Manufacturing Execution is puzzelwerk
Op elk softwareproduct dat productieprocessen aanstuurt of registreert wordt al snel het label manufacturing execution system (MES) geplakt. Dit verhult, dat het meestal om een deeloplossing gaat.
Een MES-implementatie lijkt op het leggen van een puzzel tussen de Enterprise Resource Planning (ERP) en het Proces Control Systeem (PCS). Verticale integratie van de puzzelstukjes is daarbij nog steeds het grootste probleem.
Tussen de logistiek/administratieve automatisering, de Enterprise Resource Planning (ERP), en het Process Control System (PCS) ligt een middenlaag. Dit niveau wordt aangeduid met de term Manufacturing Execution System oftewel MES, zie het kader hieronder.
Om bedrijfsprocessen flexibeler te maken, zodat sneller op (markt)veranderingen kan worden gereageerd, is het noodzakelijk dat er snel informatie kan worden uitgewisseld tussen de software op het business-niveau (ERP) en de ICT-ondersteuning op de werkvloer. Het manufacturing execution systeem (MES) verzorgt deze vertaalslag. Op deze webpagina wordt uitgelegd wat een MES is, wat je ermee kunt bereiken en wat de problemen zijn rond de invoering van zo'n systeem.
Bij ERP ligt het accent op de klant. Hier wordt bijgehouden welke orders er zijn en in hoeverre die zijn afgehandeld. Het PCS concentreert zich vooral op het productieproces. Het handhaaft bijvoorbeeld de juiste procescondities zoals temperaturen en drukken.
Het MES neemt een tussenpositie in, omdat het zich focust op het product zélf. Op MES-niveau wordt beslist en bijgehouden hoe de producten worden gemaakt (volgens welk recept), in welke volgorde (volgens welk schedule), en met welke materialen (tracking en tracing).
In tegenstelling tot ERP en PCS bestaat er voor MES geen duidelijke definitie. Consultancies zoals AMR en Gartner spreken van ‘het management rondom de creatie van producten’. Zelf hanteer ik het liefst als definitie ‘een systeem dat de activiteit op de werkvloer regisseert en registreert’.
Het nieuwe van MES volgt niet direct uit de benaming zelf. Immers, welk bedrijf kan zonder manufacturing execution? Wel nieuw is de integrale automatisering van het gebied tussen ERP en PCS. Hier worden delen van de productieadministratie momenteel nog met pen en papier gedaan en soms worden gegevens met de hand overgetikt. Automatisering van het genoemde gebied kan er voor zorgen dat er flexibeler, efficiënter en ‘gedocumenteerd’ wordt geproduceerd.
De potentiële voordelen van een MES werden het eerste herkend door stuksgewijs producerende industrieën zoals computer- en kledingfabrikanten. De flexibiliteit van een MES maakt het mogelijk om producten op bestelling te maken. Klanten kunnen bijvoorbeeld hun eigen spijkerbroek ‘ontwerpen’.
Zo’n klant-order gestuurde productie is in de chemie nog ongewoon, maar daar komt langzaam verandering in. De voedingsmiddelenindustrie loopt voorop. Met efficiënt consumer response wordt in deze sector bedoeld dat het productieproces wordt afgestemd op datgene wat de klant in de supermarkt koopt.
Regie & registratie
Regie-functies van een MES die op deze behoefte aansluiten zijn scheduling, receptuurbeheer en onderhoudsplanning. Met name de laatste twee worden in de chemische industrie steeds belangrijker. Klanten willen bijvoorbeeld een kunststof die speciaal voor hen wordt samengesteld.
Brede invoering van een registratiefunctie zoals tracking & tracing (het bijhouden wanneer en met welke ingrediënten producten zijn gemaakt) kan in de voedingsmiddelenindustrie de impact van zoiets als het dioxine-kipschandaal drastisch beperken. In de farmaceutische industrie maakt tracking & tracing het mogelijk om te voldoen aan de strenge (FDA-)registratieregels. De chemische procesindustrie kan met zo’n systeem milieubelastende activiteiten, zoals lozingen van afvalwater en de uitstoot van CO2, vastleggen.
Na de introductie van de term MES door de in 1992 opgerichte Amerikaanse handelsorganisatie MESA hebben softwareleveranciers diverse bestaande producten onder deze noemer geschaard.
Bijvoorbeeld schedulingpakketten, onderhoudsinformatiesystemen en laboratorium informatie management systemen (LIMS), zie figuur 1. Gezien de brede en betrekkelijk vage definitie van MES was dit niet zo moeilijk.
.
Figuur 1: De MES-laag omvat alle software die de werkvloeractiviteit regisseert en registreert. Voor MES is geen standaardoplossing beschikbaar, er bestaan zowel MES-suites die sterk zijn in horizontale integratie als deeloplossingen. Modules die zijn ontwikkeld door ERP- en PCS-leveranciers sluiten meestal goed aan op hun eigen producten. De grootste bottleneck: verticale integratie.
Integratie cruciaal
De implementatie van één of meerdere van de genoemde pakketten is an sich niet voldoende om van een MES te kunnen spreken. Verticale en/of horizontale integratie met de overige software is cruciaal. Een MES kan als het goed is meer dan de som der delen.
PCS-leveranciers zoals ABB, Honeywell, Siemens, GE Fanuc, Wonderware en Intellution hebben pakketten met MES-functionaliteit opgekocht of eigen modules ontwikkeld. Die sluiten goed aan op hun DCS- en SCADA-systemen, en breiden de functionaliteit daarvan ‘naar boven’ toe uit (zie de pijlen in de figuur). Het accent bij de PCS-MES modules ligt op batch(receptuur)beheer, data-acquisitie en tracking & tracing.
Ook leveranciers zoals SAP en Oracle proberen een graantje van de MES-markt mee te pikken. Dit doen zij door software op te kopen en/of te ontwikkelen die ‘neerwaarts’ aansluit op hun ERP-systemen. Hierbij gaat het vooral om schedulingsoftware, onderhoudsinformatiesystemen en soms ook LIMS.
MES wordt IPS
Een derde groep vormen de ‘onafhankelijke’ MES-leveranciers. Het belangrijkst voor de procesindustrie is AspenTech, een bedrijf dat MES-modules heeft ontwikkeld uitgaande van simulatiesoftware voor petrochemische processen. Leveranciers die zich respectievelijk op de fijnchemie en farmaceutische industrie richten zijn Compex en Propack Data.
De groep ‘onafhankelijken’ is rap slinkende. Kenneth Brant, research director bij de Gartner Group geeft daarvoor de volgende verklaring: ‘Bij de MES-leveranciers zaten van het begin af aan geen potentiële marktleiders zoals SAP en Oracle bij ERP. Bovendien is de definitie van MES vaag, zodat men moeite had de voordelen van zo’n systeem hard te maken. Een uitzondering daarop vormden wellicht de pakketten die farmaceutische bedrijven helpen te voldoen aan overheidsreglementen. Toch worden zelfs deze leveranciers momenteel opgekocht door PCS-leveranciers. POMS ging bijvoorbeeld naar Honeywell en BaseTen viel ten prooi aan ABB. De PCS-leveranciers breiden zo hun systemen uit, zodat ze een bredere en groeiende markt kunnen bedienen’.
De Gartner Group verwacht voor de procesindustrie dat in 2004 de MES-laag geheel zal zijn geïntegreerd met de PCS-laag. Leveranciers zoals Honeywell, Invensys, ABB en AspenTech zullen dan geïntegreerde productie systemen (IPS) aanbieden, die zijn toegerust op samenwerking tussen bedrijven (collaborative commerce).
Concept
Voorlopig staat MES echter nog meer voor een concept dan voor een product. Meestal zijn daarom meerdere softwarepakketten of modules nodig om tot een goede oplossing te komen. Welke software het beste past hangt af van het bedrijfstype, en van de software die al op ERP- en PCS-niveau wordt gebruikt. Een gangbare methode om inzicht te verkrijgen in de (on)mogelijkheden van een MES, is het vastleggen van zowel de huidige als de gewenste automatiseringsondersteuning rondom de business-processen, in de vorm van schema’s.
‘Vaak blijkt dan, dat veel informatie al in digitale vorm voor handen is. Het is dan niet nodig om een omvangrijke MES-implementatie uit te voeren. Veel beter is het om de beschikbare informatie efficiënter te gaan gebruiken’, vindt Kenneth Brant. In ieder geval moeten er altijd toetsbare criteria worden geformuleerd waaraan het MES-eindresultaat dient te voldoen.
MES-modules van één leverancier sluiten meestal goed op elkaar aan, zodat de horizontale integratie binnen de MES-laag goed is verzorgd. Veel moeilijker is echter om de MES-laag goed op de ERP- en de PCS-laag te laten aansluiten.
Ook bij het gebruik van MES-modules van ERP- en PCS-leveranciers is verticale integratie een probleem, vooral als dit de grenzen van hun eigen productenpakket overschrijdt. Een geducht obstakel vormt de kloof tussen de transactie-georiënteerde (ERP) en real-time (PCS) besturingssystemen. Omdat een koppeling tussen ERP en PCS de stabiliteit van het real-time proces control systeem in gevaar kan brengen, is dit in de risicovolle procesindustrie nog niet gangbaar. Bijkomende bedreigingen zijn internetvirussen, hackers, of een operator die door het grotere informatieaanbod het zicht op het primaire productieproces verliest.
Bottlenecks
De meeste bottlenecks bij het opzetten van een MES (zie figuur 1) houden verband met de problemen rond verticale integratie. Een goed voorbeeld is de koppeling van scheduling en receptuurbeheer. Een schedulingspakket bepaalt wel de volgorde waarin de producten worden gemaakt, maar niet volgens welk recept en met welke apparatuur. Die laatste zaken kunnen wel worden verzorgd met software voor batch-receptuurbeheer. In de procesindustrie is het aantal producten vaak relatief gering, maar variëren de producten wel qua samenstelling. In dat geval wordt meestal afgezien van geautomatiseerd schedulen, en wordt dus alleen een batchpakket gebruikt.
Een manier om verticale integratieproblemen te omzeilen is de ERP/PCS-kloof niet te dichten, maar eenvoudig naar boven of beneden op te schuiven. Bij veel succesvolle MES-systemen ligt het accent daarom op integratie met ERP óf op integratie met het PCS. Er zijn dan dus twee sterk vervlochten automatiseringslagen (ERP+MES of MES+PCS), terwijl de derde laag slechts een ondergeschikte rol vervult.
Het grootste deel van de polymeerfabrieken van DSM te Geleen werkt bijvoorbeeld met MES-modules van AspenTech, die zijn gekoppeld aan PCS-en van Honeywell en Fisher-Rosemount. Receptuurbeheer, advanced procescontrol en tracking en tracing vinden geheel in de MES-laag plaats. Interactie met het ERP van SAP treedt slechts sporadisch op. Bovendien is er in dat geval alleen data-overdracht van de MES-laag naar ERP, niet andersom.
AlDel
Eén van de weinige Nederlandse chemische bedrijven die wel met een volledig verticaal geïntegreerd automatiseringssysteem werkt is Aluminium Delfzijl. Aldel maakt metalen plakken en perspalen. Het hoofdbestanddeel daarvan is aluminium, maar afhankelijk van de beoogde toepassing worden tot 20 andere elementen bijgemengd. Vroeger werden productieorders via computeruitdraaien naar de werkvloer overgebracht en werden de recepturen vervolgens handmatig ingevoerd in de procesbesturingssystemen. Dankzij de verticale integratie verloopt dit nu vrijwel automatisch, zie figuur 2.
Bovendien wordt de procesvoortgang geregistreerd en teruggekoppeld naar het ERP-pakket SAP R/3. Het Middlewarepakket VisualFlow fungeert als intelligente interface naar het MES, dat geheel door Aldel zelf werd ontworpen binnen een Oracle-database. VisualFlow vertaalt SAP-documenten (blauw) naar Oracle-documenten (paars) en vice versa.
Planningsgegevens worden vanuit SAP verstuurd naar de database, en daar aangevuld met recepten voor het mengen en afwerken van de metalen. Weegdata, analysegegevens, de geregistreerde bewerkingstijden en het stookgasverbruik worden teruggekoppeld naar SAP.
Wat opvalt in het drie-laags systeem van AlDel, is dat er op elk niveau data worden gebufferd. Zelfs als de twee bovenste twee lagen - SAP en Oracle - gelijktijdig instorten, kan er nog enige tijd worden doorgewerkt.
Figuur 3: Net als voor MES bestaat er ook voor execution buiten de bedrijfsmuren nog geen éénduidige en geïntegreerde oplossing in de vorm van een standaardpakket.
CRM
Voor bedrijven die hun MES-legpuzzel hebben opgelost, doemt inmiddels een nieuwe opgave op. Net als voor MES, de manufacturing execution binnen de bedrijfsmuren, bestaat er ook voor de manufacturing execution buiten de bedrijfsmuren geen éénduidige oplossing in de vorm van een standaardpakket.
Een opvallende overeenkomst tussen MES en customer relation management (CRM) is, dat inmiddels een groot aantal bestaande pakketten onder het nieuwe label wordt vermarkt. Opnieuw gaat het hier slechts om deeloplossingen, want zaken als ketenbeheer, multi-plantplanning, e-business en customer relation management (CRM) kunnen niet los van elkaar worden gezien, zie figuur 3. Horizontale integratie zal ook hier de efficiëntie verbeteren.
Verwijzen naar dit artikel op internet?
Gebruik als link: https://www.procesverbeteren.nl/flexibilisering/MES/MES_intro.php
