondheid gerelateerde producties, zoals bijvoorbeeld pharmaceuticals).

Geschiedenis

In de vroege 1980s ontstonden de eerste MES concepten uit datacollectiesystemen. Een diversiteit aan systemen begon verzamelde data voor een specifiek doel te gebruiken. Verdere ontwikkeling van die systemen gedurende de jaren 90 kenmerkte zich door groeiende overlap van functionaliteit. In die tijd introduceerde de MESA enige structuur door 11 functionaliteiten te definiëren als afbakening van een MES. Kort na 2000 voegde de ANSI/ISA-95 standaard dit model samen met het Purdue Reference Model (PRM). Een functionele hiërarchie werd gedefinieerd waarin MES is gepositioneerd op laag 3 tussen ERP op laag 4 en proces control op de lagen 0,1,2. Activiteiten in laag 3 werden verdeeld over vier hoofdoperaties: Productie, Kwaliteit, Logistiek en Onderhoud. Aanvullende delen van de ANSI/ISA-95 standaard definiëren de architectuur van een MES meer in detail, en behandelt hoe functionaliteit intern moet worden verdeeld en welke informatie moet worden uitgewisseld zowel intern als met de buitenwereld.

Relaties met andere laag 3 systemen

Alle systemen die in laag 3 van de ISA-95 passen, worden ook wel Manufacturing Operations Management Systems (MOMS) genoemd. Naast MES zijn dit typisch Laboratory Information Management System (LIMS), Warehouse Management System (WMS) en Computerized Maintenance Management System (CMMS). Vanuit het gezichtpunt van MES zijn de mogelijke informatiestromen:

• Naar LIMS: aanvragen voor kwaliteit testen, proefmonsterinformatie, statistische proces data
• Vanuit LIMS: testresultaten, productcertificaten, testvoortgang
• Naar WMS: materiaal aanvragen, materiaal definities, productontvangsten
• Vanuit WMS: materiaal beschikbaarheid, materiaal geleverd aan productie, product verscheept naar klanten
• Naar CMMS: draaiuren gegevens, inzet van machines, onderhoudsaanvragen
• Vanuit CMMS: voortgang van onderhoud, machinespecificaties, onderhoudsschema

Relaties met laag 4 systemen

Voorbeelden van systemen die op de ISA-95 laag 4 acteren zijn: Product Lifecycle Management (PLM) Enterprise Resource Planning (ERP), Customer Relationship Management (CRM), Human Resource Management (HRM). Vanuit het gezichtpunt van MES zijn de mogelijke informatiestromen:

• Naar PLM: productie testresultaten
• Vanuit PLM: product definities, productiestappenplan (routeringen), elektronische werk instructies, machine-instellingen
• Naar ERP: productieresultaten, geproduceerde en geconsumeerde materialen
• Vanuit ERP: productieplanning, opdrachtspecificaties
• Naar CRM: product tracking and tracing informatie (productgenealogie van voor tot achter en omgekeerd)
• Vanuit CRM: productklachten
• Naar HRM: inzet en prestaties van personeel
• Vanuit HRM: beschikbaarheid, inzetbaarheid en capaciteiten van personeel

Vaak wordt gebruikt gemakt van Middleware Enterprise Application Integration (EAI) systemen transactie berichten uit te wisselen tussen MES en laag 4 systemen. In de ISA-95 standaard is een algemene data structuur, B2MML, gedefinieerd om MES met deze laag 4 systemen te verbinden.

Relatie met laag 0,1,2 systemen

Systems in laag 2 van ISA-95 zijn Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA), Programmable Logic Controllers (PLC), Distributed Control Systems (DCS) and Batch Automation Systems. Informatiestromen tussen MES en deze proces control systemen zijn grof gezien vergelijkbaar:

• Naar PCS: werkinstructies, recepten, machine-instellingen, set-points
• Vanuit PCS: proceswaarden, alarmen, gewijzigde set-points, productieresultaten

De meeste standaard MES producten bevatten connectiviteit als onderdeel van het pakket. Communicatie met machines en sensoren op de productievloer gaat typisch via een Programmable logic controllers (PLC). Vaak wordt de data van de productievloer eerst verzameld en verwerkt ten behoeve van real-time besturing in een Distributed control system (DCS) of SCADA systeem. Vervolgens kan MES de data weer uit deze laag 2 systemen ontvangen. De industriële standaard voor connectie met real-time systemen is OLE for process control (OPC).

Bronnen

• Manufacturing Enterprise Solutions Association [1]
• International Society of Automation [2]

Zie ook

• Manufacturing Operations Management