MES در تولید چیست؟

سیستم برنامه‌ریزی منابع سازمانی (ERP) شما درباره برنامه کاری هفته آینده به شما اطلاع می‌دهد. ماشین‌ها به شما می‌گویند که در حال حاضر با چه سرعتی کار می‌کنند. اما چه کسی بین این دو در حال گفتگو است و واقعاً چه کسی می‌داند در این لحظه در کارخانه چه می‌گذرد، آیا مواد مناسب در مکان‌های مناسب وجود دارد، کیفیت خوب است و گلوگاه‌ها احتمالاً کجا هستند؟ اینجاست که سیستم اجرای تولید (MES) به کار می‌آید. با سیستم اجرای تولید، می‌توانید مدیریت کسب‌وکار و کف کارخانه را به هم متصل کنید و برنامه‌های تولید را به واقعیت تبدیل کنید و بالعکس. برای اطلاعات بیشتر درباره معنای MES، عملکرد آن، تفاوت آن با ERP یا SCADA، زمان نیاز به MES، قیمت آن و مزایایی که می‌توان از استفاده آن به دست آورد، از راهنمای ما استفاده کنید.

MES به سیستم اجرای تولید اشاره دارد، که نرم‌افزاری است که برای مدیریت و نظارت بر فرآیندهای تولید در کف کارخانه به صورت زمان واقعی استفاده می‌شود. این سیستم می‌تواند در سطح ۳ استاندارد ISA-95 طبقه‌بندی شود، که بین ERP در سطح ۴ و SCADA در سطح ۲ قرار دارد. این بدان معناست که MES در اجرای دستورهای کاری، مدیریت مواد و نیروی کار، تضمین کیفیت، نظارت بر ماشین‌آلات، اندازه‌گیری اثربخشی کلی تجهیزات (OEE) و پیگیری فرآیندهای تولید مشارکت دارد.

سیستم اجرای تولید چیست؟

سیستم اجرای تولید (MES) یک برنامه نرم‌افزاری است که تولید در حال انجام در کف کارخانه را پیگیری می‌کند. MES چهار مؤلفه اصلی هر خط تولید – افراد، ماشین‌آلات، مواد و روش‌ها – را پوشش می‌دهد و همه فعالیت‌های خود را مستندسازی می‌کند.

MES را به عنوان نمای دیجیتال فرآیند واقعی تولید در کارگاه خود تصور کنید. MES می‌داند که کدام دستور کار در کدام خط تولید در حال انجام است، کدام اپراتور در کدام مرحله از فرآیند تولید کار می‌کند، کدام دسته از قطعات برای ساخت محصول نهایی استفاده شده است، گلوگاه تولید کجاست و غیره. دیگر نیازی به حدس زدن، تخته سیاه و صفحات گسترده نیست؛ MES آنها را با داده‌های پاک و فرآیندهای حلقه بسته جایگزین می‌کند.

MES لایه کسب‌وکار (ERP – “ما به ۱۰,۰۰۰ قطعه تا جمعه نیاز داریم”) و لایه کنترل (ماشین‌ها – “من با ۴۲ چرخه در دقیقه کار می‌کنم”) را به هم متصل می‌کند. این سیستم برنامه تولید را به اقدامات واقعی تولید تبدیل می‌کند و نتایج واقعی را به سازمان بازمی‌گرداند.

چارچوب ISA-95: جایی که MES قرار دارد

این بحث درباره MES به طور طبیعی با موضوع ISA-95 (IEC 62264) آغاز می‌شود، که یک استاندارد بین‌المللی شناخته شده است و تعریف سیستم‌های اطلاعاتی مورد استفاده در تولید را در پنج سطح وجودی آن ارائه می‌دهد.

بنابراین، MES در سطح ۳ چارچوب ISA-95 عمل می‌کند زیرا فرآیندهای تولید مانند ارسال، اجرا، جمع‌آوری داده‌ها، کنترل کیفیت و سایر موارد را مدیریت می‌کند.

عملکردهای اصلی MES

ویژگی‌های سیستم‌های MES در صنایع مختلف شباهت‌های زیادی دارند.

• مدیریت سفارشات کاری شامل فعالیت‌های زیر است: برنامه‌ریزی و نظارت بر سفارشات کاری از لحظه ایجاد تا تکمیل کار، تغییر دستورالعمل‌ها و تأیید از طریق روش‌های الکترونیکی.
• مدیریت مواد شامل اطمینان از استفاده از دسته مواد مشخص شده در مرحله مناسب فرآیند است. برای این منظور، مرحله اسکن RFID یا بارکد و فرآیند بازیابی مواد معرفی شده است.
• مطابق با الزامات مدیریت کیفیت، سیستم‌ها باید نظارت بر کیفیت از جمله کنترل فرآیند و شناسایی نقص‌ها را فراهم کنند.
• قابلیت ردیابی به عنوان مسیر معکوس از محصول به ماده‌ای که برای تولید آن استفاده شده است و همچنین تمام پارامترهای فرآیند تولید توضیح داده می‌شود.
• نظارت بر نیروی کار شامل جمع‌آوری اطلاعات درباره مسئول هر سفارش و مدت زمان صرف شده برای پردازش آن است.
• کنترل تجهیزات شامل نظارت بر وضعیت عملیاتی آن و همچنین OEE است که به عنوان حاصل‌ضرب ضررهای کوچک در عملکرد و کیفیت محاسبه می‌شود.
• محرک‌های کار تعمیر و نگهداری برای شناسایی مشکلات تجهیزات استفاده می‌شوند.

اگرچه هر MES قابلیت انجام تمام فعالیت‌های ذکر شده را ندارد، اما برای کاربران جویای مقایسه سیستم‌های MES همچنان مرتبط است.

آنچه MES ارائه می‌دهد: مزایا

چیزی که کارخانه‌ها را به سرمایه‌گذاری در MES ترغیب می‌کند — نتایج به صورت اعداد نشان داده شده است:

دستاورد معمول گزارش شده: افزایش بهره‌وری کلی تجهیزات بین ۱۰ تا ۲۵ درصد، کاهش ضایعات بین ۱۵ تا ۴۰ درصد، افزایش تحقق برنامه با دوره بازگشت سرمایه پروژه بین ۱۲ تا ۲۴ ماه. در بخش تست تولید به طور خاص، همان منطق مبتنی بر داده اعمال می‌شود: سیستم‌های تست خودکار — چه مستقل و چه تغذیه شده توسط MES — بازگشت سرمایه قابل اندازه‌گیری را نشان می‌دهند که در تحلیل بازپرداخت تست خودکار در مقابل دستی, ، و بررسی‌های کیفیت در راهنمای تست مدار شکن ما دقیقاً همان نوع تأیید در فرآیند است که یک MES ثبت و ردیابی می‌کند.

MES در مقابل ERP: تفاوت‌های کلیدی

رایج‌ترین سردرگمی در نرم‌افزارهای تولید، ERP در مقابل MES است. تمایز واضح:

به طور خلاصه، ERP انتخاب می‌کند که کدام محصولات ساخته شوند، در حالی که MES تعیین می‌کند چگونه ساخته شوند. در همین حال، ERP بدون MES فقط برنامه‌ها را بر اساس باورهای فرهنگی فرموله می‌کند و نیاز به دانش نحوه تبدیل برنامه به واقعیت دارد؛ در حالی که MES که به طور مستقل از ERP عمل می‌کند ممکن است شفافیت در کف کارخانه ایجاد کند اما اتصال مراحل مختلف خلق ارزش را برقرار نمی‌کند. مؤثرترین راه‌حل، سیستمی است که هر دو سیستم را در بر گیرد و از استاندارد ISA-95 B2MML برای این منظور استفاده کند.

MES در مقابل SAP: منظور واقعی مردم چیست

در حوزه “MES در مقایسه با SAP”، وضعیت به درستی می‌تواند به عنوان “MES در مقابل بزرگ‌ترین تأمین‌کننده ERP جهان” توصیف شود. به عنوان یک شرکت مبتنی بر ERP، این شرکت محصولات اصلی خود (یعنی S/4HANA و نسخه‌های قبلی R/3) را توسعه داده است که ابزارهای اصلی برای انجام فعالیت‌های مالی، زنجیره تأمین، برنامه‌ریزی تولید و تأمین هستند. اگرچه SAP ممکن است به عنوان ERP و نه MES معمولی در نظر گرفته شود، اما هنوز قادر است ماژول‌های مرتبط با تولید زیر را ارائه دهد:

• SAP PP (برنامه‌ریزی تولید) – مکانیزم برنامه‌ریزی مبتنی بر ERP برای سفارشات تولید و فعالیت‌های ظرفیت تولید.
• SAP Digital Manufacturing (SAP DMC) – در این مورد عملکرد MES شرکت SAP به عنوان یک “استودیو” بین SAP ERP و تجهیزات تولید ارائه می‌شود که برخی منابع MES (ارسال، ارائه راهنمایی در مورد نحوه کار با ماشین‌ها، محاسبه OEE و مدیریت کیفیت) را فراهم می‌کند و آن را در S/4HANA پیاده‌سازی می‌کند.

به نوبه خود، تعداد قابل توجهی از سیستم‌های MES برای پشتیبانی از SAP ساخته شده‌اند – به عنوان مثال Siemen Opcenter، AVEVA یا Rockwell قادر به استفاده از B2MML و/یا ABAP IDocs به جای APIها برای برقراری ارتباط با SAP هستند. بنابراین، پاسخ این است که فرآیند تصمیم‌گیری در مورد انتخاب “SAP در مقابل MES” به ضرورت انتخاب سیستم MES سازگار با ERP تبدیل می‌شود، زیرا در اکثر موارد همان سیستم SAP در میان گزینه‌های ERP انتخاب می‌شود. کارخانه‌ای که با سیستم SAP کار می‌کند معمولاً سازگاری با راه‌حل‌های سیستم MES را بررسی می‌کند تا استفاده صرف از ERP.

MES در مقابل SCADA: سیگنال‌ها در مقابل اطلاعات

SCADA و MES مجاور اما متفاوت هستند:

به زبان ساده و واضح: SCADA سیگنال‌ها را می‌دهد و MES در استفاده از آن سیگنال‌ها کمک می‌کند. SCADA داده‌هایی مانند OEE، دلایل مختلف مربوط به زمان توقف یا تغییرات هزینه تولید را ارائه نمی‌دهد، اما MES برای جمع‌آوری داده‌های ماشین و ارتباط آن با خریدها، محصولات و کیفیت برای پاسخ به سوالات فوق وجود دارد. علاوه بر این، بیشتر راه‌حل‌های MES سعی می‌کنند اطلاعات ماشین را از طریق SCADA یا از طریق اتصال‌دهنده‌های OPC UA/IOT به‌طور مستقیم به‌دست آورند.

MES در مقابل MOM: چتر بزرگ‌تر

MOM مخفف مدیریت عملیات تولید است که به تمام سیستم‌های مورد استفاده در عملیات یک تولیدکننده اشاره دارد. این شامل MES، مدیریت کیفیت، مدیریت نگهداری، سیستم‌های اطلاعات آزمایشگاهی و عملیات موجودی می‌شود. اگر MOM به تصویر کلی عملیات کارخانه اشاره دارد، MES مرکز آن است: سیستمی که کل فرآیند عملیات را به هم متصل می‌کند.

چه زمانی به MES نیاز دارید؟

معیارهایی برای تعیین زمان فکر کردن به MES:

• دید لحظه‌ای از کف کارخانه گزینه‌ای نیست — داده‌های تولید ۲۴ ساعت قدیمی است و به صورت دستی در صفحات گسترده وارد می‌شود.
• ردیابی غیرقابل مذاکره است وقتی که رعایت مقررات و استانداردهایی مانند خودروسازی (IATF 16949)، هوافضا (AS9100)، داروسازی (21 CFR Part 11 سوابق تغییرات)، غذا (HACCP-ردیابی آلرژن) لازم است.
• نحوه اندازه‌گیری OEE نامشخص است — منابع زمان توقف و خسارات کیفیتی همچنان یک معما باقی مانده‌اند.
• هزینه‌یابی ERP نادرست است — فرضیات زمان استاندارد می‌تواند یک کم‌برآوردی ۱۵-۳۰٪ باشد چون داده‌های واقعی هرگز در دسترس نیستند.
• پیچیدگی رو به رشد به معنای تنوع بیشتر محصولات و انواع محصولات است — صفحات گسترده در حال منسوخ شدن هستند.
• گسترش عملیات در چندین سایت به معنای داشتن معیارهای یکسان در همه جا است.

یک مثال واقعی از عملکرد MES

یک کارخانه تولید قطعات خودرو سفارشی از سیستم ERP دریافت کرده است تا ۱۰,۰۰۰ قطعه را در روز جمعه تحویل دهد. شرح زیر کاری است که سیستم اجرای تولید در رابطه با این سفارش انجام خواهد داد:

• ارسال: سیستم اجرای تولید یک ماشین مناسب که بتواند سفارش را اجرا کند پیدا خواهد کرد.
• دستورالعمل‌های دیجیتال: اپراتورها در کف کارخانه قادر خواهند بود دستورالعمل‌های دیجیتال نحوه پیشبرد تولید قطعات را ببینند و استفاده از دستورالعمل‌های کاغذی حذف شود.
• تأیید مواد: MES بارکد روی قطعات تأمین شده را اسکن می‌کند تا بررسی کند آیا قطعات صحیح از نظر سطح افزایش تولید به کف کارخانه تحویل داده شده‌اند یا خیر.
• ردیابی لحظه‌ای: MES اطمینان حاصل می‌کند که شمارش چرخه‌ها، زمان توقف و کیفیت به صورت لحظه‌ای گزارش شده و در داشبورد OEE منعکس می‌شود.
• دروازه‌های کیفیت: MES اطمینان می‌دهد که فرآیند تولید در ابتدای فرآیند برای مشکلات احتمالی بررسی و کنترل شود و ضایعات تولید شده در طول فرآیند تولید محدود شود.
• قابلیت ردیابی: قطعات نهایی به مواد خام یا قطعاتی که از آن‌ها به دست آمده‌اند، از جمله ماشین استفاده شده در فرآیند تولید، ردیابی خواهند شد.
• بازخورد به ERP: در نهایت، MES بازخوردی به سیستم ERP ارسال می‌کند که شامل مقادیر و زمان‌های تولیدی است که به دست آمده‌اند.

هزینه یک MES چقدر است؟

قیمت‌گذاری MES به طور قابل توجهی بر اساس معماری متفاوت است — بزرگ‌ترین عامل هزینه:

واقعیت مهم: ارائه‌دهندگان سنتی دو تا سه برابر هزینه خدمات پیاده‌سازی را نسبت به مجوز نرم‌افزار خود دریافت می‌کنند. با یک پلتفرم واقعی بومی ابر، این بر اساس پیکربندی است نه توسعه سفارشی، که این دینامیک را تغییر می‌دهد. همچنین ارزش ذکر دارد که حدود 40% تا 70% پروژه‌ها به دلیل مشکلاتی مانند گسترش دامنه، برخورد با MES به عنوان ارتقاء ERP، داده‌های اصلی نادرست و عدم توجه به مدیریت تغییر (آماده‌سازی نسبت هزینه 1:3 برای آموزش/مدیریت تغییر در مقابل فنی) شکست می‌خورند.

فروشندگان اصلی MES

سه پلتفرم مهم بر اساس قدرت عبارتند از:

• صنایع فرآیندی (شیمیایی، غذا و نوشیدنی، پالایش): AVEVA MES، Honeywell، Siemens Opcenter Execution Process.
• صنعت گسسته (خودرو، ماشین‌آلات): Siemens Opcenter Execution Discrete، RockwellFactoryTalk، Dassault Apriso.
• داروسازی و بیوتکنولوژی: Werum PAS-X، Siemens Opcenter Pharma، Rockwell Pharma Suite.
• هوافضا و دفاع: iBASEt Solumina، Dassault Apriso.
• نیمه‌هادی: Critical Manufacturing cmNavigo، Siemens Opcenter Semiconductor.
• بومی ERP: SAP Digital Manufacturing (برای کارخانه‌های متمرکز بر SAP).
• پلتفرم‌های IoT/OEE-اول: TeepTrak و راه‌حل‌های مشابه، راه‌حل‌های مؤثری برای استقرار سریع IoT و حسگرهای مستقل از ماشین با نرخ‌های SaaS هستند.

همه فروشندگان در این حوزه به دستورالعمل‌های ISA-95 با اتصال، زمان عرضه به بازار، سهولت یکپارچه‌سازی با سیستم‌های ERP و انطباق پایبند هستند.

پیاده‌سازی: نقشه راه و ریسک‌ها

الگوی تأیید شده پیاده‌سازی:

• استراتژی و مورد کسب‌وکار (ماه‌های 1-2)—شاخص‌های کلیدی عملکرد و دامنه خود را تعیین کنید.
• انتخاب فروشنده (ماه‌های 2-4)—بر اساس هفت معیار انتخاب خود رتبه‌بندی کنید.
• طراحی معماری (ماه‌های 3-6)—مرزهای استانداردهای ISA-95، نقاط یکپارچه‌سازی و مناطق را تعریف کنید.
• پیکربندی و ساخت (ماه‌های 5-12)—تا حد امکان از پیکربندی استاندارد به جای تولید سفارشی استفاده کنید.
• یکپارچه‌سازی و آزمون پذیرش کاربر (ماه‌های 8-15)—ماشین‌ها را با اتصال (OPC UA/IoT) فراهم کرده و با سیستم ERP (B2MML) یکپارچه کنید.
• اعتبارسنجی و آموزش (ماه‌های 12-18)—در صورت لزوم، تطابق قانونی را اعتبارسنجی کنید و اپراتورها را برای مدیریت تغییر واقعی آموزش دهید.
• راه‌اندازی و بهینه‌سازی (ماه‌های 15-24+)—با مورد پایلوت شروع کنید (یک خط، 5-10 دستگاه)، ارزش را اثبات کنید و قالب‌ها را برای استقرارها اعمال کنید (30-50٪ صرفه‌جویی در زمان با سایت‌های دیگر).

سناریوهای احتمالی شکست شامل گسترش دامنه، مرزهای مبهم سیستم‌های ERP-MES، داده‌های اصلی نادرست و فراموشی در مدیریت تغییر اپراتور است. همه آنها را در ابتدای پروژه برطرف کنید.

سوالات متداول

تفاوت‌های کلیدی بین MES و SAP چیست؟

SAP یک شرکت ERP است که محصولات اصلی آن برنامه‌ریزی کسب‌وکار، مالی، تأمین و زنجیره تأمین را پوشش می‌دهد. در حالی که MES یک دسته نرم‌افزاری متفاوت است که برای کنترل اجرای زمان واقعی در کف کارخانه استفاده می‌شود. تفاوت اصلی بین این دو نرم‌افزار این است که ERP/SAP تصمیم می‌گیرد کدام محصولات تولید شوند، در حالی که MES فرآیند تولید را کنترل می‌کند. SAP ماژول‌های تولیدی ارائه می‌دهد، برای مثال SAP PP برای برنامه‌ریزی و SAP Digital Manufacturing که ماژول مرتبط با MES است، اما بسیاری از کارخانه‌ها ترجیح می‌دهند SAP را همراه با نرم‌افزار MES اختصاصی از Siemens، AVEVA، Rockwell که از طریق B2MML کار می‌کند، استفاده کنند، زیرا ERP SAP فقط شامل ماژول‌های برنامه‌ریزی است و قابلیت ارائه داده‌های اجرای زمان واقعی روی ماشین‌ها را ندارد.

نمونه‌ای از MES چیست؟

در یک مورد، کارخانه تولید خودرو نیازهای تولید را از طریق سیستم ERP دریافت می‌کند؛ سیستم MES آن را به خط تولید صحیح ارسال می‌کند، دستورالعمل‌های الکترونیکی به کارکنان می‌دهد، مواد را با اسکن بارکد بررسی می‌کند، حجم تولید و زمان‌های غیرمولد را پیگیری می‌کند، نتایج تولید را با استفاده از SPC ثبت می‌کند، قطعات تولید شده را با سفارش تولید مقایسه می‌کند و گزارش‌هایی درباره خروجی فیزیکی تولید به ERP ارسال می‌کند. برخی از رایج‌ترین سیستم‌های MES عبارتند از Siemens Opcenter، Rockwell FactoryTalk، AVEVA MES، Werum PAS-X و SAP Digital Manufacturing.

تفاوت MES و ERP چیست؟

ERP (سطح 4 در ISA-95) مسئول برنامه‌ریزی فرآیندهای کسب‌وکار و اجرای تراکنش‌هایی مانند سفارشات فروش، MRP، تأمین و امور مالی به صورت روزانه یا هفتگی است که سوال “چه چیزی باید تولید کنیم؟” را مطرح می‌کند. MES (سطح 3) فرآیندهای تولید را در سطح کف کارخانه کنترل می‌کند، مانند ارسال دستور کار، مواد، نیروی کار، کیفیت، OEE و ردیابی در ثانیه‌ها و دقیقه‌ها، و سوال “چگونه تولید در این لحظه انجام می‌شود؟” را می‌پرسد. ERP نظری است، در حالی که MES عملی است. آنها در تضاد با یکدیگر نیستند، بلکه مکمل یکدیگرند.

MES در مقابل SCADA چیست؟

SCADA (سطح ۲) مسئول نظارت بر ماشین‌آلات و فرآیندها است. این سیستم داده‌های زمان واقعی (مانند دما، فشار، سرعت و زمان عملیات) را جمع‌آوری کرده و بر اساس اطلاعات دریافت شده عمل می‌کند. در همین حال، MES (سطح ۳) فرآیندهای تولید را کنترل می‌کند. این سیستم اطلاعات جمع‌آوری شده را به سفارشات، مواد، نیروی کار و استانداردها مرتبط می‌سازد تا به OEE، کیفیت، قابلیت ردیابی و مدیریت گزارش‌ها دست یابد. به طور خلاصه، SCADA سیگنال‌ها را فراهم می‌کند در حالی که MES داده‌های مفید تولید می‌کند. SCADA نمی‌تواند OEE را به شما ارائه دهد، اما MES می‌تواند.

منابع

1. ISA-95 / IEC 62264 — استاندارد یکپارچه‌سازی سیستم‌های کنترل و سازمانی
2. MESA International — مدل MES و استانداردهای B2MML
3. Siemens — خانواده محصولات Opcenter MES
4. راک‌ول اتوماسیون — فکتوری‌تاک پروداکشن‌سنتر
5. SAP — تولید دیجیتال SAP و ماژول‌های PP
6. AVEVA — راه‌حل‌های MES برای صنایع فرآیندی

نتیجه‌گیری

سیستم اجرای تولید، یا MES، سیستمی است که گزارش‌های تولید را در حین انجام پردازش می‌کند. MES لایه سوم هرم ISA-95 است که بین برنامه‌ریزی منابع سازمانی (ERP) و سیستم‌های کنترل قرار دارد. MES سفارشات را تولید می‌کند، مقادیر مواد ورودی و نیروی کار را بررسی می‌کند، کیفیت را کنترل می‌کند، اثربخشی کلی تجهیزات (OEE) را محاسبه می‌کند و قابلیت ردیابی محصول را تضمین می‌کند. داده‌های به‌دست آمده به سیستم ERP ارسال می‌شود. ERP تعیین می‌کند چه چیزی باید تولید شود؛ MES نحوه تولید و نظارت را تعریف می‌کند (SCADA سیگنال‌های ماشین را تحلیل می‌کند). اجرای MES در صورتی ضروری است که واحد تولید به عنوان یک جعبه سیاه عمل کند، ردیابی مستقیم محصول مورد نیاز باشد یا محاسبات بهره‌وری نادرست باشد. هزینه‌های متحمل شده توسط واحدهای متوسط از ۵۰۰,۰۰۰ تا ۵ میلیون تومان برای برنامه‌های سنتی متغیر است و قیمت‌ها برای برنامه‌های ابری از ۲۰۰ تا ۸۰۰ تومان در سال به ازای هر ماشین متغیر است. فرآیند اجرا به طور متوسط از یک تا دو سال طول می‌کشد.