Digitale transformatie versnellen: Real-time MES-data drijft fabrieksefficiëntie

Met de duw naar een volledig digitale fabriek, is manufacturing execution systems (MES) software nooit zo kritisch geweest voor fabrikanten van alle strekken. Door de nieuwste snelle-respons MES-oplossingen in productieoperaties in te zetten, kunnen bouwers snelle updates krijgen over tijdsgevoelige operationele data die fabrieksprocessen kunnen verbeteren en de digitale fabriek dichter bij de realiteit brengen.

Naarmate de convergentie van productie- en business-softwaresystemen vooruitgaat, realiseren steeds meer fabrikanten de winsten die een digitale fabriek biedt, met real-time of near-real-time dataprestaties die veel meer productie-inzicht bieden dan ooit eerder. Fabrikanten worden serieuzer over het implementeren van de infrastructuur die nodig is voor slimme productieoplossingen en het Industrial Internet of Things (IIoT), en meestal liggen cloud-gebaseerde MES-systemen aan de kern van deze technologieën.

"De trend gaat naar convergentie van business-systemen om diepgaande analyse van apparatuur- en systeemoperaties te verkrijgen. We zien dat dataproviders samengaan," zei Pete Tecos, executive vice president, 5ME (Cincinnati), wijzend op 5ME's recente samenwerking met SmartWare die Freedom Smart Manufacturing-oplossingen en Smartware's Bigfoot CMMS (computerized maintenance management system) platforms combineert. "Hoewsneller we data verzamelen en delen tussen verschillende systemen, hoe beter het overzicht van de algehele operaties."

De impact van de cloud

Naarmate meer bedrijven cloud-gebaseerde productietechnologie aannemen, smelten de mogelijkheden van MES-oplossingen, enterprise resource management (ERP) en shopfloor-dataverzamelingssystemen meer naadloos samen, en werken in concert om IIoT- en Industry 4.0-inspanningen effectiever op de shopfloor te maken.

"Het stelt de nastreef van de 'Heilige Graal van de Productie' in staat: real-time, uitgebreide systeemanalyse door datadelen," stelde Tecos. "Aanpassingen en/of correcties worden sneller gemaakt, en met minder verstoring van productieoperaties."

Vandaag bieden productiesoftwareoplossingen een rijkdom aan tools voor het bijhouden van cruciale fabrieksmetrieken, inclusief Overall Equipment Effectiveness (OEE) en vele anderen, aan het productiebedrijf, en deze verrijkte systemen smelten goed samen als ontwikkelaars van deze oplossingen partnerschap aangaan om te voldoen aan de eisen van IoT/IIoT.

"Eigenlijk begin je op het fabrieksvloer-niveau met interfaceren met assets en een verscheidenheid aan productiesystemen, bied dan een visualisatielaag [OEE cockpit] om prestaties en KPI's te bekijken. Ten slotte duw je real-time informatie upstream in de business-systeemruimte [ERP, MES, CMMS, kwaliteitssystemen]. Als al deze systemen symbiotisch werken in plaats van in silo's, kun je operaties sturen naar het bereiken van hoogst efficiënte adaptieve productie door de uitwisseling van real-time operationele intelligentie – dat is de Heilige Graal."

Compatibiliteit met andere platforms is cruciaal, voegde Tecos toe. "Gebruiksgemak, dataverzamelingsmogelijkheden, en veelzijdigheid met machinetypes zijn ook belangrijk. Onze software presenteert data vanuit meerdere perspectieven en plaatst het in drie categorieën: frequentie, duur en monetarisatie. We kijken naar de correlaties tussen deze, eigenlijk de frequentie- en duurdata om een gemonetariseerd beeld van operaties te creëren."

Resultaten van sommige 5ME-klanten zijn indrukwekkend. Na installatie van 5ME's eLog-systemen, halveerde Caterpillar's East Peoria, IL, plant de gemiddelde lengte van vertragingen en verbeterde machine in-cyclus tijden met 30% over de machines waar Freedom eLog geïnstalleerd was, wat een toename van $1,2 miljoen in toegevoegde waarde opleverde. Het bedrijf rapporteerde dat het de elektronische "feit-gebaseerde" data veel beter, nauwkeuriger en minder emotioneel vond dan het papier-systeem/handmatige proces dat vroeger werd gebruikt.

Het enterprise-perspectief nemen

MES-systemen zijn niet langer standalone-systemen, merkte Stephen Brown, vice president, manufacturing practice, Americas, Siemens PLM Software (Plano, TX) op. "MES is onderdeel van een onderling verbonden enterprise IT-infrastructuur. De waarde van MES wordt nu gedefinieerd door hoe goed het MES-systeem geïntegreerd is binnen de algehele waardeketen, zowel upstream naar productontwikkeling en productie-engineering, als downstream naar automatisering," zei hij.

"Klanten willen de gehele waardeketen digitaliseren, strekkend van productontwerp, via productieplanning, productie-engineering, productie-uitvoering, en dan diensten. We noemen dat het Digital Enterprise," zei Brown. "Specifieker, we gebruiken de term Digital Twin. We helpen onze klanten een Digital Twin te creëren van niet alleen het product, maar ook het productieproces, en de fabriek en productieapparatuur. Onze klanten gebruiken de Digital Twin dan om het product en het productieproces volledig te simuleren voordat ze harde dollars doorgeven voor prototypes, tooling, en fysieke assets."

Deze factoren maken snelle innovatie mogelijk, merkte hij op. "Het gaat niet simpelweg om het managen van productieoperaties. Het gaat om het creëren van een flexibele, responsieve en voorspelbare productieproces die kan reageren op nieuwe productvereisten."

Eenmaal in productie, en wanneer gekoppeld aan automatisering, kunnen Siemens' klanten beslissingen nemen met real-time data van de shopfloor, zei Brown. "Voorbeelden zijn real-time machinebeschikbaarheid of uptime die kan worden gebruikt door productieplanningssoftware om schema's te optimaliseren, en kwaliteitsproblemen geïdentificeerd tijdens productie die in near real-time aan engineering kunnen worden gecommuniceerd voor onderdeeldispositie, wat vooral belangrijk is in de luchtvaart," zei Brown. "Ten slotte laag IoT en data-analytics met Mindsphere eroverheen, en we sluiten de lus over het Digital Enterprise."

Siemens beheert het innovatie- en veranderingproces met zijn Teamcenter PLM, creërend een Digital Twin van het product en productieproces, zei Brown. "We integreren dan met ons MOM [manufacturing operations management] portfolio, sturen de benodigde product-, productie- en kwaliteitsdata naar de shopfloor, en gebruiken dan Mindsphere voor IoT en big data analytics om as-built data vast te leggen, wat inzicht terugvoedt in product- en procesontwerp voor continue verbetering."

Opgezet voor IIoT

Fabrikanten kijken meer naar het benutten van Big Data en de IoT/IIoT-boom samen met cloud-mobiliteit, zei Eric Green, Dassault Systèmes-Delmia vice president. "Die beïnvloeden allemaal fabrikanten vandaag, maar tot er een definitieve business case is, zijn ze nog in een verkennende fase," zei hij.

"Met sommige van de technologieën specifiek rond IIoT en IoT, ontdekken en begrijpen ze nog wat de kansen zijn. Als je denkt over IIoT, fabrikanten doen de voorloper al jaren," merkte Green op. "IIoT biedt een nieuwe generatie, een nieuwe evolutie. Maar we hebben klanten die apparatuur hebben die ouder is dan 20 jaar, en deze nieuwe technologieën moeten in staat zijn om bestaande apparatuurinvesteringen te ondersteunen."

Cruciaal voor fabrikanten zal zijn om te vinden waar en hoe ze innovatie kunnen toepassen, voegde hij toe. "Als consumenten creëren we allemaal een ervaring, met de auto's die we rijden, en de smartphones en slimme apparaten die we hebben. Wat dat doet is een effect hebben op hoe bedrijven op de markt treden. Het dwingt deze fabrikanten om efficiënter of innovatiever te zijn."

Voor ontwikkelaars zoals Dassault is het doel om spannende nieuwe producten snel en efficiënt op de markt te brengen, merkte hij op. "Als je kijkt naar het brengen van nieuwe producten op de markt, van productontwerp tot productie en tot de consument, vereist het innovatieplatform in staat te zijn om snel te collaboreren om het ontwerp op de markt te brengen." Dit gaat verder dan ERP, voegde hij toe, meer in de richting van een business innovatieplatform. Applicaties zoals MOM, manufacturing operation management, die het product van ontwerp door productie via een collaboratief model-gebaseerde benadering brengen, kunnen de levering van productlanceringen versnellen.

"Voor ons als organisatie zien we dat als een cruciale prioriteit," zei Green. "MOM is een bredere set mogelijkheden dan MES – betreffende meerdere sites, een bredere set en scope, en bredere voorraaddcontrol. Wat je ziet is dat verschillende organisaties hun scope hebben uitgebreid om MOM op te nemen, en dit hangt samen met de innovatie die we bieden."

Het geven van near-real-time mogelijkheden aan de gebruiker is een belangrijk voordeel. "De waarde daar zit in omdat we globale zichtbaarheid hebben, als er veranderingen zijn, kunnen die veranderingen worden doorgevoerd en fouten geëlimineerd."

De Delmia-Apriso software maakt digitale continuïteit mogelijk, van engineering door alle aspecten van productie, zei Green. "Het is de mogelijkheid om een virtuele wereld te gebruiken om verschillende scenario's te optimaliseren, zoals modelmix," zei hij. "Door het combineren van het real-world uitvoeringsmodel en data met de virtuele wereld van engineering, gebruiken we simulatie of optimalisatie om de impact van veranderingen te beoordelen op basis van echte fabrieksdata, voordat wijzigingen naar de fabriek worden geïmplementeerd. Delmia Apriso software helpt gebruikers zichtbaarheid en controle van wereldwijde operaties te bieden om uitvoering te optimaliseren over productie, voorraden en kwaliteit."

Het Siemens MOM-portfolio omvat MES, Kwaliteit, Geavanceerde Planning, en Manufacturing Intelligence. "Geassocieerd met die applicaties zijn oplossingen voor productiefabrieksontwerp en simulatie, ons Tecnomatix-portfolio, en dan natuurlijk IoT en data-analytics met Mindsphere," voegde Brown toe. "We nemen de engineering BOM, en transformeren die in de manufacturing BOM, dan een bill of process. Daar neemt MES het over.

"We creëren werkinstructies voor elke stap, inclusief kwaliteits- en inspectiestappen, en kunnen die instructies dan sturen naar de operator wanneer een specifiek onderdeel gepresenteerd wordt aan de operator op de werkstation," zei Brown. "Of we kunnen specifieke code sturen naar een robotwerkcel op basis van het onderdeel dat aan die werkcel gepresenteerd wordt. In de wereld van mass customization, waar lotgroottes naar één benaderen, zijn we in staat om cyclus tijden en kosten te bereiken die historisch alleen gezien werden met harde automatisering en zeer grote series."

Siemens heeft ook een nieuwe Automation Gateway app voor de Simatic IT MES UAF 2.1 toegevoegd die OPC-connectiviteit en directe connectiviteit met Siemens S7-controllers biedt, zei Brown. De app configureert automatiseringsknooppuntobjecten samengesteld door eigenschappen verbonden met automatiseringssysteem-tags. "Automation Gateway omvat een service die verbinding met automatiseringssystemen onderhoudt, automatiseringsdata synchroniseert," zei hij. "Automatiseringsdata worden blootgesteld aan UA-app-commando's voor lezen en schrijven, en de app kan abonneren op automatiseringsdata-wijzigingsevents via signaalbeheer."

Meer machine-analytics

Naarmate de vraag naar analytics groeit, duiken meer keuzes op, zoals de nieuwe machine-analytics-oplossingen die Rockwell Automation (Milwaukee) vorige herfst kondigde aan op de Rockwell Automation Fair. Deze systemen omvatten Rockwell's FactoryTalk Analytics for Devices en een FactoryTalk for Machines cloud-gebaseerde applicatie voor apparatuurfabrikanten, plus systeem- en enterprise-analytics.

Analytics complementeren MES- en ERP-systemen, en helpen fabrikanten het aanwasende data van sensoren verbonden via IIoT te benutten. "Mensen praten nog steeds over Industry 4.0 en Smart Manufacturing," zei Todd Montpas, business manager, Information Software, Rockwell Automation. "Waar ze echt geïnteresseerd in zijn, is of de technologie uitbreidingen heeft naar machineprestaties, en wat ze echt vragen is al die mogelijkheden op het uitvoeringsniveau – we moeten ervoor zorgen dat ze processen hebben die werken."

Veel klanten zijn geïnteresseerd in cloud-gebaseerde systemen, voegde hij toe, met opmerking dat sommige grote klanten interesse tonen in Microsoft's Azure-cloud. "Wat we proberen te doen is een heel schaalbare aanpak te hebben, met een schaalbare uitvoering, maar ingebouwd in een schaalbare analytics-strategie; door een sensor erop te zetten, kun je real-time analytics krijgen die je op machineniveau doet, en machine learning om falen te voorspellen."

Op Hannover Messe onthulde GE Digital (Boston) in april zijn nieuwe Plant Applications MES-oplossing gericht op het verbeteren van zijn aanbod voor hybride productie-industrieën voor hooggeautomatiseerde productieprocessen. Deze nieuwe versie biedt klanten een nieuwe gebruikersinterface, met behulp van GE's geavanceerde UX-ontwerp, om operatiepersoneel beter in staat te stellen apparateffectiviteit te analyseren en hoofdoorzaken van downtime te identificeren.

"Eén van de interessante dingen die ik vandaag zie is dat veel klanten kijken om 'klaar te zijn' voor Industrial IoT," zei Matthew Wells, vice president, Digital Product Management, GE Digital. "Het evolueert maar het vestigt zich in een concept van een hybride cloud. Het is MES met een grote E [nadruk op uitvoering]; ze willen dat on-premise draaien. Wat de Industrial IoT en de cloud bieden is een manier om dat te complementeren."

Reactietijden, en de behoefte aan 99%-plus betrouwbaarheid voor productieoperaties, hebben fabrikanten ervan weerhouden naar de cloud te stroomen, merkte Wells op. "Is 99% betrouwbaarheid genoeg? Veel klanten zullen dat risico niet accepteren voor hun productiefabrieken," zei hij. "Wat de cloud echt biedt is een manier om dieper in de data te duiken. In de cloud kun je geschiedenis opslaan en machine learning doen. Wanneer je de cloud hebt, kun je toegang krijgen tot grote hoeveelheden data, en het verhoogt de effectiviteit van je analytics."

Het benaderen van meerdere terabytes data op elk moment in de cloud stelt fabrikanten in staat de Digital Twin volledig te benutten, voegde Wells toe, wat de sleutelaantrekkingskracht van de IIoT is. "De Digital Twin is een set analytics die basis gedrag modelleert van machines die constant op de achtergrond draaien, de data aanpassen," zei Wells. "Dat is echt waar de waarde van de Industrial IoT begint. Het is een opkomende markt die snel groeit."