Print

Systém MES, nebo systém správy dávek?

-- 17.03.15

Měla by aplikace využívat systém pro operativní řízení výroby (Manufacturing Execution System – MES), nebo postačí software pro správu dávek? Pomocí malé sestavy rozhodovacích míst můžete určit ty nejpoužívanější modely pro volbu nebo integraci systémů dávkového provádění ISA 88 a systémů řízení průmyslových operací (Manufacturing Operations Management – MOM). Při rozhodování si položte tyto otázky. Může vám v tom pomoci také Technická zpráva ISA 95 TR95.02 – Integrace pracovních toků ISA 88 a ISA 95.

Mnoho firem využívá systém pro operativní řízení výroby (Manufacturing Execution System – MES), systém pro správu dávek nebo jejich kombinaci. Rozhodování, které části procesu je lepší obsluhovat pomocí systému provádění dávek (Batch Execution System – BES) dle ISA 88 a které části lépe obslouží systém řízení průmyslových operací (Manufacturing Operations Management – MOM) dle ISA 95 nebo systém MES, může být složitou otázkou.

Zde definovanou metodiku a rozhodovací strom lze použít pro určení vhodného nástroje a implementaci architektury podle poměru akcí prováděných zařízeními a akcí prováděných manuálně.

Tato metodika vychází z prací použitých pro vypracování návrhu Technická zpráva ISA 95 TR95.02 – Integrace pracovních toků ISA 88 a ISA 95. Zabývá se skutečností, že typický systém MOM/MES se soustředí na manuální akce, zatímco systém BES je zaměřen na řízení zařízení. Ve zcela automatizovaném prostředí lze využívat dva odlišné systémy při využití silných stránek každého systému.

Nové řízení procesu

Mnoho firem má ve svých závodech ostrůvky automatizace, přičemž některé systémy využívají BES dle ISA 88, jiné zase „papírové“ procesy pro koordinaci automatizovaných zařízení, další systém MES/MOM dle ISA 95 a často jakoukoli jejich možnou kombinaci. Když přijde čas na rozšíření systému nebo přidání nových výrobních linek, vždy se objeví stejná otázka: Který systém budeme používat pro řízení nového výrobního procesu?

• Bude to systém MES, protože je nutno koordinovat mnoho manuálních akcí?

• Bude to systém BES, protože je nutno koordinovat mnoho automatizovaných zařízení?

• Bude to jejich kombinace?

• Co když bude nutno integrovat je se stávajícím automatizačním zařízením?

Obvyklé odpovědi budou vycházet spíše z vnitrofiremních zkušeností nebo zkušeností integrátora s variantou MES nebo BES než z pečlivého vyhodnocení výhod a nevýhod. Výběr té nejlepší varianty vyžaduje určité znalosti modelů MES a BES.

Modely pracovního toku

Hlavním modelem mnoha systémů MES a BES jsou pracovní toky. Pracovní toky poskytují podporu automatizovaného provádění pro standardní provozní postupy (Standard Operating Procedures – SOP), standardní pracovní instrukce a další výrobní postupy. Pracovní toky mohou být přizpůsobitelné nebo editovatelné či napevno naprogramované (jak je obvyklé u postupů vážení a výdeje).

Existují dva základní modely pracovních toků: orchestrovaný a choreografovaný. U orchestrovaného modelu obsahuje koordinovaný pracovní tok logiku pro stanovení sekvencí pracovních toků nižší úrovně. Pracovní toky nižší úrovně přímo neinteragují navzájem, ale pouze s koordinujícím pracovním tokem.

Mnoho obchodních systémů se řídí modelem orchestrovaného pracovního toku, protože zvyšuje modulárnost a opětovnou použitelnost služeb. Orchestrovaný model rovněž poskytuje jednotný pohled na koordinační pracovní toky a usnadňuje tak přehled o stavu práce a určování dalších kroků.

Přestože si tato centralizovaná koordinační služba vybírá určitou daň v podobě snížení výkonu, dopad je při relativně nízké rychlosti obchodních procesů obvykle nevýznamný. Největším problémem u orchestrovaného modelu je to, že se špatně škáluje na celé organizace. Orchestrované pracovní toky fungují nejlépe, když má úkol dobře definovaný rozsah, jako je provádění receptury dle ISA 88.

U choreografovaného modelu neexistuje celkový koordinační pracovní tok. Jakýkoli pracovní tok může spustit provádění jiného pracovního toku a čekat na odezvu nebo pokračovat asynchronně. Celkový proces pracovního toku je definován souborem pravidel implementovaných v jednotlivých pracovních tocích. Protože neexistuje jednotný pohled na pracovní toky, choreografovaný model neposkytuje jednoduchou cestu k získání přehledu o stavu práce a k určení dalších kroků.

Choreografované pracovní toky se používají v případě, že existuje velký rozsah práce, neexistuje jedna obecná spouštěcí podmínka nebo není zapotřebí celková koordinace. Choreografovaný model může zvládat rychlejší časy zpracování a je nejčastěji používaným modelem ve výrobních aplikacích a v internetových aplikacích komunikujících se zákazníkem. Obě tyto aplikace musejí zpracovávat tisíce interakcí za minutu a s minimálním zpožděním.

Systémy MES obvykle využívají choreografovaný model. Systém MES obvykle řídí manuální úkony spouštěné externími událostmi nebo jinými pracovními toky. Pracovní tok MES bude mít obvykle robustní logiku pro řešení výjimek a chyb.

Systémy BES, v souladu s modely ISA 88, využívají orchestrovaný model. Každá receptura je orchestračním pracovním tokem řídícím akce nižších úrovní (v normě ISA 88 označovaných jako fáze zařízení), a to orchestrovaným způsobem. Postupy na nižší úrovni jsou fázovou logikou implementovanou obvykle v modulech zařízení. Tento model dovoluje jednotný pohled na stav dávky a je určen pro opětovnou použitelnost fází zařízení nižší úrovně u různých receptur a napříč různým zařízením.

Receptury systému BES jsou specializovanými pracovními toky. Řídí se orchestrovaným modelem a jejich primárním účelem je řízení zařízení. Zařízení je možno řídit buď přímo k automatizovaným zařízením, nebo prostřednictvím příkazů operátorům k řízení zařízení.

Z důvodu zaměření na řízení zařízení dávkové systémy často implementují kontrolu režimu a stavu u pracovního toku. Režimy dovolují operátorům řídit provádění pracovního toku, nechat jej běžet v automatickém režimu, a to s krokováním v poloautomatickém režimu, nebo zcela manuálně bez automatizovaného krokování napříč pracovním tokem. Díky kontrole stavu je možno pracovní tok pozastavit, obnovit, zastavit a zrušit. Ne všechny systémy MES poskytují tuto schopnost řídit provádění svých pracovních toků prostřednictvím režimů a stavů.

Pracovní tok na nejvyšší úrovni?

Existuje typický vzor pro provozní pracovní toky, který je založen na jednoduchém rozhodnutí, což ukazuje obrázek 1. Jestliže systém obdrží procesní příkazy, které budou vyžadovat několik samostatných úkolů (dávek nebo výrobních sérií), nebo existuje-li nedokončená výroba (Work In Process – WIP), která je řízena na úrovni operací, pak existuje typický systém pracovního toku, který přijímá procesní příkazy, podporuje rozdělení každého procesního příkazu na úkoly, přiřazuje úkoly pracovním střediskům (procesní buňky, výrobní linky apod.) a sleduje WIP. V takovém případě zde existuje pracovní tok koordinující činnosti v pracovních střediscích. Pracovní tok na nejvyšší úrovni lze konfigurovat nebo jej lze dynamicky interpretovat v závislosti na zvoleném nástroji. Při rozhodování o použití systému MES nebo dávkového systému v každém pracovním středisku lze postupovat podle rozhodovacího stromu pro určení vhodného modelu, který se má použít.

V komplexním výrobním závodě mohou být použity různé modely pro různá pracovní střediska. Například zde může být dávkový model pro primární zpracování, manuální pracovní tok pro balení a kombinovaný model pro příjem materiálu a jeho přípravu.

Rozhodovací strom

Výběr toho nejlepšího řešení pro pracovní středisko lze provést pomocí rozhodovacího stromu, který je zachycen na obrázku 2.

Čtyři základní rozhodnutí:

1. Jaké procento základních akcí, které je nutno řídit, činí akce prováděné zařízeními?

Zahrnuje to akce zařízení, které mohou být prováděny manuálně (otevírání ventilů, spouštění motorů, nastavování parametrů zařízení, stanovování sekvence kroků zařízení).

• Existuje-li vysoké procento akcí prováděných zařízeními (například přes 75 %), pak je obvykle nejlepší volbou systém BES.

• Existuje-li velmi nízké procento akcí prováděných zařízeními (například méně než 10 %), pak je obvykle nejlepší volbou systém pracovního toku.

• V jiném případě je nutno o nejlepším řešení dále rozhodovat.

2. Probíhá primární koordinace prostřednictvím událostí zařízení, nebo manuálních událostí?

• Jestliže primární koordinace vychází z událost zařízení, jako je dokončení fází zařízení, pak je obvykle nejlepší volbou model č. 4.

• Jestliže primární koordinace vychází z manuálních událostí, pak je obvykle nejlepší volbou model č. 5.

3. Existuje stávající automatizační programový kód?

• Jestliže má být pro pracovní středisko napsán automatizační programový kód, je nejlepšívolbou model č. 1.

• V opačném případě nejlepší volba vyžaduje doplnění proxy fází pro zapouzdření řízenízařízení.

4. Používá se rozhraní k zařízení typu Pack ML?

• Používá-li se rozhraní k zařízení typu Pack ML, pak je obvykle nejlepší volbou model č. 2.

• V opačném případě je obvykle nejlepší volbou model č. 3.

Model č. 1

Model č. 1 je vhodnou volbou v případě, že procento akcí prováděných zařízeními je vysoké a pro automatizační zařízení aktuálně neexistuje programový kód. V tomto modelu je proces koordinován systémem provádění procedury. Systém provádění procedury komunikuje s fázemi zařízení dle ISA 88, definovanými pomocí vzorů standardu ISA 88 pro modul zařízení a řídicí modul. Interakce s operátory pro manuální činnosti může být přímá prostřednictvím systému provádění receptury využívajícího výzvy a reakce nebo prostřednictvím automatizačního zařízení využívajícího vyhrazené displeje, kontrolky a přepínače.

Model č. 2 s rozhraními PackML

Model č. 2 je vhodnou volbou v případě, že existuje vysoké procento akcí prováděných zařízeními, existuje-li stávající programový kód pro automatizační zařízení, a zařízení má rozhraní typu PackML (ISA 88 TR.02). U tohoto modelu jsou vytvořeny proxy fáze pro zapouzdření rozhraní PackML. Proxy fázemi jsou buď automatizační kód, nebo programový kód běžící v systému provádění receptur, které zajišťují, že rozhraní PackML vypadá stejně jako rozhraní fázové logiky (Phase Logic Interface – PLI) systému provádění receptur. Protože rozhraní PackML poskytuje standardní režim a stavový režim pro kontrolu zařízení a standardní způsob pro předávání parametrů a vracení výsledků, lze použít sadu standardních proxy fází pro rozhraní mezi systémem receptur a automatizačním zařízením.

Model č. 2 bez standardního modelu rozhraní

U tohoto modelu, protože zde neexistuje žádné rozhraní ke stávajícímu automatizačnímu zařízení, je nutno vytvořit zakázkové proxy fáze pro každé jednotlivé automatizační zařízení. Zakázková proxy fáze bude standardně implementovat fázový režim a stavový model dle ISA 88 a bude konvertovat příkazy receptur na ekvivalentní příkazy specifické pro dané zařízení.

Model č. 3, koordinace pracovního toku

Tento model se používá, jestliže existuje jen velmi malá míra rozhraní k automatizovaným zařízením a vysoké procento akcí, které přímo nesouvisejí s řízením zařízení. V této situaci je obvykle nejlepší volbou systém MES nebo MOM s konfigurovatelnými pracovní toky. Prováděcí pracovního toku zajistí přímou interakci s operátory a dalšími uživateli. Jakákoli požadovaná komunikace s automatizovaným zařízením bude prováděna případ od případu.

Model č. 4, koordinace receptury

Tento model se používá, když primární koordinace práce v pracovním středisku probíhá pomocí událostí zařízení. Události mají často formu dokončení fází nebo operací v rámci koordinační receptury. Na rozdíl od modelu č. 1 existují významné pracovní toky související s manuálními akcemi, které nelze snadno definovat pomocí orchestrovaného modelu pracovního toku receptury. V takové situaci se pro koordinaci manuálních akcí používají choreografované pracovní toky. V zásadě lze říci, že systém MES nebo MOM poskytuje službu pro systém receptur, pokud jde o manuální akce. Obvykle se vytvářejí proxy pro konverzi fázových příkazů receptur na příkazy pro spuštění malých pracovních toků v systému MES nebo MOM. V tomto modelu je zapotřebí stejné rozhodování, jak implementovat rozhraní receptury k zařízení, jako u modelů č. 1 a 2.

Model č. 5, koordinace pracovního toku

Tento model se používá, když primární koordinace práce v pracovním středisku probíhá pomocí manuálních událostí. Tento model se často používá také v případě kombinace akcí prováděných zařízeními a akcí neprováděných zařízeními. Celkový pracovní tok řídí systém MES nebo MOM a dávky jsou spouštěny z pracovního toku. Pracovní tok obvykle pokračuje po dokončení receptury, kdy systém MES přijme záznam o dávce a doplní jej k celkovému pracovnímu záznamu. V tomto modelu je zapotřebí stejné rozhodování, jak implementovat rozhraní receptury k zařízení, jako u modelů č. 1 a 2.

Budoucí, kombinované modely

Rozhodovací strom je nutný z důvodu historického rozdělení mezi choreografovanými pracovními toky, které jsou primárně určeny pro řešení manuálních interakcí u systémů MES/ MOM, a orchestračními pracovní toky řídicími se modelem ISA 88 u systémů provádění receptur. V budoucnu mohou existovat kombinované systémy dovolující oba modely pracovních toků – řízení zařízení pomocí režimových a stavových modelů dle ISA 88 a sofistikovaných schopností manuální interakce. Nicméně při zavádění těchto systémů v současnosti je užitečné mít malou sadu rozhodovacích bodů pro určení těch nejčastěji používaných modelů pro výběr nebo integraci systémů BES a MES/ MOM. ce

Dennis Brandl je prezident společnosti BR&L Consulting se sídlem v Cary v Severní Karolíně. Tato společnost je zaměřena na informační technologie ve výrobě. Upravil Mark T. Hoske, obsahový ředitel časopisu Control Engineering, mhoske@cfemedia.com.

Autor: Dennis Brandl, BR&L Consulting


Sponzorované odkazy

 
Aktuální vydání
Reklama

Navštivte rovněž

  •   Události  
  •   Katalog  

Události

Technical Computing Camp 2019
2019-09-05 - 2019-09-06
Místo: Hotel Fontána, Brněnská přehrada
Moderní technologie ve farmacii
2019-09-24 - 2019-09-24
Místo: Brno
Moderní technologie v potravinářství
2019-09-25 - 2019-09-25
Místo: Brno
Mezinárodní strojírenský veletrh 2019
2019-10-07 - 2019-10-11
Místo: Výstaviště Brno
MSV TOUR 2019
2019-10-07 - 2019-10-10
Místo: MSV, Brno

Katalog

EWWH, s. r. o.
EWWH, s. r. o.
Hornoměcholupská 68
102 00 Praha 10
tel. 734 823 339

BALLUFF CZ s.r.o.
BALLUFF CZ s.r.o.
Pelušková 1400
19800 Praha
tel. 724697790

B+R automatizace, spol. s r.o.
B+R automatizace, spol. s r.o.
Stránského 39
616 00 Brno
tel. +420 541 4203 -11

Schneider Electric CZ, s. r. o.
Schneider Electric CZ, s. r. o.
U Trezorky 921/2
158 00 Praha 5
tel. 00420737266673

COGNEX
COGNEX
Emmy-Noether-Str. 11
76131 Karlsruhe
tel. 720 981 181

všechny firmy
Reklama


Tematické newslettery




Anketa


Na internetu
V tištěných médiích
Na veletrzích a výstavách
Jinde

O nás   |   Reklama   |   Mapa stránek   |   Kontakt   |   Užitečné odkazy   |   Bezplatné zasílání   |   RSS   |   
Copyright © 2007-2019 Trade Media International s. r. o.
Navštivte naše další stránky
Trade Media International s. r. o. Trade Media International s. r. o. - Remote Marketing Továrna - vše o průmyslu Control Engineering Česko Řízení a údržba průmyslového podniku Inteligentní budovy Almanach produkce – katalog firem a produktů pro průmysl Konference TMI