Control-IT Industrie Automatisering,  MES, SCADA en OPC consultancy.

Manufacturing Execution Systems

MES is simpel : een Manufacturing Execution System is databasesysteem voor de beheersing van het productieproces binnen een productielocatie. MES zou ook een systeem voor productiemanagement genoemd kunnen worden. Het doel van het managen is immers uiteindelijk het beheersen. In dit kader spreekt men ook wel van MOM, manufacturing operation management.
Hiermee houdt het simpele op, MES is het hart van de productie, een samenspel van orders, productieprocessen, mensen,machines en materialen. Hier worden hoge eisen aan gesteld wat betreft performance en wat betreft flexibiliteit.  
Dit artikel gaat in op de specifieke eisen die gesteld worden aan productiemanagement, de verschillende visies op MES, de functies van een MES systeem, wanneer een MES systeem zinvol wordt, de diverse verschijningsvormen van MES systemen en gaat ten slotte in op de vraag of een unified approach van MES -  productiemanagement - mogelijk is.
 

MES in de wurggreep tussen onderneming en werkvloer

Een MES systeem zorgt voor de beheersing van het productieproces binnen een productielocatie met als doel het optimaal inzetten van de resources - mensen, machines materialen - voor de productieprocessen. Het optimaal bedrijven van productie kan treffend worden samengevat in de zogenaamde 6R regel - 6 x 'right' of in het Nederlands 6x 'juist' :

"Een product wordt optimaal geproduceerd wanneer de juiste resources, in de juiste hoeveelheid, op de juiste plek, op het juiste tijdstip, met de juiste specificaties en met de juiste kosten gedurende het productieproces aanwezig zijn "

Bij het optimaal inzetten van resources voor de productieprocessen kunnen kanttekeningen worden gemaakt. Wat is optimaal ? Er worden van alle kanten eisen getrokken en geduwd aan productiemanagement om verschillende doelen te bereiken. Het resultaat is als een tafelkleed wat nooit netjes in de plooi komt te liggen.

• De eerste twee factoren waar rekening mee moet worden gehouden zijn klanten en kosten. Deze twee leiden vaak tot strijdige belangen. Op ondernemingsniveau draait alles om de klant met doelstellingen als klantgerichtheid, maatwerk en kwaliteit terwijl op de productievloer alles draait om de productie met doelstellingen als efficiency en foutreductie. De tweespalt zorgt ervoor dat productiemanagement in de wurggreep komt te liggen tussen ondernemingsbelangen en de werkvloerbelangen.
  Het heeft tot gevolg dat de eerste doelen zijn om flexibel (agile) en tegelijkertijd kosten effectief (efficiënt) te produceren produceren.

• De derde factor is transparantie en beschikbaarheid van gegevens. De tijd dat een fabriek een eiland was waarin producten worden gemaakt van eenvoudige ruwe grondstoffen tot eindproducten met een hoge toegevoegde waarde - de gehele ketting van toelevering of 'supply chain'- ligt achter ons. Productiebedrijven richten zich steeds meer op de productie van een gedetailleerde schakel van de ketting. Hierdoor zijn productiebedrijven langzamerhand deel uit gaan maken van een netwerk van productiebedrijven. Ook is het niet meer vanzelfsprekend dat een bedrijf ten alle tijden halffabricaten zelf maakt, men kan er voor kiezen om een gedeelte te produceren en een andere gedeelte in te kopen. Als gevolg hiervan worden hoge eisen gesteld aan levering en toelevering in termen van kwaliteit, leverdatum betrouwbaarheid en prijs. Transparantie en beschikbaarheid van gegevens over de productie - wat is wanneer en waar beschikbaar ? - is hierbij vereist.

• Een vierde factor is dat productie en producten vaak onderhavig zijn aan van overheidswege of van de branche opgelegde regelgeving en kwaliteitseisen die ook nog al eens willen veranderen in de loop van de tijd. De documenten die de regelgeving of kwaliteitseisen borgen - validatie gegevens of 'validation records' -  moeten gekoppeld zijn aan productie en op ieder moment beschikbaar zijn.

In dit heftige spanningsveld kan enkele tienden van procenten beter scoren dan de concurrentie het verschil uitmaken. Geen wonder dat na de ERP golf van begin 2000 de interesse nu is verschoven naar de productiebeheersing en het vergrootglas op de werkvloer wordt gelegd. Produceren is complexer geworden en er worden hogere eisen aan gesteld, hiertoe moeten productiegegevens toegankelijker en transparanter gemaakt worden. ERP had men nodig om de communicatie naar buiten toe met klanten en toeleveranciers mogelijk te maken, vandaag de dag is de communicatie naar de productie aan de beurt. In het bijzonder bedrijven met veel productvarianten, grondstoffen en grondstofleveranciers

Methoden voor productiebeheersing zijn meestal gefocust op deelgebieden bijvoorbeeld Lean en TOC voor kostenbeheersing, QRM , Lean Six Sigma voor kwaliteitsbeheersing, TPM voor onderhoud. Deze methoden zorgen voor een betere stroomlijning van de productie, maar hebben geen invloed op de beschikbaarheid en transparantie van de volledige set aan productiegegevens. Hiervoor is een MES systeem, in het bijzonder wanneer er sprake is van een complex productieproces. 

Verschillende visies op MES 

Echter : vraag een 100-tal mensen wat men onder MES verstaat en men krijgt 100 verschillende antwoorden.

Dit komt omdat er bij de beheersing van productieprocessen tal van aspecten aan bod komen die ook nog eens een keer brancheafhankelijk kunnen zijn en waarbij veel verschillende disciplines betrokken zijn. Niet iedereen heeft dan ook hetzelfde beeld bij MES.
Voor de een kan de benutting van het machinepark en de efficiëntie van de productie een key issue zijn, voor de andere is het de werkvoorbereiding, planning, monitoren van de uitvoering van de productie en het terugkoppelen naar ondernemingsniveau de hoofdzaak, voor een derde de interne logistiek en bevoorrading, voor een vierde speelt product life cycle management een grote rol.

De verschillende disciplines gebruiken weliswaar allemaal dezelfde data, maar kijken er op een andere manier naar (en gebruiken vaak een verschillend jargon).

Hierbij kan de indruk ontstaan dat MES pakketten een wazig tussengebied bestrijken tussen de productievloer en de onderneming, en gespecialiseerd zijn in bepaalde functies en die ook nog eens een keer brancheafhankelijk zijn. Voor iedere branche en iedere gebruiker zijn eigen pakket lijkt het wel.
In de praktijk zijn veel MES pakketten gespecialiseerd naar functionaliteit (bijvoorbeeld advanced planning en scheduling versus productie analyse), naar branche (metaal , farmacie, halfgeleider industrie ) en processoort (batch, continu en discreet).

Wat doet een MES systeem ?

MES is een databasesysteem voor de beheersing van het productieproces binnen een productielocatie.De activiteiten van MES systemen - productiebeheersing - vinden plaats op automatiseringsniveau 3 - productiemanagement - en worden kortweg ook wel level 3 systemen genoemd.  In figuur 1 wordt MES geplaatst binnen de verschillende levels

Figuur 1 : Plaatsing Mes systemen  , overgenomen uit de SA95-3 draft.

Een MES systeem kan gekoppeld zijn aan de business systemen die de gehele onderneming omvatten - level 4 systemen - zoals ERP (Enteprise Resource Planning) , MRP (material resource planning) of supply chain management software. Vanuit deze systemen wordt dan data met het productiemanagement level uitgewisseld zoals globale productieplanning, inkoop en verkoop van materialen en logistiek operaties.

Een MES systeem kan ook gekoppeld zijn aan het procescontrol systeem - level 2 - zoals SCADA systemen, batchmanagement systemen (ISA 88) of direct aan real time sources zoals barcodelezers en -printers. We spreken dan van een geautomatiseerde koppeling. Vaak wordt deze tussenstap niet uitgevoerd en wordt procescontrol uitsluitend aangestuurd via papieren opdrachten en via operatorinvoer teruggemeld.

Men heeft in tal organisaties zoals ISA,IEC, VDI, FDA,NAMUR, MESA enzovoort geprobeerd de functies binnen het MES gebied af te bakenen en te benoemen. Hoewel er verschillen zijn - ISA noemt 7 taken, MESA noemt er 11 - is het men er over eens dat in een volledig MES systeem drie taken worden uitgevoerd en onderling gegevens uitwisselen

• Productiedefinitie
  Vastleggen en gebruiken van de definitiegegevens voor productie
• Productie detailplanning
  Het plannen van productie, vastleggen van het gebruik van de resources en het toewijzen van geplande productie aan de resources en aan tijd.
• Productie-uitvoering en registratie
  Het voorbereiden van de uitvoering van productie zoals werkorders aanbieden, machines instellen en werkorder instructies verstrekken aan de werkvloer, het registreren van uitvoering van de productie, het vastleggen van de resultaten en het de resultaten kunnen vertalen in bruikbare gegevens voor materiaal tracering en analyse.

Wat een MES systeem niet doet,ondanks de term "Execution" in de afkorting is het aansturen van processen. Onder uitvoering moet echt het "aanbieden en klaarzetten" van werkorders worden verstaan. MES drukt niet op de knop voor uitvoering. Dit wordt op het nivo van de procescontrolesystemen gedaan onder supervisie van een operator - uitzonderingen daargelaten zoals bijvoorbeeld de energievoorziening.
Niet genoemd in de functionaliteit is de koppeling naar de businesssystemen en de procescontrolesystemen. MES systemen kunnen koppelen aan beide lagen, maar het hoeft niet. Is er niet gekoppeld aan de procescontrolesystemen dan levert dat een omgeving op met de bekende gele opdrachtbonnen tussen planning (MES) en werkvloer. Ook hoeft er geen ERP laag aanwezig te zijn, businessorders dienen dan als uitgangspunt voor MES kunnen dan direct in het MES systeem worden ingevoerd.

Management van een productielocatie is meer dan alleen productiemanagement. Behalve productie moeten ook zaken zoals onderhoud van het machinepark,kwaliteitsanalyse en logistiek worden gedaan. De activiteiten (operations) in en rond een productie proces kunnen worden onderverdeeld naar hoofdfuncties :

• productie,
• onderhoud,
• kwaliteitsanalyse
• interne logistiek.

De activiteiten in de verschillende hoofdfuncties zijn complementair - een machine die in onderhoud staat kan geen productie draaien, -een kwaliteitsmeting is onderdeel van een productieproces. Gelukkig is de benadering voor de drie hoofdfuncties onderhoud,kwaliteitanalyse en interne logistiek praktisch hetzelfde.

Er worden volgens ISA95 zeven verschillende taken binnen level 3 uitgevoerd, in figuur 2 getoond door de oranje bollen :

• Detailled Scheduling
  detailplanning
• Resource Allocation
  indelen en toewijzen van productiemiddelen, grondstoffen en mensen
• Resource Management
  beheer van productiemiddelen, grondstoffen en mensen
• Tracking
  traceren van product- en goederenstromen
• Historical data management
  beheer en opslag van historische data, vindt ook deels in level 2 plaats
• Production analyses
  analyseren van productieprestaties
• Production execution
  uitvoering van productie, deels level 2 en deels level 3
• Definition management
  het definiëren van activiteiten (operations) en productiemiddelen (resources).

De groene rechthoeken stellen de data voor die wordt uitgewisseld met de businesssystemen in de onderneming zoals ERP systemen. Het gaat om uitwisseling van definitie gegevens, beschikbare capaciteit, globale planning en de terugkoppeling van de productiegegevens. Dit schema sluit aan op de drie kern taken van MES : definitie, planning en uitvoering.

Bij MES moet men niet alleen denken aan productiebedrijven maar letterlijk bij iedere bedrijfstak kan MES worden ingezet - bijvoorbeeld ook bij logistiek, gezondheidszorg en dienstverlenende bedrijven. De automatische data-acquisitie door koppelingen met typische procescontrolesystemen spelen hier weliswaar minder een rol - de automatiseringsgraad neemt hier echter ook snel toe - , maar de conceptuele data wordt hier veelal door gebruikers aangeleverd. Bijvoorbeeld door het aftekenen van een vrachtbon, het invoeren van een gereedmelding of een aantekening in een patiëntendossier zijn ook vormen van data die de MES laag omzet in conceptuele MES data, zoals 'einde proces' (gereedmelding) of 'onttrekking materiaal' (vrachtbon).

Wanneer is MES zinvol ?

In de MES laag is management voor productie van goederen of diensten en alles wat daar mee samenhangt een uitgebreid en diffuus gebied. In een fabriek worden produceert men goederen met behulp van machines, mensen en grondstoffen. In het algemeen kan worden gesteld dat naarmate de gevraagde flexibiteit (agile) toeneemt zoals het aantal productvarianten een MES systeem meer zin heeft. Er zijn verschillende productieomgevingen, van 'agile' naar 'minder agile' kunnen worden genoemd :

• Projectmatig produceren
  Ieder product is uniek en heeft zijn eigen productieplan en workflow
• Job Shop/ Intermittent
  Er wordt klantorder en specifiek geproduceert in kleine aantallen
• Batch
  gebruikt in de pharma, food, bevarages en kleinchemicaliën
• Repetitive/Assembly line,
  De lopende band, producten hebben een hoge standaardisatiegraad
• Continuous/Flow,
  Het continue proces met weinig productvarianten

De volgende tabel laat een beslissingsmatrix zien waaruit kan worden afgeleid of een MES systeem zinvol, niet zinvol of te overwegen is :

MES classificeren

Een methode om tegen MES aan te kijken is dan ook om de op de markt beschikbare pakketten te classificeren naar dit soort eigenschappen en de branches waarin het wordt toegepast. De huidige generatie MES pakketten zijn vaak onder te verdelen naar functionaliteit, gebruikersgroepen en bedrijfstakken of een combinatie daarvan:

A. Functionaliteit. De pakketten worden beslaan meestal een of meerdere van de volgende groepen functies :

• Product Definition
• Detailled Scheduling, Resource Allocation, Resource Management, ofwel de plannings- en schedulingstaken
• Performanceanalyse
• Tracking and tracing
• Historical data management and reporting
• Production execution

B. Gebruikersgroepen, pakketten zijn bestemd voor een van deze groepen 

• Productie (werkvoorbereiding, planning, productie management, productie uitvoering)
• Onderhoudsdiensten
• Kwaliteitsbewaking
• Logistiek
• Betrokkenen bij verbetertrajecten
• Management
   

C. Bedrijfstakspecifiek, pakketten zijn geschreven voor (voorbeelden)

• Assemblage in de auto-industrie
• Textiel
• Pharma, food and beverages
• Gebouwbeheer
• .....

Met deze 3 dimensies in soorten pakketten in het achterhoofd zijn meteen de problemen geschetst in de MES wereld. Het resultaat is dat er werkelijk honderden pakketten op de markt zijn voor evenzoveel toepassingen. De MESA publiceert ieder jaar een MES overzicht waarin pakketten, naar opgave van de fabrikant zelf, geclassificeerd zijn. Er worden er inmiddels 56 beschreven ! Een probleem met deze pakketten is dat deze slechts een deel van de functionaliteit aanpakken, voor bepaalde doelgroepen zijn gemaakt of bedrijfsspecifiek zijn. Daarnaast speelt het probleem van integratie. Het probleem is dat integratie van deze pakketten moeilijk is vanwege de informatie overlap of het juist ontbreken van functionaliteit en de data-uitwisseling tussen deze pakketten. Gevaren van eiland automatisering of redundantie van gegevens (het dubbel moeten invoeren van gegevens) liggen op de loer. Daarnaast is er een reëel gevaar voor extra kosten, fouten en risico's die gepaard kunnen gaan met het bezigen van verschillende terminologie voor dezelfde dingen tussen gebruikersgroepen onderling.

Mes, de gemeenschappelijke deler

Er is hoop. De MES laag is in alle gevallen haarscherp te duiden. Het doel van deze website is dan niet het classificeren van MES, maar achtergronden te geven. We draaien de zin van het begin dan ook om :

De verschillende disciplines kijken dus allemaal op een andere manier naar dezelfde data. 

Deze website kijkt op een abstracte manier aan tegen MES systemen, namelijk  wat de gemeenschappelijke deler is van de MES laag.

Als we kijken naar de definitie van MES

"Een MES systeem is een automatiseringssysteem dat tot doel heeft om  productiemiddelen, grondstoffen en mensen (de resources) optimaal in te zetten voor de activiteiten (processen of operations) die plaats vinden in en rond een productie proces. Het gaat hierbij om de activiteiten op area of plant niveau. De activiteiten bestrijken in de eerste plaats activiteiten voor productie, het realiseren van businessorders, maar in een plant vinden ook andere hoofdactiviteiten plaats zoals activiteiten in het kader van onderhoud, kwaliteitscontrole en interne logistiek."

dan is een abstracte benadering van een productie proces (voor producten of diensten) om MES te beschrijven het uitgangspunt. In het algemeen kan in ieder van de voorgaande voorbeelden gesteld worden:

"er worden activiteiten (operations) in loop van de tijd uitgevoerd met de inzet van 3 resources - materialen, apparatuur, en mensen (materials, equipment, personeel)."

Dit is de overeenkomst die geldt voor bijna iedere vorm van productie of dienstverlening. In de gratis MES cursus op deze website gaan wij nader in op het gemeenschappelijk datamodel dat geldt voor alle vormen van productie of dienstverlening.

Wat brengt dit MES overzicht

Dit MES overzicht gaat een overzicht geven van het huidige aanbod van soorten MES pakketten. Het biedt een gratis E-cursus aan over MES pakketten. Er wordt een MES data model gepresenteerd voor een Framwork dat OpenMES.net.

[ Home ] [ Up ]

Send mail to info@control-it.nl with questions or comments about this web site.

Copyright © 2002 Control-IT Industrial Automation
Last modified: 14-05-2009