Trong bối cảnh thị trường cạnh tranh như ngày nay, các nhà sản xuất luôn cố gắng tìm cách nâng cao hiệu quả sản xuất để tạo lợi thế so với các đối thủ. Vấn đề được đặt ra là làm thế nào để vừa tối đa hóa năng suất lại vừa giảm thiểu chi phí? Để đáp ứng nhu cầu này, MES (Manufacturing Execution System – Hệ thống điều hành và quản lý sản xuất) đã ra đời và đang có xu hướng ngày càng được các doanh nghiệp quan tâm và áp dụng. Vậy MES là gì? Mời bạn cùng Adtech tìm hiểu qua bài viết này!
MES là gì?
Hệ thống điều hành và quản lý sản xuất (MES) là phần mềm được thiết kế để tối ưu hóa quy trình sản xuất bằng cách giám sát, theo dõi, lập tài liệu và kiểm soát toàn bộ vòng đời sản xuất.
MES cải thiện kiểm soát chất lượng và tăng thời gian hoạt động đồng thời giảm hàng tồn kho và chi phí.
Lợi ích chính của hệ thống điều hành và quản lý sản xuất này là cải thiện việc theo dõi sản phẩm, một điều rất cần thiết đối với các nhà sản xuất phải đáp ứng các yêu cầu về tính minh bạch và tuân thủ quy định.
MES đặc biệt thích hợp cho các ngành được quản lý như: dược phẩm, thực phẩm và đồ uống, thiết bị y tế, hàng không và vũ trụ, quốc phòng và công nghệ sinh học,… vì các công ty được quản lý phải tuân thủ các quy định nghiêm ngặt để đảm bảo tuân thủ truy xuất nguồn gốc.
Lợi ích khi ứng dụng MES
Các hệ thống điều hành và quản lý sản xuất theo dõi một lượng dữ liệu khổng lồ, tạo ra thông tin chi tiết theo thời gian thực có thể nâng cao hiệu quả sản xuất và tiết kiệm chi phí. Các lợi ích khác khi áp dụng MES vào sản xuất bao gồm:
- Cải thiện kiểm soát chất lượng: Khi thông tin kiểm soát chất lượng được truyền đi theo thời gian thực, các công ty sử dụng hệ thống MES có thể tạm dừng sản xuất ngay khi xác định được vấn đề. Điều này giúp làm giảm lãng phí, phế liệu và chi phí làm lại.
- Tăng thời gian hoạt động: MES tạo ra lịch trình sản xuất thực tế bằng cách cân bằng nguồn nhân lực, vật liệu và thiết bị. Nó tích hợp việc lên lịch trình và bảo trì để tối đa hóa dòng sản phẩm và sử dụng tài sản, làm tăng thời gian hoạt động và cải thiện hiệu quả thiết bị tổng thể (OEE).
- Giảm hàng tồn kho: Hệ thống điều hành và quản lý sản xuất này cập nhật hồ sơ hàng tồn kho với vật liệu sản xuất mới, phế liệu và vật liệu không phù hợp để bộ phận mua hàng, vận chuyển và lập kế hoạch luôn biết chính xác vật liệu nào có sẵn. Điều này làm giảm hàng tồn kho dự phòng và hàng tồn kho dở dang (WIP), giúp tiết kiệm tiền cho sản xuất, vận chuyển, lưu trữ và giám sát hàng tồn kho.
- Loại bỏ báo cáo thủ công: Loại bỏ báo cáo thủ công đồng nghĩa với việc giảm khả năng xảy ra lỗi của con người hơn. Điều đó cũng có nghĩa là dữ liệu được ghi lại từ phân xưởng sản xuất có sẵn ngay lập tức cho những người ra quyết định trên tất cả các hệ thống tích hợp, để cung cấp thông tin cho quá trình ra quyết định theo thời gian thực.
- Cải thiện theo dõi sản phẩm: MES theo dõi toàn bộ chu trình sản xuất từ đầu đến cuối, nhóm các bộ phận hoặc lô cuối cùng với dữ liệu sản xuất tương ứng. Dữ liệu này cho phép cải thiện việc tuân thủ quy định đối với các nhà sản xuất phải tuân thủ các quy định của chính phủ hoặc ngành.
Các tính năng cốt lõi của MES
Năm 1997, Hiệp hội Giải pháp Doanh nghiệp Sản xuất Quốc tế (MESA) đã xác định 11 chức năng của hệ thống điều hành và quản lý sản xuất cốt lõi. Mặc dù mô hình MESA-11 đã phát triển theo thời gian, nhưng 11 chức năng cốt lõi ban đầu đó cung cấp cơ sở để vận hành hầu hết mọi loại nhà máy và không thể thiếu đối với các hệ thống điều hành và quản lý sản xuất ngày nay.
1. Theo dõi và phân tích trạng thái tài nguyên: sử dụng dữ liệu thời gian thực để theo dõi và phân tích trạng thái của tài nguyên, bao gồm máy móc, vật liệu và lao động, để thực hiện các điều chỉnh phân bổ.
2. Lập lịch trình chi tiết: tối ưu hóa hiệu suất bằng cách lập kế hoạch, định thời gian và sắp xếp thứ tự các hoạt động dựa trên mức độ ưu tiên và khả năng nguồn lực.
3. Điều phối các đơn vị sản xuất: quản lý luồng dữ liệu sản xuất theo thời gian thực để dễ dàng thực hiện các điều chỉnh nhanh chóng, có tính toán trong việc điều phối sản xuất.
4. Kiểm soát tài liệu: quản lý và phân phối tài liệu, bao gồm hướng dẫn công việc, bản vẽ, quy trình vận hành tiêu chuẩn, hồ sơ lô,…để chúng có thể truy cập và chỉnh sửa được.
5. Theo dõi và thu thập dữ liệu: theo dõi và thu thập dữ liệu thời gian thực về quy trình, vật liệu và hoạt động, đồng thời sử dụng dữ liệu đó để đưa ra quyết định tốt hơn.
6. Quản lý lao động: theo dõi lịch trình, trình độ và ủy quyền của công nhân để tối ưu hóa việc quản lý lao động, giảm thời gian và nguồn lực từ ban quản lý.
7. Quản lý chất lượng: theo dõi các sai lệch và ngoại lệ về chất lượng để cải thiện tài liệu và quản lý kiểm soát chất lượng.
8. Quản lý quy trình: quản lý toàn bộ quy trình sản xuất từ khi phát hành đơn hàng đến thành phẩm. Có được cái nhìn sâu sắc về các điểm tắc nghẽn và các điểm ảnh hưởng đến chất lượng, tạo cơ sở truy xuất nguồn gốc sản xuất đầy đủ.
9. Quản lý bảo trì: sử dụng dữ liệu từ MES để xác định các sự cố thiết bị tiềm ẩn trước khi chúng xảy ra và điều chỉnh lịch trình bảo trì thiết bị, công cụ và máy móc để giảm thời gian chết và tăng hiệu quả sản xuất.
10. Theo dõi sản phẩm: theo dõi tiến trình sản phẩm để đưa ra quyết định sáng suốt. Việc nắm được dữ liệu đầy đủ về lịch sử của sản phẩm có ý nghĩa cực kỳ hữu ích đối với các nhà sản xuất phải tuân thủ các quy định của chính phủ hoặc ngành.
11. Phân tích hiệu suất: so sánh kết quả và mục tiêu để xác định điểm mạnh và điểm yếu trong quy trình tổng thể và sử dụng dữ liệu đó để làm cho hệ thống hoạt động hiệu quả hơn.
Sự phát triển của các tiêu chuẩn MES
Trong khi mô hình MESA-11 tập trung vào các chức năng MES cốt lõi, Hiệp hội Tự động hóa Quốc tế (ISA) nhận thấy nhu cầu về sự nhất quán của thuật ngữ và cả mô hình thông tin để xác định và tích hợp các hoạt động giữa doanh nghiệp và hệ thống điều khiển. Vì vậy, họ đã phát triển ISA-95 vào cuối những năm 1990.
Bằng cách tiêu chuẩn hóa thuật ngữ, ISA-95 giúp việc giao tiếp giữa các bên liên quan, chẳng hạn như nhà cung cấp và nhà sản xuất trở nên dễ dàng và hiệu quả hơn. Và các mô hình nhất quán làm giảm rủi ro lỗi khi tích hợp các địa điểm sản xuất với các hệ thống kinh doanh.
ISA-95 xác định giao diện giữa các chức năng điều khiển và doanh nghiệp để tạo ra các cấp công nghệ và quy trình kinh doanh. Một mô hình đơn giản hóa của hệ thống phân cấp đó đặt các hệ thống điều hành và quản lý sản xuất ở cấp độ 3, giữa lập kế hoạch kinh doanh và hậu cần và các hệ thống kiểm soát quy trình:
| Cấp độ | Nhiệm vụ |
|---|---|
| Cấp độ 4 (ERP) | Lập kế hoạch kinh doanh và hậu cần |
| Cấp độ 3 (MES) | Quản lý hoạt động sản xuất |
| Cấp độ 2 (Hệ thống kiểm soát quy trình) | Kiểm soát hàng loạt |
| Cấp độ 1 (Hệ thống kiểm soát quá trình) | Kiểm soát liên tục |
| Cấp độ 0 (Hệ thống điều khiển quá trình) | Điều khiển rời rạc |
Tích hợp MES và ERP
Trong môi trường sản xuất ngày nay, MES và ERP cùng nhau mang lại sự minh bạch, chi tiết trong vận hành mà không hệ thống nào có thể tự cung cấp.
ERP tập trung vào việc tạo và quản lý lịch trình của nhà máy bao gồm sản xuất, sử dụng vật liệu, giao hàng và vận chuyển, cũng như thu thập thông tin về doanh nghiệp của bạn. Mặt khác, các hệ thống điều hành và quản lý sản xuất lại tập trung vào việc quản lý và giám sát các hoạt động sản xuất và báo cáo về các hoạt động của dây chuyền sản xuất trong thời gian thực.
ERP và MES tạo ra một hệ sinh thái tích hợp, cung cấp cái nhìn toàn diện về tài chính, mua sắm, quản lý chuỗi cung ứng, hậu cần sản xuất,… Việc kết hợp thông tin đó làm tăng tính linh hoạt và cung cấp dữ liệu giúp cải thiện khả năng dự báo về mọi thứ, từ bán hàng đến sử dụng tài sản đến quản lý sản xuất.
Các hệ thống ERP cung cấp dữ liệu để xác định sản phẩm nào sẽ sản xuất, trong khi MES tích hợp dữ liệu ERP với thông tin về nhà máy để xác định cách sản xuất những sản phẩm đó với ít chất thải hơn và nhiều lợi nhuận hơn.
Xu hướng của MES và Công nghệ mới
Được thúc đẩy bởi các công nghệ tiên tiến, các hệ thống điều hành và quản lý sản xuất đang ngày càng phát triển để trở thành định hướng dịch vụ, module và kết nối.
“Kết nối đám mây” chính là xương sống của các nhà máy thông minh, cho phép các hệ thống, thiết bị, sản phẩm và thiết bị sản xuất tiên tiến tương tác một cách tự động.
Các thiết bị và cảm biến IoT (Internet vạn vật công nghiệp) trong chuỗi cung ứng liên tục thu thập và tạo dữ liệu.
Việc chia sẻ dữ liệu theo thời gian thực này giúp các nhà máy thông minh liên tục cải thiện hoạt động của họ, tự động hóa quy trình công việc tốt hơn, tùy chỉnh sản phẩm và dịch vụ, đồng thời phát triển hơn và hiệu quả hơn theo thời gian.
Phần mềm MES cũng có thể giúp các nhà sản xuất tận dụng xu hướng chính trong quá trình phát triển của các hệ thống điều hành và quản lý sản xuất: sản xuất theo yêu cầu. Thay vì sản xuất hàng loạt, nhà máy thông minh có thể chuyển sang cá nhân hóa hàng loạt và đáp ứng nhu cầu về các sản phẩm có tính phù hợp cao, ít tốn kém hơn với tốc độ và khả năng chi trả.
Mặc dù cá nhân hóa làm cho quá trình sản xuất trở nên phức tạp hơn, nhưng các công nghệ tiên tiến có thể giúp các hệ thống sản xuất phản ứng và xoay vòng trong thời gian thực. Trí tuệ nhân tạo (AI) có thể cải thiện hiệu quả sản xuất, dự đoán xử lý bảo trì và giảm lãng phí.
Thông qua khai thác khả năng học máy, dây chuyền sản xuất có thể ngày càng trở nên thông minh và hiệu quả. Với thực tế ảo (VR), các nhà sản xuất có thể mô phỏng các quy trình và xác định các cải tiến tiềm năng. Và họ có thể tích hợp các giải pháp thực tế tăng cường (AR) để giảm thời gian ngừng sản xuất và tối ưu hóa hoạt động của xưởng sản xuất.
Tất cả những công nghệ và khả năng tiên tiến này giúp các công ty cạnh tranh dễ dàng hơn trong thế giới kỹ thuật số, đáp ứng nhu cầu nhanh chóng và chính xác bằng các sản phẩm tùy chỉnh có chi phí thấp hơn và chất lượng cao hơn.
LỜI KẾT: Một báo cáo Nghiên cứu thị trường minh bạch dự đoán rằng thị trường MES toàn cầu sẽ “tạo ra doanh thu 18,06 tỷ đô la Mỹ vào cuối năm 2025”. Sự tăng trưởng này đang được thúc đẩy bởi sự gia tăng sử dụng tự động hóa công nghiệp trong các ngành công nghiệp quy trình và rời rạc, nhu cầu tuân thủ quy định ngày càng tăng và chi phí triển khai thấp của các điều hành và quản lý sản xuất. Rõ ràng, MES là điều cần thiết để thúc đẩy hiệu suất tối ưu trong môi trường sản xuất cạnh tranh và thay đổi nhanh chóng ngày nay.
