AUTOMAZIONE I

INTRODUZIONE AI MANUFACTURING EXECUTION SYSTEMS

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L. Zuccaro A.A. 2012/2013 AUTOMAZIONE 1

AUTOMAZIONE I

INTRODUZIONE AI MANUFACTURING EXECUTION

SYSTEMS(MES)

Redazione a cura dell'Ing. Letterio Zuccaro ([email protected])

mailto:[email protected]


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STRUTTURA DEL MICRO-CORSO

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


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Jürgen Kletti,Manufacturing Execution System – MESSpringer, 2010

Michael McClellan, Applying Manufacturing Execution SystemsSt. Lucie Press, 1997

BIBLIOGRAFIA


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• RICHIAMI SUI SISTEMI INFORMATIVI AZIENDALI• MANUFACTURING EXECUTION SYSTEMS (MES)

STRUTTURA DEL NUCLEO TEMATICO


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RICHIAMI SUI

SISTEMI INFORMATIVI AZIENDALI

Richiami sui sistemi informativi

aziendali


Funzioni primarie e di supporto dei

MES


impiegate nei MES

Un esempio pratico: QCADOO

MES


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RISORSA AZIENDALE

Ieri

Oggi

Money Men Materials

Information

E’ tutto ciò con cui l’azienda opera, sia materiale che immateriale, per perseguire i suoi obiettivi

L'informazione è una risorsa che coinvolge tutte le altre risorse.

I processi, per poter operare, hanno bisogno di conoscere le risorse sulle quali agiscono, in altri termini hanno bisogno di informazioni.


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Efficacia =

Efficienza =

PROCESSO AZIENDALE

Insieme di attività (sequenze di decisioni e azioni) che l’azienda nel suo complesso svolge per gestire il ciclo di vita delle risorse finalizzato alla

realizzazione di un prodotto (bene o servizio). Il processo è teso al raggiungimento di un obiettivo aziendale

Sistema ProduttivoINPUT

RisorseOUTPUT

ProdottiServizi

OBIETTIVO

OUTPUTINPUT

OBIETTIVO

OUTPUT

Processo


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• Gestisce la risorsa “Informazione”

SISTEMA INFORMATIVO

“Insieme di procedure e infrastrutture che definiscono e supportano il flusso delle informazioni all’interno di una

organizzazione”

o Raccogliere - acquisizione di informazioni o Archiviare - conservazione di informazioni o Elaborare - trasformazione, correlazione di

informazioni o Distribuire - scambio di informazioni

Gestire


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• Immissione, memorizzazione, cancellazione informazione • Elaborazione dell’informazione

• Visualizzazione dell’informazione

SISTEMA INFORMATICO

Porzione automatizzata del sistema informativo

“Insieme di calcolatori, reti informatiche e procedure per la memorizzazione, elaborazione e trasmissione delle

informazioni”

Sistema informativo

Sistema informatico

Prima dell'introduzione degli elaboratori elettronici

Con l’avvento dell’ICT (Information & Communication Technology)

Processi informativi gestiti con metodi manuali (con uso di complesse e lunghe procedure di registrazione dati su supporti cartacei, di archiviazione documenti, di ricerca su schedari, ...)

Automatizzazione dei processi informativi mediante semplici e rapide procedure di registrazione, archiviazione, elaborazione, ricerca dei dati.

Compiti dell’ICTDatiApplicazionePresentazione


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SISTEMI INFORMATIVI E PROCESSI AZIENDALI

Concorrono alla traduzione degli obiettivi in criteri di gestione e ne controllano il raggiungimento

Come sarà organizzata la produzione di beni o servizi?

Concorrono nella definizione degli obiettivi strategici

Quali sono i prodotti o servizi su cui l'azienda punta di più?Quale è il mercato su cui l'azienda vuole affermarsi?

Anthony propone una classificazione dei sistemi informativi che è diventata canonica

P.Dire

zionali

ProcessiGestionali

Concorrono nel raggiungimento degli obiettivi La produzione dei beni

L'erogazione dei servizi

ProcessiOperativi

Anthony, R. N. 1965. Planning and Control Systems: A Framework for Analysis. Harvard Business School Division of Research.

MANAGEMENT INFORMATION SYSTEMS

Sistemi per il supporto operativo per la gestione di tutte le risorse aziendali

DECISION SUPPORT SYSTEMSSistemi per il supporto alle decisioni

PROCESS CONTROL SYSTEMSSistemi per il controllo delle attività dei

dispositivi fisici

Sistema Produttivo

Sistema Informativo

Materieprime

Prodottifiniti

ClientiFornitori

Ordinifornitori

Ordiniclienti


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EVOLUZIONE DEI SISTEMI INFORMATIVI‘50

Gestione finanziariaContabilità

Gestionemagazzini

‘60MRP

Material Requirement

sPlanning

Pianificazione della produzione e degli acquisti

MRPIIManufacturing Resource

PlanningAspetti gestionali

ERPEnterprise Resources Planning

Integrazione processi gestionali e operativi

E-businessE-commerce

‘70 ‘80 ‘90 20001900

Funzione

Architettura

Infrastruttura

Sistemi non integrati Centralizzata

Client-ServerMainframe

Processo 1

Processo 2

Processo 3

DB1 DB2 DB3 DB

P 1 P 2 P 3

Mainframe

Terminale Terminale Terminale

DatiApplicazionePresentazione

Client

ServerDB

Client Client

Dati

Applicazione

Presentazione


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MANUFACTURINGEXECUTIONSYSTEMS

(MES)

Richiami sui sistemi informativi

aziendali


Funzioni primarie e di supporto dei

MES


impiegate nei MES

Un esempio pratico: QCADOO

MES


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Nell'ultimo ventennio, nell'ambito dell'industria manifatturiera, ha acquistato semprepiù importanza la rilevazione delle informazioni legate al ciclo produttivo: da esse sipuò dedurre l'efficienza del processo di produzione e da questa l'ammontare deicosti.

L'accrescere di tale importanza ha portato allo sviluppo di sistemi informatici sempre più specializzati per la gestione dei dati legati al processo produttivo: dai primi sistemi di gestione dell'inventario all'ultima novità del settore, i sistemi MES (Manufacturing Execution Systems).

Facciamo un passo indietro…

RUOLO DELL’INFORMAZIONE NELLA GESTIONE AZIENDALEUna corretta gestione delle informazioni consente di:- minimizzare costi di produzione- ridurre la necessità di personale (per compiti banali e ripetitivi)- ottimizzare l’utilizzo dei materiali (materie prime, macchine)


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SISTEMA INFORMATIVO AZIENDALE

PLANNING(MRP MRPII ERP)

CONTROL(PLC SCADA DCS)

Sistemi amministrativi e contabiliFunzioni principali: o gestione ordinio pianificazione delle attivitào allocazione delle risorseo analisi costi e tempi di produzione

Sistemi per l’automazioneFunzioni principali:o controllo macchineo impostazione parametri di

lavorazioneo monitoraggio dello stato

dell’impianto

EsecuzioneBATCH/OFFLINE

EsecuzioneREALTIMEScarsa cooperazione tra i

sistemi

Architettura a due livelli


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• La mancanza di interazione tra i sistemi di pianificazione e controllo rende il processo di produzione una black-box.• Si conoscono gli input e gli output della produzione ma cosa accade nel mezzo è ignoto.

Quanto è efficace ed efficente il processo produttivo? Ci sono colli di bottiglia? Dove? I costi dove si annidano?

• In caso di eventi non previsti la pianificazione (fatta a priori) perde di validità e va rifatta

LA PRODUZIONE COME UNA BLACK-BOX

Materiali

Personale

Macchine

Prodotto

?

Processo di produzione


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UN NUOVO LIVELLO NELLA PRODUZIONE

PLANNING

CONTROL

EXECUTION

In ambito manifatturiero, con il termine “execution” si intende “esecuzione della produzione”.

L’esecuzione della produzione comprende l’insieme di operazioni che concorrono alla trasformazione di materie prime o semilavorati in prodotti finiti.

MES ≠ MISNon bisogna confondere un Manufacturing Execution System (MES) con un Management Information System (MIS). Un execution system svolge operazioni (con l’ausilio delle informazioni acquisite dal sistema/ambiente) che un information system non è in grado di svolgere.


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Accendere/Spegnere le macchine

Realizzare e misurare componenti del

prodottoRealizzare i prodotti

Muovere materiali verso/da le stazioni di

lavoro

Impostare/Leggere misure nei controlli

Assegnare/Riassegnare i

materiali alle stazioni di lavoro

Modificare le priorità degli ordini di lavorazione

Assegnare/Riassegnare il personale a un

processo di lavorazioneSchedulare/

Rischedulare le stazioni di lavoro e i

processi di lavorazione

Gestire i fornitori Reagire ad eventi imprevisti ...

EXECUTION


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NUOVI ORIZZONTI PER LE AZIENDELa possibilità di monitorare ogni singola fase nell’esecuzione della produzione e il contributo offerto dall’ICT hanno aperto nuovi orizzonti all’industria manifatturiera:

Connessione real-time con i software gestionali per ricevere ordini di produzione e per inviare i risultati, i rapporti sullo stato, sull’utilizzo di materie prime consentendo, ad esempio, di determinare la qualità delle attività o di aggiornare automaticamente le scorte di materie prime, semilavorati e prodotti

Connessione real-time con i sistemi di controllo in modo che i dati sulla produzione e sulla qualità possano essere memorizzati in un singolo database

Possibilità di fornire i dati del processo su Internet in modo che possano essere consultati ovunque o utilizzati per integrare le informazioni provenienti dai diversi impianti di produzione


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MANUFACTURING EXECUTION SYSTEMS (MES)

“Sistema che acquisisce e distribuisce informazioni che consentono l’ottimizzazione delle attività produttive dal lancio dell’ordine al prodotto finito. Utilizzando dati real-time, attuali ed accurati, il MES guida, risponde e informa sulle attività dello stabilimento così come e quando esse accadono. La rapidità di reazione risultante, unita alla attenzione nella riduzione delle attività senza valore aggiunto, guidano le operazioni ed i processi dello stabilimento al massimo dell’efficienza.”

Definizione del MESA International:

I sistemi MES rispondono ad esigenze precise, quali il tracking e tracing della produzione, per determinare: - quando un articolo (o un semilavorato) è stato prodotto, - con quali eventuali altri semilavorati è stato assemblato, - a quale fornitore è destinato,- ...

Tracking (tracciabilità): “lasciare una traccia” indica ilprocesso che permette di stabilire quali informazioni devono essere registrate e messe in evidenza, ovvero, l’attività di tracciare mediante apposita etichettatura.Tracing (rintracciabilità) “ritrovare la traccia” indica la capacità di ritrovare queste informazioni lungo la catena.


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Il sistema informatico svolge tre funzioni principali:- Raccoglie i dati in tempo reale.- Organizza e archivia i dati in un database centralizzato.- Rendere i dati accessibili in tutta la rete e integrando i dati disomogenei provenienti da altri sistemi informativi (ad es. pianificazione e contabilità).

IL SISTEMA INFORMATICO MES

Infrastruttura• Tipicamente utilizza il paradigma client/server e basi di dati relazionali• Sono previste interfacce per la connessione ad altri sistemi di gestione e

supervisione• Viene eseguito da uno o più calcolatori (PC, workstation, minielaboratori)

connessi in rete

Un Manufacturing Execution System (MES) rappresenta un sistema informatico costituito da un insieme di applicazioni software che implementano metodi e strumenti utilizzati nella produzione aziendale.


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L’azienda manifatturiera utilizza il processo di pianificazione (MRPII / ERP o equivalente) per determinare come i prodotti devono essere fabbricati.

Una volta che il piano di produzione è sviluppato, è necessario “tradurlo” nel processo di produzione che utilizza le risorse reali effettivamente disponibili.

E’ il ruolo chiave di un MES: colmare il vuoto tra il sistema di pianificazione e il sistema di controllo, coniugando l’ottimizzazione dei processi produttivi e logistici con il controllo della disponibilità delle risorse e della qualità dei prodotti.

“FILLING THE GAP”

Il MES è in grado di acquisire l'input dal sistema di pianificazione per poi tradurre il piano in un linguaggio comprensibile all’impianto.


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OBIETTIVI DEI MES

Fornire un modello di produzione reale

• Controllo delle disponibilità delle risorse (personale, macchine e

materie prime)• Monitoraggio delle attività dell’impianto con precisione

dell'ordine di ore o minuti

Ottimizzare le operazioni manifatturiere

Aumentare l'integrazione con il livello di business

• Analisi dei dati per individuare i miglioramenti attuabili o le eventuali cause che limitano le performances

• Definizione dei flussi di informazione scambiati col sistema di business

• Definizione di uno standard

How?What?


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FUNZIONALITÀ GENERALI

Pianificazione delle attività di produzione per migliorare le prestazioni dell’impianto data la capacità finita delle risorse

Allocazione delle risorse materiali e umane (chi deve fare cosa?) e loro monitoraggio (cosa stanno facendo adesso?)

Allocazione della merce (dove deve andare? quando?)

Gestione della documentazione sulle merci, le risorse, i processi di produzione

Tracciabilità dei prodotti, in modo che si possa sempre risalire alla loro storia nell’impianto

Analisi delle prestazioni di produzione secondo metriche standardizzate o proprietarie

Gestione della attività di manutenzione per minimizzare l’impatto sulla produzione


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FUNZIONI PRIMARIE

Interfaccia con il livello di pianificazione

Gestione degli ordini Gestione delle stazioni di lavoro Gestione dei materiali e del

magazzino Movimentazione del materiale Raccolta dati Gestione degli eventi

straordinariMcClellan, “Applying Manufacturing Execution Systems”, 1997


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Gestione della manutenzione Gestione delle presenze del personale Controllo statistico di processo Controllo qualità Dati/prestazioni di processo Gestione della documentazione Genealogia del prodotto Gestione dei fornitori

FUNZIONI DI SUPPORTO

McClellan, “Applying Manufacturing Execution Systems”, 1997


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ARCHITETTURA

Struttura modulare

Interfacciamento con sistema di gestione mediante linguaggi standard XML-based

Connessione ai dispositivi attraverso tecnologie eterogenee


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◊ Organizzazione non-profit fondata nel 1992 dai principali produttori di software MES◊ Rappresenta una piattaforma per lo scambio di informazioni, esperienze e capacità tra produttori MES, system integrators e personale d’azienda con lo scopo di espandere e migliorare integrazione dei MES nell’industria manifatturiera

ORGANIZZAZIONI IN AMBITO MES

MESA Manufacturing Enterprise Solutions Associationwww.mesa.org

ISAInternational Society of Automationwww.isa.org◊ Organizzazione non-profit fondata nel 1945

◊ Redige standard sull'automazione industriale◊ Realizza studi di ricerca e sviluppo per nuove tecnologie, fornisce formazione professionale, tiene conferenze sui temi emergenti dell'automazione .

http://www.mesa.org/

http://www.isa.org/


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MESA

• Resource Allocation and Status

Gestione delle risorse (macchine, strumenti,…)Monitoring dello stato corrente• Dispatching

Production UnitsGestione dei materiali in ingresso e prodotti intermedi utilizzati nella produzione• Data

Collection/Acquisition

Raccolta dati relativi al processo produttivo (materie prime, personale, macchine)• Quality

ManagementAnalisi del prodotto e di processoConfronto con valori ideali• Maintenance

managementManutenzione macchine

• Performance AnalysisConfronto tra valori effettivi e desiderati misurati negli impianti• Operations/Detailed

SchedulingPianificazione dettagliata volta ad ottimizzare l’utilizzo delle risorse• Document ControlGestione e distribuzione delle informazioni su processi/prodottti• Labor ManagementGestione degli ordini• Process ManagementControllo del flusso di lavoro dell’impianto di produzione• Product Tracking and

GenealogyDocumentazione di tutti gli eventi legati alla realizzazione di un prodotto

o Distingue 11 attività primarie di un MES


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STANDARD ISA-95o Definisce l'interfaccia tra i sistemi di business d'impresa e i sistemi di

controllo della produzione per aumentare l'integrazione e la comunicazione tra le parti, indicando le informazioni che devono essere scambiate.

o Lo standard descrive: o Organizzazione delle attività per livelli su base temporale

Attività correlate al business(Ordinare materiali, inviare fatture, … )

Attività relative al flusso di lavoro, finalizzate alla produzione del bene

Attività di monitoraggio e controllo dei processi fisici (SCADA,PLC,…)

Lungo(mesi, settimane)

Medio(giorni, ore, min)

Breve(min, sec, millisec)

Orizzontetemporale

- Le funzionalità di un MES- Lo schema dei dati a livello MES - I messaggi tra il livello di business e quello MES


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INTERAZIONE TRA I SISTEMI

AZIENDA

IMPIANTO

MRPIIERP

MES

PLC Robots

DCS

Pianificazione della produzioneScheduling

“Ricette”Istruzioni operative

Impostazioni macchine

Report sul ciclo di produzioneCompletamento ciclo

,Reale stato del processoCompletamento delle fasi del processoPrestazioni delle macchineAzioni sulle materie prime

• Riceve input dall'ERP• Imposta il piano di

produzione, indicando i materiali da utilizzare e i tempi di lavorazione/fasi

• Gestisce le indicazioni per i PLC• Raccoglie il dato in

tempo reale e lo fornisce in output all'ERP• Memorizza i dati e restituisce una serie di informazioni e statistiche, utili a comprendere l’intero processo produttivo e a come ottimizzarlo

Un sistema MES mette in relazione tutte le parti, in quanto:


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INFORMAZIONI SCAMBIATE DAI SISTEMI

La possibilità di avere informazioni dettagliate, immediate e aggiornate

consente al MES di prendere le decisioni migliori nella gestione della produzione

L'efficienza dello scambio di informazioni incide

sull'efficienza generale dell'intero processo

produttivo


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UN ESEMPIO DI INTERAZIONE

ERP

MES

PCS

Piano settimanale di produzione

Piano dettagliatodi produzione giornaliera

Singoli compiti alle macchine Completamento singole operazioni

Completamento lotto

Spedizione lotto


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ALCUNI PROBLEMI CHE I MES SONO IN GRADO DI RISOLVERE

Un processo critico per la produzione ha bisogno di manutenzione preventiva. Come rischedulare gli ordini per consentire la manutenzione?

Una macchina di produzione si è guastata improvvisamente

Un cliente richiede che ogni prodotto consegnato sia corredato da informazioni dettagliate sulla produzione

Un cliente vuole sapere se, raddoppiando il suo ordine, la fornitura può ancora essere garantita nei tempi previsti

Un cliente vuole sapere a che punto è il soddisfacimento del suo ordine


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(fonte: MESA International)

VANTAGGIMiglioramento delle performance produttive (diminuzione scarti,

diminuzione dei tempi setup)

Riduzione dei tempi del ciclo di produzione

Riduzione/eliminazione del data entry time (immissione manuale dei dati)

Riduzione/eliminazione dei documenti tra i reparti

Riduzione dei Work-In-Process - WIP (costi dovuti all'immobilizzazione delle giacenze di materie prime e di semilavorati)

Miglioramenti della qualità del prodotto (riduzione difetti)

Eliminazione documenti perduti

Capacità di risposta ad eventi imprevisti


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SVANTAGGI

Sono sistemi altamente personalizzati, ne consegue: tempi medio-lunghi di progettazione e costi elevati

Per alcune realtà l'introduzione di un MES comporta un cambio dellepolitiche di produzione

Per beneficiare dell'ottimizzazione i dati raccolti devono essere fedeli allarealtà


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ABB Automation Technology Products (www.abb.com

)

GE Fanuc Automation (www.gefanuc.com)

Kronos Inc (www.kronos.com)

RockwellSoftware (www.software.rockwell.com)

Schneider Electric (www.schneider-electric.com)

Siemens Automation (www.sea.siemens.com)

Wonderware Invensys (www.wonderware.com)

QCADOO (www.qcadoo.org)

VENDORS

http://www.abb.com/

http://www.gefanuc.com/

http://www.kronos.com/

http://www.software.rockwell.com/

http://www.schneider-electric.com/

http://www.sea.siemens.com/

http://www.wonderware.com/

http://www.qcadoo.com/


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Alcune aziende produttrici di software MES in Italia

MADE IN ITALY

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