Systemy MES, SCADA

Między biznesem a produkcją
Systemy IT są podstawą funkcjonowania nowoczesnych rozwiązań na wszystkich poziomach produkcji, od przyjmowania zamówień przez konstruowanie zleceń, nadzór nad procesem produkcyjnym, po kontrolę jakości i realizację zamówienia. Wspólny, spójny system IT do zbierania danych i ich analizowania zapewnia dostęp do aktualnej informacji o rzeczywistej sytuacji na produkcji, co pomaga m.in. w podejmowaniu trafnych decyzji biznesowych.
Z analizy instytutu Oxford Economics i firmy doradczej Ernst & Young wynika, że PKB Polski w 2013 r. wzrośnie o 1,5% i, choć to najmniejszy wzrost w ostatniej dekadzie, analitycy Oxford Economics wciąż zaliczają Polskę dogrona tzw. rynków szybkiego wzrostu, czyli 25 krajów, które w najbliższych latach będą napędzały światową gospodarkę. Prognozy to dla nas optymistyczne, ale czy nasz sektor produkcji temu podoła?
Ogromna konkurencyjność, globalizacja i ciągłe innowacje wymuszają na przedsiębiorstwach produkcyjnych usprawnianie działania. Dlatego potrzebne są im systemy IT, które umożliwią optymalizację procesów zachodzących na hali produkcyjnej poprzez ich rejestrację, bieżącą kontrolę i późniejszą analizę. Które zapewnią transport danych produkcyjnych do aplikacji biznesowych (np. systemu ERP czy BI), czyli… potrzebne są łączniki między biznesem a produkcją. Rolę takich łączników pełnią systemy MES (Manufacturing Execution System) – do śledzenia oraz nadzorowania produkcji i przepływu materiałów oraz SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) – oprogramowanie do zbierania danych dotyczących sterowanego procesu.
Szersza definicja, większe możliwości
W 2001 r. światowy rynek MES wart był 500 mln USD, w 2004 r. już potroił wartość – do 1,6 mld USD, a w 2006 r. wyniósł 2mld USD (wg danych AMR Research). Z kolei ARC Advisory Group prognozowało jego wartość w 2012 r. na ok. 14 mld USD. Światowy kryzys trochę zweryfikował te prognozy, paraliżując rozwój rynku. Mimo kryzysu jednak wiele firm na Zachodzie uważa wdrożenie systemu zarządzania produkcją za strategiczną inwestycję. Ten trend nasila się również w polskim przemyśle.
Według Gartnera i ARC Advisory Group systemy MES (Systemy Realizacji Produkcji) klasyfikuje się obecnie jako systemy MOM (Manufacturing Operation Management) lub OMS (Operation Management Systems). Definicja ta jest szersza, obejmuje bowiem aktualne trendy w sektorze produkcji.
Przez wiele lat systemy MES odpowiadały za prowadzenie genealogii produkcji, czyli śledzenie i zapamiętywanie, jakie komponenty w jakim produkcie zostały użyte. Z biegiem czasu ich producenci dodawali nowe funkcje zgodnie z życzeniami użytkowników, m.in. umożliwiające monitorowanie wydajności produkcji w czasie rzeczywistym, kontrolę jakości oraz optymalizację wykorzystania zdolności produkcyjnych.
Wdrożenie systemu MES nie zawsze jest lekarstwem na wszystkie problemy na hali produkcyjnej. Trzeba wiedzieć, jakie funkcje, kiedy i jak stosować. Firma badawcza Aberdeen Group przeprowadziła w styczniu i lutym 2009 r. badania („A Platform Approach to Manufacturing Operations Management”), które objęły m.in. kadrę zarządzającą z ponad 150 przedsiębiorstw. Do czego służą systemy MES? Niektórym do… uzyskania przewagi nad konkurencją. Takiej odpowiedzi udzieliło 45% respondentów z firm produkcyjnych, 37% wskazało chęć zredukowania kosztów produkcji, a 24% – utrzymanie wysokiej kontroli jakości oraz poprawienie płynności finansowej.
Zachodnie firmy produkcyjne zaliczane do najlepszych w swoich branżach (the best in class), traktują wdrożenia systemów klasy MES jako strategiczne inwestycje. Producenci otwarcie przyznają, że muszą działać elastycznie, by zmaksymalizować przychody, a z drugiej strony – zredukować niepotrzebne koszty. Jak pokazuje praktyka, trudno mieć jedno i drugie bez wsparcia systemów MES. Wdrożenie systemu MES trwa ok. 67 miesięcy. Równie szybko firmy powinny uzyskać zwrot z inwestycji dzięki lepszej kontroli jakości i poprawie wydajności produkcji.
Korzyści z wdrożenia systemu MES odzwierciedlają się m.in. we wzroście produktywności, skróceniu cyklu produkcyjnego, obniżeniu kosztów produkcji, zmniejszeniu zapasów, poprawie jakości produkcji, zwiększeniu efektywności wykorzystania zdolności produkcyjnych. Kolejne czynniki, które powinny wzmagać popyt na MES to wspomaganie strategii szybkiego wprowadzania produktów na rynek oraz wspieranie koncepcji produkcji odchudzonej Lean Manufacturing (elastycznej) czy Six Sigma (kontrola jakości i wydajności produkcji w czasie rzeczywistym).
MES na polskim rynku
A jak wygląda sytuacja w naszym kraju? Polski rynek systemów MES jest ciągle w fazie rozruchu mimo rozszerzenia oferty. W dodatku w samej sferze produkcyjnej, dla której te systemy są przeznaczone, ciągle jeszcze niewielka jest świadomość ich wagi, a tam gdzie działają – nie zawsze są w pełni wykorzystywane.
Ale polskie firmy coraz częściej korzystają z systemów wspomagających produkcję. Inwestują również w konsultacje i audyty zakładu, w celu zdiagnozowania możliwych ścieżek dalszego rozwoju dla systemów wspomagających produkcję. Rośnie także świadomość przedsiębiorstw w kwestii jakości informacji – jak ważne jest automatyczne i wiarygodne przekazywanie danych bezpośrednio z linii produkcyjnej do systemów biznesowych.
Branżą, która wykorzystuje nowoczesne systemy dla produkcji, jest m.in. branża spożywcza. Na przykład w OSM Piątnica oprogramowanie Wonderware MES wspomaga m.in. zarządzanie pakowaniem serków wiejskich.
„Na podstawie raportu pokazującego stopień wykorzystania maszyny szef produkcji jest w stanie obliczyć rezerwowe moce produkcyjne, a tym samym zwiększyć wydajność linii. (…) Wiedzieliśmy, że jest to możliwe, ale nie sądziliśmy, że poprawa może być aż tak duża. Uspokoiło nas to przy zwiększeniu produkcji, że linia nie będzie wąskim gardłem ograniczającym zdolności produkcyjne” – przekonuje główny automatyk zakładu w Piątnicy. Dzięki usprawnieniu procesu pakowania Okręgowa Spółdzielnia Mleczarska Piątnica zwiększyła wskaźnik OEE (Overall Equipment Effectiveness) o 8%. To tylko jeden z wielu przykładów udanych wdrożeń.
Według danych Frost & Sullivan Polska przynosiła w 2009 r. 1,7% przychodów z dostaw MES w skali całego rynku europejskiego (Niemcy – dla porównania – 24%). Prognozy na rok 2016 zakładają, że udział Polski w rynku europejskim zwiększy się do 2%, przy spadku udziału Niemiec do 22,5% – co jest naturalną konsekwencją powolnego nasycenia większości niemieckich zakładów systemami klasy MES.
Jak pokazują wyniki raportu „Systemy Raportowania Wskaźnika OEE”, opracowanego przez firmę ASTOR na podstawie danych zebranych od 170 uczestników III Otwartej Konferencji Lean Manufacturing w Poznaniu w kwietniu 2013 r., aż co 5. firma w Polsce z przychodami poniżej 300 mln zł nie inwestuje w automatyzację, a tylko 16% ankietowanych firm zainwestowało w system MES wspierający procesy produkcyjne, z tego 47% firm o obrotach powyżej 300 mln zł rocznie (53% zainwestowało w ERP) i 14% firm o obrotach do 300 mln zł rocznie (86% w ERP).
Świat systemów SCADA
Z kolei do głównych funkcji systemów SCADA należy zbieranie aktualnych danych (pomiarów), ich wizualizacja, sterowanie procesem, alarmowanie oraz archiwizacja.
Termin SCADA zwykle odnosi się do systemu komputerowego, który pełni rolę nadrzędną w stosunku do sterowników PLC i innych urządzeń. Na ogół to sterowniki PLC połączone są bezpośrednio z urządzeniami wykonawczymi (np. zawory, pompy) oraz pomiarowymi (jak czujniki temperatury, poziomu) i zbierają aktualne dane oraz wykonują automatyczne algorytmy sterowania i regulacji. Zebrane dane trafiają do systemu komputerowego i tam są archiwizowane oraz przetwarzane na formę bardziej przyjazną dla użytkownika, zgodnie z jego preferencjami.
Nowości w systemach SCADA
A jakie nowe funkcje implementowane są w rozwiązaniach SCADA? I które z nich najbardziej cenią użytkownicy?
– W zależności od specyfiki branż obserwujemy różnorodne oczekiwania co do systemów typu SCADA. Wielu klientów bardzo ceni sobie możliwość certyfikowanego połączenia z systemami typu ERP. Czasami jest to nawet wymóg konieczny, aby system SCADA „współpracował” z systemem ERP i oferował prostą i szybką konfigurację, popartą jednocześnie odpowiednim certyfikatem, który daje pewność, że taka funkcja jest sprawdzona i niezawodna – wyjaśnia Piotr Dąbrowski, konsultant ds. technicznych, COPA-DATA Polska.
Nowością docenianą przez użytkowników jest obsługa procesów wsadowych w systemach typu SCADA. Według Piotra Dąbrowskiego moduł Batch Control w wersji 7.10 oprogramowania zenon został udoskonalony i rozszerzony o wiele dodatkowych funkcji, w tym zgodność ze standardem ISA-88 oraz FDA 21 CFR Part 11. Użytkownicy otrzymują dwa różnorodne interfejsy graficzne zarówno do tworzenia/edycji receptur, jak i wyświetlania przebiegu ich wykonywania. W zależności od potrzeb mogą wykorzystać tzw. Matrix Editor (dla prostszych aplikacji, sekwencyjnego wykonywania faz) lub PFC Editor (w przypadku bardziej złożonych procesów). Użytkownik może jednym kliknięciem myszy sprawdzić, czy wprowadzona receptura jest poprawna.
Z kolei w najnowszej wersji ControlMaestro 2013 (systemu oferowanego w Polsce przez firmę Sabur) możliwa jest obsługa baz danych zlokalizowanych na dowolnym komputerze (dwukierunkowa). Oprócz danych historycznych rejestrowane są także alarmy. Innym sposobem rejestracji wartości jest wykorzystanie interfejsu ODBC (Open DataBase Connectivity), co umożliwia zapis we wszystkich najpopularniejszych systemach bazodanowych. Dane umieszczone w bazie mogą być łatwo archiwizowane, przeglądane i wykorzystywane przez inne aplikacje i systemy.
Do nowości w ControlMaestro 2013 należą także funkcje event viewer i list viewer (aplikacje webowe umożliwiające dostęp do listy aktualnych alarmów oraz bramek), kompatybilność z wymaganiami normy FDA 21 CFR część 11 (popularnej w przemyśle spożywczym, chemicznym i farmaceutycznym), usprawnienia w inspekcji (filtrowanie rejestrowanych akcji), nowe możliwości korzystania z baz danych SQL Server, narzędzie Multi-edit, kompatybilność ze zdalnym pulpitem Windows, import plików PNG do modułu obrazów, obrazy animowane, pliki Errors, nowe narzędzia do wyświetlania tagów i alarmów.
Co niesie przyszłość?
W świecie systemów MES i SCADA panują te same trendy, co w innych obszarach rynku IT, na czele z mobilnością i Big Data. No, może z lekkim opóźnieniem. W badaniu Gartnera (lipiec 2012) na pytanie o inwestowanie w techniki Big Data 23% respondentów z sektora produkcji odpowiedziało „tak”, 18% „nie, ale planuje w następnych latach”, 9% „nie, ale zamierza w ciągu 2 lat”, 37% nie ma takich planów w tej chwili, 13% wybrało odpowiedź „nie wiem”.
A jakie trendy widzą dostawcy rozwiązań?
– Problemem wielu systemów klasy MES/MOM jest integracja z innymi systemami (ERP, APS, WMS itp.), dlatego Operator Systems proponuje unikatowe rozwiązanie Dynamic Integrator Engine do definicji, wdrożenia interfejsów do innych systemów poprzez mapowanie typu drag-and-drop, podgląd importowanych danych i odpowiednie buforowanie operacji/komunikatów między systemami – wyjaśnia Tomasz Zarzycki, Country Sales Manager, Operator Systems. – Dynamic Integrator Engine może być wdrażany bez standardowych funkcji systemu MES/MOM, jedynie do połączenia danych z shop floor z systemami nadrzędnymi. Za pomocą funkcji analitycznych Operator Dashboard, mając dane z wielu źródeł i fabryk, można niemal w czasie rzeczywistym dokonywać analizy danych produkcyjnych oraz KPI (np. OEE, dostępność zasobów) w celu monitorowania bieżącej pracy i podejmowania strategicznych decyzji o przydzielaniu zakładom nowychprojektów i produktów do wykonania. Operator Dashboard oparty jest na QlikView Business Discovery.
Profesjonalne rozwiązania klasy BA (Business Analytics) to kwestia najbliższej przyszłości. Podobnie technologia multi-touch, sensory ruchu (Microsoft Kinect), mimiki, głosu…
Jak mówi Marek Falkowski, Product Manager z firmy Elmark Automatyka: – Możliwość sterowania urządzeniami wykonawczymi za pomocą głosu czy rozpoznawanie gestów sprawia, że scenki znane z filmów science fiction stają się rzeczywistością.
I takiej bliskiej rzeczywistości życzymy naszym czytelnikom.
W artykule zostały wykorzystane materiały od firm: ASKOM, ASTOR, Elmark Automatyka, COPA-DATA Polska, Operator Systems, Sabur, VIX Automation. Wymienionym firmom dziękujemy.
CE

Piotr Furtak, prezes firmy Aplixcom Solutions: Pełna kontrola nad procesami i natychmiastowa reakcja
Rozwiązanie SCADA-MES firmy Aplixcom zostało stworzone od podstaw z nastawieniem na bezpieczeństwo, nowoczesność, elastyczność, integralność i skalarność. Dzięki technologii serwerów High Availability OPC, z archiwizacją danych w relacyjnej bazie danych, wszystkie dane z produkcji są zawsze dostępne online. Wsparcie równoległe protokołów Modbus, BACnet, KNX i innych umożliwia łączenie różnych maszyn i urządzeń w jeden kompletny system zarządzania.
Integralne połączenie z dowolnymi systemami ERP w celu wymiany danych o zleceniach, ich realizacji, czasie pracy, zużyciu materiałów, narzędzi i środków produkcji z opcją traceability oferuje wyjątkową przejrzystość procesów, zmniejszenie ilości błędów, ograniczenie kosztów i szybszą reakcję na nieprzewidziane zmiany. Dzięki wbudowanej obsłudze obiegu informacji, wielowymiarowym analizom oraz obsłudze przez przeglądarki WWW z dowolnego urządzenia mobilnego użytkownik ma możliwość pełnej kontroli nad żywotnymi procesami i natychmiastowej reakcji z dowolnego miejsca na świecie.