Những điều cơ bản cần biết trước khi triển khai hệ thống thực thi sản xuất – MES (Phần 2)

Hơn 20 năm trước, những người tiên phong bắt đầu tạo ra phần mềm tùy chỉnh cho người vận hành, người giám sát, người lập kế hoạch, người quản lý nhà máy, kỹ sư, cơ khí bảo trì và nhân viên nhà máy khác để cung cấp các chức năng bị thiếu trong hệ thống ERP và hệ thống kiểm soát quy trình sản xuất. Dần dần nhưng chắc chắn, ngày càng nhiều nhà cung cấp phần mềm phát hiện ra lỗ hổng này trên thị trường. Họ bắt đầu phát triển các giải pháp tiêu chuẩn, theo đó họ đã tiếp tục bổ sung ngày càng nhiều chức năng hơn trong những năm qua.

Đầu những năm 1990, hệ thống thực thi sản xuất MES là thuật ngữ được đặt ra cho loại giải pháp này.

Ở Phần 2 này chúng ta sẽ đi sâu tìm hiểu rõ hơn những gì MES có thể bổ sung cho ERP mà các hệ thống ERP thông thường không thể làm được, qua đó giúp các nhà quản trị dự án MES sẽ biết rõ cần phải làm gì để triển khai hệ thống thực thi sản xuất – MES thành công.

Những điều cơ bản cần biết trước khi triển khai hệ thống thực thi sản xuất – MES (Phần 1)

 

MES theo định nghĩa của MESA (Manufacturing Enterprise Solutions Association)

Trích lời của Ông Jan Snoeij, chủ tịch của MESA

Jan Snoeij

Jan Snoeij

MESA International stands for Manufacturing Enterprise Solutions Association International. It’s a nonprofit organization. MESA was founded in 1991 to exchange knowledge, experience, and best practices for using MES among vendors, system integrators, analysts, and manufacturing company personnel.

The term MES arose in 1991. Multiple people claim they invented it. At that time, it stood for manufacturing execution systems. Today, it means manufacturing enterprise solutions. After all, MES is more than just a system for production control. Issues such as quality, inventory, maintenance, product data management, and product life cycle management can’t be viewed as separate from the MES domain. … That’s why we changed the term in 2004.

MESA International là viết tắt của Hiệp hội Giải pháp Doanh nghiệp Sản xuất Quốc tế. Nó là một tổ chức phi lợi nhuận. MESA được thành lập vào năm 1991 để trao đổi kiến thức, kinh nghiệm và thực tiễn tốt nhất để sử dụng MES giữa các nhà cung cấp, nhà tích hợp hệ thống, nhà phân tích và nhân viên công ty sản xuất.

Thuật ngữ MES phát sinh vào năm 1991. Nhiều người tuyên bố họ đã phát minh ra nó. Vào thời điểm đó, nó là viết tắt của hệ thống thực hiện sản xuất. Ngày nay, nó có nghĩa là giải pháp sản xuất doanh nghiệp. Xét cho cùng, MES không chỉ là một hệ thống kiểm soát sản xuất. Các vấn đề như chất lượng, hàng tồn kho, bảo trì, quản lý dữ liệu sản phẩm và quản lý vòng đời sản phẩm có thể được xem là tách biệt với miền MES. … Đó là lý do tại sao chúng tôi thay đổi thuật ngữ trong năm 2004.

MES theo MESA
Định nghĩa của MES theo MESA

MESA đã phân biệt mười một hoạt động thực hiện sản xuất, sau này được công nhận chủ yếu nhờ vào mô hình tổ ong MESA (xem hình trên). Mười một hoạt động là Phân bổ nguồn lực và Tình trạng, Lập kế hoạch vận hành / chi tiết, Đơn vị sản xuất, kiểm soát tài liệu, Thu thập / thu thập dữ liệu, Quản lý lao động, Quản lý chất lượng, Quản lý quy trình, Quản lý bảo trì, Theo dõi sản phẩm và Phân tích hiệu suất.

Nói một cách đơn giản, 3 hệ thống thực thi sản xuất khái niệm ban đầu liên quan đến các hệ thống thông tin hỗ trợ những việc mà bộ phận sản xuất phải làm bao gồm :

  • Lập kế hoạch, chuẩn bị và quản lý hướng dẫn công việc;
  • Giám sát thực hiện đúng quy trình sản xuất;
  • Thu thập và phân tích thông tin về quy trình sản xuất và sản phẩm, và cung cấp lại cho các bộ phận khác, chẳng hạn như kế toán và hậu cần;
  • Giải quyết vấn đề và tối ưu hóa quy trình sản xuất của doanh nghiệp

MES theo định nghĩa của ISA (International Society of Automation)

ISA là viết tắt của Hiệp hội Tự động hóa Quốc tế. Tổ chức phi lợi nhuận này xác định tiêu chuẩn hóa trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp là một trong những mục tiêu chính của nó, ngoài chứng nhận, giáo dục và đào tạo, các ấn phẩm, hội nghị và chương trình. Ví dụ về các tiêu chuẩn quen thuộc và phổ biến của ISA là ISA-84 (An toàn chức năng: Các hệ thống thiết bị an toàn cho ngành công nghiệp xử lý), ISA-88 (Kiểm soát theo lô) và ISA-99 (Bảo mật hệ thống sản xuất và điều khiển).

Bạn có thể xem thêm về ISA-88 tại đây.  

Giới thiệu về mô hình ISA 88 Batch Control cho các ứng dụng sản xuất theo mẻ

 

ISA-95 mang tiêu đề Tích hợp hệ thống kiểm soát doanh nghiệp. ISA-95 không phải là một hệ thống tự động hóa, mà là một phương pháp, một phương pháp luận làm việc, suy nghĩ và giao tiếp. Phương pháp này được mô tả trong một số tài liệu, mỗi tài liệu dài khoảng một trăm trang. Các tài liệu chứa các mô hình (số liệu) và thuật ngữ bạn có thể sử dụng để phân tích một công ty sản xuất riêng lẻ. Tất cả các mô hình được tập trung vào các khía cạnh cụ thể của tích hợp ERP-MES.

Các cấp ra quyết định và quản lý trong doanh nghiệp sản xuất theo ISA – 95

ISA-95 không bao giờ đề cập đến các thuật ngữ ERP và MES. Những gì ISA-95 làm là đánh dấu ranh giới giữa các cấp ra quyết định khác nhau, trong đó các loại thông tin khác nhau.

Ví dụ, mô hình phân cấp chức năng, xác định cấp độ 4 mà Tập trung vào thời gian dài hơn (tháng, tuần). Đây là nơi các quyết định được đưa ra khi đặt hàng nguyên vật liệu, gửi hóa đơn, lập kế hoạch sản xuất và bảo trì dài hạn và phát triển các sản phẩm mới. Cấp độ 4 được gọi phổ biến là ERP.

Ngược lại, Cấp 3 tập trung vào một thuật ngữ ngắn hơn một chút (ngày, giờ, phút). Các quyết định ở đây có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả của nhà máy, chất lượng sản phẩm, vị trí lưu trữ nguyên liệu và tính sẵn có của máy, trong số những thứ khác. Mọi người thường gọi đây là lớp MES. Tất cả các chức năng MESA định nghĩa trong mô hình tổ ong của nó thuộc về Cấp độ 3 của ISA-9. Bên dưới cấp độ này là Cấp độ 2, 1 và 0 (với khung thời gian là phút, giây hoặc mili giây), trong đó quá trình sản xuất diễn ra với sự trợ giúp của các cảm biến, PLC, giải pháp SCADA và các loại hệ thống điều khiển khác.

Trong quá trình lựa chọn và triển khai MES và các hệ thống liên quan, các công ty sản xuất phải đối mặt với sự chồng chéo về chức năng giữa các gói mà các nhà cung cấp khác nhau cung cấp. Vậy thì nhà quản trị dự án cần phải xác định rõ những gì họ cần đang thuộc cấp độ level nào, mức độ đáp ứng thời gian cần thiết là bao nhiêu ? 

Và nếu họ không có công cụ nào để giúp họ quyết định, họ có thể sẽ đưa ra những lựa chọn đáng tiếc. Đó là cách mà một số doanh nghiệp đã thực hiện ERP  của họ, giờ đây đang bị ảnh hưởng bởi một bối cảnh CNTT không linh hoạt và tốn kém không cần thiết. Họ đã đan xen các lớp ERP và MES của họ như spaghetti.

MES theo ISA-95

Kết quả là, khi họ mua một nhà máy mới, họ phải tháo gỡ toàn bộ quả bóng mì spaghetti, ngay cả khi nhà máy mới có hệ thống thực thi sản xuất – MES hoạt động tốt, có thể dễ dàng tích hợp với lớp ERP nếu ranh giới giữa họ đã được lựa chọn hợp lý hơn. ISA-95 giúp các công ty tránh các loại lựa chọn không hiệu quả về chi phí này Mô hình Kiểm soát doanh nghiệp chức năng trong ISA-95. cho thấy rõ ràng ranh giới đó nằm ở đâu, nói một cách logic. Nó cho chúng ta thấy mười hai chức năng mà bạn sẽ gặp trong mỗi công ty sản xuất, mặc dù mỗi công ty có thể đặt cho họ các tên khác nhau và gán các chức năng cho các bộ phận khác nhau. Và ISA-95 chắc chắn không có ý định quy định một cấu trúc tổ chức với mô hình này. Mô hình chỉ làm rõ các chức năng nào và không liên quan đến việc tích hợp hệ thống ERP và MES.

Bây giờ, một số chức năng đứng trên biên giới này. Hãy nhìn vào chức năng Lập kế hoạch sản xuất. Nó ngay lập tức rõ ràng rằng bạn sẽ phải đặc biệt chú ý đến việc xác định ranh giới giữa ERP và MES ở đây. Đối với đó, một loại lịch trình sản xuất thuộc về cấp 4, nhưng cũng thuộc về cấp 3. Vì vậy, hãy chắc chắn
để phân biệt giữa lập kế hoạch cấp 4 và lập kế hoạch cấp 3. Những nỗ lực lên kế hoạch để cung cấp đúng sản phẩm với số lượng phù hợp
và đúng chất lượng cho đúng khách hàng vào đúng thời điểm (hiệu quả). Nỗ lực thứ hai để sử dụng hiệu quả nhất tài nguyên có thể trong băng thông của sản xuất lịch trình, ví dụ bằng cách kết hợp các đơn đặt hàng và do đó hạn chế thay đổi không cần thiết đến mức tối thiểu. ISA-95 cung cấp thậm chí nhiều mô hình chi tiết làm rõ chính xác hơn ở đâu chính xác  ranh giới giữa hai giải pháp.
Điều này cũng tương tự áp dụng cho thông tin về hàng tồn kho.  & Kiểm soát năng lượng và kiểm soát hàng tồn kho sản phẩm cũng sắp xếp theo  ranh giới. Ở đây cũng vậy, nó rất quan trọng để đưa ra lựa chọn tốt khi gán chức năng cho hệ thống ERP hoặc hệ thống thực thi sản xuất – MES:

Cấp độ 4 chứa các chiến lược hàng tồn kho với các tham số thứ tự liên quan như kích thước sê-ri và mức tồn kho an toàn.

Ở cấp 3, chủ yếu liên quan đến việc xử lý vật lý của vật liệu. Cái gì ở đâu? Những gì ngày hết hạn cho nguyên liệu thô này? Phòng thí nghiệm đã phát hành lô này chưa? Nói tóm lại: đây là một mức độ hoàn toàn khác nhau trong việc ra quyết định, là nơi chứa thông tin hoàn toàn khác nhau.

Chúng ta cần lưu ý rằng các nhà cung cấp ERP truyền thống khác nhau cung cấp chức năng quản lý kho ở Cấp độ 3 và chắc chắn có thể là những giải pháp phù hợp cho sản xuất . Ở đây cũng vậy, đảm bảo hai loại thông tin đan xen, bằng cách sử dụng các mô-đun độc lập, riêng biệt, chẳng hạn. Điều đó sẽ giữ cho bạn linh hoạt cho tương lai.

Theo ISA-95, Quản lý bảo trì và bảo trì chất lượng cũng được quyết định và kiểm soát ở cả cấp 4 và cấp 3.

Như thế chúng ta có thể hình dùng ở 2 cấp ERP-MES có sự khác nhau là : ERP sẽ lên kế hoạch, chiến lược (Planning & Strategies ) còn MES sẽ Control & Supervise (Điều khiển và giám sát).

Để mô tả chi tiết hơn về các hoạt động trong Cấp độ 3, ISA-95 cung cấp mô hình sau

Chức năng của MES theo ISA

 

Mô hình ISA-95 này tổ chức rõ ràng và hợp lý tất cả các hoạt động trong vùng điều khiển (Control Zone). Bạn có thể áp dụng nó để phân tích một bộ phận sản xuất, bộ phận bảo trì, phòng thí nghiệm hoặc nhà kho.

Để đạt được điều đó, một người nào đó trong bộ phận sản xuất phải duy trì thông tin về sự sẵn có của nhân viên sản xuất, máy móc và nguyên liệu (Quản lý tài nguyên). Nó cũng cần thiết để duy trì các công thức khuấy trộn, SOP và hướng dẫn lắp ráp mà nhân viên sử dụng (Quản lý Work-Instruction & Definition). Một lịch trình chi tiết là cần thiết để kết hợp các đơn đặt hàng một cách tối ưu, có tính đến khả năng hạn chế của dây chuyền sản xuất, thời gian thay đổi và làm sạch. Sau đó, một người nào đó phải gửi các đơn đặt hàng công việc và phân công nhiệm vụ cho ca. Chức năng Quản lý thực thi đảm bảo rằng nhân viên sản xuất thực sự thực hiện các nhiệm vụ đó, phù hợp với các tiêu chuẩn chất lượng áp dụng. (Lưu ý: việc thực hiện sản xuất thực tế diễn ra ở mức thấp hơn.) Cuối cùng, trong quá trình sản xuất, ai đó phải thu thập nhiều dữ liệu khác nhau (Thu thập dữ liệu) và chuyển đổi chúng thành thông tin (Theo dõi) để sử dụng để truy tìm và phả hệ, và để tối ưu hóa sản xuất hoạt động của bộ phận (Phân tích).

 

Các đối tác triển khai MES cần phải cung cấp những gì ?

Trong những năm qua, nhiều bộ phận trong các doanh nghiệp sản xuất đã xây dựng cơ sở dữ liệu Excel và Access của riêng họ và họ đã trở nên khá gắn bó với nó. Các ứng dụng được đáp ứng đầy đủ theo nhu cầu của người dùng và họ dễ dàng thay đổi và mở rộng. Tuy nhiên, các hệ thống được tích hợp, và chúng được ghi lại kém. Tất cả các thông tin kiến ​​thức được thực hiện bởi một người, hoặc chỉ một vài người. Điều này tạo ra nhiều rủi ro về Master Data của nhà máy và sự đồng bộ thông tin của hệ thống sản xuất. Tình huống lý tưởng nhất sẽ là thay thế tất cả các cơ sở dữ liệu và ứng dụng độc lập đó bằng một hệ thống thực thi sản xuất – MES tích hợp duy nhất.

Tuy nhiên, trên thực tế, gần như tất cả các nhà cung cấp MES chỉ chuyên về một vài hoạt động của MES. Một số cung cấp các công cụ báo cáo nâng cao, nhưng hoàn toàn không có chức năng lập lịch trình. Ngược lại, có các nhà cung cấp Lập kế hoạch & Lập kế hoạch nâng cao chuyên biệt mà  không cung cấp bất kỳ báo cáo nào. Nhiều nhà cung cấp đang bận rộn mở rộng chức năng của họ để họ bao gồm tất cả các chức năng MES, nhưng ngoài một vài đơn vị tiên phong, họ vẫn chưa có giải pháp.

Các phân hệ riêng lẻ của MES
Các phân hệ riêng lẻ của MES

Hầu hết các nhà cung cấp MES cung cấp chức năng riêng lẻ của họ trong các mô-đun. Các khu vực chéo trong hình đại diện cho các mô-đun MES có thể được mua và triển khai độc lập. Như hình vẽ rõ ràng, ranh giới của các mô-đun MES thông thường trùng với các hoạt động mà ISA-95 định nghĩa. Nói chung, các nhà triển khai có thể cung cấp các mô-đun riêng lẻ cho chức năng MES sau:

  • Lập kế hoạch chi tiết về sản xuất
  • Quản lý định nghĩa sản phẩm (Product Definition & Production Process BOM)
  • Quản lý thực hiện sản xuất
  • Data Historian (bao gồm một giao diện với các hệ thống cấp 2)
  • Các mô-đun Dashboard theo dõi và theo dõi và báo cáo đa dạng, bao gồm (ví dụ) chất lượng, OEE và cây phả hệ
  • Bảng điều khiển
  • Quản lý quy trình làm việc (Work-Flow Management)
  • Giao diện ss, tích hợp với ERP
  • Mô hình nhà máy (Plant Model)

Bạn đọc có thể tham khảo một số các chức năng chính của hệ thống thực thi sản xuất – MES tại bài viết này.

Triển khai MES – Hệ thống quản lý sản xuất như thế nào ?

 

Phần tiếp theo chúng tôi sẽ trả lời những câu hỏi về giá trị của MES mang lại cho doanh nghiệp cũng như ước tính chi phí đầu tư cho hệ thống thực thi sản xuất – MES. Bạn đọc hãy theo dõi web chúng tôi để nhận được thông tin nhé.

 

Đăng ký để nhận ebook
Đăng ký để nhận ebook "Ứng dụng IoT" từ chúng tôi.
Đăng ký để được nhận ebook "The Technical Foundations of IoT" và "Building Arduino Projects for the Internet of Things ".