Tiêu chuẩn ISA 95 triển khai MES đơn giản hơn (Phần 1)

ISA (International Society of Automation - một tổ chức tự động hóa quốc tế phi lợi nhuận) có đóng góp lớn cho quá trình phát triển hệ thống quản lý sản xuất MES (Manufacturing Execution Systems - Hệ thống quản lý sản xuất- một công nghệ cho phép hướng đến xây dựng nhà máy thông minh). ISA đã ban hành tiêu chuẩn ISA 95 - một chuẩn công nghiệp hướng dẫn thiết kế, triển khai hệ thống quản lý sản xuất MES cho bất kì tổ chức doanh nghiệp nào có nhu cầu, không phân biệt quy mô ngành nghề. Nhờ có tiêu chuẩn ISA 95, thời gian triển khai hệ thống quản lý sản xuất MES được rút ngắn đi đáng kể, quá trình phát triển cũng ít xảy ra sự cố hơn. Đến nay ISA 95 gồm 6 phiên bản, trong đó phần 3 có miêu tả chức năng hoạt động của hệ thống quản lý sản xuất MES. Bài viết này sẽ giới thiệu một cách ngắn gọn về các chức năng hoạt động phần mềm quản lý sản xuất, một trong nhiều nội dung của phần này. Chú ý: bài viết sử dụng tư liệu của tiêu chuẩn ISA 95 phần 3.

Tổng quan về chức năng phần mềm quản lý sản xuất

Mô hình quản lý sản xuất trong nhà máy thông minh được minh họa trong hình sau.

Bốn hình ô vuông cho ta biết các hoạt động ở cấp điều hành doanh nghiệp có liên hệ đến công việc quản lý sản xuất.

Hình oval xanh ở dưới cùng là đại diện cho quá trình kiểm soát dây chuyền.

Các hình oval cam đại diện cho các hoạt động quản lý sản xuất. Các hoạt động đưa ra ở đây không mô tả cấu trúc hệ thống, dữ liệu hay nhân sự của một tổ chức cụ thể. Các hình oval cam chỉ đưa ra các việc cần thực hiện, không chia theo các phòng ban đơn vị. Do đó, các tổ chức khác nhau có cách bố trí nhân sự, hệ thống và dữ liệu khác nhau vẫn có thể áp dụng cách phân chia theo chức năng này vào lĩnh vực sản xuất cụ thể.

Nhìn vào sơ đồ, ta thấy không phải mọi hoạt động sản xuất đều cần được đẩy lên cấp độ điều hành doanh nghiệp. Giữa các hoạt động của phần mềm quản lý sản xuất MES, có những luồng thông tin trao đổi nội bộ với nhau.

Mô hình chức năng MES theo tiêu chuẩn ISA 95

1. Quản lý xác định sản phẩm trong nhà máy thông minh

Là tập hợp các thông tin về sản phẩm được yêu cầu sản xuất, bao gồm các quy tắc để để sản xuất nên sản phẩm.

Chức năng này nhận định nghĩa sản phẩm từ bộ phận điều hành doanh nghiệp, sau đó truyền các quy định về trang thiết bị thực hiện sản phẩm xuống cho khu vực kiểm soát dây chuyền sản xuất. Chức năng này cũng truyền các mô tả về sản phẩm sang cho các chức năng Thực hiện yêu cầu và Phân phối yêu cầu sản xuất.

Các hoạt động của chức năng này gồm có:

- Phần mềm quản lý sản xuất quản lý các văn bản như hướng dẫn sản xuất, công thức, lược đồ cấu thành sản phẩm, các tham số sản phẩm.

- Quản lý các sản phẩm mới

- Quản lý các thay đổi đối với định nghĩa sản phẩm. Có thể bao gồm các công đoạn và các thay đổi mã hàng sản phẩm.

- Cung cấp các quy tắc sản phẩm đối với các ứng dụng, nhân sự và các hoạt động, trong hình thức các bước sản xuất, các công thức, các quy tắc thiết lập máy móc

- Duy trì các tuyến đường sản xuất cho sản phẩm

- Cung cấp các đoạn đường cho vận hành sản xuất ở cấp độ chi tiết theo yêu cầu của vận hành sản xuất

- Quản lý sự trao đổi các định nghĩa, thông tin sản phẩm với chức năng ở cấp độ điều hành doanh nghiệp ở cấp độ chi tiết theo yêu cầu của tầng vận hành doanh nghiệp

- Tối ưu hóa các quy tắc sản xuất dựa trên phân tích tiến trình và phân tích kết quả sản xuất.

- Tạo ra và duy trì các quy tắc sản xuất khác như làm sạch, khởi động và tắt máy.

- Quản lý KPI liên quan đến sản phẩm

2. Quản lý nguồn lực trong nhà máy thông minh

Là tập hợp các hoạt động quản lý thông tin về nguồn lực sản xuất. Các nguồn lực trong nhà máy thông minh gồm có máy móc, công cụ, nhân công (với các kĩ năng nhất định), vật tư và năng lượng. Kiểm soát trực tiếp những nguồn lực này để đáp ứng yêu cầu sản xuất được hệ thống quản lý sản xuất thực hiện ở các hoạt động khác. Chẳng hạn: Phân phối yêu cầu và Thực hiện yêu cầu.

Phạm vi hoạt động của chức năng này có thể ở cấp độ vùng, khu vực, thậm chí ở cấp độ trung tâm.

Mặc dù quản lý các nguồn lực sản xuất có thể dùng máy tính để xử lý, nhưng vẫn cần có sự tham gia một phần hoặc toàn bộ bởi con người.

Quản lý các nguồn lực có thể bao gồm đăng kí các nguồn lực hiện có để nắm bắt nhu cầu trong tương lai. Có thể hiểu là hệ thống đăng kí sử dụng tài nguyên khi có đơn hàng mới. Sau khi đăng kí sử dụng nguồn lực, thông tin về tình trạng nguồn lực cần thiết cho các phân đoạn sản xuất cần được duy trì và thông báo về tình hình sử dụng các nguồn lực ( có sẵn/ đã đăng kí/không đủ thực hiện) trong một thời điểm nào đó.

Các hoạt động quản lý nguồn lực trong nhà máy thông minh gồm có:

- Cung cấp nhân công, tài nguyên và định nghĩa tài nguyên thiết bị. Thông tin được cung cấp theo nhu cầu hoặc theo kế hoạch sản xuất. Với đặc tính chia sẻ và kết nối thường thấy trong nhà máy thông minh, thông tin nguồn lực sản xuất có thể cung cấp cho con người hoặc các ứng dụng khác.

- Phần mềm quản lý sản xuất cung cấp thông tin về tài nguyên (vật tư, thiết bị và nhân công) khả năng (có sẵn, đã đăng ký và không còn). Thông tin dựa trên tình trạng hiện tại, tình trạng tương lai và nhu cầu tương lai (được nhận biết trong kế hoạch sản xuất), đặc biệt là chức năng này cung cấp thông tin đầy đủ về mọi loại tài nguyên vào bất kì lúc nào và bất kì giai đoạn nào của tiến trình sản xuất.

- Phần mềm quản lý sản xuất đặt hàng, tập hợp đầy đủ tài nguyên để đáp ứng các yêu cầu trong sản xuất.

- Đảm bảo các các thiết bị sẵn sàng cho các nhiệm vụ đã đăng kí trước và sẵn sàng hỗ trợ cho nhân công làm việc.

- Cung cấp thông tin vị trí tài nguyên và đăng kí và đăng kí tài nguyên cho khu vực sản xuất.

- Phần mềm quản lý sản xuất thu thập thông tin về tình trạng nhân công, thiết bị và vật tư, và khả năng đáp ứng của các nguồn lực. Thông tin có thể được thu thập theo sự kiện, theo yêu cầu, và theo lịch trình định sẵn, và có thể thu thập từ thiết bị, con người và các ứng dụng.

3. Kế hoạch sản xuất

Kế hoạch sản xuất chi tiết trong nhà máy thông minh cho phép tiến hành lập lịch sản xuất và xác định mức sử dụng hiệu quả nhất các nguồn lực để đáp ứng kế hoạch sản xuất. Hoạt động này có thể bao gồm đưa ra các yêu cầu cơ bản của thiết bị, tổng hợp các yêu cầu về sử dụng trang thiết bị, hay phân chia các yêu cầu do giới hạn khả năng sản xuất.

Các nhiệm vụ cụ thể của hoạt động của phẩn mềm quản ý sản xuất gồm có:

- Tạo ra và duy trì kế hoạch sản xuất chi tiết

- So sánh kết quả sản xuất thực tế với kế hoạch đề ra

- Quyết định khả năng đăng kí của mỗi loại tài nguyên cho từng mục đích sử dụng bởi chức năng quản lý nguồn lực

Kế hoạch chi tiết được xây dựng dựa trên những yêu cầu về sản xuất ở cấp độ điều hành doanh nghiệp, dựa trên hoạt động Xác định sản phẩm và hoạt động Quản lý nguồn lực. Kế hoạch chi tiết do đó giải thích về giới hạn và khả năng sản xuất, đồng thời sử dụng thông tin từ hoạt động Theo dõi sản xuất để biết được tiến trình sản xuất. Kế hoạch sản xuất có thể được cung cấp theo yêu cầu hoặc định kì, và có thể được tính toán lại dựa trên các sự kiện.

Trên đây là 3 chức năng đầu tiên của phần mềm quản lý sản xuất. Trong phần 2, chúng ta sẽ tìm hiểu tiếp 5 chức năng còn lại. Với 3 chức năng trên ta thấy, hệ thống quản lý sản xuất MES là công cụ hữu ích để nhà máy thế hệ cũ chuyển hóa thành nhà máy thông minh.

7.900 11/05/2022