MES-система: что это такое и как она управляет производством

Эффективность современного производства во многом зависит от скорости получения информации о происходящих процессах и возможности быстро реагировать на возникающие отклонения. Контроль операций, отслеживание состояния оборудования, управление материальными потоками и обеспечение качества продукции требуют постоянного доступа к актуальным данным. Решить эти задачи помогают MES (Manufacturing Execution System), которые способствуют повышению эффективности управления и формируют информационную среду для оперативного контроля и принятия решений.

MES представляет собой систему управления производственными процессами. Простыми словами это программа, которая фиксирует, что фактически происходит в цехе: какие операции выполнены, сколько времени они заняли, какой объем продукции выпущен, какие отклонения зафиксированы. На основе собранных данных MES рассчитывает показатели, формирует отчеты о выработке, отслеживает брак, контролирует соблюдение технологических маршрутов и позволяет корректировать производственный процесс до завершения смены или операции.

Системы управления предприятием MES — неотъемлемая часть цифрового производства, внедрение которых дает возможность решить ряд практических задач, напрямую влияющих на эффективность.

Прежде всего организация получает доступ к актуальной, достоверной, объективной информации о текущем состоянии производства. Система позволяет в режиме реального времени отслеживать выполнение заказов, загрузку оборудования, наличие простоев и возникающие отклонения.

Еще одной важной задачей становится сокращение времени реакции на сбои, включая поломки, возникновение дефектов, задержки поставок сырья и материалов и т. д. Она помогает быстро обнаружить проблему и принять необходимые меры.

MES также помогает повысить исполнительскую дисциплину. Все операции фиксируются в системе, что обеспечивает прозрачность работ и снижает вероятность ошибок, связанных с человеческим фактором.

Дополнительным преимуществом становится возможность накопления статистики, которая используется для анализа эффективности мощностей, оценки производительности персонала, выявления причин потерь и поиска направлений для улучшения процессов. Кроме этого, MES обеспечивает прослеживаемость продукции, фиксируя весь путь изделия от поступления сырья до выпуска готовой продукции.

Основные функции MES-систем описывают международные стандарты. В самой первой модели MESA International их было одиннадцать, тогда как более современный промышленный стандарт ISA-95 описывает восемь функций, сфокусированных на исполнении, контроле и мониторинге.

Согласно стандарту MES управляет:

1. Информацией об изделиях и процессах. Система хранит и передает в цех данные об изготовлении продукции: спецификации, технологические маршруты, рецептуры, рабочие инструкции.
2. Производственными процессами. MES осуществляет диспетчеризацию: раздает текущие сменно-суточные задания на рабочие места, мониторит ход работ, контролирует сроки выполнения операций.
3. Ресурсами. Программа ведет учет состояния станков, инструментов, оснастки, материалов и персонала, участвующих в процессе изготовления изделий.
4. Сбором информации. MES автоматически получает все производственные данные и проводит их оперативную обработку.
5. Качеством. Программа регистрирует результаты контроля качества, отслеживает несоответствия, обеспечивает выполнение нормативных требований и помогает найти причины отклонений от нормы.
6. Материальными потоками. В программе предусмотрены учет, контроль и синхронизация движения сырья и полуфабрикатов внутри производства.
7. Отслеживанием и прослеживаемостью продукции. Система формирует историю изделий, партий и компонентов: какое сырье и станки использовались для изготовления, какие сотрудники выполняли операции, какие результаты были получены в ходе проверки качества.
8. Производительностью. Программа проводит анализ эффективности работы оборудования и производственных подразделений на основе фактических данных.

Компании используют несколько классов информационных систем, каждая из которых отвечает за свой уровень:

• ERP управляют ресурсами предприятия. Они работают с финансами, закупками, складскими запасами, персоналом, заказами и другими бизнес-процессами.
• APS предназначены для укрупненного производственного планирования и составления детальных расписаний. Они рассчитывают выполнимые планы и графики (расписание) с учетом ограниченных ресурсов, технологических маршрутов, доступности мощностей и материалов.
• MES отвечают за исполнение и контроль производственных процессов, диспетчеризацию работ и сбор информации.
• SCADA управляет технологическим оборудованием на основе данных, поступающих от контроллеров и датчиков.

В ИТ-архитектуре MES, ERP, APS и SCADA образуют единый цифровой контур, при этом занимают разные уровни.

На верхнем уровне находится ERP, которая определяет, что и в каком объеме нужно произвести с учетом прогнозов спроса, заказов клиентов и финансовых возможностей компании.

Следующий уровень занимает APS-система, которая получает из ERP сведения о заказах и объемах выпуска продукции, оценивает выполнимость с учетом ограниченных мощностей, проводит укрупненное планирование и рассчитывает потребности в материальных ресурсах. Затем APS формирует детализированное пооперационное расписание с точностью до минуты.

MES получает график (расписание) из APS, формирует для исполнителей сменно-суточные задания и отправляет команды в SCADA.

SCADA принимает команды и передает их на контроллеры, которые управляют исполнительными механизмами. Информация о сбоях мгновенно передается в MES, а затем в APS, где графики (расписание) оперативно корректируются с учетом произошедших событий и отправляются обратно на нижние уровни.

К преимуществам использования автоматизированной системы управления производством относятся:

• Повышение прозрачности. MES-система собирает информацию и предоставляет доступ к данным в реальном времени. Это позволяет руководству опираться на точные факты о работе оборудования и персонала, а не на устаревшие отчеты и субъективные оценки. В результате качество управленческих решений на всех уровнях существенно возрастает.
• Сокращение потерь. Потери могут возникать по разным причинам, включая брак, нарушение технологической дисциплины, нерациональное использование ресурсов. MES помогает своевременно выявлять такие отклонения, фиксировать причины их возникновения и анализировать накопленную статистику. В результате предприятие получает инструменты для системного снижения потерь.
• Снижение зависимости от человеческого фактора. Ручной сбор информации, бумажные документы и устная передача данных всегда связаны с риском ошибок. Автоматизация снижает влияние человеческого фактора, что особенно важно при наличии большого количества сотрудников и сложных технологических процессов.
• Повышение общей эффективности оборудования. MES постоянно контролирует работу оборудования и позволяет анализировать причины простоев, снижения производительности и другие факторы.
• Сокращение незавершенного производства. Благодаря контролю за движением материалов и полуфабрикатов появляется возможность своевременно выявлять задержки и узкие места, которые могут стать причиной увеличения объемов незавершенного производства.

MES-системы подходят для всех отраслей и могут использоваться как в дискретном, так и в процессном производстве:

• Фармацевтика. При изготовлении лекарственных средств важна полная прослеживаемость и строгое соблюдение нормативные требования. MES позволяет фиксировать все действия персонала, параметры технологических процессов и результаты контроля качества.
• Автомобилестроение и машиностроение. Эти отрасли характеризуются дискретным типом производства, который отличается большим количеством сборочных операций. MES координирует работу множества участков и обеспечивает поступление узлов и комплектующих на рабочие места точно в нужный момент времени без задержек.
• Электроника. Изготовление электроники требует детального контроля операций и качества сборки, поскольку малейшее отклонение от технологии приводит к дорогостоящему браку. Система берет на себя управление сложными процессами, минимизируя риск выпуска дефектных изделий.
• Пищевая промышленность. При создании продуктов питания программа обеспечивает строгое соблюдение регламентов. Она передает точные параметры рецептуры на оборудование для автоматического дозирования, следит за чистотой линий и гарантирует соответствие товаров стандартам качества.
• Химическая промышленность. На химических предприятиях необходимо контролировать параметры технологических процессов и обеспечивать безопасность производства. MES помогает отслеживать критически важные показатели и оперативно реагировать на отклонения.
• Металлургия. Металлургическим компаниям программа позволяет координировать деятельность плавильных, литейных и прокатных цехов, оптимизировать параметры работы оборудования для снижения расхода топлива и электроэнергии, а также точно соблюдать заданный химический состав сплавов.

Системы различаются по функциональности, архитектуре, способу развертывания и другим признакам. Выбор конкретного типа зависит от размера предприятия, отрасли и требований к интеграции с существующим программным обеспечением.

С учетом функций MES подразделяются на:

• Классические. Такие системы выполняют стандартный набор функций, ориентированный на управление операциями, сбор данных и контроль исполнения процессов.
• С расширенным функционалом. MES могут дополнительно охватывать управление складом, техническое обслуживание, лабораторный контроль, внутризаводскую логистику.
• Специализированные. Некоторые программы содержат решения, адаптированные под специфику и стандарты конкретной отрасли.

MES могут быть предназначены для разных типов производственных процессов:

• Дискретного. Основными задачами такого программного обеспечения являются отслеживание перемещения деталей, полуфабрикатов и комплектующих между участками, контроль комплектности изделий и регистрация выполнения операций.
• Процессного (непрерывного). В MES-системах для процессного производства основное внимание уделяется соблюдению технологических параметров и рецептур, мониторингу состояния оборудования, управлению партиями продукции.

По способу развертывания решения бывают:

• Локальными (on-premise). Системы размещаются на серверах предприятия и обеспечивают полный контроль над данными, при этом требуют затрат на оборудование и техническое сопровождение.
• Облачными (SaaS). Такие решения работают на серверах вендора, доступ в осуществляется через интернет, поэтому при их использовании необходимо обеспечить стабильную связь. Кроме этого, доработка под уникальные запросы обычно невозможна или сильно ограничена.
• Гибридными. При гибридном размещении программные модули разделяют между локальной сетью и облаком. На локальном сервере развертывают модули, которые отвечают за оперативное управление производством, в облаке — аналитические приложения.

Структура MES может быть:

• Монолитной. Такие решения представляют собой единую систему с фиксированным набором функций. Они проще во внедрении, но сложнее в доработке.
• Модульной. Это П О, состоящее из функциональных блоков, которые можно внедрять по отдельности и добавлять по мере развития цифровой инфраструктуры.

При цифровизации предприятие может выбрать:

• Независимую MES. Это самостоятельные программы, которые максимально адаптированы под производственную специфику, но требуют настройки и интеграции, что увеличивает стоимость проекта.
• MES, интегрированную в ERP. Подобные решения поставляются как часть ERP-платформы и, как правило, имеют урезанный функционал по сравнению с независимым ПО.

Интеграция программного обеспечения в ИТ-архитектуру включает четыре ключевых этапа.

На начальном этапе эксперты проводят детальный аудит всех производственных процессов. Главная задача — зафиксировать текущее состояние дел, выявить неэффективные регламенты, определить требования к системе. Результатом становятся утвержденное техническое задание и проектное решение, которые служат точным планом для всех следующих этапов внедрения.

Система внедряется на отдельном участке для проверки ее работоспособности в реальных условиях, корректности интеграций и соответствия поставленным задачам. На этом этапе собираются и анализируются отзывы сотрудников, а также проводятся все необходимые доработки.

После успешного тестирования система поэтапно внедряется на других участках. Параллельно организуется масштабное обучение персонала: мастеров, диспетчеров, операторов и руководителей.

После запуска специалисты анализируют накопленные данные, выявляют скрытые резервы, проводят тонкую настройку программных модулей и, при необходимости, расширяют функционал, обеспечивая постоянное повышение эффективности.

При выборе MES обычно рассматривают два подхода: внедрение готового продукта или создание индивидуальной программы.

Готовые MES-системы дают возможность быстрее получить результат, поскольку содержат проверенный функционал, имеют накопленный опыт внедрений и типовые механизмы интеграции. Такой подход обычно требует меньших затрат и снижает проектные риски.

Кастомная разработка обеспечивает максимальное соответствие системы специфике предприятия, но требует значительных временных и финансовых ресурсов. Кроме этого, компания берет на себя риски дальнейшего развития и поддержки ПО.

На практике большинство организаций делает выбор в пользу типовых продуктов с возможностью настройки и адаптации под свои запросы.

Использование MES-системы требует пересмотра устоявшихся подходов к управлению. Даже правильно выбранное ПО может не дать ожидаемого результата, если на этапе подготовки и реализации проекта были допущены ошибки. Наиболее распространенными из них являются:

• Отсутствие четко сформулированных целей проекта. Некоторые компании внедряют MES под влиянием общей тенденции к цифровизации. Из-за отсутствия четких целей бизнесу становится сложно оценить реальную пользу и окупаемость таких проектов.
• Автоматизация неэффективных процессов. Попытка автоматизировать процессы без их предварительного анализа и оптимизации не поможет устранить недостатки в работе предприятия.
• Недостаточное вовлечение персонала. MES ежедневно используют рядовые сотрудники производства. Если будущие пользователи не участвуют в проекте и не понимают целей внедрения, это может привести к сопротивлению изменениям и снижению эффективности использования ПО.
• Недооценка задач интеграции. Для полноценной работы необходимо обеспечить взаимодействие с другими информационными системами. Недостаточная проработка вопросов интеграции часто приводит к проблемам с обменом данными и ограничивает возможности MES.
• Ожидание мгновенного результата. Реальный эффект от внедрения обычно проявляется постепенно. После запуска требуется время на адаптацию персонала, настройку процессов и накопление данных, необходимых для анализа и совершенствования управления производством.

MES-система играет важную роль в цифровом контуре предприятия, но ее функционал не закрывает всех потребностей современного производства. Она отвечает на вопрос о том, что происходит на производстве сейчас. Но при принятии решений необходимо понимать, как оптимально использовать имеющиеся ресурсы, какие заказы предприятие сможет выполнить в срок, как изменится ситуация при появлении новых заказов или выходе оборудования из строя. Подобные задачи относятся к области планирования и требуют использования APS-систем.

Российская система производственного планирования Adeptik APS предназначена для построения укрупненных планов и детальных расписаний. Она рассчитывает выполнимые планы с учетом ресурсных ограничений, технологических маршрутов, доступности оборудования, материалов и персонала. Использование технологий искусственного интеллекта позволяет проводить многокритериальную оптимизацию, анализировать большое количество вариантов организации производства и выбирать наилучшие сценарии выполнения заказов.

Совместное применение MES и Adeptik APS формирует замкнутый контур управления производством. APS рассчитывает планы и расписания, а MES обеспечивает их исполнение, диспетчеризацию операций и сбор фактических данных. Полученная информация используется для оперативной корректировки планов и повышения качества управленческих решений.

Именно сочетание качественного планирования и эффективного исполнения помогает добиваться максимальной производительности, сокращать сроки выпуска продукции и издержки.

Крупное машиностроительное предприятие нуждалось в повышении эффективности внутрицехового управления. Основными проблемами были сложность прогнозирования сроков изготовления продукции, высокая трудоемкость подготовки расписаний, неэффективное использование мощностей, обусловленное наличием узких мест.

Для решения этих задач были внедрены системы интеллектуального планирования Adeptik APS и диспетчеризации, что позволило автоматизировать формирование оптимальных расписаний для большого количества рабочих центров и обеспечить быстрое перепланирование при изменении условий работы.

В результате время подготовки расписания сократилось с нескольких часов до нескольких минут, а скорость прохождения продукции через цех выросла на 15%. Предприятие также получило возможность оперативно реагировать на изменения производственной ситуации без потери эффективности.