Ускорение цифровой трансформации: данные MES в реальном времени повышают эффективность завода

С толчком к полностью цифровой фабрике, программное обеспечение систем управления производством (MES) никогда не было так критично для производителей всех отраслей. Используя последние решения MES с быстрым откликом в производственных операциях, строители могут получать оперативные обновления по временно-чувствительным операционным данным, которые помогают улучшить заводские процессы и приблизить цифровую фабрику к реальности.

По мере сходимости производственных и бизнес-программных систем все больше производителей осознают выгоды, которые предлагает цифровая фабрика, с производительностью данных в реальном или близком к реальному времени, дающей гораздо больше производственного понимания, чем было доступно им в прошлом. Производители серьезнее относятся к внедрению инфраструктуры, необходимой для решений умного производства и Индустриального интернета вещей (IIoT), и чаще всего облачные MES-системы лежат в основе этих технологий.

«Тренд идет к сходимости бизнес-систем для получения глубокого анализа работы оборудования и систем. Мы видим, как поставщики данных объединяют усилия», — сказал Пит Текос, исполнительный вице-президент, 5ME (Синциннати), отмечая недавнее партнерство 5ME с SmartWare, объединяющее решения Freedom Smart Manufacturing и платформы Bigfoot CMMS (компьютеризированная система управления техническим обслуживанием) от SmartWare. «Чем быстрее мы собираем данные и делимся ими между различными системами, тем лучшее представление мы получаем об общих операциях».

Влияние облака

По мере того как больше компаний начинают внедрять облачные производственные технологии, возможности решений MES, систем управления ресурсами предприятия (ERP) и систем сбора данных цеха срастаются более бесшовно, работая в консерте, чтобы сделать усилия IIoT и Industry 4.0 более эффективными на цехе.

«Это позволяет преследовать "Святой Грааль производства": аналитику систем в реальном времени, комплексной, через обмен данными», — заявил Текос. «Корректировки и/или исправления вносятся быстрее и с меньшим нарушением производственных операций».

Современные программные решения для производства предлагают множество инструментов для отслеживания ключевых заводских метрик, включая Общую эффективность оборудования (OEE) и многие другие, производственному предприятию, и эти обогащенные системы хорошо срастаются вместе, так как разработчики этих решений партнерятся для удовлетворения требований IoT/IIoT.

«По сути, вы начинаете на уровне цеха, взаимодействуя с активами и различными производственными системами, затем предоставляете слой визуализации [кабина OEE] для просмотра производительности и KPI», — сказал Текос. «Наконец, передавайте информацию в реальном времени вверх по течению в бизнес-системное пространство [ERP, MES, CMMS, системы качества]. Если все эти системы работают симбиотически, а не в силосах, вы можете управлять операциями в сторону достижения высокоэффективного адаптивного производства через обмен оперативной операционной интеллектуальностью — это и есть Святой Грааль».

Совместимость с другими платформами — ключ, добавил Текос. «Простота использования, возможности сбора данных и универсальность по типам станков также важны. Наше ПО представляет данные с множественных перспектив и кладет их в три категории: частота, длительность и монетизация. Мы смотрим на корреляции между ними, по сути беря данные частоты и длительности, чтобы создать монетизированное представление операций».

Результаты некоторых клиентов 5ME впечатляют. После установки систем eLog от 5ME, завод Caterpillar в Ист-Пеории, штат Иллинойс, сократил среднюю длительность задержек вдвое и улучшил время в цикле станков на 30% по всем станкам, где был установлен Freedom eLog, что составило увеличение добавленной стоимости на 1,2 млн долларов. Компания сообщила, что электронные «фактические» данные были гораздо лучше, точнее и менее эмоциональны, чем бумажная система/ручной процесс, использовавшийся ранее.

Взгляд на уровне предприятия

MES-системы больше не являются автономными системами, отметил Стивен Браун, вице-президент, практика производства, Америка, Siemens PLM Software (Плано, штат Техас). «MES является частью взаимосвязанной корпоративной IT-инфраструктуры. Ценность MES теперь определяется тем, насколько хорошо MES-система интегрируется в общую цепочку создания стоимости, как вверх по течению к разработке продукта и производственной инженерии, так и вниз по течению к автоматизации», — сказал он.

«Клиенты хотят оцифровать всю цепочку создания стоимости, охватывая от проектирования продукта, через планирование производства, производственную инженерию, исполнение производства, а затем сервисы. Мы называем это Digital Enterprise», — сказал Браун. «Более конкретно, мы используем фразу Digital Twin. Мы помогаем нашим клиентам создать Digital Twin не только продукта, но и производственного процесса, и завода и производственного оборудования. Наши клиенты затем используют Digital Twin для полной симуляции продукта и его производственного процесса перед тем, как зафиксировать жесткие доллары на прототипы, оснастку и физические активы».

Эти факторы обеспечивают быструю инновацию, отметил он. «Это не просто управление производственными операциями. Это создание гибкого, отзывчивого и предсказуемого производственного процесса, способного реагировать на новые требования к продукту».

После ввода в производство и при связи с автоматизацией, клиенты Siemens могут принимать решения, используя данные в реальном времени с цеха, сказал Браун. «Примеры включают реальную доступность станка или время работы, которое может использоваться программным обеспечением производственного планирования для оптимизации расписаний, и проблемы качества, выявленные во время производства, которые могут быть переданы в близком к реальному времени в инженерию для распоряжения деталью, что особенно важно в авиации», — сказал Браун. «Наконец, наложите IoT и аналитику данных с Mindsphere, и мы закрываем цикл по Digital Enterprise».

Siemens управляет процессом инноваций и изменений с помощью Teamcenter PLM, создавая Digital Twin продукта и производственного процесса, сказал Браун. «Затем мы интегрируем с нашим портфелем MOM [управления производственными операциями], отправляя нужные данные о продукте, производстве и качестве на цех, а затем используем Mindsphere для IoT и аналитики больших данных для захвата as-built данных, возвращая инсайты обратно в проектирование продукта и процесса для непрерывного улучшения».

Подготовка к IIoT

Производители смотрят больше на использование Big Data и бума IoT/IIoT вместе с облачной мобильностью, сказал Эрик Грин, вице-президент Dassault Systèmes-Delmia. «Все это влияет на производителей сегодня, но пока нет определенного бизнес-кейса, они все еще на исследовательской стадии», — сказал он.

«С некоторыми технологиями, особенно вокруг IIoT и IoT, они все еще обнаруживают и понимают, какие возможности есть. Если подумать об IIoT, производители делали предшественников этого много лет», — заметил Грин. «IIoT предоставляет новое поколение, новую эволюцию. Но у нас есть клиенты, у которых есть единицы оборудования старше 20 лет, и эти новые технологии должны поддерживать существующие инвестиции в оборудование».

Ключ для производителей — найти, где и как они могут применить инновации, добавил он. «Как потребители, каждый из нас создает опыт, с автомобилями, которые мы водим, и смартфонами и умными приборами, которые у нас есть. То, что это делает, влияет на то, как компании выходят на рынок. Это заставляет этих производителей быть более эффективными или более инновационными».

Для разработчиков вроде Dassault цель — быстро и эффективно выводить на рынок новые захватывающие продукты, отметил он. «Если посмотреть на вывод новых продуктов на рынок, от проектирования продукта к производству и к потребителю, платформа инноваций требует способности быстро сотрудничать, чтобы вывести дизайн на рынок». Это выходит за рамки ERP, добавил он, в больше бизнес-платформу инноваций. Приложения вроде MOM, управления производственными операциями, которые берут продукт от дизайна через производство через 협업овый model-based подход, могут ускорить доставку запусков продуктов.

«Для нас как организации мы видим это как ключевой приоритет», — сказал Грин. «MOM — это более широкий набор возможностей, чем MES — вовлекающий множественные сайты, более широкий набор и объем, и более широкий контроль запасов. То, что вы видите, это разные организации расширили свой охват, чтобы включить MOM, и это связывается с инновациями, которые мы предлагаем».

Предоставление пользователю возможностей близко к реальному времени — ключевое преимущество. «Ценность там в том, что у нас глобальная видимость, если есть изменения, эти изменения могут быть распространены и ошибки устранены».

Программное обеспечение Delmia-Apriso обеспечивает цифровую непрерывность, от инженерии через все аспекты производства, сказал Грин. «Это способность использовать виртуальный мир для оптимизации разных сценариев, таких как модель микса», — сказал он. «Комбинируя модель реального исполнения и данные с виртуальным миром инженерии, мы используем симуляцию или оптимизацию для оценки влияния изменений на основе реальных заводских данных перед развертыванием изменений на заводе. Программное обеспечение Delmia Apriso помогает пользователям обеспечивать видимость и контроль глобальных операций для оптимизации исполнения по производству, запасам и качеству».

Портфель Siemens MOM включает MES, Качество, Продвинутое планирование и Manufacturing Intelligence. «Связанные с этими приложениями решения для проектирования и симуляции производственного завода, наш портфель Tecnomatix, и, конечно, IoT и аналитика данных с Mindsphere», — добавил Браун. «Мы берем инженерную спецификацию (eBOM), и трансформируем её в производственную спецификацию (mBOM), затем в bill of process. И здесь MES берет на себя управление».

«Мы создаем рабочие инструкции для каждого шага, включая шаги качества и инспекции, и можем затем отправить эти инструкции оператору, когда конкретная деталь представлена оператору на рабочей станции», — сказал Браун. Или мы можем отправить специфический код на роботизированную ячейку на основе детали, представленной этой ячейке. В мире массовой кастомизации, где размеры партий приближаются к единице, мы способны достичь циклов и затрат, исторически видимых только с жесткой автоматизацией и очень большими сериями».

Siemens также добавил новое приложение Automation Gateway для Simatic IT MES UAF 2.1, которое предлагает OPC-соединение и прямое соединение с контроллерами Siemens S7, сказал Браун. Приложение конфигурирует объекты узла автоматизации, составленные из свойств, соединенных с тегами системы автоматизации. «Automation Gateway включает сервис поддержания соединения с системами автоматизации, синхронизацию данных автоматизации», — сказал он. «Данные автоматизации выставлены для команды UA app на чтение и запись, и приложение может подписаться на события изменения данных автоматизации через управление сигналами».

Больше аналитики станков

По мере роста спроса на аналитику, появляется больше вариантов, таких как новые решения машинной аналитики, которые Rockwell Automation (Милуоки) анонсировала прошлой осенью на своей ярмарке Rockwell Automation Fair. Эти системы включали FactoryTalk Analytics for Devices от Rockwell и облачное приложение FactoryTalk for Machines для построителей оборудования, плюс системную и корпоративную аналитику.

Аналитика дополняет MES и ERP системы и помогает производителям использовать растущие данные, текущие от датчиков, подключенных через IIoT. «Люди продолжают говорить об Industry 4.0 и Smart Manufacturing», — сказал Тодд Монтпас, менеджер по бизнесу, Information Software, Rockwell Automation. «Чем они действительно заинтересованы, так это тем, имеет ли технология расширения к производительности станка, и что они действительно просят — это все эти возможности на уровне исполнения — мы должны убедиться, что у них есть процессы, которые работают».

Многие клиенты заинтересованы в облачных системах, добавил он, отмечая, что некоторые крупные клиенты проявляют интерес к облаку Microsoft Azure. «Что мы пытаемся сделать — это иметь очень масштабируемый подход, с масштабируемым исполнением, но встроенным в масштабируемую стратегию аналитики; устанавливая датчик на него, вы можете получить аналитику в реальном времени, которую вы делаете на уровне станка, и машинное обучение для предсказания сбоев».

На Hannover Messe, GE Digital (Бостон) в апреле представила свое новое решение MES Plant Applications, направленное на усиление своих предложений для гибридных производственных отраслей для высокоавтоматизированных производственных процессов. Эта новая версия предлагает клиентам новый пользовательский интерфейс, используя передовой UX-дизайн GE, чтобы лучше позволить операционному персоналу анализировать эффективность оборудования и выявлять корневые причины простоя.

«Одной из интересных вещей, которые я вижу сегодня, это то, что много клиентов ищут "готовность" к Industrial IoT», — сказал Мэттью Уэллс, вице-президент, Digital Product Management, GE Digital. «Это эволюционирует, но устанавливается в концепцию гибридного облака. Это MES с большой E [подчеркивающим исполнение]; они хотят держать это работающим on-premise. То, что предлагает Industrial IoT и облако — это способ дополнить это».

Время отклика и необходимость 99%-плюс надежности для производственных операций удерживали производителей от перехода в облако, отметил Уэллс. «Достаточно ли 99% надежности? Многие клиенты не примут этот риск для своих производственных заводов», — сказал он. «То, что облако действительно предоставляет — это способ погрузиться глубже в данные. В облаке вы можете хранить историю и делать машинное обучение. Когда у вас есть облако, вы можете получать доступ к большим объемам данных, и это увеличивает эффективность вашей аналитики».

Доступ к множественным терабайтам данных в любое время в облаке позволяет производителям полностью использовать Digital Twin, добавил Уэллс, который является ключевым привлечением IIoT. «Digital Twin — это набор аналитики, который по сути моделирует поведение станков, которые постоянно работают в фоне, подправляя данные», — сказал Уэллс. «Именно там начинается ценность Industrial IoT. Это растущий рынок, который быстро растет».