AUTOMAZIONE I

1. AUTOMAZIONE I INTRODUZIONE AI MANUFACTURING EXECUTION SYSTEMS (MES) Redazione a cura dell'Ing. Letterio Zuccaro (zuccaro@dis.uniroma1.it)

2. STRUTTURA DEL MICRO-CORSO 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. BIBLIOGRAFIA JürgenKletti, Manufacturing Execution System – MES Springer, 2010 Michael McClellan, Applying Manufacturing Execution Systems St. Lucie Press, 1997

4. STRUTTURA DEL NUCLEO TEMATICO RICHIAMI SUI SISTEMI INFORMATIVI AZIENDALI MANUFACTURING EXECUTION SYSTEMS (MES)

5. RICHIAMI SUI SISTEMI INFORMATIVI AZIENDALI 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

6. RISORSA AZIENDALE E’tuttociò con cui l’azienda opera, siamaterialecheimmateriale, per perseguireisuoiobiettivi Money Men Materials Ieri Information Oggi L'informazione è una risorsa che coinvolge tutte le altre risorse. I processi, per poter operare, hanno bisogno di conoscere le risorse sulle quali agiscono, in altri termini hanno bisogno di informazioni.

7. PROCESSO AZIENDALE Insiemediattività (sequenzedidecisioni e azioni) che l’aziendanelsuocomplessosvolge per gestireilciclodi vita dellerisorsefinalizzatoallarealizzazionedi un prodotto (bene o servizio). Il processo è teso al raggiungimentodi un obiettivoaziendale OBIETTIVO Efficienza = OUTPUT Sistema Produttivo INPUT INPUT Risorse OUTPUT Prodotti Servizi Processo Efficacia = OBIETTIVO OUTPUT

8. SISTEMA INFORMATIVO Gestisce la risorsa “Informazione” “Insieme di procedure e infrastrutture che definiscono e supportano il flusso delle informazioni all’interno di una organizzazione” • Raccogliere - acquisizione di informazioni • Archiviare - conservazione di informazioni • Elaborare - trasformazione, correlazione di informazioni • Distribuire - scambio di informazioni Gestire

9. SISTEMA INFORMATICO “Insieme di calcolatori, reti informatiche e procedure per la memorizzazione, elaborazione e trasmissione delle informazioni” • Immissione, memorizzazione, cancellazione informazione • Elaborazione dell’informazione • Visualizzazione dell’informazione Sistema informativo Sistema informatico Porzioneautomatizzata del sistemainformativo Prima dell'introduzione degli elaboratori elettronici Processi informativi gestiti con metodi manuali (con uso di complesse e lunghe procedure di registrazione dati su supporti cartacei, di archiviazione documenti, di ricerca su schedari, ...) Con l’avvento dell’ICT (Information & CommunicationTechnology) • Automatizzazione dei processi informativi mediante semplici e rapide procedure di registrazione, archiviazione, elaborazione, ricerca dei dati. Dati Applicazione Presentazione Compiti dell’ICT

10. SISTEMI INFORMATIVI E PROCESSI AZIENDALI Anthony propone una classificazione dei sistemi informativi che è diventata canonica P. Dire zionali DECISION SUPPORT SYSTEMS Sistemi per il supporto alle decisioni Concorrono nella definizione degli obiettivi strategici Quali sono i prodotti o servizi su cui l'azienda punta di più? Quale è il mercato su cui l'azienda vuole affermarsi? MANAGEMENT INFORMATION SYSTEMS Sistemi per il supporto operativo per la gestione di tutte le risorse aziendali Processi Gestionali Concorrono alla traduzione degli obiettivi in criteri di gestione e ne controllano il raggiungimento Come sarà organizzata la produzione di beni o servizi? Concorrononelraggiungimentodegliobiettivi La produzione dei beni L'erogazione dei servizi Processi Operativi PROCESS CONTROL SYSTEMS Sistemi per ilcontrollodelleattivitàdeidispositivifisici Anthony, R. N. 1965. Planning and Control Systems: A Framework for Analysis. Harvard Business School Division of Research. Materie prime Prodotti finiti Sistema Produttivo Fornitori Clienti Sistema Informativo Ordini fornitori Ordini clienti

11. EVOLUZIONE DEI SISTEMI INFORMATIVI ‘50 2000 1900 ‘60 ‘80 ‘90 ‘70 E-business E-commerce ERP EnterpriseResources Planning Integrazione processi gestionali e operativi MRP Material Requirements Planning Pianificazione della produzione e degli acquisti MRPII Manufacturing Resource Planning Aspetti gestionali Gestione finanziaria Contabilità Gestione magazzini Funzione Architettura Infrastruttura Sistemi non integrati Centralizzata P 1 P 2 P 3 Processo 1 Processo 2 Processo 3 DB DB3 DB1 DB2 Mainframe Client-Server Dati Applicazione Presentazione DB Dati Mainframe Server Applicazione Presentazione Terminale Terminale Terminale Client Client Client

12. MANUFACTURINGEXECUTIONSYSTEMS(MES) 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

13. RUOLO DELL’INFORMAZIONE NELLA GESTIONE AZIENDALE Nell'ultimo ventennio, nell'ambito dell'industria manifatturiera, ha acquistato sempre più importanza la rilevazione delle informazioni legate al ciclo produttivo: da esse si può dedurre l'efficienza del processo di produzione e da questa l'ammontare dei costi. L'accrescere di tale importanza ha portato allo sviluppo di sistemi informatici sempre più specializzati per la gestione dei dati legati al processo produttivo: dai primi sistemi di gestione dell'inventario all'ultima novità del settore, i sistemi MES (Manufacturing ExecutionSystems). Facciamo un passo indietro… • Una corretta gestione delle informazioni consente di: • - minimizzare costi di produzione • ridurre la necessità di personale (per compiti banali e ripetitivi) • ottimizzare l’utilizzo dei materiali (materie prime, macchine)

14. SISTEMA INFORMATIVO AZIENDALE Architettura a due livelli • Sistemi amministrativi e contabili • Funzioni principali: • gestione ordini • pianificazione delle attività • allocazione delle risorse • analisi costi e tempi di produzione PLANNING (MRP MRPII ERP) Esecuzione BATCH/OFFLINE CONTROL (PLC SCADA DCS) • Sistemi per l’automazione • Funzioni principali: • controllo macchine • impostazione parametri di lavorazione • monitoraggio dello stato dell’impianto Esecuzione REALTIME Scarsa cooperazione tra i sistemi

15. LA PRODUZIONE COME UNA BLACK-BOX La mancanza di interazione tra i sistemi di pianificazione e controllo rende il processo di produzione una black-box. Si conoscono gli input e gli output della produzione ma cosa accade nel mezzo è ignoto. Quanto è efficace ed efficente il processo produttivo? Ci sono colli di bottiglia? Dove? I costi dove si annidano? In caso di eventi non previsti la pianificazione (fatta a priori) perde di validità e va rifatta Prodotto Materiali Personale Macchine Processo di produzione ?

16. UN NUOVO LIVELLO NELLA PRODUZIONE PLANNING In ambito manifatturiero, con il termine “execution” si intende “esecuzione della produzione”. EXECUTION L’esecuzione della produzione comprende l’insieme di operazioni che concorrono alla trasformazione di materie prime o semilavorati in prodotti finiti. CONTROL MES ≠ MIS Non bisognaconfondere un Manufacturing Execution System (MES)con un Management Information System (MIS). Un execution system svolgeoperazioni (con l’ausiliodelleinformazioniacquisite dal sistema/ambiente) che un information system non è in grado di svolgere.

17. EXECUTION Realizzare i prodotti Realizzare e misurare componenti del prodotto Accendere/Spegnere le macchine Modificare le priorità degli ordini di lavorazione Impostare/Leggere misure nei controlli Assegnare/Riassegnare il personale a un processo di lavorazione Schedulare/Rischedulare le stazioni di lavoro e i processi di lavorazione Assegnare/Riassegnare i materiali alle stazioni di lavoro Muovere materiali verso/da le stazioni di lavoro ... Reagire ad eventi imprevisti Gestire i fornitori

18. NUOVI ORIZZONTI PER LE AZIENDE • La possibilità di monitorare ogni singola fase nell’esecuzione della produzione e il contributo offerto dall’ICT hanno aperto nuovi orizzonti all’industria manifatturiera: • Connessione real-time con i software gestionali per ricevere ordini di produzione e per inviare i risultati, i rapporti sullo stato, sull’utilizzo di materie prime consentendo, ad esempio, di determinare la qualità delle attività o di aggiornare automaticamente le scorte di materie prime, semilavorati e prodotti • Connessione real-time con i sistemi di controllo in modo che i dati sulla produzione e sulla qualità possano essere memorizzati in un singolo database • Possibilità di fornire i dati del processo su Internet in modo che possano essere consultati ovunque o utilizzati per integrare le informazioni provenienti dai diversi impianti di produzione

19. MANUFACTURING EXECUTION SYSTEMS (MES) Definizione del MESA International: “Sistema che acquisisce e distribuisce informazioni che consentono l’ottimizzazione delle attività produttive dal lancio dell’ordine al prodotto finito. Utilizzando dati real-time, attuali ed accurati, il MES guida, risponde e informa sulle attività dello stabilimento così come e quando esse accadono. La rapidità di reazione risultante, unita alla attenzione nella riduzione delle attività senza valore aggiunto, guidano le operazioni ed i processi dello stabilimento al massimo dell’efficienza.”  • I sistemi MES rispondono ad esigenze precise, quali il tracking e tracing della produzione, per determinare: • - quando un articolo (o un semilavorato) è stato prodotto, • - con quali eventuali altri semilavorati è stato assemblato, • a quale fornitore è destinato, • ... Tracking (tracciabilità): “lasciare una traccia” indica il processo che permette di stabilire quali informazioni devono essere registrate e messe in evidenza, ovvero, l’attività di tracciare mediante apposita etichettatura. Tracing (rintracciabilità) “ritrovare la traccia” indica la capacità di ritrovare queste informazioni lungo la catena.

20. IL SISTEMA INFORMATICO MES Il sistema informatico svolge tre funzioni principali:- Raccoglie i dati in tempo reale.- Organizza e archivia i dati in un database centralizzato.- Rendere i dati accessibili in tutta la rete e integrando i dati disomogenei provenienti da altri sistemi informativi (ad es. pianificazione e contabilità). Un Manufacturing Execution System (MES) rappresenta un  sistema informatico costituito da un insieme di applicazioni software che implementano metodi e strumenti utilizzati nella produzione aziendale. • Infrastruttura • Tipicamente utilizza il paradigma client/server e basi di dati relazionali • Sono previste interfacce per la connessione ad altri sistemi di gestione e supervisione • Viene eseguito da uno o più calcolatori (PC, workstation, minielaboratori) connessi in rete

21. “FILLING THE GAP” E’ il ruolo chiave di un MES: colmare il vuoto tra il sistema di pianificazione e il sistema di controllo, coniugando l’ottimizzazione dei processi produttivi e logistici con il controllo della disponibilità delle risorse e della qualità dei prodotti. L’azienda manifatturiera utilizza il processo di pianificazione (MRPII / ERP o equivalente) per determinare come i prodotti devono essere fabbricati. Una volta che il piano di produzione è sviluppato, è necessario “tradurlo” nel processo di produzione che utilizza le risorse reali effettivamente disponibili. Il MES è in grado di acquisire l'input dal sistema di pianificazione per poi tradurre il piano in un linguaggio comprensibile all’impianto.

22. OBIETTIVI DEI MES What? How? Fornire un modello di produzione reale • Controllo delle disponibilità delle risorse (personale, macchine e • materie prime) • Monitoraggio delle attività dell’impianto con precisione dell'ordine di ore o minuti Ottimizzare le operazioni manifatturiere • Analisi dei dati per individuare i miglioramenti attuabili o le eventuali cause che limitano le performances Aumentare l'integrazione con il livello di business • Definizione dei flussi di informazione scambiati col sistema di business • Definizione di uno standard

23. FUNZIONALITÀ GENERALI Allocazione della merce (dove deve andare? quando?) Pianificazione delle attività di produzione per migliorare le prestazioni dell’impianto data la capacità finita delle risorse Allocazione delle risorse materiali e umane (chi deve fare cosa?) e loro monitoraggio (cosa stanno facendo adesso?) Tracciabilità dei prodotti, in modo che si possa sempre risalire alla loro storia nell’impianto Gestione della documentazione sulle merci, le risorse, i processi di produzione Gestione della attività di manutenzione per minimizzare l’impatto sulla produzione Analisi delle prestazioni di produzione secondo metriche standardizzate o proprietarie

24. FUNZIONI PRIMARIE • Interfaccia con il livello di pianificazione • Gestione degli ordini • Gestione delle stazioni di lavoro • Gestione dei materiali e del magazzino • Movimentazione del materiale • Raccolta dati • Gestione degli eventi straordinari McClellan, “Applying Manufacturing Execution Systems”, 1997

25. FUNZIONI DI SUPPORTO Gestione della manutenzione Gestione delle presenze del personale Controllo statistico di processo Controlloqualità Dati/prestazioni di processo Gestione della documentazione Genealogia del prodotto Gestione dei fornitori McClellan, “Applying Manufacturing Execution Systems”, 1997

26. ARCHITETTURA Struttura modulare Interfacciamento con sistema di gestione mediante linguaggi standard XML-based Connessione ai dispositivi attraverso tecnologie eterogenee

27. ORGANIZZAZIONI IN AMBITO MES ◊ Organizzazione non-profit fondata nel 1992 dai principali produttori di software MES ◊ Rappresenta una piattaforma per lo scambio di informazioni, esperienze e capacità tra produttori MES, system integrators e personale d’azienda con lo scopo di espandere e migliorare integrazione dei MES nell’industria manifatturiera MESA Manufacturing EnterpriseSolutionsAssociation www.mesa.org ISA International Society ofAutomation www.isa.org • ◊ Organizzazionenon-profit fondata nel 1945 • ◊Redige standard sull'automazione industriale • ◊Realizza studi di ricerca e sviluppo per nuove tecnologie, fornisce formazione professionale, tiene conferenze sui temi emergenti dell'automazione .

28. MESA • Distingue 11 attività primarie di un MES • Resource Allocation and Status • Gestionedellerisorse (macchine, strumenti,…) • Monitoring dellostatocorrente • Dispatching Production Units • Gestione dei materiali in ingresso e prodotti intermedi utilizzati nella produzione • Data Collection/Acquisition • Raccolta dati relativi al processo produttivo (materie prime, personale, macchine) • Quality Management • Analisi del prodotto e di processo • Confronto con valori ideali • Maintenance management • Manutenzione macchine • Performance Analysis • Confrontotravalorieffettivi e desideratimisuratinegliimpianti • Operations/Detailed Scheduling • Pianificazionedettagliatavolta ad ottimizzarel’utilizzodellerisorse • Document Control • Gestione e distribuzionedelleinformazionisuprocessi/prodottti • Labor Management • Gestionedegliordini • Process Management • Controllo del flussodilavorodell’impiantodiproduzione • Product Tracking and Genealogy • Documentazione di tutti gli eventi legati alla realizzazione di un prodotto

29. STANDARD ISA-95 • Definisce l'interfaccia tra i sistemi di business d'impresa e i sistemi di controllo della produzione per aumentare l'integrazione e la comunicazione tra le parti, indicando le informazioni che devono essere scambiate. • Lo standard descrive: • Organizzazione delle attività per livelli su base temporale - Le funzionalitàdi un MES - Lo schema deidati a livello MES - I messaggitraillivellodi business e quello MES Orizzonte temporale Attività correlate al business (Ordinaremateriali, inviarefatture, … ) Attività relative al flusso di lavoro, finalizzate alla produzione del bene Attività di monitoraggio e controllo dei processi fisici (SCADA,PLC,…) Lungo (mesi, settimane) Medio (giorni, ore, min) Breve (min, sec, millisec)

30. , INTERAZIONE TRA I SISTEMI Un sistema MES mette in relazionetutte le parti, in quanto: MRPII ERP AZIENDA • Riceve input dall'ERP Pianificazionedellaproduzione Scheduling Report sulciclodiproduzione Completamentociclo • Impostail piano diproduzione, indicandoimaterialidautilizzare e i tempi dilavorazione/fasi MES • Gestisce le indicazioni per i PLC Reale stato del processo Completamento delle fasi del processoPrestazioni delle macchine Azioni sulle materie prime IMPIANTO “Ricette” Istruzioni operative Impostazionimacchine • Raccoglieildato in tempo reale e lo fornisce in output all'ERP • Memorizzaidati e restituisceunaserie di informazioni e statistiche, utili a comprenderel’interoprocessoproduttivo e a come ottimizzarlo PLC Robots DCS

31. INFORMAZIONI SCAMBIATE DAI SISTEMI La possibilitàdiavereinformazionidettagliate, immediate e aggiornateconsente al MES diprendere le decisionimigliorinellagestionedellaproduzione L'efficienza dello scambio di informazioni incide sull'efficienza generale dell'intero processo produttivo

32. UN ESEMPIO DI INTERAZIONE ERP Piano settimanale di produzione Spedizione lotto MES Piano dettagliato di produzione giornaliera Completamento lotto PCS Singoli compiti alle macchine Completamento singole operazioni

33. ALCUNI PROBLEMI CHE I MES SONO IN GRADO DI RISOLVERE Una macchina di produzione si è guastata improvvisamente Un processo critico per la produzione ha bisogno di manutenzione preventiva. Come rischedulare gli ordini per consentire la manutenzione? Un cliente vuole sapere se, raddoppiando il suo ordine, la fornitura può ancora essere garantita nei tempi previsti Un cliente richiede che ogni prodotto consegnato sia corredato da informazioni dettagliate sulla produzione Un cliente vuole sapere a che punto è il soddisfacimento del suo ordine

34. VANTAGGI (fonte: MESA International) • Miglioramento delle performance produttive (diminuzione scarti, diminuzione dei tempi setup) • Riduzionedei tempi del ciclodiproduzione • Riduzione/eliminazione del data entry time (immissionemanualedeidati) • Riduzione/eliminazionedeidocumentitraireparti • Eliminazionedocumentiperduti • Miglioramentidellaqualità del prodotto (riduzionedifetti) • Riduzionedei Work-In-Process - WIP (costi dovuti all'immobilizzazione delle giacenze di materie prime e di semilavorati) • Capacitàdirisposta ad eventiimprevisti

35. SVANTAGGI • Sono sistemi altamente personalizzati, ne consegue: tempi medio-lunghi di progettazione e costi elevati • Per alcune realtà l'introduzione di un MES comporta un cambio delle • politiche di produzione • Per beneficiare dell'ottimizzazione i dati raccolti devono essere fedeli alla • realtà

36. VENDORS ABB Automation Technology Products (www.abb.com) GE Fanuc Automation (www.gefanuc.com) Kronos Inc (www.kronos.com) RockwellSoftware (www.software.rockwell.com) Schneider Electric (www.schneider-electric.com) Siemens Automation (www.sea.siemens.com) WonderwareInvensys (www.wonderware.com) QCADOO (www.qcadoo.org)

37. MADE IN ITALY Alcune aziende produttrici di software MES in Italia