AUTOMAZIONE I

1. AUTOMAZIONE I MES FUNZIONI PRIMARIE E DI SUPPORTO Redazione a cura dell'Ing. Letterio Zuccaro (zuccaro@dis.uniroma1.it)

2. STRUTTURA DEL NUCLEO TEMATICO RICHIAMI FUNZIONI PRIMARIE FUNZIONI DI SUPPORTO Richiami sui sistemi informativi aziendali I Manufacturing Execution Systems Funzioni primarie e di supporto dei MES Tecnologie informatiche impiegate nei MES Un esempio pratico: QCADOO MES

3. MESIntroduzione

4. MES (richiami) Sistema integrato di gestione della produzione focalizzato sul monitoraggio real-time dell’impianto, sul controllo, sul tracking e sulla gestione della qualità della produzione. Caratteristica principale di un MES è la capacità di sincronizzare gestione aziendale e produzione al fine di colmare il gap tra il livello di pianificazione e quello di controllo. Usando informazioni online ottimizza l’utilizzo delle risorse produttive: personale, attrezzature e materiali.

5. MESFunzioni Primarie

6. Funzioni primarie Funzioni alla base della maggior parte dei sistemi manifatturieri e fortemente legate al processo di produzione. La suddivisione in componenti funzionali consente lo sviluppo di software modulare. Aggiunta o modifica di una componente non richiede una riprogettazione dell’intero sistema.

7. Interfaccia con il livello di pianificazione Tra il livello MES e il livello di pianificazione è presente un canale bidirezionale per lo scambio di informazioni. Le informazioni scambiate e il formato utilizzato sono definite da uno standard (ISA95). Data la moltitudine di sistemi di planning, solitamente il software che realizza l’interfacciamento dipende dal sistema di pianificazione al quale il MES è connesso. • Richiesta di produzione • Risorse • Ordini Pianificazione MES • Stato corrente degli ordini • Stato/utilizzo delle risorse (personale, materie prime)

8. Interfaccia con il livello di pianificazione Motivazioni della comunicazione Diversità di posizioni Diversità di obiettivi Diversità temporale può risiedere in un centro gestionale risiede in fabbrica Pianificazione MES concentrata sul cliente concentrata sul prodotto Pianificazione MES offline, batch, orizzonte temporale lungo online, orizzonte temporale medio/breve Pianificazione MES

9. Gestione degli ordini Il MES accetta automaticamente o manualmente informazioni che indicano cosa bisogna produrre e in che quantità. • Queste informazioni vengono gestite mediante ordini di lavorazione che contengono: • Identificativo dell’ordine • Componenti del pezzo da produrre • Quantità • Data di consegna • Priorità • Funzioni: • Modificare gli ordini • Assegnare o rimuovere materiali dagli ordini • Definire e gestire il loro scheduling • Garantire priorità nella pianificazione

10. Gestione degli ordini • Modifiche che coinvolgono un ordine: • Effettuare cambiamenti nello scheduling degli ordini • Inserire modifiche sulle quantità • Dividere/Unire ordini • Segnare un ordine per mancanza di materie prime Sebbene già presente nel livello di pianificazione, la gestione degli ordini non rappresenta una funzionalità ridondante. Perchè? Il MES è in grado di fornire una risposta on-line, riassegnado automaticamente la priorità agli ordini, presentando soluzioni alternative o semplicemente allertando il management che dovrà decidere quali azioni compiere. La gestione degli ordini mantiene una visione real time degli ordini di lavorazione non ancora evasi e lo stato di ciascuno di essi. Nel caso di eventi imprevisti, es. guasto macchina, è difficile o impossibile interrogare il sistema di planning per decidere cosa fare.

11. Gestione delle stazioni di lavoro I MES sono altamente configurabili e richiedono la definizione di un modello logico di produzione. • Il modulo è responsabile di: • Realizzare la pianificazione degli ordini • Configurare le stazioni di lavoro • Pianificazione, scheduling e caricamento del programma di lavoro Tale modello include una lista di tutti i reparti, le stazioni di lavoro e le operazioni svolte. Le informazioni sono messe in relazioni per determinare ogni stazione di lavoro quali operazioni è in grado di supportare.

12. Gestione delle stazioni di lavoro Una volta stabilito il modello, il MES mette in relazione il routing (sequenza di operazioni) per produrre il numero di pezzi richiesto con i carichi di lavoro delle macchine. Se un’operazione è possibile su più stazioni di lavoro, regole e algoritmi associati al modello ne determinano il carico. Routing del pezzo 10044 Descrizione: Staffa angolare saldata con due fori da 0.2 cm Flussodi lavoro • Funzioni: • Assegnazione delle operazioni (codici) alle stazioni di lavoro • Ottimizzazione degli ordini • Assegnazione del carico di lavoro per operazione in base a dati di routing e di durata • Caricare e scaricare programmi sulle macchine dell’impianto • Mantenere una mappa delle stazioni di lavoro e delle operazioni disponibili

13. Gestione del magazzino e dei materiali Questa funzione sviluppa, conserva e mantiene i dettagli di ogni lotto o unità del magazzino, compresa la loro posizione corrente. Il magazzino include tutto ciò che è necessario alla produzione: utensili, attrezzature, materie prime e ogni altra cosa elencata nel BOM (Bill Of Material, lista di materie prime o semilavorati necessari a realizzare un prodotto). E’ complesso per il livello di planning gestire con precisione le informazioni sul magazzino e rispondere online ad eventuali problemi. Generalmente tali informazioni sono mantenute dal livello di planning in forma aggregata, mentre il MES le gestisce in maniera puntuale. • Funzioni: • Gestione, indirizzamento e controllo delle scorte di materie prime e semilavorati (work-in-process) • Localizzazione e recupero dei materiali necessari alla produzione • Gestione dell’accesso a informazioni dettagliate per ogni articolo del magazzino e dei semilavorati

14. Gestione del magazzino e dei materiali Esempio: Steps dall’arrivo del materiale al suo immagazzinamento Una volta scaricato il materiale un’etichetta con un codice a barre viene scannerizzata e un numero di acquisto viene inserito nel sistema Il sistema ricerca e mostra una copia dell’ordine di acquisto insieme ad altre informazioni sul trattamento del materiale Vengono eseguite le istruzioni per il trattamento del materiale e lo stesso è spostato in una specifica locazione per l’immagazzinamento o un ulteriore trattamento Il MES mantiene i dati di ogni passo eseguito sul materiale, informando in maniera dettagliata il livello di pianificazione

15. Movimentazione del materiale Una volta che il MES ha stabilito la sequenza di ordini di lavorazione, le stazioni di lavoro da impiegare e il materiale da utilizzare, il sistema è pronto per spostare materie prime o semilavorati verso una stazione di lavoro. Questa funzione si basa sul fatto che in ogni istante si conosce la posizione delle materie prime e dei semilavorati. Essa non dà valore aggiunto, sta semplicemente a significare “prendi l’oggetto da questa locazione e spostalo in quell’altra locazione” • Con l’informazione dettagliata di cui dispone, il sistema determina “quando muovere cosa, da dove a dove” attraverso: • - Richieste di spostamento manuale (tramite stampa istruzioni di carico/scarico merci) • Comandi a sistemi di controllo come AGV (Automatic Guided Vehicle), robots, nastri trasportatori, tubazioni.

16. Raccolta dati Questa modulo può essere definito come “gli occhi e le orecchie ” del MES, in quanto permette in ogni istante di conoscere lo stato corrente della produzione La raccolta dati rende il MES il centro di comunicazione del sistema informativo manifatturiero, impegnato a raccogliere e scambiare dati elettronici e manuali tra impianto e personale. Attraverso diversi tipi di sensori e interfacce di controllo le informazioni provenienti dalle diverse operazioni della produzione vengono catturate e immagazzinate in basi di dati. I dati riguardano, oltre al processo di produzione, anche la movimentazione materiale e lo stato degli ordini.

17. Raccolta dati Alcunesorgentididati Inserimentomanuale Lettoridischedemagnetiche Programmable Logic Controllers Trasmettitori in radio frequenza Scanners dicodici a barre

18. Gestione delle eccezioni Il MES è in gradodirispondereautomaticamente a talieventi, decidendosoluzioni alternative. Come? Rischedulando la produzione o usando routing alternativi in risposta a carenzedimateriale Monitorando lo statodellemacchine per preveniremalfunzionamenti Informandoillivellodipianificazionedell’impossibilitàdiproseguire la produzione • E’ la capacitàdireagire ad eventiimprevistichepossonoinfluenzare la produzione. • Cosaaccade se un macchinariosiguasta? • Come fare se un materiale non arriva in tempo? • Come reagire a modifichedell’ordinedi un cliente?

19. MESFunzioni di Supporto

20. Funzioni di supporto Si tratta di programmi/moduli software che supportano la produzione che non troviamo né nel livello di pianificazione né in quello di controllo Sono leggermente più “lontani” dal processo di produzione McClellan, “Applying Manufacturing Execution Systems”, 1997

21. Gestione della manutenzione Funzione molto importante ma onerosa per qualsiasi impianto, dal momento che salvaguarda la disponibilità di risorse e riduce i periodi di inattività. Solitamente lo scheduling della produzione è progettato senza considerare eventuali problemi dovuti a scarsa manutenzione. I sistemi software MES che supportano la manutenzione consentono di: Accedere allo storico delle manutenzioni effettuate Disporre operazioni di manutenzione immediate Pianificare manutenzioni future Moduli: Attività preventive e non schedulate (manutenzione straordinaria) Attrezzature dell’impianto Attività schedulate (manutenzione ordinaria) Manutenzione preventiva su base statistica

22. Gestione della manutenzione Esempio Tabellamanutenzione_straordinaria - Manutenzionepreventiva If (M001.temperature > 90°C) INSERT INTO manutenzione_straordinara(macchina,data) VALUES (“M001”, now() + n) Manutenzione non schedulata If (M002.breakdown) INSERT INTO manutenzione_straordinara(macchina,data) VALUES (“M002”, now())

23. Gestione delle presenze La raccoltadeidatirelativialle ore dilavoro del personale è praticamentepresente in ogniimpianto. L’acquisizione di tali informazione viene svolta semplicemente annotando l’ora oppure attraverso scanner di badge che registrano automaticamente data e ora corrente. Acquisito il dato, il MES lo passa ad altri sistemi che lo utilizzano per i loro scopi come ad esempio la gestione dei salari. Trattandosi di dati sensibili, sono previsti sistemi di sicurezza e autenticazione per impedire un accesso non autorizzato a tali informazioni. Moduli: Amministrazione del libro paga Gestione presenze Supervisore di sistema

24. Controllo Statistico del Processo Metodo per il controllo della qualità basato sul monitoraggio continuo di un processo piuttosto che sull’ispezione di un prodotto finito. Lo scopo è quello di eliminare i prodotti difettosi. Insiemedi tools (grafi, diagrammidiflusso, graficidicontrollo) chemodellanoiprocessi. Un processovienemonitoratoraccogliendovariabilimisurabilisullequalisieffettuanoanalisistatistiche. Lo obiettivo è di determinare su base statistica: • Stabilità del processo, controllando che le prestazioni sianoprevedibili entro un certo margine di errore • Capacità di soddisfare le specifiche

25. Controllo Qualità Puòessere parte integrante del ControlloStatistico del Processo e seguireregole definite da standards quali ISO9000. Si occupa di raccogliere e analizzare statistiche su un prodotto o processo attraverso misurazioni realtime L’obiettivo è di garantire un’adeguata qualità del prodotto e identificare problemi che richiedono attenzione Suggerisce azioni correttive, in funzione dei sintomi checausano un comportamento anomalo del prodotto/processo Moduli: Gestione ispezioni Gestione delle non-conformità Giudizio sui fornitori Azioni correttive

26. Analisi dati/prestazioni di processo La raccoltadeidatidiprocesso è finalizzataall’analisideiprocessi, ottenutaaggregandodati per esaminare ad esempiocosti / tempi diattesa. Questa funzioneintendel’analisi del processo come analisidelleprestazionidellastazione di lavoro e non è legata al controllo di qualità Fornisce report aggiornati (al minuto) sui risultati correnti delle operazioni di produzione confrontandoli con quelli passati e quelli attesi. I risultati di performance includono misure quali : l'utilizzo delle risorse, la disponibilità delle risorse, il ciclo di vita del prodotto, la conformità rispetto a quanto programmato le prestazioni in relazione agli standards

27. Analisi dati/prestazioni di processo Il proprietario della fabbrica chiede... • Qual è il numerodipezzibuoni / difettosiprodotti? Qual è il rapporto massimo? • Qual è stata la velocità di produzione media di una unità rispetto al massimo? Qual è la velocità diproduzioneescludendo i periodi di inattività? • Quanto il mio impianto di produzione è lontano dalla capacità di produzione teorica? • Quali sono le ragioni principali per cui l'unità X non sta producendo a pieno regime? Quante volte si è fermata? • Qual è la disponibilità della mia unità di produzione? • Qual è l'efficienza dell'operatore M? • Quanto tempo è richiesto per il carico / scarico della macchina? ...Il MES risponde! IL

28. Gestione della documentazione Le informazioni relative aiprodottieranodisponibili sin daiprimisistemidi planning, raccolte in documenticartacei. La quantitàdiinformazionenecessaria a gestire la produzionecresceognigiorno. Mantenereinformazioni in forma cartacea con inserimentimanuali è limitante. I modernisistemidigestionedelladocumentazioneconservano le informazioni in basididati e le forniscono in manieradettagliata e immediataqualorarichieste. Esempididocumentazione: - Disegni, Routings, Ricette, Standard ISO, Istruzioni di assemblaggi Esempidiutilizzodelladocumentazione: - Inviodidisegni, video, dativocaliallestazionidilavorosurichiesta o in linea con lo scheduling. - Generazionediinformazioniaggiuntivedaallegareagliordini

29. Gestionedelladocumentazione PDM (Product Data Management) Sistemi software che seguono il prodotto durante il suo ciclo di vita fornendo informazioni in ogni istante nei tempi e nel formato richiesti dall’utente o da altro sistema Moduli: Gestione documenti (Dati relativi al prodotto) Gestione flusso di lavoro (Dati relativi al processo) Gestione componenti del prodotto (Dati sui materiali) Classificazione (Standardizzazione dei dati) Gestione del progetto (Elenco attività) Funzionidisupporto: Conversione dei dati in formati standard (CAD, DWG, PDF) Comunicazione e notifica sullo stato del progetto al personale coinvolto Amministazione del sistema (accesso, permessi, autorizzazioni)

30. Genealogia del prodotto La genealogia o tracciabilità di un prodotto consiste nel monitoraggio di pezzi, processi, materiali coinvolti nella produzione per ricostruire la sua storia completa Tale informazione è utilizzataprincipalmente per dare maggiorigaranzie al cliente, gestireilcontrollodellaqualità o raccoglierestatistiche. Per registrare la genealogia di un prodotto bisogna definire dei “data points”, che indicano cosa si intende monitorare. Es. Personale impiegato, condizioni ambientali, attrezzature utilizzate I dati acquisiti nei data points possono essere registrati : Centralmente in un database In manieradistribuitasu un chip presentesulprodottostesso

31. Gestione dei Fornitori Funzione tipica del sistema di pianificazione. Il MES aggiunge la possibilità di: • Outsourcing (Esternalizzazione): demandare alcune fasi del processo produttivo a fornitori esterni, permettendo agli stessi gestione e accesso autonomo al magazzino • Produzione just-in-time : produrre solo ciò che è stato venduto o che si prevede di vendere in tempi brevi, per un controllo ottimale delle scorte