Il MES, acronimo di Manufacturing Execution System, è uno strumento indispensabile sia per chi opera nei settori regolamentati (food e farmaceutico, per esempio) ed è quindi soggetto a rigorosi obblighi di tracciabilità e conformità normativa sia per le aziende di tutti gli altri settori che stanno adottando sistemi di automazione sempre più pervasivi. Il MES consente di conoscere in tempo reale la situazione della produzione, fornendo così una visione completa della linea e delle sue prestazioni. Inoltre, può essere utilizzato per analizzare i dati raccolti per prevedere gli eventi futuri e progettare prodotti di qualità.
Grazie al MES è possibile ottenere una maggiore efficienza e ridurre i costi per l’organizzazione, migliorando anche la soddisfazione dei clienti. Inoltre, il MES consente di tracciare e monitorare le scorte in modo più efficiente, rendendo facilmente rintracciabili i prodotti finiti o difettosi.
Un rapporto di Transparency Market Research, stima che il mercato globale dei sistemi MES genererà ricavi pari a 18,06 miliardi di dollari entro la fine del 2025.
Vediamo di fare chiarezza su come funziona questa piattaforma software, quali sono le principali caratteristiche, perché dotarsi di un MES e qual è il valore aggiunto che ne deriva, partendo da che cos’è il MES.
Indice degli argomenti
Che cosa si intende con MES, Manufacturing Execution System
Con l’acronimo MES si indicano i sistemi informatici che permettono la gestione, il monitoraggio e l’ottimizzazione della produzione di un’azienda in modo automatizzato e integrato.
Si tratta di uno strumento con il quale viene garantita operatività al personale di linea e, contemporaneamente, visibilità al management sul rendimento dei reparti produttivi e sui costi di produzione, in riferimento ai tempi e alla quantità.
In effetti, la sua principale funzione è quella di registrare e distribuire i dati provenienti dall’impianto – costi di produzione, consumi, condizioni delle machine – per fornire informazioni in tempo reale sui processi di produzione e per questo viene collegato in rete ed integrato ad attrezzature e macchinari.
Il MES è in grado di dialogare con il sistema SCADA Supervisory Control and Data Acquisition, che acquisisce i dati dai sensori nelle macchine, con il PLM – Product Lifecycle Management – il software che gestisce il ciclo di vita del prodotto e con l’ERP – Enterprise Resource Planning – il software che raccoglie e rende fruibili informazioni di tipo gestionali.
I MES si differenziano tra loro per la possibilità di customizzazione in base alle esigenze produttive del cliente e per la capacità di integrazione con altri sistemi.
Come funziona un sistema MES
Sapere dove si colloca il MES rispetto agli altri sistemi con cui interagisce permette anche di comprenderne il funzionamento.
Tradizionalmente, si posiziona infatti tra il livello decisionale e quello di produzione, fungendo da livello di collegamento tra i reparti di produzione e il management aziendale.
Favorisce la comunicazione tra i sistemi ERP e gli SCADA e i PLC che controllano le macchine per far sì che i processi produttivi e logistici vengano costantemente ottimizzati con il controllo della disponibilità delle risorse coinvolte nel processo manifatturiero e della qualità di quanto realmente prodotto.
Una prerogativa essenziale per il funzionamento del MES è creare un sistema che consenta a tutti i dispositivi di comunicare tra loro, in modo che tutte le operazioni siano collegate ai sistemi IT.
Soltanto così verrà garantita quell’interoperabilità che consente di raccogliere grandi quantità di dati grazie ai quali i manager potranno avere una visione complessiva di tutto l’impianto produttivo, e incrociando le informazioni, evitare errori di produzione e stoccaggio.
Dove opera un sistema MES
I MES operano su più aree funzionali. Oltre ad esercitare un monitoraggio in tempo reale delle specifiche e dei tempi del prodotto, degli operatori e delle macchine coinvolte nel processo produttivo.
Questi sistemi consentono, infatti, anche il tracciamento dei componenti e la conservazione di tutti i dati relativi a un processo produttivo. Motivo per il quale sono particolarmente vantaggiosi per le aziende dei settori regolamentati come l’industria farmaceutica, alimentari e bevande, dispositivi medici, aeronautica e aerospaziale, difesa e biotecnologie, che sono soggette a obblighi rigorosi di tracciabilità, e la gestione della qualità e la reportistica relativa a tempistiche, costi, qualità.
Grazie all’introduzione dei sistemi MES, le aziende sono in grado di gestire eventuali imprevisti in tempo reale, mentre è in corso la produzione, esercitando sempre il massimo controllo sulla qualità.
Caratteristiche principali di un sistema MES
Scegliere il programma più adatto ai propri processi produttivi – e quali caratteristiche debba avere per efficientarli al meglio – può risultare difficile, dati i molti software sviluppati nel corso degli anni e la disponibilità di molteplici soluzioni altamente scalabili capaci di adattarsi a qualsiasi esigenza.
Bisogna infatti ricordare che nel 1997 MESA, la Manufacturing Enterprise Solutions Association International, ha identificato 11 funzioni principali del MES.
Il modello MESA-11 si è evoluto nel tempo conservando tuttavia le funzioni originarie.
Queste funzioni riguardano:
- l’allocazione e lo stato delle risorse,
- la programmazione dettagliata,
- il dispatching di unità di produzione,
- il controllo dei documenti,
- la raccolta e acquisizione dati,
- la gestione della manodopera, della qualità, dei processi e della manutenzione,
- il tracciamento e la genealogia dei prodotti
- l’analisi delle prestazioni.
Oggi per individuare il MES ideale, oltre a queste funzioni, è bene considerare in primo luogo la dimensione aziendale, fattore discriminante per eccellenza, e valutare i seguenti parametri:
- completezza ed estensione funzionale;
- facilità di integrazione con i propri sistemi informativi: è necessario optare per il software più flessibile, capace di assolvere alla sua funzione di ‘raccordo’ tra funzioni, consentendo la più vasta capacità di integrazione possibile con i software ERP e con gli altri sistemi presenti in azienda;
- configurabilità e user–friendly: essendo usati da molte figure aziendali, devono avere una HMI intuitiva perché possano essere accessibili sia per gli operatori sul campo che per il management.
- modularità della struttura: scegliere una soluzione scalabile in funzione delle proprie esigenze consente di avere un sistema ad hoc che si adatta perfettamente e si modifica in funzione del tipo di business su cui va ad operare;
- capacità di interconnessione e dialogo con le macchine;
- funzionalità trasversali: l’efficienza di un software MES si misura in base alla sua trasversalità, cioè capacità di integrare in un unico sistema tutte le funzionalità più importanti, comprese quelle di piccole imprese con attività non standardizzate e quelle degli altri sistemi informatici presenti.
Cosa fa il MES nel processo di produzione
Una soluzione di esecuzione della produzione consente di supportare tutte le fasi esecutive del processo di produzione, garantendone in tempo reale il pieno controllo, e permettendo di pianificare la produzione sia nel lungo che nel breve periodo.
La raccolta dati, alla base della gestione e ottimizzazione di ogni ciclo produttivo, deve riguardare e coinvolgere tutta la catena di approvvigionamento del prodotto, dal fornitore al cliente.
- Il primo anello della supply chain – l’approvvigionamento – interessa dati di inventario, di previsione della domanda e dei livelli di fornitura e di dettaglio sui processi.
- Il secondo, relativo alla produzione, deve fornire informazioni su quanti pezzi vengono prodotti, in quanto tempo, con quali costi e qualità, quindi sui volumi di prodotto, il personale, e lo stato dei macchinari.
- L’anello che riguarda la distribuzione riguarda in quanto tempo e come il prodotto arriva al cliente.
L’elaborazione in tempo reale di tutti questi dati, e il loro incrocio con lo storico, restituisce informazioni di supporto alle decisioni dei diversi reparti aziendali.
Tutte le attività di monitoraggio, gestione e verifica di tutte le fasi dei processi produttivi aziendali afferiscono al controllo di produzione.
Dall’elaborazione di tutti i dati acquisiti dai sensori applicati sulle linee di produzione e sui macchinari e dalle soluzioni IIoT presenti in azienda, deriva il monitoraggio in tempo reale dei flussi produttivi.
Attraverso, ad esempio, i sistemi RFID – Radio Frequency IDentification, versione moderna dei vecchi codici a barre, posti sui materiali e sugli ordini di lavorazione, si ottiene un tracciamento accurato di tutta la filiera produttiva.
Sulla base dei KPI – Key Performance Indicator – gli indicatori chiave di prestazione che il MES integra al proprio interno, il controllo di produzione prevede una accurata misura dei costi, il controllo dei carichi di lavoro, l’efficienza dei reparti produttivi e il monitoraggio degli stati di avanzamento. Il monitoraggio di specifici KPIs di produzione permette di valutarne efficienza, redditività ed eventuali colli di bottiglia e/o interruzioni. Tutte queste informazioni consentono una visione completa dei processi e una loro ottimizzazione.
Infine, il modulo all’interno del MES preposto al controllo della qualità, attraverso il monitoraggio di tutto il ciclo produttivi e il rilevamento di eventuali non conformità, stabilisce la qualità del prodotto e dei processi che regolano il suo ciclo di vita. In particolare, grazie al monitoraggio delle macchine di produzione, dai dati macchina, è possibile gestire la manutenzione preventiva e straordinaria e pianificare i controlli di qualità, a garanzia della tracciabilità del prodotto e a beneficio del risultato finale di efficienza.
Le differenze tra ERP e MES
Sostanzialmente la principale differenza tra le tecnologie ERP – Enterprise Resource Planning e MES – Manufacturing Execution System, sta nella loro applicazione.
Mentre i software ERP, identificati spesso come “gestionali”, si applicano al reparto amministrativo, i MES, gestendo e controllando la produzione, vengono applicati al reparto produttivo. Nonostante i diversi ambiti applicativi, una soluzione non esclude l’altra. Solo affidandosi ad entrambe è possibile ottenere quella chiarezza operativa che né l’uno né l’altro sistema è in grado di assicurare da solo. Oggi più che mai, quindi, è l’integrazione delle due soluzioni digitali a consentire di migliorare le performance aziendali e produttive.
Letteralmente ERP significa “pianificazione delle risorse d’impresa”: si tratta dunque di sistemi integrati e modulari che gestiscono in modo sinergico tutti i processi aziendali, coprendo tutte le aree che possono essere automatizzate e/o monitorate all’interno di un’azienda e consentendo di operare in un contesto unico e uniforme. Nelle versioni più attuali, integrano tecnologie di comunicazione che consentono il dialogo in tempo reale con la propria filiera produttiva, quindi anche con i sistemi MES, nell’ottica di una visione d’impresa sempre più tesa a costituire un sistema aperto e profondamente integrato con il mondo esterno.
I sistemi di esecuzione della produzione si concentrano invece sulla gestione e il monitoraggio delle operazioni di produzione e sulla rendicontazione delle attività svolte sulle linee di produzione in tempo reale.
Il MES, anello di congiunzione tra il mondo delle Operational Technologies (OT), focalizzato sui processi di produzione e sull’automazione di processo, e il mondo delle Information Technologies (IT), è caratterizzato da flussi di informazioni, database e anagrafiche di business propri dei sistemi ERP. All’interno della fabbrica 4.0, il MES assume un ruolo centrale, diventando lo snodo di smistamento delle informazioni raccolte sia sul campo che dal sistema ERP.
SAP è un sistema MES?
Spesso, parlando di ERP, si fa riferimento al SAP, ma c’è una differenza tra i due concetti. Con ERP, infatti, si intende il nome generico di un qualsiasi sistema di pianificazione delle risorse aziendali, indipendentemente dal marchio; SAP, invece, è un ERP specifico, anzi uno dei più conosciuti, sebbene non sia l’unico.
SAP è il software gestionale sviluppato dall’omonima azienda tedesca. Nasce creato nel 1972 ed è oggi il sistema principale nel settore dei software ERP perché altamente personalizzabile, inclusivo, open source e semplice nel funzionamento.
Verrebbe a questo punto naturale dire che, essendo un ERP, SAP non è un MES. In realtà il sistema sviluppato da SAP include anche un modulo dedicato alla Manufactuirng Execution SAP ME è quindi il MES di SAP, un sistema che garantisce il controllo sulle operazioni di manufacturing, la corretta esecuzione delle operazioni, la tracciabilità di tutti i componenti, la riduzione dei tempi ciclo di quelli di inventario, consentendo una visione operativa globale attraverso informazioni acquisite in tempo reale con soluzioni IoT.
I vantaggi dell’implementazione di un sistema MES
I vantaggi più significativi dell’implementazione del MES derivano dall’automatizzazione, l’interconnessione e l’organizzazione che il sistema consente. Il software MES, infatti, automatizza le azioni di routine dell’azienda, permettendo di rispondere alla richiesta di maggiore flessibilità dei mercati; interconnette le macchine e ricevere dalle stesse informazioni necessarie per gestire e controllare in tempo reale il reparto produttivo, permettendo al board aziendale di individuare all’istante le inefficienze e di risolverle in tempi brevi; organizza le attività di produzione, dall’arrivo dell’ordine all’attivazione delle macchine.
Implementando una soluzione software MES si può gestire e controllare il reparto produttivo e disporre di una reportistica, fondamentale per determinare nel tempo lo stato di avanzamento e lo stato di salute della fabbrica.
I benefici si estendono anche al lead time di produzione che viene ridotto grazie alle informazioni digitalizzate provenienti dagli asset di fabbrica; questo comporta ulteriori vantaggi in termini di consegne più rapide al cliente, riduzione dei livelli di inventario, aumento della produttività e della flessibilità, reattività della supply chain e riduzione dei costi di produzione.
Comunicando con sistemi terzi quali ERP, WMS o altri e trasmettendo informazioni sulle quantità effettivamente prodotte e le reali movimentazioni dei materiali, il MES riduce gli stoccaggi di magazzino e la consistenza dei beni immobilizzati, ottimizzando la gestione delle scorte.
Si riducono significativamente, grazie all’integrazione fra il dato di produzione che proviene da diverse fonti e il sistema ERP, anche i tempi di consuntivazione.
La gestione della manutenzione riduce i fermi macchina per guasti imprevisti e consente di eseguire attività di manutenzione preventiva e/o predittiva, con significativi vantaggi in termini di riduzione dei costi, incremento dell’efficienza operativa e ottimizzazione del ciclo di vita delle risorse aziendali.
Disporre di informazioni in tempo reale e di uno strumento con il quale gestire gli imprevisti, consente di gestire le cosiddette 3V – Visibility, Velocity e Variability, vero scopo del Supply Chain Management secondo l’Associazione per il Supply Chain Management (ASCM): con un quadro informativo dettagliato e tempestivo, il MES permette di incrementare la Visibility, reagire tempestivamente agli imprevisti, migliorando la Velocity, e ridurre la Variability, ovvero la variabilità dei processi.
Inoltre, grazie all’acquisizione dei dati di processo dagli impianti, il MES assicura la qualità della produzione, consente la tracciabilità dei lotti in ingresso e uscita dai vari processi produttivi, permette di verificare la conformità e di certificare la bontà dei prodotti realizzati, riducendo i casi di contestazione sul prodotto da parte dei clienti e abilitando un processo di miglioramento continuo.
Infine, grazie all’accuratezza dei dati raccolti per il controllo di gestione, è possibile fare un’analisi precisa dei costi effettivi di produzione e della marginalità per prodotto, sia per cliente che per linea di mercato.
Recenti innovazioni nei Manufacturing Execution Systems
Le sfide che le aziende sono chiamate ad affrontare sono legate all’aumento della produttività, il miglioramento della qualità, l’implementazione della tracciabilità e la velocizzazione e flessibilità della produzione. Sfide note, che oggi richiedono una costante intensificazione, e sfide nuove legate alla mutevolezza dei mercati globalizzati a cui si risponde con l’ottimizzazione dei processi e l’aiuto di tecnologie innovative e di sistemi quali i MES, che pur evolvendosi nel tempo, costituiscono da sempre la “spina dorsale” della gestione dell’azienda.
Le più recenti innovazioni nel settore dei sistemi MES portano a soluzioni software sempre più flessibili e scalabili per venire incontro alle moderne esigenze del settore manifatturiero che, sotto la spinta delle tecnologie avanzate, necessita di un sistema di esecuzione della produzione snello ed efficace, capace di espandersi in modo flessibile, in grado di dialogare, senza barriere o rallentamenti, con tutti gli altri sistemi di fabbrica (ERP, MRP, HR, ecc.).
Per questo i moderni MES si stanno evolvendo verso modelli orientati ai servizi, modulari e connessi. Una tendenza chiave nell’evoluzione dei sistemi di esecuzione della produzione è dunque la personalizzazione. Sistemi accessibili, semplici da utilizzare, da installare e da riconfigurare secondo le necessità, in grado di adattarsi alle esigenze ed evolvere rapidamente quando queste ultime mutano.
Un’altra opportunità è fornita dai modelli di business SaaS (software as a Service), su licenza, che permettono di pagare sulla base del reale utilizzo, minimizzando così il rischio e massimizzando il ritorno. Queste soluzioni consentono di scegliere di volta in volta con quale fornitore collaborare e di pagare solo per gli effettivi servizi erogati.
Oggi, interconnessione e di Industrial Internet of Things (IIoT) sono i concetti chiave per la fabbrica digitale e i sistemi MES all’avanguardia. A quest’ultimi si richiede di intervenire non solo per l’analisi degli errori nelle singole macchine, ma anche per l’aggregazione dei dati che diventa la base per nuovi modelli di business oltre che, più semplicemente, per generare potenziali di ottimizzazione. La condivisione dei dati in tempo reale, richiesta a tutti i livelli, sulla base di indicatori KPI certi e verificabili, aiuta il MES a migliorare costantemente le operazioni – automatizzando e migliorando i flussi di lavoro, personalizzando prodotti e servizi e diventando nel tempo sempre più intelligenti ed efficienti.
Il futuro dei sistemi MES nell’industria manifatturiera
I MES del futuro poggeranno su framework IoT e Cloud. Grazie a queste tecnologie, vengono garantite tutte le funzioni di base, dalla connettività dello shop-floor all’apprendimento automatico, e al contempo, rilasciati aggiornamenti regolari e fornite le necessarie flessibilità e configurabilità, limitando notevolmente i costi.
Il tema dell’interconnessione, cioè lo scambio di informazioni bidirezionale, porterà a ripensare i software MES. In pratica, con l’avvento dell’IIoT, la tradizionale architettura piramidale che vedeva i sistemi MES posizionati tra livello business (ERP) e sistemi di campo (SCADA, PLC, ecc.) e lo scambio dati seguire dei flussi verticali, verrà progressivamente sostituita da un’infrastruttura centrale alla quale si collegano applicazioni e dispositivi che dialogano tra loro e che danno vita ad una supply chain 4.0.
Gli sviluppi previsti nel prossimo futuro per i sistemi MES avranno come direttrice la necessità di uscire dalla fabbrica, permettendo una operatività esterna all’azienda, da un lato, e un’architettura software distribuita, dall’altro. Quest’ultima caratteristica introduce la necessità di immaginare un sistema MES modulare e aperto che si interconnetta facilmente con altri software, creando così un vero e proprio ecosistema. In futuro, quindi, i sistemi MES più evoluti saranno costretti ad aumentare la loro capacità di interconnettersi con altri software.
Compatibilità del MES con altri sistemi
Dovendo mettere in comunicazione tutte le aree funzionali della fabbrica e collegare verticalmente il livello delle Business Applications (Sistemi ERP) con quello fisico dei processi di produzione e automazione – operatori, device, sistemi PLC e SCADA – il MES deve sfruttare logiche di comunicazione e protocolli standard per l’integrazione con tutti i device e i sistemi.
Il suo essere una piattaforma configurabile, fa sì che il sistema MES si adatti all’azienda senza necessità di codici personalizzati, grazie ad un’architettura Service-oriented (SOA) aperta espressamente concepita per semplificare l’integrazione con le applicazioni Enterprise e i sistemi di automazione del reparto produzione.
Solo attraverso il dialogo tra tutte le risorse aziendali e l’integrazione dei dati, interconnettendo sia macchine recenti già predisposte per l’Industria 4.0, sia macchine più datate, e dando vita ad ecosistemi aperti e collaborativi, si ottengono informazioni utili al miglioramento delle performance aziendali e si crea il presupposto per un’azienda nella quale le decisioni sono realmente data-driven. La compatibilità con altri sistemi è un requisito imprescindibile per un modello MES efficace.
