Manufacturing Execution Systems (MES): De cruciale schakel voor on-time leveringen

Je hebt een populair merk ERP-software geïmplementeerd. Je PLM-systeem loopt als een goed afgestelde sportwagen. Je hebt CAD/CAM en TMS en toolpath-simulatie-software op zijn plaats, en al je mensen zijn getraind in het gebruik. Je hebt vrachtwagens vol geld uitgegeven aan software en consultants, alle juiste systemen staan op hun plaats, en toch heb je vorige week een belangrijke leverdatum gemist en loop je nog steeds meerdere keren per dag de werkplaats af om jobs te controleren. Wat is er aan de hand?

De kans is groot dat het tijd is voor de volgende grote stap naar productie-nirvana door een Manufacturing Execution System (MES) te implementeren. Zie het als de ontbrekende schakel tussen ERP, de werkvloer, en alle andere softwaresystemen die gebruikt worden om een productiebedrijf te managen. MES biedt een hoger niveau van productiezichtbaarheid en jobtracking dan ERP. Het maakt real-time planning werkelijk real-time. Het biedt eerder onbereikbare toegang tot prestatie- en kwaliteitsdata, samen met de analytische tools die nodig zijn om beide te verbeteren.

Laten we de manieren tellen

MES doet al dit en meer, maar wat het niet doet is in een nette, gemakkelijk te definieren softwarecategorie vallen. Feitelijk levert een Google-zoekopdracht naar MES-software een hoop “Beste MES-software” resultaten op, een paar van welke leiden tot leveranciers die waarschijnlijk MES kunnen spellen maar dat is het ook al. Zoekopdrachten vinden lange lijsten met MES-functies zoals dataverzameling, master production scheduling, arbeidstracing enzovoort, functies die elk ERP-systeem waarschijnlijk al doet. Zelfs voor diegenen die bekend zijn met softwaresystemen, kan MES een beetje verwarrend zijn.

Iemand die goed uitgerust is om door deze mistige territorium te navigeren is Andrew Robling, senior product manager bij Epicor Software Corp., Austin, Texas. Voor hem is er niets verwarrends aan MES, of de voordelen die het bedrijven groot en klein brengt.

“MES betekent erkendelijk veel dingen voor veel mensen, maar in zijn kern gaat het om data direct verzamelen van apparatuur en werktuigmachines zodat je betere beslissingen kunt nemen,” zegt hij. “Die data kan zo basis zijn als machinestatus of hoeveel onderdelen het vandaag al geproduceerd heeft, en daaruit uitstrekkend tot echte procesmonitoring, waarden vastleggen als machinetemperatuur en druk, of onderdeelkwaliteitsdata voor SPC [statistisch procesbeheer] doeleinden.”

Dataverzameling kan automatisch zijn, merkt hij op, met integratie naar een machine-gemonteerde PLC (programmeerbare logische controller), bijvoorbeeld, of volledig handmatig in de vorm van werkvloer touchscreens en mobiele apparaten. Deze flexibiliteit kan helpen verklaren waarom velen in de industrie worstelen om een duidelijke definitie van MES te geven, en waarom de mogelijkheden per leverancier variëren. Ambiguous of niet, er is één ding waar iedereen het mee eens is—als je zoekt naar verhoogde zichtbaarheid op de binnenwerkingen van een productievloer en daarmee productie-efficiëntie wilt verbeteren, is MES een uitstekende manier om daar te komen.

Word Real (Time)

Overweeg een van de belangrijkste werkvloermanagementactiviteiten, nauwkeurige jobplanning. Volgens Robling maakt MES het mogelijk om de wielen op de productiebus te houden, in plaats van erachter te komen dat hij gisterenmiddag gecrasht is. “Winkels hebben een mechanisme nodig om jobinformatie in real-time weer te geven, om mensen te laten weten dat de apparatuur niet werkt zoals het hoort, of dat een snijtool op het punt staat te faillen,” zegt hij.

Met MES kan dit op diverse manieren bereikt worden. Het kan een management-dashboard zijn dat rood wordt als er een probleem is, of Andon-stijl displays (visuele controlepaneelen) op de fabrieksvloer die informatie geven over huidige machinestatus, productieniveaus en non-conformance waarschuwingen. Robling zegt dat sommige winkels zelfs alerts sturen via het publieke adresysteem van het bedrijf. “Welke aanpak ook gebruikt wordt, deze systemen geven mensen de kans om direct correctieve actie te ondernemen, mogelijk uren inefficiënt machinegebruik te voorkomen.”

MES is niet alleen voor automotive productieniveaus. Robling stemde toe dat MES vaker voorkomt bij grotere fabrikanten, maar merkte op dat zelfs kleine jobshops significante voordelen kunnen ervaren—feitelijk zijn dit vaak degenen die het meest winnen.

“We hebben recent met een winkel in Pennsylvania gewerkt die dacht dat hun OEE-niveau [overall equipment effectiveness] ergens in de midden 60s lag,” zei hij. “Na het implementeren van MES, vonden ze dat de handvol machine downtime-instanties die ze handmatig per dag noteerden, in werkelijkheid veel hoger waren—op de orde van een paar honderd kleine onderbrekingen per shift die de operator niet aanging om te rapporteren. Het resultaat? Hun OEE was ruwweg 15 procent lager dan verwacht. MES leverde niet alleen zichtbaarheid op dit probleem, maar ook de data die nodig was om het aan te pakken.”

Wat over MOM?

Onderzoeken naar MES leveren vaak een gerelateerde term op: Manufacturing Operations Management (MOM). Subba Rao, innovation officer voor de manufacturing operations management groep bij Siemens Digital Industries Software, Plano, Texas, legde uit dat MES gezien kan worden als een kleinere, minder uitgebreide versie van MOM, tenminste vanuit een Siemens Digital Industries Software-perspectief.

“MOM is breder,” zei Rao. “Waar MES meer gericht is op real-time dataverzameling, benut MOM die data voor kwaliteitsbeheer, onderhoudsactiviteiten, closed-loop samenwerking op engineering-informatie voor de fabrieksvloer, en orchestratie van de diverse processen die nodig zijn om kwaliteitsproducten te produceren. We noemen het graag de digitale hersenen voor productie-operaties, een die inzicht en transparantie levert aan allen betrokken.”

Hij legde ook uit dat, vergeleken met zelfs vijf jaar geleden, MES en zijn grote zus MOM makkelijker dan ooit te implementeren zijn, dankzij Industry 4.0 en het IIoT (Industrial Internet of Things). Dat is omdat de huidige CNC-werktuigmachines evenals andere typen industriële apparatuur doorgaans vol zitten met sensoren die alles detecteren van aslasten tot spindeltrilling. Deze sensoren zijn eenvoudig te koppelen en meer dan bereid om data te delen met externe softwaresystemen, wat allemaal voorspellend onderhoud, procesmonitoring, en verbeteringen mogelijk maakt.

Vereenvoudigde connectiviteit is geweldig, merkt Rao op, maar het is wat er met de data gedaan wordt dat telt. “Operators, machine programmeurs, productiecontrolesupervisors en iedereen anders betrokken wil weten wat er nu wordt gewerkt, hoe de winkel presteert, en hoe processen verbeterd kunnen worden voor huidige en toekomstige productinnovaties,” zei hij. “Maar dat is slechts een klein deel van wat MOM op tafel brengt. Iedereen in het bedrijf zoekt betere manieren om bepaalde taken uit te voeren, of het nu het kwaliteitscontroleteam is dat statistische trends wil analyseren of de logistiekmanager die materiaal moet inrichten. MOM, en in mindere mate MES, helpt de coördinatie en orchestratie te faciliteren die nodig is voor werkelijk efficiënte productie.”

Geoptimaliseerde resultaten

Even wachten—wat als leverings- en kwaliteitsniveaus de afgelopen twee jaar op 98 procent of hoger hebben gedraaid? Wat als opstelltijden zo goed zijn als te verwachten, vooral in een low-volume, high-mix omgeving? En stel ook dat werkvloerplanning en “orchestratie” goed in handen zijn. Waarom de appelkar omver gooien?

Goede vraag. Het is volledig mogelijk dat in dit voorbeeld een machinewinkel of bladmetaalfabrieksbedrijf geen behoefte heeft aan de geavanceerde functionaliteit die hier besproken wordt, en dat de dataverzameling en jobtracking die standaard bij de meeste ERP-systemen horen—wat velen in de industrie eigenlijk als MES label—alles is wat nodig is om op het huidige “home run” niveau te blijven scoren.

Veel ERP-systemen doen een fatsoenlijke job in planning, op macroniveau. Maar wat als een winkel 20-gauge roestvrij staalplaat buigt, of sleuven freest in titanium met een 1/2″ [12,7-mm] eindfreeskant, en wil weten welke andere beschikbare jobs die attributen delen om dezelfde opstelling en tooling te benutten? MES biedt de mogelijkheid om werkcentra te optimaliseren op basis van welke waarden de winkel wil, en communiceert het bijgewerkte schema terug naar het ERP-systeem, zodat alles harmonieuze werkt, volgens het bedrijf.

Dit is iets wat de meeste ERP-systemen niet op zich kunnen doen, volgens ECI, omdat ze de benodigde machine-interfacing of toegang tot engineering-informatie missen. MES wel, wat resulteert in veel groter machinegebruik, minder schroot, en kortere opstelltijden. En omdat een goed geïmplementeerd MES in-procesdata vastlegt zoals apparatuurlasten en inspectieresultaten, bestaan substantiële procesverbeteringskansen die anders onbereikbaar zouden zijn. De bottom line? MES is een goede plek om een Industry 4.0-initiatief te starten.

Vaarwel tribale kennis

Natuurlijk veronderstelt machine-optimalisatie dat de engineering-data daadwerkelijk beschikbaar is, en dat het schoon, goed georganiseerd, en allemaal op één plek zit. Voor veel winkels, vooral die zonder formele engineering-afdeling, is deze informatie echter verspreid over tooling-velden en programmeersystemen, of zit in de hoofden van de ervaren machinisten en bladmetaalfabrikanten die de afgelopen 30 jaar shopfloor-magic hebben gemaakt. De vraag wordt dan, wat gebeurt er als deze waardevolle werknemers met pensioen gaan of het bedrijf verlaten?

Op veel manieren is dit MES' ware waarde. Het fungeert als de centrale opslagplaats voor alle documenten, tekeningen, en instructies die nodig zijn om productieapparatuur op te zetten en te bedienen. Het monitort vervolgens de prestaties van die apparatuur, beheert de productie- en kwaliteitsgerelateerde data die eruit komt, voedt die data terug aan de andere softwaresystemen van het bedrijf, en geeft mensen de kans om manieren te identificeren om processen en machinegebruik te verbeteren.

Kortom, MES doet wat mensen al doen zolang er knoppen zijn om in te drukken of hefbomen om te trekken. Het elimineert de intuïtie en gevoelsmatige beslissingen waar te veel winkels dagelijks op vertrouwen, en zet wat anders tribale kennis zou zijn om in een bedrijfsactivum, volgens ECI.

De grote Poka-Yoke

In zijn meest basisvorm gaat MES over controle en de mogelijkheid om processen foutvrij te maken, en door die foutvrijmaking productieproblemen te voorkomen, volgens Mike Hart, director of product strategy voor manufacturing en industrial IoT bij Plex Systems Inc., Troy, Mich. “Het gaat om het verbinden van de stipjes.”

Die stipjes kunnen een job's tooling- en grondstofvereisten omvatten, zei hij, evenals de planning- en kwaliteitscontroleverwachtingen. Er is wat er nu draait, wat er vanmiddag draait, en wat er volgende week draait om te overwegen, en wat de impact van deze activiteiten op voorraadvormen zal zijn. MES verbindt deze vaak disparate informatiebronnen om een verbonden organisatie te creëren. Het geeft operators gemakkelijke toegang tot de tools die nodig zijn om effectief te zijn in hun taken, terwijl management een meer coherente blik op hun bedrijfssystemen krijgt, samen met de informatie die nodig is om slimme beslissingen te nemen.

Verhoogde zichtbaarheid is geweldig, maar hoe helpt MES processen foutvrij te maken? “Omdat als je weet wie een bepaald proces uitvoert of een bepaalde machine bedient, je die informatie kunt gebruiken om te ontdekken welke training ze hebben gekregen, en of ze gekwalificeerd zijn om de job te doen,” zegt Hart. “Maar nog meer dan dat, MES zorgt ervoor dat alle juiste controleplannen op hun plaats zijn en dat mensen ‘de vakjes aankruisen’ op de juiste tijden en plekken. Als ze dat niet doen, worden direct rode vlaggen opgeheven—niet morgen, niet wanneer de job klaar is, maar nu.”

Schakelen van versnelling

Als MES zo geweldig is, waarom hebben meer winkels er niet in geïnvesteerd? Voor die materie, waarom is er zoveel industriefocus op ERP, als het lijkt alsof de echte voordelen komen met een MES-implementatie? Met het risico het duidelijke te benoemen, is ERP een vereiste voor praktisch elk productiebedrijf, of tenminste elk bedrijf met meer dan een handjevol werknemers en een oog op groei.

Eenvoudig gezegd, ERP betaalt de rekeningen. Letterlijk. Boekhoudfuncties zoals te betalen, te ontvangen, belastingaangifte, en meer zouden uiterst moeilijk zijn zonder ERP-software, evenals voorraadsbeheer, verzenden en ontvangen, verkoopordermanagement, inkoop, en de allernoodzakelijke MRP. ERP-systemen beschikken ook over een zekere mate van planning- en werkvloercontrole-functionaliteit, ook al komen de meeste tekort in het managen van de binnenwerkingen. Daarom de noodzaak voor MES.

“We hebben het beide kanten op zien gaan, maar ja, sommige winkels kiezen ervoor om eerst een MES-strategie na te gaan,” zei Hart. “Het hangt er echt van af welke pijnpunten ze ervaren. Als er problemen zijn, bijvoorbeeld met materiaaltraceerbaarheid, of de winkel kwaliteitsuitdagingen tegenkomt en ze een licht willen schijnen op wat er op elk gegeven moment gebeurt, beginnen ze typisch met MES. Dat gezegd, een van de sleutelvoordelen van MES is de potentiële integratie met ERP en andere productiesystemen, dus het is belangrijk om dat in je visier te houden als je vooruitgaat.”

Zeg hallo tegen de keizer

Houd er rekening mee dat het implementeren van MES veel van dezelfde overwegingen en potentiële vallen oproept als ERP. “Er is geen punt om het te doen tenzij je data klopt,” zei Jim Errington, executive vice president of sales and service voor Fujitsu Glovia Inc., El Segundo, Calif. “Ik vertel dit aan ERP- en MES-klanten alike, dat ongeacht hoe geweldig het systeem of hoe super zijn tools, het vullen met slechte data alleen slechte antwoorden zal opleveren.”

Errington deelde een verhaal van een klant waar hij recent mee werkte. Na maanden besteed aan het opschonen van hun stuklijsten en routers, schakelden ze de fabrieksplanningskant van hun MES-software in, alleen om een kritisch werkcentrum te overbelasten. Het probleem? Niemand had de on nauwkeurige verplaattingstijden opgemerkt. “Zoals veel winkels, hadden ze nooit een echt planningsysteem, dus deze waarden werden nooit bekeken,” zei Errington. “Iedereen was zich bewust dat je een twee-ton gegoten stuk niet instant kunt verplaatsen, maar in dit geval vertelden ze het systeem precies dat te doen.”

De vergissing zette ze een paar dagen achter op het schema, voegde hij toe, en kostte ze weken om te herstellen van een eenvoudige fout. Dit is waarom het zo belangrijk is om de ingenieurs en planners en kostenlui betrokken te krijgen bij elke implementatie—MES of anders—om situaties als deze te voorkomen. “Veel mensen zeggen dat data koning is; misschien wel, maar dat maakt data-nauwkeurigheid de keizer,” zei Errington.

Zijn planningsvoorbeeld illustreert nog een belangrijk punt over MES. In tegenstelling tot ERP, is MES een olifant die in kleine hapjes gegeten kan worden. Bijvoorbeeld, het is heel goed mogelijk om alleen de planning-functie te implementeren, zoals Glovia's klant deed, of MES te integreren met de onderhoudssoftware van de winkel voor OEE-tracking, of het te gebruiken om productiedata te verzamelen op de geautomatiseerde lasersnijder die je zojuist hebt geïnstalleerd, of betere informatie te geven aan de montagelinie … de lijst gaat door. Ja, dataintegriteit en goed huishouden zijn even belangrijk, maar de inspanning zal bijna zeker kleiner zijn en de ROI veel sneller.

Het boodschap is duidelijk: low hanging fruit is overvloedig aanwezig in zelfs de best gedreven bedrijven, en MES is de stepladder die nodig is om het te plukken. “Dit zal steeds duidelijker worden naarmate we in Industry 4.0 bewegen en meer bedrijven de data van hun werktuigmachines willen verzamelen en analyseren,” zei Errington. “MES geeft ons de mogelijkheid om de fabriek met de rest van het bedrijf te verbinden, real-time data te leveren, nauwkeurigere planning, groter machinegebruik, en verbeterde controle over elk aspect van de productievloer. Voor ons is MES geen nice-to-have—het is een must-have, tenminste voor elke fabrikant die competitief wil blijven.”