Systemy informatyczne MES (Manufacturing Execution System) i SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) od wielu lat stanowią dwa filary automatyzacji zakładów produkcyjnych. Oprogramowanie MES to rozwijane od lat 90. systemy, zorientowane na podejmowanie decyzji i zarządzanie zleceniami w zakładach produkcyjnych. Oczekiwane korzyści z wdrożenia systemu MES to m.in. wzrost produktywności, skróceniu cyklu produkcyjnego, obniżeniu kosztów produkcji, optymalizacja zapasów, poprawie jakości wyrobów czy lepsze wykorzystanie zdolności produkcyjnych. Systemy MES mogą wspomagać strategię szybkiego wprowadzania produktów na rynek i konkurowania czasem realizacji (Quick Response Manufacturing). W założeniach oprogramowanie wspiera też koncepcję produkcji szczupłej (Lean Manufacturing) i Six Sigma (kontrola jakości produkcji w czasie rzeczywistym).
Systemy SCADA zostały z kolei stworzone w celu monitorowania i wizualizacji parametrów procesów technologicznych i pracy urządzeń, uzyskania zdalnego dostępu do maszyn i sterowania nadzorczego.
SCADA i MES – różne miejsce w hierarchii systemów
Do opisu hierarchii obu systemów w przedsiębiorstwach produkcyjnych używa się najczęściej opracowanego w latach 90. modelu PERA (Purdue Enterprise Reference Architecture). Składa się on z następujących poziomów:
- Poziom 0 – proces fizyczny, czyli rzeczywiste procesy fizyczne, praca maszyn;
- Poziom 1 – czujniki procesowe, analizatory, siłowniki i związane z nimi oprzyrządowanie;
- Poziom 2 – systemy kontroli, nadzorowania, monitorowania i kontroli procesów fizycznych: rozproszone systemy sterowania (DCS), interfejsy człowiek-maszyna (HMI), oprogramowanie nadzoru i akwizycji danych (SCADA). Typowe ramy czasowe w jakich operują te systemy to: sekundy, minuty, godziny, zmiany.
- Poziom 3 – systemy zarzadzania operacjami produkcyjnymi i technologicznymi: systemy planowania produkcji (APS), systemy zarządzania realizacją produkcji (MES); systemy zarzadzania utrzymaniem ruchu (CMMS), przemysłowe bazy danych. Typowe ramy czasowe w jakich operują te systemy to: sekundy, minuty, godziny, zmiany.
- Poziom 4 – systemy zarzadzania przedsiębiorstwem (ERP). Typowe ramy czasowe w jakich operują te systemy to: zmiany, dni, tygodnie, miesiące, lata.
Zgodnie z modelem PERA, system MES jest nadrzędny w stosunku do SCADA. W praktyce, relacje między nimi stają się coraz mniej oczywiste. Wiele zadań może być bowiem obecnie wykonywanych tak w jednym, jak i drugim programie.
Zacieranie granic
Od lat zaobserwować można stopniowe zacieranie się granic pomiędzy funkcjami systemów MES i SCADA. Dostawcy systemów MES coraz częściej zapewniają np. funkcje zbierania danych z maszyn w czasie rzeczywistym. Systemy SCADA są natomiast rozbudowywane między innymi o takie możliwości jak:
- śledzenie i wizualizacja produkcji w toku;
- genealogia produkcji;
- zarządzanie kalendarzem przeglądów i konserwacji maszyn;
- kontrola jakości;
- zarządzanie recepturami;
- raportowanie produkcji.
W praktyce spotkać można sytuację w której zakład produkcyjny, zwłaszcza wysoce zautomatyzowany, nie będzie potrzebował systemu MES. Do wykonania wszystkich niezbędnych zadań wystarczy mu odpowiednio rozbudowany system SCADA. Czy w takiej sytuacji, bez obecności systemu MES, możliwa będzie integracja systemu zarządzania przedsiębiorstwem (ERP) i systemu produkcyjnego?
W swoich pierwotnych założeniach, systemy SCADA nie były przeznaczone do komunikowania się bezpośrednio z systemami ERP. Co do zasady, SCADA to systemy operacyjne czasu rzeczywistego (OT – Operational Technology), natomiast ERP to systemy informacyjne (IT). Jedną z najważniejszych różnic między nimi jest to, że operują domyślnie w różnych skalach czasu.
Zapewnienie dwukierunkowego przepływu informacji między poziomem OT, a nadrzędnym systemem zarządzania sprawi, że proces produkcyjny znajdzie się bliżej warstwy biznesowej przedsiębiorstwa. Spowoduje też, że zarząd będzie miał lepszy wgląd w rzeczywistą sytuację w hali produkcyjnej.
Integracja SCADA z ERP
Zintegrowanie systemów SCADA i ERP pozwala uzyskać m.in. wiedzę na temat:
- aktualnego stanu produkcji w firmie,
- zapotrzebowania na media,
- rzeczywistej dostępności i efektywności zasobów produkcyjnych,
- realnego kosztu produkcji.
Integracja systemu SCADA i ERP pozwala uzyskać wysoką synchronizację i transparentność danych, ułatwia koordynację harmonogramów zamówień i dystrybucji. Wśród najpopularniejszych metod integracji obu systemów znajdują się:
Interfejs wymiany plików
Systemy mogą komunikować się przy pomocy plików danych. Pliki muszą mieć ujednolicony format, np. EDI – Electronic Data Interchange, XML – eXtensible Markup Language, albo coraz popularniejszy JSON – JavaScript Object Notation. Wymiana plików danych może przebiegać bezpośrednio między systemem SCADA i ERP, albo przy pomocy API (interfejs programowania aplikacji). API to zestaw procedur, protokołów komunikacyjnych i narzędzi umożliwiających współpracę pomiędzy różnymi programami.
Bazy danych
Rozwiązanie to obejmuje wykorzystanie pośredniej bazy danych współdzielonej przez oba systemy. W takim przypadku systemy SCADA i ERP stale aktualizują pośrednią bazę danych. W określonych przez użytkownika interwałach czasu oba programy sprawdzają, czy w pośredniej bazie danych znajdują się nowe informacje, dodane przez drugi system. Jeśli tak, zaktualizują o nie swoją wewnętrzną bazę danych.
Serwisy internetowe
Systemy SCADA i ERP mogą wymieniać dane za pomocą interfejsu internetowego. W takiej konfiguracji oba programy nawiązują łączność z bazą danych znajdującą się w chmurze obliczeniowej. Odbywa się to za pomocą protokołu http. Baza danych w chmurze przekazuje dane w formacie XML, a te są zapisywany w obydwu systemach.
Na koniec warto wspomnieć, że niektóre systemy SCADA posiadają gotowe, dedykowane interfejsy do wybranych systemów ERP, takich jak np. SAP.
