Come rendere efficiente la produzione integrando software MES, ERP e Industry 4.0

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ERP, MES e Industry 4.0 sono acronimi molto conosciuti, in particolare dagli stakeholder che si occupano di Gestione della Produzione.

Quello che ancora è poco chiaro ai più è come queste soluzioni possano integrarsi fra loro e con le tecnologie PLC/Scada da tempo inserite nei processi produttivi e protagoniste della 4^ Rivoluzione Industriale.

Il volano finanziario che ha innescato questo processo è stato il piano di incentivi del Piano Industria 4.0 e, successivamente di Impresa 4.0 e, nel 2020, modificato in Transizione 4.0 con strumenti particolarmente efficaci come il SUPERAMMORTAMENTO e il CREDITO D’IMPOSTA.

 

Il rapporto del Centro Studi di Confindustria su Industria 4.0

Il Rapporto Industria 2019 del Centro Studi di Confindustria, indica che le imprese manifatturiere hanno modernizzato i propri sistemi e impianti, attingendo all’86,3% degli investimenti  

Lo stesso rapporto definisce ancora meglio il concetto di manifattura 4.0, oggi caratterizzata da: 

  • Una maggiore disponibilità di dati per offrire prodotti e servizi sempre più mirati;
  • L’inserimento dell’AI – intelligenza artificiale per ottimizzare i processi e aumentare l’efficienza; 
  • Maggiore flessibilità nei processi produttivi per rispondere più velocemente alle richieste dei clienti;
  • Un miglior utilizzo delle risorse, in linea con gli obiettivi di sostenibilità e di sviluppo di un’economia green e circolare.

 

Quale ruolo ricoprono MES ed ERP nell’Industry 4.0?

Il Report 2019 dell’Osservatorio Industria del Politecnico di Milano, inserisce sia il MES che l’ERP insieme al consolidamento delle infrastrutture ICT, tra quei progetti presentati nell’ambito dei piani Industry 4.0 definiti più “tradizionali”, per un valore complessivo di 700 Milioni di €uro.

Le principali tecnologie abilitanti come cardini di tutti i progetti I4.0 quali, IoT, Cloud Manufactoring, Advanced Automation, Advanced Human Machine Interface e Additive Manufacturing, necessitano, per raggiungere la massima efficienza, di un sistema che consenta l’interconnessione tra Operational Technology e Information Technology.

Quasi sempre questo ruolo di interconnessione fra i vari sistemi, primo fra tutti l’ERP, è assunto dal MES (Manufacturing Execution System).

 

Il Manufacturing Execution System (MES) come HUB del sistema fabbrica 4.0

Che cos’è un software MES?

Anche se di MES ne abbiamo già parlato in un precedente articolo, vediamo prima di tutto di capire, in sintesi, di che cosa stiamo parlando, dopodiché andremo ad evidenziarne vantaggi e benefici nonché i punti di integrazione con gli altri sistemi presenti in fabbrica. 

 

Diminuire il lead time con un software MES ed un APS tramite la pianificazione e la schedulazione 

MES non vuol dire solo raccolta dati.

Ogni sistema MES moderno che si rispetti deve, in primo luogo, adattarsi alle varie esigenze produttive fornendo soluzioni verticalmente per ogni settore manifatturiero, dall’Agroalimentare al Metalmeccanico e Terzista, dalla produzione e assemblaggio di macchinari alla cantieristica adattandosi sia a tipologie di produzioni a commessa in serie o miste.

Il MES deve anche, in secondo luogo, fornire strumenti che, non solo permettano di conoscere la situazione della produzione in real-time ma, anche di pianificare e schedulare attività e risorse nel breve, medio e lungo termine.

Per fare questo il MES deve integrare o integrarsi a sistemi di APS (Advanced Planning & Scheduling System), meglio conosciuti come schedulatori di produzione.

Gli APS consentono, tramite algoritmi opportunamente parametrizzati in base alle esigenze produttive, di pianificare le risorse in base alle loro capacità produttiva, verificando in tempo reale la fattibilità di evasione di un ordine o di una commessa.

Questo calcolo, che compete di solito all’Ufficio Tempi e Metodi, può avvenire sia a capacità finita, cioè in base alle reali disponibilità di manodopera, macchine e reparti, che infinita, ovvero senza tenere conto delle reali capacità produttive.

Ovviamente l’APS, per fare questo necessita di diversi dati che provengono anche dal magazzino, e quindi dall’ERP, per conoscere la disponibilità della materia prima o del semilavorato.

 

I vantaggi nell’adottare un MES

I vantaggi che si ottengono dal connubio fra MES ed APS sono innegabili, e costituiscono un po’, lasciatecelo dire, il “sogno di ogni imprenditore o responsabile di produzione”, e sono:

  1. MAGGIOR CONTROLLO sull’INTERO CICLO PRODUTTIVO, con la possibilità di intervenire direttamente sui diagrammi di Gantt e ri-programmare la produzione in conseguenza di eventi imprevisti come, ad esempio un ordine urgente od un fermo macchina;
  2. MAGGIORE FLESSIBILITÀ nella personalizzazione dei criteri di schedulazione in base alle esigenze dettate da Lotti, Scorte Minime, Livelli di Urgenza…etc comunque costantemente aggiornabili; 
  3. RIDUZIONE del LEAD TIME ovvero del tempo di attraversamento dal momento del ricevimento dell’ordine a quello della sua evasione. 

Una considerazione però, anche se un po’ “provocatoria”, si deve fare.

“Troppo spesso si acquistano macchinari super-costosi e super-performanti con l’intento di abbassare i tempi di produzione di una singola fase quando, mediante un più efficace controllo, pianificazione e programmazione di macchine, manodopera e materiali, si potrebbe rendere più efficiente l’intero reparto produttivo e logistico, riducendo tempi e costi a livello generale.

 

I giusti indicatori di performace (KPI) per ottimizzare la produzione

Se c’è qualcosa che non manca in MES è sicuramente l’enorme mole di dati che abbiamo a disposizione.

Ma, come sempre quando c’è troppa abbondanza di dati, la difficoltà è estrapolare quelli che realmente ci servono per prendere le decisioni operative e strategiche.

Se i dati sono forniti in forma disaggregata e non ordinata in base ai parametri di giudizio che ci siamo posti, sono praticamente inutili.

Un MES veramente efficiente deve curare molto bene anche questo aspetto, fornendo dati statistici e indicatori di performance (KPI – Key Performance Indicator), parametrizzabili e dinamici, capaci di sintetizzare i dati più importanti, quelli che tutti i giorni servono a chi prende le decisioni.

 

Il KPI più utilizzato: l’OEE – Overall Equipment Effectiveness

In ambito manufatturiero uno degli indicatori più utilizzati è sicuramente l’OEE (Overall Equipment Effectiveness) 

L’Overall Equipment Effectiveness (OEE) misura l’efficacia totale di un impianto

È un indice espresso in punti percentuali che riassume in sé tre concetti molto importanti dal punto di vista della produzione manifatturiera: la disponibilità, l’efficienza e la qualità di un impianto.

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DISPONIBILITA’

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EFFICIENZA

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QUALITA’

L’OEE è utilizzato come strumento di misurazione nel TPM (Total Productive Maintenance) e nei programmi di Lean Manufacturing, dove riesce a fornire un’importante chiave di lettura dell’efficacia delle misure adottate fornendo al tempo stesso un supporto per la misurazione dell’efficienza.

Non è l’unico indicatore, ma è uno strumento molto importante per il COO (Chief Operating Officer), per il Responsabile di Produzione ma anche per chi lavora a bordo macchina che così possono subito intervenire in caso si verifichino scostamenti rispetto ai parametri ottimali impostati, che vengono segnalati con alert visivi. Questi alert, nei MES più avanzati e moderni, possono anche essere visibili da remoto su dispositivi mobile quali tablet e smartphone, utili per esempio in caso di turni non presidiati o di assenza temporanea.

 

Conoscere lo stato d’avanzamento delle commesse di lavorazione

Il software MES è nato proprio per questo, ovvero raccogliere i dati in produzione in tempo reale per controllare lo stato d’avanzamento dei processi produttivi.

Non che questo non si facesse già ma, prima dell’avvento dei software MES, era demandato agli operatori tramite sistemi manuali cartacei, ridondanti, imprecisi e mai in tempo reale, visto che, per essere letti ed interpretati, necessitavano di essere reinseriti successivamente in altri sistemi digitali come ERP o fogli Excel.

MES ed ERP: l’importante è che si parlino!

L’integrazione con il gestionale ERP, è una caratteristica fondamentale di un software MES. 

Anche se, in certi casi può godere di una certa autonomia, è quasi sempre l’ERP che alimenta il MES generando gli Ordini di Produzione/Lavoro (ODP o ODL), la Distinta Base (DB) con Ciclo e Fasi standard nonché materiali da utilizzare e fasi di lavorazione esterni (c/lavoro).

I dati vengono così inseriti una volta sola come, ad esempio, anagrafiche nuovi clienti, materiali ed ordini, per essere poi integrati dal MES con altri dati più operativi utilizzati dagli operatori stessi che devono avviare e concludere le fasi. 

Tutte le operazioni, chiamate in gergo di “bippatura”, sono facilitate da strumenti digitali in postazioni locate a bordo macchina o nei punti strategici dell’officina limitare gli spostamenti e consentire l’aggiornamento dei dati in real-time tramite letture di codici Bar-Code che durano pochi secondi.

Anche il prelievo dei materiali può avvenire in automatico se vengono collegati i sistemi di magazzino automatici al MES ed all’ERP.

Dopodiché sarà il MES stesso che, in completa autonomia, elabora tutta questa mole di dati, li raggruppa secondo i criteri prestabiliti dall’algoritmo, genera le reportistica di consuntivazione (KPI) e gli alert necessari ad evidenziare eventuali scostamenti e/o difformità, e trasmette infine solo i dati che servono all’ERP per le successive elaborazioni che porteranno poi all’evasione dell’ordine cliente ed alle elaborazioni contabili.

E qui emergono gli ulteriori vantaggi del MES in quanto ad accuratezza dei dati, automazione del processo di raccolta dati, incremento della produttività degli operatori e maggiore precisione nel determinare i costi di produzione e lo stato d’avanzamento.

Automazione dei processi di Industria 4.0

L’Industry 4.0 è stato il fattore trainante che ha spinto l’innovazione nelle aziende manifatturiere, in particolare nelle PMI Italiane, complice anche un piano di sostegni agli investimenti alimentato dal Governo.

Dire Industry 4.0 non vuol dire solo digitalizzare la fabbrica, ma fare in modo che tutti i sistemi, macchinari, software e infrastruttura ICT, comunichino fra loro e generino processi automatizzati.

Un nuovo termine è stato coniato oltreoceano, la Cyber Phisical Convergence, di cui il CNR fornisce questa definizione: 

“La Cyber Phisical Convergence è la pervasività dei dispositivi mobili con funzionalità di rete che facilitano la convergenza tra il mondo fisico e il mondo virtuale (Internet), in cui gli oggetti intelligenti e gli esseri umani interagiscono con il cyberspazio tramite sensori, e in generale tramite dispositivi mobili con capacità di calcolo e comunicazione, generando enormi volumi di dati che vengono scambiati tra i due mondi”

L’automazione dei processi, in sostanza, fa sì che la comunicazione sia bi-direzionale: dagli impianti produttivi verso il MES e viceversa. Ciò significa che, oltre a radunare i dati provenienti dalle macchine, come si è visto finora, il Manufacturing Execution System è in grado di inviare input per automatizzare attività come la configurazione dei setup, l’auto casualizzazione, l’indicazione (per esempio mediante dispositivi collegati in radiofrequenza) del tipo di lavorazioni da fare ecc. 

Con la differenza, rispetto al passato, di una loro maggiore accessibilità da parte delle PMI, che tendono ad affiancare le grandi aziende che tradizionalmente ne fanno uso da sempre (si vedano, a tal proposito, i case study della ricerca del Politecnico citata in apertura).

Un’accessibilità che gli deriva da modelli di rilascio a mano a mano più snelli, cloud-based in alternativa al classico on premise, e da una accresciuta esigenza di innovazione tra le piccole e medie imprese che operano nel manifatturiero.

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