Три фактора успеха внедрения системы MES на производстве

Автор статьи: Екатерина Куркова Директор по продуктам, АО «Северсталь-инфоком»

MES (Manufacturing Execution System) — ключевая система в управлении производством. Она фиксирует выполнение операций в реальном времени, обеспечивает прослеживаемость партий и материалов, синхронизирует производственный график с фактической загрузкой участков и собирает данные для расчёта эффективности оборудования и персонала.

По опыту проектов, в которых наша команда участвовала как вендор и интегратор, внедрение MES системы предприятия требует существенных инвестиций — от 130 до 400 млн рублей. Разброс зависит от типа и масштаба производства, числа модулей и процессов, включенных в состав решения, числа пользователей, количества интеграций со смежными системами.

Но мы выделяем ещё три неочевидных фактора, которые оказывают существенное влияние на объём инвестиций и качество результата:

• Честная оценка зрелости бизнес-процессов и ИТ-ландшафта
• Выбор подхода к реализации решения — разработка собственными силами или готовое решение от вендора
• Выбор подхода к управлению проектом

Ниже разбираем каждый фактор подробно: как оценить готовность к проекту, как выбрать между разработкой и покупкой решения и как выстроить процесс работ, чтобы получить результат быстрее и с меньшими рисками.

Какие задачи решает MES и когда она необходима предприятию

Перед началом проекта внедрения MES важно определить, какую производственную задачу должна решить система. Само по себе внедрение MES не является целью — эффект появляется тогда, когда решение устраняет конкретные ограничения текущего процесса управления производством.

На практике необходимость внедрения MES чаще всего возникает в ситуациях, когда предприятию не хватает прозрачности производственных процессов. Данные о выполнении операций могут собираться вручную, поступать с задержкой или находиться в разных системах, из-за чего руководители не получают актуальную информацию о состоянии производства.

В таких условиях становится сложно оперативно сопоставить производственный план с фактическим выполнением, определить причины простоев оборудования, оценить загрузку участков и понять, где возникают потери времени и ресурсов.

MES позволяет связать производственные задания с фактическими данными о выполнении операций, состоянии оборудования, качестве продукции и движении материалов. За счёт этого предприятие получает актуальную информацию о ходе производства и может принимать решения на основе фактических данных.

Основные задачи, которые решает внедрение MES:

При этом получить эффект от внедрения MES можно только при наличии подготовленной основы: понятных производственных процессов, качественных данных и готовой ИТ-архитектуры. Если эти условия не выполнены, автоматизация может не решить исходные проблемы, а перенести их в новую систему.

Поэтому одним из первых этапов подготовки проекта становится то, что можно было бы назвать оценкой «зрелости» предприятия – честный и тщательный анализ состояния производственных процессов, данных и ИТ-ландшафта. Она позволяет определить, насколько предприятие готово к внедрению MES, какие ограничения необходимо устранить и какие задачи должны быть учтены при проектировании решения.

Честная оценка зрелости

Прежде чем формировать бюджет и техническое задание, важно понять, в каком состоянии находятся процессы, данные и ИТ-архитектура предприятия. Ошибка на этом этапе обходится дороже всего: пробелы в данных или неописанные процессы, обнаруженные уже в ходе разработки, приводят к пересмотру архитектуры и срыву сроков. Поэтому очень важно, за 1-3 месяца до старта основного проекта проводить предпроектное обследование.

Данные, которые будут получены в результате обследования помогут оценить зрелость процессов и данных, выбрать ИТ-решение, определиться в выборе подхода к управлению проектом и тиражированию, сформировать бюджет и план проекта.

Всем нашим клиентам, мы настоятельно рекомендуем не пропускать данный этап. Он не требует больших инвестиций, но быстро позволяет описать текущее состояние процессов производства (как работаем сейчас), определить целевое (как должны работать, чтобы получить нужные эффекты), определить разрывы между первым и вторым и определить план перехода. В результате этого этапа должны быть получены:

1. Описание целевых бизнес-процессов
2. Требования к автоматизации: функциональные, нефункциональные, интеграционные
3. Описание текущего ИТ-ландшафта и целевой ИТ-архитектуры
4. Перечень интеграционных потоков
5. Метрики успеха проекта внедрения
6. План организационных изменений.
   
   

Ограничения для старта основного проекта

В нашей практике были случаи, когда результаты обследования выявляли существенные риски для основного проекта, как правило, они были связаны с тремя факторами: консистентность и качество сбора данных, неоптимальные бизнес-процессы.

1. Несогласованные данные

Разные подразделения часто ведут учёт по-разному: одно и то же изделие или операция называется в учетной системе и в цеховых журналах по-разному. Без единой нормативно-справочной информации MES получает противоречивые данные на входе — и либо отклоняет их, либо агрегирует некорректно.

Если фактор был выявлен в ходе обследования, то в плане работ основного проекта, должны быть учтены работы по унификации справочников и синхронизации объектных моделей. На одном из проектов, из-за того что данные работы не были проведены качественно, мы получили ошибки при миграции исторических данных из предыдущей системы MES в новую. С учетом того, что миграция проводились уже перед запуском в ОПЭ, команде пришлось в экстремальном режиме вносить корректировки в объектную модель и связанные с ней операции.

Внедрение MES без согласованной модели данных на старте почти всегда приводит к доработкам после запуска.

2. Отсутствие сбора данных на уровне АСУ ТП

MES получает от АСУ ТП данные о фактическом ходе технологического процесса: показания датчиков (температура, давление, скорость, вибрация), состояния оборудования, счётчики выработки и расхода сырья, а также точные временные метки начала и завершения операций. На основе этих данных MES автоматически фиксирует факт выполнения операций без ручного ввода, рассчитывает показатели эффективности оборудования (OEE), обеспечивает прослеживаемость партий и строит актуальную картину хода производства для диспетчера. Чем выше степень автоматического сбора данных с оборудования, тем точнее и своевременнее эти расчёты.

Часть оборудования предприятий не оснащена датчиками или интерфейсами для автоматической передачи данных. В таких случаях приходится «закрывать дыры» ручным вводом, который искажает временные метки и редко бывает точным и зависят от «человеческого фактора». Разрыв между уровнем АСУ ТП и MES — один из самых частых источников недостоверной аналитики после запуска системы.

3. Бизнес-процессы не унифицированы и не оптимальны

На разных участках одна и та же операция нередко выполняется по-разному: отличаются маршруты обработки, организация приемки, контроля качества и отгрузки материалов. Если автоматизировать процессы в таком виде, MES закрепит существующие различия между цехами вместо того, чтобы их устранить. Прежде чем формулировать требования к системе, стоит унифицировать ключевые процессы хотя бы в рамках однотипных производств — это снижает объём последующих доработок и упрощает тиражирование решения на другие участки.

Вполне возможно, по итогу обследования, вы примете решение о переносе проекта на более поздний срок, если поймете, что зрелость процессов и данных недостаточная. Перенос сроков даёт возможность закрыть выявленные разрывы без давления проектного плана: унифицировать процессы, донастроить сбор данных на уровне АСУ ТП, согласовать нормативно-справочную информацию. Проект, запущенный на подготовленной основе, проходит быстрее и почти не требует пересмотра архитектуры после старта, что в итоге экономит бюджет и время команды.

Итоговое решение о готовности к старту принимает спонсор проекта — обычно ИТ-директор или директор по производству, в зависимости от того, кто выступает заказчиком системы. Решение фиксируется формально, а не остаётся на уровне устных договорённостей между участниками.

С чего начать внедрение MES-системы на предприятии

После оценки зрелости процессов, данных и ИТ-ландшафта необходимо определить, каким образом будет организован проект внедрения MES. На этом этапе важно не переходить сразу к выбору программного решения, а сформировать понимание целей проекта, его границ и ожидаемого результата.

1. Первый шаг — определить производственную задачу. Внедрение MES должно быть связано с конкретной проблемой, которую необходимо решить на предприятии. Для одного производства приоритетом может быть повышение прозрачности выполнения производственных заданий, для другого — контроль простоев оборудования, обеспечение прослеживаемости продукции или снижение объёма ручного учёта.
2. Следующий этап — определить показатели результата. Цели проекта должны быть связаны с измеримыми параметрами, по которым можно оценить эффект после запуска системы. Например, это может быть сокращение времени получения производственной информации, повышение точности план-фактного анализа, снижение количества ручных операций или сокращение потерь времени и ресурсов.
3. Далее необходимо определить контур первого этапа внедрения. MES может охватывать отдельный участок, производственную линию, цех, площадку или несколько предприятий. Выбор масштаба зависит от сложности процессов, готовности данных, состояния оборудования и возможности получить измеримый результат.
   
   

При подготовке проекта также необходимо определить:

• какие производственные процессы должны войти в первый контур автоматизации;
• какие данные используются для управления производством и из каких систем они поступают;
• какие интеграции потребуются с ERP, АСУ ТП и другими системами предприятия;
• какие подразделения будут участвовать в проекте со стороны производства и ИТ;
• какие показатели будут использоваться для оценки успешности внедрения.

Отдельное внимание стоит уделить выбору первого участка или процесса. Слишком широкий контур на старте увеличивает количество взаимосвязей и усложняет управление проектом. При этом выбранный участок должен быть достаточно показательным, чтобы результаты внедрения можно было использовать для дальнейшего масштабирования решения.

Таким образом, до выбора конкретного MES-решения предприятие должно понимать, какую производственную проблему необходимо решить, какие процессы войдут в первый контур и по каким показателям будет оцениваться результат проекта. Эти данные становятся основой для выбора подхода к реализации — собственной разработки или использования готового решения от вендора.

Выбор решения: собственная разработка или готовое решение от вендора

Результаты обследования и оценки зрелости, которые мы разобрали выше, — это входные данные для следующего решения: разрабатывать систему самостоятельно или выбрать готовую платформу от вендора. Без этих данных сравнение вариантов строится на предположениях, а не на фактах о процессах и ИТ-ландшафте предприятия.

Когда оправдана разработка с нуля

Собственная разработка оправдана, если производство работает по уникальным технологическим процессам, которые не покрывает ни одно решение на рынке.

Также этот путь выбирают компании с сильной внутренней ИТ-командой и опытом сопровождения крупных систем на горизонте 5–10 лет.

Разработка «с нуля» требует контроля над каждым релизом — от постановки требований до сопровождения в промышленной эксплуатации, и этот контроль полностью ложится на предприятие.

Когда выгоднее готовое решение вендора

Готовая платформа снижает риски за счёт отработанной архитектуры, референсных сценариев внедрения в отрасли и поддержки со стороны вендора. Это разумный выбор, если процессы производства типовые для отрасли, а предприятие не готово годами держать штат разработчиков под один продукт. По нашему опыту, такие проекты быстрее проходят путь от пилота до тиражирования на другие участки — вендор уже проходил этот путь на других клиентах.

Сравнение подходов

Как избежать ошибки выбора

Ошибки в выборе подхода почти всегда связаны с решением, принятым без анализа процессов и ресурсов компании, а не с самим подходом. Переоценка внутренней ИТ-экспертизы приводит к системе, развитие которой останавливается вместе с уходом ключевых разработчиков. Выбор готового решения без учёта специфики производства оборачивается доработками, которые в сумме стоят дороже разработки с нуля. В обоих случаях фундамент решения — требования, зафиксированные на этапе обследования.

Когда решение выбрано, возникают следующие вопросы: какие этапы включает проект внедрения MES и как организовать процесс реализации — сквозным потоком или итерациями.

Этапы внедрения MES: от обследования до запуска

После выбора подхода к реализации MES начинается основной этап проекта — переход от требований и проектных решений к настройке системы, проверке её работы и запуску в производственной эксплуатации.

Последовательность работ может отличаться в зависимости от масштаба производства, количества площадок, состояния оборудования, требований к архитектуре и глубины интеграции с существующими системами предприятия.

Как правило, внедрение MES включает несколько основных этапов:

• Предпроектное обследование позволяет уточнить производственные процессы, требования пользователей, состав данных и необходимые интеграции. На этом этапе формируется понимание текущего состояния предприятия и ограничений, которые необходимо учитывать при реализации проекта.
• Проектирование решения включает разработку целевой архитектуры MES, определение правил обмена данными со смежными системами и описание ключевых пользовательских сценариев. Важно заранее определить не только функциональные возможности системы, но и принципы её дальнейшего развития.
• Настройка и разработка выполняются в зависимости от выбранного подхода к реализации. При использовании готовой платформы основное внимание уделяется настройке решения под процессы предприятия и созданию необходимых расширений. При разработке отдельных компонентов требуется дополнительная проработка архитектуры и сопровождения системы.
• Пилотное внедрение позволяет проверить выбранную концепцию на реальном производственном процессе до масштабирования решения. В ходе пилота оцениваются качество данных, стабильность интеграций, корректность пользовательских сценариев и достижение заранее определённых показателей.

После завершения пилота выполняется корректировка решения, обучение пользователей и переход к опытно-промышленной эксплуатации. Если система показывает стабильную работу и соответствует требованиям проекта, решение может быть масштабировано на другие участки и производственные площадки.

Продолжительность внедрения MES зависит от множества факторов: масштаба проекта, количества процессов и интеграций, состояния оборудования, качества исходных данных и степени адаптации решения. Поэтому определить универсальный срок реализации проекта можно только после обследования предприятия и формирования требований к системе.

Подходы к управлению проектом

Это выбор методологии работ, а не выбор поставщика — он одинаково применим и к собственной разработке, и к готовой платформе вендора. Здесь есть два принципиальных подхода.

• Сквозное проектирование: все этапы проекта следуют друг за другом, после полного завершения предыдущего – следующий. Требования и архитектура решения фиксируются один раз в начале, дальше движется по плану без возврата к более ранним этапам. Передача в пользовательское тестирование происходит только после полной готовности системы.
• Итерационное проектирование: проект разбивается на логические блоки – по функциональным модулям системы: планирование производства – учет производства – контроль качества – прием и отгрузка сырья и т.д. - и внутри каждого модуля происходит полный цикл: проектирование – настройка – пользовательское тестирование. Результаты одной итерации уточняют требования к следующей. Внедрение первого модуля можно расценивать как пилот, на котором клиент может убедиться, что архитектура решения и пользовательские сценарии работают на реальных данных цеха, прежде чем тиражировать конфигурацию на остальные модули и участки. Передача в ОПЭ происходит, как правило, после готовности всех модулей, потому что только их совокупность покрывает сквозные процесс и движение материалов.

Оба подхода имеют свои плюсы и минусы:

Таким образом, сквозное проектирование подходит для стабильных однородных процессов на небольшом участке производства, если вы автоматизируете несколько участков или бизнес-единиц с неоднородными процессами, то выбирайте итерационных подход.

Наша команда имеет опыт применения обоих подходов, сейчас мы все больше склоняемся к итерационному в своих проектах и отмечаем, что он снижает сопротивление персонала: пользователи видят результат раньше и успевают адаптироваться к системе постепенно, а не осваивать её целиком после долгого ожидания.

При выборе гибкого подхода стоит учесть, что отдельно стоящие функциональные модули покрывают кросс-функциональные процессы и сквозной материальный поток, поэтому всегда нужно начинать с создания сквозной схемы бизнес-процессов и схемы материального потока.

Схема сквозного процесса

Заключение

Три фактора — зрелость процессов и данных, выбор между разработкой и готовым решением, подход к управлению проектом — определяют, во сколько обойдётся внедрение MES и насколько предсказуемо оно пройдёт.

Обследование до старта проекта показывает реальное состояние процессов и данных и нередко становится поводом сдвинуть сроки — это дешевле, чем вносить изменения в архитектуру после запуска.

Выбор между собственной разработкой и платформой вендора стоит делать на основе требований из обследования, а не интуиции: ошибка здесь измеряется месяцами доработок.

Итерационный подход к управлению проектом снижает риск накопления ошибок и дает первые результаты уже через пару месяцев, а не в конце проекта.

Наш опыт вендора и интегратора показывает: компании, которые учитывают все три фактора до старта основного проекта, реже сталкиваются с пересмотром бюджета и сроков проекта.

Часто задаваемые вопросы

Внедрение MES связано не только с выбором программного решения, но и с подготовкой производственных процессов, данных и ИТ-инфраструктуры. Ниже — ответы на вопросы, которые чаще всего возникают при подготовке проекта.

Что такое MES-система?

MES (Manufacturing Execution System, англ. «система управления производственными процессами») — класс программных систем для оперативного управления исполнением производственных процессов. Такие решения работают между корпоративными системами планирования и технологическим уровнем производства, используя данные о производственных заданиях, операциях, продукции и оборудовании.

MES позволяет связать плановые показатели с фактическим выполнением операций и использовать актуальные данные для управления производственными процессами.

Можно ли внедрить MES, если на предприятии нет ERP?

Наличие ERP не является обязательным условием для внедрения MES. Архитектура решения определяется задачами предприятия, текущим уровнем автоматизации и составом используемых систем.

Если ERP отсутствует, необходимо отдельно определить, откуда MES будет получать нормативные данные, производственные задания и другую информацию, необходимую для работы системы. В зависимости от ситуации часть функций может быть реализована непосредственно в MES или через интеграцию с другими системами предприятия.

Можно ли подключить MES к старому производственному оборудованию?

Подключение MES к существующему оборудованию возможно, но требует предварительной оценки его технического состояния и доступных способов передачи данных.

На этапе обследования необходимо определить, какие данные может предоставлять оборудование, какие интерфейсы используются и потребуется ли дополнительная модернизация или установка средств сбора информации.

Если оборудование не поддерживает автоматическую передачу данных, часть информации может потребовать дополнительных решений по сбору и обработке данных.

Нужна ли MES небольшому производственному предприятию?

Целесообразность внедрения MES определяется не только размером предприятия. Более важную роль играют сложность производственных процессов, количество операций, требования к прослеживаемости продукции, объём производственных данных и стоимость возникающих отклонений.

Для небольшого предприятия с простыми процессами внедрение MES может не быть приоритетной задачей. Однако если производство характеризуется большим количеством операций, необходимостью оперативного контроля или высокой стоимостью ошибок, MES может обеспечить необходимый уровень прозрачности и управляемости.

Как выбрать подрядчика для внедрения MES?

Выбор команды внедрения должен учитывать не только компетенции в разработке программного обеспечения, но и понимание производственных процессов. MES работает на пересечении нескольких областей: управления производством, ИТ-архитектуры, интеграции с корпоративными системами и взаимодействия с оборудованием.

Важно оценивать опыт реализации проектов на промышленных предприятиях, компетенции в интеграции MES с ERP, АСУ ТП и оборудованием, подход к обследованию, документированию и дальнейшему сопровождению системы.

При выборе подрядчика также стоит обратить внимание на опыт разработки и адаптации решений под конкретные производственные задачи. Наши отраслевые решения MES для промышленных предприятий позволяют учитывать особенности производственных процессов, требования к архитектуре системы и возможности дальнейшего развития решения.

Как оценить результат внедрения MES?

Желаемый результат проекта необходимо определять ещё до начала внедрения — через конкретные производственные задачи и показатели, по которым будет оцениваться эффект от работы системы.

В зависимости от целей проекта такими показателями могут быть, например:

• повышение прозрачности производства,
• сокращение ручных операций,
• улучшение план-фактного анализа,
• повышение качества данных,
• или возможность оперативнее выявлять причины отклонений.

После запуска MES полученные показатели сравниваются с исходными значениями, зафиксированными на этапе подготовки проекта. Это позволяет оценить, достигнуты ли поставленные цели и какой практический эффект получила команда производства.

Например, если одной из задач внедрения было сокращение времени на сбор производственной информации, до начала проекта фиксируется текущий порядок работы и время подготовки данных. После запуска системы этот показатель анализируется повторно и сравнивается с исходным значением.