AUTOMAZIONE I

MESFUNZIONI PRIMARIE E DI SUPPORTO

slide 1

L. Zuccaro A.A. 2012/2013 AUTOMAZIONE 1

AUTOMAZIONE I

MESFUNZIONI PRIMARIE E DI

SUPPORTO

Redazione a cura dell'Ing. Letterio Zuccaro ([email protected])

mailto:[email protected]


slide 2


• RICHIAMI• FUNZIONI PRIMARIE• FUNZIONI DI SUPPORTO

STRUTTURA DEL NUCLEO TEMATICO

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


slide 3


MESIntroduzione


slide 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.


slide 5


MESFunzioni Primarie


slide 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.


slide 7


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.

Interfaccia con il livello di pianificazione

MES

• Stato corrente degli ordini

• Stato/utilizzo delle risorse (personale, materie prime)

Pianificazione

• Richiesta di produzione• Risorse• Ordini


slide 8


Motivazioni della comunicazione

Diversità di posizioni

Diversità di obiettivi

Diversità temporale

Interfaccia con il livello di pianificazione

Pianificazione può risiedere in un centro

gestionalerisiede in fabbrica

MES

Pianificazione concentrata sul cliente

concentrata sul prodottoMES

Pianificazione offline, batch, orizzonte temporale

lungoonline, orizzonte temporale medio/breve

MES


slide 9


Il MES accetta automaticamente o manualmente informazioni che indicano cosa bisogna produrre e in che quantità.

Gestione degli ordini

Funzioni: Modificare gli ordini Assegnare o rimuovere materiali dagli

ordini Definire e gestire il loro scheduling Garantire priorità nella pianificazione

Queste informazioni vengono gestite mediante ordini di lavorazione che contengono:

- Identificativo dell’ordine- Componenti del pezzo da produrre- Quantità- Data di consegna- Priorità


slide 10


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.

Gestione degli ordiniModifiche 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

Nel caso di eventi imprevisti, es. guasto macchina, è difficile o impossibile interrogare il sistema di planning per decidere cosa fare.


slide 11


I MES sono altamente configurabili e richiedono la definizione di un modello logico di produzione.

Gestione delle stazioni di lavoro

Reparto Stazione Operazione Descrizione

ABC 0001 112 Punzonatura

ABC 0001 114 Foratura

ABC 0044 119 Saldatura

DEF 1230 220 Levigatura

MNO 4422 460 Verniciatura

XYZ 2210 999 Imballaggio

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.

Il modulo è responsabile di: Realizzare la pianificazione degli

ordini Configurare le stazioni di lavoro

Pianificazione, scheduling e caricamento del programma di lavoro


slide 12


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.

Gestione delle stazioni di lavoro

Step Operazione Durata Durata set-up Descrizione

1 112 5 15 Buca tramite punzonatura

2 119 10 10 Salda staffe

3 1230 10 10 Leviga saldature

4 4422 5 30 Vernicia

5 2210 10 0 Impacchetta

Routing del pezzo 10044Descrizione:Staffa angolare saldata con due fori da 0.2 cm

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

Flusso dilavoro


slide 13


Gestione del magazzino e dei materialiQuesta 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


slide 14


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

Gestione del magazzino e dei materialiEsempio: Steps dall’arrivo del materiale al suo immagazzinamento

Il MES mantiene i dati di ogni passo eseguito sul materiale, informando in maniera dettagliata il livello di pianificazione


slide 15


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.

Movimentazione del materiale

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.


slide 16


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.

Raccolta dati


slide 17


Alcune sorgenti di dati

Raccolta dati

Scanners di codici a barre

Trasmettitori in radio frequenza

Programmable LogicControllers

Lettori di schede magnetiche

Inserimento manuale


slide 18


Il MES è in grado di rispondere automaticamente a tali eventi, decidendo soluzioni alternative. Come?• Rischedulando la produzione o usando routing alternativi in risposta a carenze di materiale• Monitorando lo stato delle macchine per prevenire malfunzionamenti• Informando il livello di pianificazione dell’impossibilità di proseguire la produzione

Gestione delle eccezioni

E’ la capacità di reagire ad eventi imprevisti che possono influenzare la produzione.

Cosa accade se un macchinario si guasta?Come fare se un materiale non arriva in tempo?Come reagire a modifiche dell’ordine di un cliente?


slide 19


MESFunzioni di Supporto


slide 20


Funzioni di supporto

McClellan, “Applying Manufacturing Execution Systems”, 1997

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


slide 21


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 futureModuli:

Gestione della manutenzione

Attrezzature dell’impianto

Attività preventive e

non schedulate

(manutenzione straordinaria)

Attività schedulate

(manutenzione ordinaria)

Manutenzione preventiva su base statistica


slide 22


EsempioTabella manutenzione_straordinaria

- Manutenzione preventivaIf (M001.temperature > 90°C)

INSERT INTO manutenzione_straordinara(macchina,data) VALUES (“M001”, now() + n)

- Manutenzione non schedulataIf (M002.breakdown)

INSERT INTO manutenzione_straordinara(macchina,data)

VALUES (“M002”, now())

Gestione della manutenzione

macchina data… …… …


slide 23


La raccolta dei dati relativi alle ore di lavoro del personale è praticamente presente in ogni impianto.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:

Gestione delle presenze

Gestione presenze

Supervisore di sistema

Amministrazione del libro

paga


slide 24


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.

Insieme di tools (grafi, diagrammi di flusso, grafici di controllo) che modellano i processi.

Un processo viene monitorato raccogliendo variabili misurabili sulle quali si effettuano analisi statistiche.Lo obiettivo è di determinare su base statistica:

Stabilità del processo, controllando che le prestazioni siano prevedibili entro un certo margine di errore

Capacità di soddisfare le specifiche

Controllo Statistico del Processo


slide 25


Può essere parte integrante del Controllo Statistico del Processo e seguire regole 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 che causanoun comportamento anomalo del prodotto/processo

Moduli:

Controllo Qualità

X-bar and R Chart; variable: HEIGHT of StatorHistogram of Means

0 5 10 15 20 25 30776

777

778

779

780

781

782

783

784

785

X-bar: 780.71 (780.71); Sigma: 2.2978 (2.2978); n: 4.

10 20 30 40 50 60 70 80

777.26

LSL

780.71USL

784.16

Histogram of Ranges

0 5 10 15 20 25-2

0

2

4

6

8

10

12

14

Range: 4.7306 (4.7306); Sigma: 2.0216 (2.0216); n: 4.

10 20 30 40 50 60 70 80

0.0000

4.7306

10.795

Gestione ispezioni

Gestione delle non-conformità

Giudizio sui fornitori

Azioni correttive


slide 26


La raccolta dei dati di processo è finalizzata all’analisi dei processi, ottenuta aggregando dati per esaminare ad esempio costi / tempi di attesa.Questa funzione intende l’analisi del processo come analisi delle prestazioni della stazione di lavoro e non è legata al controllo di qualitàFornisce 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

Analisi dati/prestazioni di processo


slide 27


Il proprietario della fabbrica chiede...– Qual è il numero di pezzi buoni / difettosi prodotti? Qual è il

rapporto massimo?

– Qual è stata la velocità di produzione media di una unità rispetto al massimo? Qual è la velocità di produzione escludendo 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

Analisi dati/prestazioni di processo


slide 28


Le informazioni relative ai prodotti erano disponibili sin dai primi sistemi di planning, raccolte in documenti cartacei.La quantità di informazione necessaria a gestire la produzione cresce ogni giorno. Mantenere informazioni in forma cartacea con inserimenti manuali è limitante.I moderni sistemi di gestione della documentazione conservano le informazioni in basi di dati e le forniscono in maniera dettagliata e immediata qualora richieste.Esempi di documentazione:- Disegni, Routings, Ricette, Standard ISO, Istruzioni di assemblaggiEsempi di utilizzo della documentazione:- Invio di disegni, video, dati vocali alle stazioni di lavoro su richiesta o in linea con lo scheduling. - Generazione di informazioni aggiuntive da allegare agli ordini

Gestione della documentazione


slide 29


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 sistemaModuli: 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)Funzioni di supporto: • 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)

Gestione della documentazione


slide 30


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 utilizzata principalmente per dare maggiori garanzie al cliente, gestire il controllo della qualità o raccogliere statistiche.

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 maniera distribuita su un chip presente sul prodotto stesso

Genealogia del prodotto


slide 31


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

Gestione dei Fornitori

Documents

AUTOMAZIONE I