Что такое MES в производстве?

Ваша система планирования ресурсов предприятия (ERP) сообщает вам о рабочем графике на следующую неделю. Машины показывают, с какой скоростью они работают в данный момент. Однако кто ведет диалог между ними и кто действительно знает, что происходит на заводе в данный момент, есть ли нужные материалы в нужных местах, хорошее ли качество и где, скорее всего, находятся узкие места? Здесь на помощь приходит система управления производством (MES). С помощью системы управления производством вы можете связать бизнес-управление и производственный цех, превращая производственные планы в реальность и наоборот. Используйте наше руководство для получения дополнительной информации о том, что такое MES, что она делает, чем отличается от ERP или SCADA, когда нужна MES, какова ее цена и какие преимущества можно получить от ее использования.

MES означает систему управления производством, которая является программным приложением для управления и мониторинга производственных процессов на производственной площадке в режиме реального времени. Она классифицируется как уровень 3 стандарта ISA-95, который находится между ERP на уровне 4 и SCADA на уровне 2. Это означает, что MES участвует в выполнении производственных заказов, управлении материалами и рабочей силой, обеспечении качества, мониторинге машин, измерении общей эффективности оборудования (OEE) и отслеживании производственных процессов.

Что такое система управления производством?

Система управления производством (MES) — это программное обеспечение, которое отслеживает производство, происходящее на заводском цехе. MES охватывает четыре основных компонента любой производственной линии — людей, машины, материалы и методы — и документирует все свои действия.

Рассматривайте MES как цифровое представление фактического производственного процесса в вашем цехе. MES знает, какой производственный заказ выполняется на какой линии, какой оператор работает на каком этапе производственного процесса, какая партия компонентов была использована для изготовления готового продукта, где находится узкое место в производстве и так далее. Больше никаких догадок, досок и таблиц; MES заменяет их чистыми данными и замкнутыми процессами.

MES связывает как бизнес-слой (ERP — “нам нужно 10 000 деталей к пятнице”), так и управляющий слой (машины — “я работаю со скоростью 42 цикла в минуту”). Она превращает производственный план в реальные производственные действия и передает реальные результаты обратно в предприятие.

Структура ISA-95: где находится MES

Обсуждение MES естественно начинается с темы ISA-95 (IEC 62264), который является международно признанным стандартом, предоставляющим определение информационных систем, используемых в производстве, с учетом пяти уровней их существования.

Таким образом, MES работает на уровне 3 в рамках стандарта ISA-95, поскольку управляет производственными процессами, такими как диспетчеризация, выполнение, сбор данных, контроль качества и другими.

Основные функции MES

Характеристики систем MES имеют много общего независимо от отрасли, в которой они используются.

• Управление производственными заказами включает следующие действия: планирование и мониторинг заказов с момента их создания до завершения работы, изменение инструкций и утверждение через электронные средства.
• Управление материалами состоит в обеспечении использования указанной партии материала на правильном этапе процесса. Для этих целей вводятся этапы сканирования RFID или штрих-кода и процесс получения материалов.
• В соответствии с требованиями управления качеством системы должны обеспечивать мониторинг качества, включая контроль процесса и выявление дефектов.
• Прослеживаемость можно объяснить как обратный путь от продукта к материалу, использованному для его производства, а также ко всем параметрам производственного процесса.
• Мониторинг труда включает сбор информации о том, кто был ответственен за каждый заказ и сколько времени было затрачено на его обработку.
• Контроль оборудования включает мониторинг его рабочего состояния, а также OEE, который рассчитывается как произведение малых потерь, производительности и качества.
• Триггеры для проведения технического обслуживания используются для обнаружения проблем с оборудованием.

Хотя не каждая MES обладает возможностью выполнять все перечисленные действия, это все же актуально для пользователей, ищущих сравнение систем MES.

Что дает MES: преимущества

То, что заставляет заводы инвестировать в MES — результаты, выраженные в цифрах:

Часто сообщаемые достижения: увеличение общей эффективности оборудования (OEE) от 10% до 25%, сокращение брака от 15% до 40%, повышение выполнения графика с окупаемостью проекта от 12 до 24 месяцев. В частности, на этапе тестирования производства применяется та же логика, основанная на данных: автоматизированные системы тестирования — как автономные, так и интегрированные с MES — демонстрируют измеримую окупаемость, проанализированную в наших анализе окупаемости автоматизированного и ручного тестирования, и проверки качества в нашем руководстве по тестированию автоматических выключателей именно тот вид проверки в процессе, который MES записывает и отслеживает.

MES против ERP: ключевые различия

Наиболее распространённое заблуждение в программном обеспечении для производства — это ERP против MES. Чёткое различие:

Вкратце, ERP выбирает, какие продукты производить, в то время как MES определяет, как их производить. При этом ERP без MES формирует планы, основанные на культурных убеждениях, и требует знания того, как план реализуется на практике; тогда как MES, работающая независимо от ERP, может обеспечить прозрачность на производственном участке, но не связывает различные этапы создания ценности. Наиболее эффективным решением будет система, которая объединяет обе системы и использует стандарт ISA-95 B2MML для этой цели.

MES против SAP: что на самом деле имеют в виду

В контексте “MES по сравнению с SAP” ситуацию можно справедливо описать как “MES против ведущего мирового поставщика ERP”. Будучи компанией, основанной на ERP, она разработала свои основные продукты (а именно S/4HANA и ранее R/3), которые являются основными инструментами для выполнения финансовых, цепочек поставок, планирования производства и закупок. Хотя SAP можно считать ERP, а не типичной MES, она всё же предоставляет следующие модули, связанные с производством:

• SAP PP (планирование производства) — это механизм планирования на базе ERP для производственных заказов и производственных мощностей.
• SAP Digital Manufacturing (SAP DMC) — в этом случае MES SAP представлена как “студия” между SAP ERP и производственным оборудованием, которая предоставляет некоторые ресурсы MES (диспетчеризация, предоставление инструкций по работе с машинами, расчёт OEE, управление качеством) и реализует их в S/4HANA.

В свою очередь, существует множество MES-систем, созданных для поддержки SAP — например, Siemens Opcenter, AVEVA или Rockwell могут использовать B2MML и/или ABAP IDocs вместо API для установления соединений с SAP. Таким образом, решение о выборе “SAP против MES” сводится к необходимости выбрать MES-систему, совместимую с ERP, поскольку в большинстве случаев среди ERP-альтернатив выбирается именно SAP. Предприятие, работающее с системой SAP, обычно проверяет совместимость с MES-решениями, а не использует только ERP.

MES против SCADA: сигналы против информации

SCADA и MES — смежные, но разные системы:

Простыми и понятными словами: SCADA передаёт сигналы, а MES помогает использовать эти сигналы. SCADA не предоставляет данные, такие как OEE, различные причины простоев или изменения производственных затрат, однако MES собирает данные с машин и связывает их с закупками, продуктами и качеством, чтобы ответить на вышеуказанные вопросы. Более того, большинство решений MES пытаются получить информацию с машин через SCADA или напрямую через OPC UA/IOT коннекторы.

MES против MOM: более широкая концепция

MOM означает Управление производственными операциями (Manufacturing Operations Management) и охватывает все системы, используемые в операциях производителя. Это включает MES, управление качеством, управление техническим обслуживанием, лабораторные информационные системы и операции с запасами. Если MOM отражает общую картину работы завода, то MES является центром: системой, которая связывает весь производственный процесс.

Когда вам нужен MES?

Критерии для определения необходимости MES:

• Видимость производственного процесса в реальном времени не является опцией — данные о производстве устарели на 24 часа и вводятся вручную в таблицы.
• Прослеживаемость обязательна при соблюдении нормативных требований и стандартов, таких как автомобильная отрасль (IATF 16949), аэрокосмическая (AS9100), фармацевтическая (21 CFR Part 11 — записи об изменениях), пищевая промышленность (HACCP — прослеживаемость аллергенов).
• Неясно, как измерять OEE — источники простоев и потери качества остаются загадкой.
• Стоимость в ERP неточна — предположения о стандартном времени могут занижать данные на 15-30%, поскольку фактические данные недоступны.
• Рост сложности означает большее разнообразие продуктов и типов продукции — таблицы становятся устаревшими.
• Масштабирование операций на нескольких площадках требует одинаковых метрик повсюду.

Реальный пример работы MES

Завод по производству автомобильных компонентов получил заказ от ERP-системы на поставку 10 000 деталей в пятницу. Далее описывается, что сделает система управления производством (MES) по этому заказу:

• Распределение: MES найдёт подходящую машину для выполнения заказа.
• Цифровые инструкции: операторы на производстве смогут видеть цифровые инструкции по изготовлению компонентов, что исключит использование бумажных инструкций.
• Проверка материалов: MES отсканирует штрихкод на поставляемых компонентах, чтобы проверить, что на производство поступают правильные компоненты с учётом уровня наращивания.
• Отслеживание в реальном времени: MES обеспечит отчётность по количеству циклов, простоям и качеству в реальном времени, отображая данные на панели OEE.
• Контроль качества: MES гарантирует проверку и контроль производственного процесса на ранних этапах, что ограничит количество отходов в процессе производства.
• Отслеживаемость: Готовые компоненты будут отслеживаться вплоть до исходного сырья или компонентов, из которых они были получены, включая оборудование, использованное в производственном процессе.
• Обратная связь с ERP: В конце MES отправит обратную связь в систему ERP, указывая достигнутые объемы и время производства.

Сколько стоит MES?

Ценообразование MES сильно варьируется в зависимости от архитектуры — главный фактор стоимости:

Важный факт: традиционные поставщики берут в два-три раза больше за услуги внедрения, чем за лицензию на программное обеспечение. С настоящей облачной платформой это основано на конфигурации, а не на индивидуальной разработке, что меняет эту динамику. Также стоит отметить, что около 40-70% проектов не достигают целей, в основном из-за таких проблем, как расширение объема работ, восприятие MES как обновления ERP, неправильные мастер-данные и отсутствие учета управления изменениями (готовьтесь к соотношению затрат 1:3 на обучение/управление изменениями по сравнению с техническими затратами).

Основные поставщики MES

Три самых важных платформы по силе:

• Процессные отрасли (химия, пищевая промышленность, нефтепереработка): AVEVA MES, Honeywell, Siemens Opcenter Execution Process.
• Дискретная промышленность (автомобилестроение, машиностроение): Siemens Opcenter Execution Discrete, RockwellFactoryTalk, Dassault Apriso.
• Фармацевтика и биотехнологии: Werum PAS-X, Siemens Opcenter Pharma, Rockwell Pharma Suite.
• Аэрокосмическая и оборонная промышленность: iBASEt Solumina, Dassault Apriso.
• Полупроводники: Critical Manufacturing cmNavigo, Siemens Opcenter Semiconductor.
• ERP-ориентированные: SAP Digital Manufacturing (для предприятий, ориентированных на SAP).
• IoT/OEE-ориентированные платформы: TeepTrak и аналогичные решения эффективны для быстрого развертывания IoT и универсальных датчиков по тарифам SaaS.

Все поставщики в этой области соблюдают стандарты ISA-95 с точки зрения подключения, времени выхода на рынок, простоты интеграции с ERP-системами и соответствия требованиям.

Внедрение: дорожная карта и риски

Подтвержденный шаблон внедрения:

• Стратегия и бизнес-кейс (1-2 месяцы) — Определите ваши ключевые показатели и объем работ.
• Выбор поставщика (2-4 месяцы) — Оцените по семи критериям выбора.
• Архитектурное проектирование (3-6 месяцев) — Определите границы стандартов ISA-95, точки интеграции и зоны.
• Конфигурация и сборка (5-12 месяцев) — Используйте стандартную конфигурацию вместо индивидуальной разработки, где возможно.
• Интеграция и приемочные испытания (8-15 месяцев) — Обеспечьте подключение оборудования (OPC UA/IoT) и интеграцию с ERP-системой (B2MML).
• Validation & Training (Months 12-18)—Проверьте соответствие законодательным требованиям при необходимости и обучите операторов реальному управлению изменениями.
• Go-live & Optimize (Months 15-24+)—Начните с пилотного проекта (одна линия, 5-10 машин), докажите ценность и примените шаблоны для развертывания (30-50% времени сэкономлено на других площадках).

Потенциальные сценарии сбоев включают расширение объема работ, размытые границы систем ERP-MES, плохие мастер-данные и забывчивость в отношении управления изменениями операторов. Решите все эти вопросы в самом начале проекта.

Часто задаваемые вопросы

Каковы ключевые различия между MES и SAP?

SAP — это компания ERP, основные продукты которой охватывают бизнес-планирование, финансы, закупки и цепочку поставок. Между тем, MES — это другая категория программного обеспечения, используемая для управления выполнением производства в реальном времени на производственном участке. Главное отличие между этими двумя программами в том, что ERP/SAP решает, какие продукты будут производиться, тогда как MES контролирует производственный процесс. SAP действительно предоставляет модули для производства, например, SAP PP для планирования и SAP Digital Manufacturing, который связан с MES, но многие предприятия выбирают использование SAP вместе с специализированным MES-программным обеспечением от Siemens, AVEVA, Rockwell, которое работает через B2MML, поскольку SAP ERP включает только модули планирования и не имеет возможности предоставлять данные о выполнении в реальном времени на машинах.

Какой пример MES?

В одном случае автопроизводственное предприятие получает производственные требования через систему ERP; система MES направляет их на правильную производственную линию, предоставляет электронные инструкции работникам, проверяет материалы путем сканирования штрих-кодов, отслеживает объем производства и непродуктивное время, регистрирует результаты производства с помощью SPC, сравнивает изготовленные детали с производственным заказом и отправляет отчеты о фактическом производственном выпуске обратно в ERP. Некоторые из самых распространенных MES-систем — Siemens Opcenter, Rockwell FactoryTalk, AVEVA MES, Werum PAS-X и SAP Digital Manufacturing.

В чем разница между MES и ERP?

ERP (уровень 4 в ISA-95) отвечает за планирование бизнес-процессов и выполнение транзакций, таких как заказы на продажу, MRP, закупки и финансы ежедневно или еженедельно, что ставит вопрос: “что нам нужно производить?”. MES (уровень 3) контролирует производственные процессы на уровне цеха, такие как распределение рабочих заказов, материалы, труд, качество, OEE и прослеживаемость по секундам и минутам, задавая вопрос: “как выполняется производство в данный момент?”. ERP — это теоретический уровень, а MES — практический. Они не конфликтуют друг с другом, а дополняют друг друга.

Что такое MES по сравнению с SCADA?

SCADA (Уровень 2) отвечает за мониторинг машин и процессов. Он собирает данные в реальном времени (например, температуру, давление, скорость и время работы) и действует в соответствии с полученной информацией. Между тем, MES (Уровень 3) контролирует производственные процессы. Он связывает полученную информацию с заказами, материалами, рабочей силой и стандартами для достижения OEE, качества, прослеживаемости и управления отчетностью. Короче говоря, SCADA предоставляет сигналы, в то время как MES генерирует полезные данные. SCADA не может предоставить вам OEE, а MES может.

Ссылки

1. ISA-95 / IEC 62264 — Стандарт интеграции систем предприятия и управления
2. MESA International — Модель MES и стандарты B2MML
3. Siemens — Семейство продуктов Opcenter MES
4. Rockwell Automation — FactoryTalk ProductionCentre
5. SAP — SAP Digital Manufacturing и модули PP
6. AVEVA — MES решения для процессных отраслей

Заключение

Система управления производством, или MES, — это система, которая обрабатывает производственные отчеты в процессе их создания. MES является третьим уровнем пирамиды ISA-95, расположенным между системой планирования ресурсов предприятия (ERP) и системами управления. MES формирует заказы, проверяет количество входных материалов и рабочей силы, контролирует качество, рассчитывает общую эффективность оборудования (OEE) и обеспечивает прослеживаемость продукции. Полученные данные отправляются в систему ERP. ERP определяет, что должно быть произведено; MES определяет способ производства и мониторинга (SCADA анализирует сигналы машин). Внедрение MES необходимо, если производственное предприятие функционирует как «черный ящик», требуется прямая прослеживаемость продукции или расчеты эффективности неточны. Затраты для предприятий среднего размера варьируются от 500 000 до 5 миллионов для традиционных приложений, а цены на облачные приложения составляют от 200 до 800 в год за машину. Процесс внедрения занимает в среднем от одного до двух лет.