האבולוציה של מערכות ניהול הייצור

לאורך ההיסטוריה האנושית ניסה האדם, מעצם טבעו, לייעל כל העת את התהליכים שבהם היה מצוי. השאיפה לעשייה יעילה יותר, להגעה למקום גבוה יותר מבעבר, להמציא ולשפר ללא הרף הינה חלק בלתי נפרד ממי שאנחנו ומהחברה שבה אנו חיים.

מאז תחילת העידן התעשייתי, אי-שם בשלהי המאה ה-18, נבנו מיליוני מכונות, נרשמו מיליוני פטנטים והוקמו מיליוני מפעלים בעולם. במשך עשורים רבים, עד לשנות ה-70 במאה הקודמת, עיקר ההשקעות במפעלים ובתעשייה הופנו לשיפור במשאבי הייצור, דהיינו, מכונות ואנשים.

עם תחילת העידן הטכנולוגי וכניסת המחשבים לחיינו, חלחלה במהרה התובנה שניתן לשלב טכנולוגיה ממוחשבת עם הנדסת מכונות על מנת לייצר יותר; מהר יותר, יעיל יותר, איכותי יותר.

תחילה נכנסה הבקרה המתוכנתת (PLC), שאפשרה להטמיע לוגיקה מורכבת אל תוך מכונה ואל תוך תהליכי הייצור. כך, למעשה, הבקרה המתוכנתת היוותה את ההמשך הטבעי של הנדסת המכונה. את ה”שכל” שלא ניתן היה ליישם במכונה עצמה, או שניתן היה ליישם, אך היישום היה מורכב מדי ויקר מדי לביצוע, הטמיעו בבקרה, אשר בנוסף לפעולתה העניקה גמישות לשינויים והרחבות נוספים.

שנים לאחר מכן נכנסו מערכות שליטה ממוחשבות (SCADA/HMI) שאפשרו למפעלים ניהול יעיל יותר של משאבי הייצור, תפעול בזמן אמת ואיסוף מידע היסטורי שעל בסיסו ניתן היה להבין נקודות כשל ולחפש דרכים לשיפור הייצור.

במקביל, וללא קשר לייצור, פותחו מערכות תוכנה רבות עבור ארגונים ומפעלים, אשר אפשרו טיפול ורטיקאלי בבעיות הרווחות בארגונים תעשייתיים, כגון: מערכות ניהול מוצר (PLM), מערכות ניהול מעבדה (LIMS), מערכות תומכות החלטה (DSS), והנפוצה מכולם – מערכות ניהול ארגוני (ERP).

 המפעל היצרני המודרני

נתחיל דווקא מהסוף. ברובם המוחלט של מפעלים יצרניים בישראל קיימת תשתית איתנה ומוכחת של אוטומציה ובקרה, ברמה כזו או אחרת. מעטים המפעלים שעדיין עובדים בצורה ידנית ולא מבוקרת. זאת מכיוון שכל מנהל תפעול או מנהל מפעל מזמן הבין שללא השקעה באוטומציה במפעל, יהיה קשה עד בלתי אפשרי לעמוד בתחרות וברגולציות. כך, גם אם ניתן עדיין “לייצר כמו פעם”, יהיה זה בזבוז משווע של משאבים והשקעת עבודה לא יעילה.

הבה ננסה להבין את הגורמים העיקריים לכך:

  • תחרות

למרות שלעיתים תחרות עשויה להישמע כדבר שלילי, היא למעשה הכרח קיומי עבור מפעלים ועבור החברה בכלל. התחרות מאיצה בכל מי שנתון בה להתייעל, להמציא ולחדש. מפעל יצרני חייב לייצר יותר בפחות משאבים וכסף, ודרך מוכחת לעשות כן היא באמצעות אוטומציה בייצור.

  • רגולציה

מאז ומעולם התערבה המדינה (בישראל ובעולם) בתהליכי הייצור. הסיבות לכך מגוונות ונעות מכוונה לווסת את השוק, דרך דאגה לשלום ולרווחת הצרכנים ועד לשמירה על הסביבה. האופן הבולט ביותר שבו משתיתה המדינה את מדיניותה הוא הרגולציה (חוקים ותקנות). מפעלים כיום, יותר מתמיד, מחויבים לעמוד בתקנים ובתקנות של ייצור, של זיהום אוויר, של אנרגיה ושל איכות. האוטומציה והבקרה המפעלית מאפשרות לעמוד ברגולציות השונות, ולעיתים הינן רכיב מחייב לשם עמידה באותן רגולציות (כמו בתעשיות המזון, המשקאות, הפארמה וכדומה).

  • התייעלות

למה לייצר בעזרת יותר משאבים אם ניתן לייצר אותו דבר בפחות?

תפעול מפעל המאפשר הסתכלות נכונה ואמיתית על כל חלקי רצפת הייצור, עם יכולת להבין את הגורמים ואת הסיבות לכשלים ולטעויות, בשילוב עם היכולת לנתח בממד היסטורי את תהליכי הייצור השונים – כל אלה ניתנים להשגה אך ורק במפעלים שבהם ישנה תשתית איתנה של אוטומציה ובקרה.

 תקרת הזכוכית של מערכות HMI/SCADA

מיום הכרתן לשוק התעשייה, מערכות SCADA/HMI מעולם לא חדלו להתפתח. הן התפתחו בעיקר בשני מובנים: ברמת המוצר – כלומר החברות המייצרות את המערכות המשיכו כל העת במחקר ובפיתוח והתאימו אותן לשינויים בשוק ולטכנולוגיות החדשות; וברמת המפעל – מפעלים רכשו מערכות הכוללות יכולת להגמישן ולהתאימן לצרכים ספציפיים, ולהמשיך לפתחן יחד עם התפתחות המפעל והייצור (מצע גמיש כזה קיים במרבית המערכות המצויות בשוק כיום).

על פניו, ניתן להסיק משורות אלה שמפעלי תעשייה מצאו את הגביע הקדוש של מערכות התוכנה לרצפת הייצור, וכל מה שצריך לעשות זה להמשיך לשכלל את מערכת ה-SCADA/HMI שלהם עוד ועוד ולהתאימה לתמורות במפעל ובתעשייה.

אולם מסתבר שלא כך הדבר. מערכות ה-HMI/SCADA, שליבתם היא איסוף נתונים מבקרים בזמן אמת, לא יכלו לפרוץ את תקרת הזכוכית בכל הנוגע לניהול כולל ואינטגרלי של מפעל יצרני. ללא קשר ליצרן או לסוג מערכת ה-SCADA/HMI, גם במערכות הטובות והמשוכללות ביותר קיים קושי לחברן למערכות תוכנה פריפריאליות, ובראשן מערכת ERP, שכן קיימת בעיה בהכרה של ישויות כמו פק”ע, ישויות מלאי, אצוות ועוד. ובכלל, היכולת לחבר את כל חלקי הייצור לכדי פאזל אחד מושלם, שעליו ניתן להביט כעל תמונה בהירה וברורה ולהבין מיד את כולו, הייתה מצויה מעבר לתקרה.

כדי למנוע אי-הבנה, חשוב לציין כי מערך השליטה והבקרה של בקרים מתוכנתים (PLC) המשולבים עם מערכות HMI/SCADA, הינם המרכיב הממוחשב העיקרי במפעלים יצרניים ומהווים תשתית איתנה והכרחית למערכות תוכנה עיליות העושות שימוש בנתונים הנאספים בשכבת הבקרה לצרכים אחרים.

לא בכדי שברוב המפעלים בעולם כיום קיימת שכבת בקרה ושליטה מודרנית, ושמפעלים רבים מפנים משאבים גדולים לפיתוח ולתחזוקת המערכות הללו, מתוך מודעות לכך שמערכות אלה חיוניות לתפעולו השוטף של המפעל ולעמידה בדרישות הייצור התובעניות שבמסגרתן פועלים המפעלים.

 מערכות ניהול הייצור (MES) – הקומה שמעל תקרת הזכוכית

מערכות ה-MES (Manufacturing Execution System) נמצאות בעולם מזה קרוב לשני עשורים וכבר אינן דבר חדש. הן התפתחו מהצורך לעבור את תקרת הזכוכית שעליה דיברנו קודם, ולאפשר למפעל “לסגור מעגל” ולחבר את כל שכבות המפעל (מכונות, בקרים,  HMI/SCADA , MES ,ERP) לכדי תזמורת מכוונת אחת שלמה (ראה מסגרת, תקןISA 95).
מערכותMES מטפלות בכל נושאי רצפת הייצור ומשמשות את כל עובדי הייצור על תפקידיהם השונים (ראה איור 1 למטה). על פי רוב, ישנם 4 צירים מרכזיים שבהם נותנת המערכת את הערך המוסף הניכר ביותר:

  • מדדי הייצור – יעילות, זמינות ופחת ממשאבי הייצור השונים.
  • איכות – ניהול מלא של כל שלבי האיכות בתהליך ובמעבדה ומניעת ייצור חוזר.
  • עקיבות – נראות מלאה של כל המיוצר ושל כל מה שיוצר בעבר כאינטגרציה מלאה של הייצור.
  • תכנון – יכולת תכנון משאבים המותאמת לרצפת הייצור ואפשרות למדידת תכנון מול ביצוע.

מערכות ה-MES יודעות למעשה “לדבר” בשתי שפות שונות:

  • השפה האחת – השפה של השכבה העסקית במפעל.
    מערכתMES מתחברת למערכת ניהול הארגון (ERP, CRM), מבינה ומכירה את מונחיה (כגון: עץ מוצר, תכנון קיבולת סופית, תוכנית ניתוב, פקודות עבודה, תנועות מלאי ועוד) ומתרגמת אותם למונחים שבהם משתמשים ברצפת הייצור.
    במפעלים שבהם אין מערכות MES ניתן לרוב לראות שתכניות הייצור המוכנות במערכות ה-ERP, כמו גם תכנון הייצור והניתוב מבוצעים בצורה שונה מאוד מהאופן שבו תוכננו.
    הסיבה העיקרית לכך היא שרצפת הייצור הינה סביבה דינאמית ורבת אילוצים, ועל מנת לייצר בצורה מיטבית, על מנהל הייצור להבין את כל המתרחש ברצפת הייצור (את התמונה הגדולה) ובד בבד להכיר ולהבין את תכנון הייצור ואת האילוצים של השכבה העסקית. אולם, מדובר בכמות נתונים רבה שאינה ניתנת להכלה ולשליטה מיטבית ללא כלי עזר, ובנקודה משמעותית זו, מערכות ניהול הייצור נועדו לספק את המידע המתאים, בזמן המתאים, לאדם המתאים, ולאפשר את הנגינה המתואמת של התזמורת השלמה שהיא פעולת המפעל בכללותו.
  •  השפה השנייה – השפה של עולם הבקרה ותהליכי הייצור.
    מערכת ה-MES הינה אבולוציה ישירה של מערכות השליטה והבקרה שהוזכרו לעיל.
    באמצעות סטנדרטים תעשייתיים ופרוטוקולים מקובלים אוספת המערכת את כל המידע על אודות הייצור מכל חלקי המפעל, מעבדת אותו ומכינה אותו לשימוש של בעלי התפקידים השונים ברחבי רצפת הייצור.
    MES הינה המערכת היחידה שמכילה מידע עסקי וארגוני, יחד עם מידע של רצפת ייצור ותהליכי ייצור, מעבדת אותו ומציגה אותו – באופנים משתנים – בפני משתמשיה השונים: מפעילי הקו, אחראי משמרת, מנהלי ייצור, מנהל תפעול, אנשי ת”פי, אנשי איכות ומעבדה, מהנדסי תהליך ושכבת ההנהלה. כל אחד מהמשתמשים הללו משתמש במערכת באופן שונה ומקבל החלטות על סמך המידע הספציפי המופק עבורו על-ידי המערכת.
איור 1: משתמשים וזרימת נתונים במערכת ניהול הייצור (מתוך מצגת ניהול הייצור של קונטאל)

 

רצפות הייצור הינן דינאמיות וקיימת שונות רבה בין מפעלי הייצור (גם אם הם מייצרים מוצרים דומים). ההבדל בין רמות ואיכויות שונות של ניהולי ייצור טמון, אם כן, במערכת ה-MES המותקנת במפעל ובטיב השימוש בה. אנו גורסים כי איכותה של מערכת MES נמדדת ביכולת שלה לספק את כל המידע הדרוש לכל עובדי הייצור ותומכי הייצור במפעל היצרני, ולהוות למעשה מערכת עיקרית (אם לא היחידה!) שבה ישתמשו המפעילים השונים.

כיצד ניתן להגדיר את מערכת ה MES?

נראה, אפוא, שלצורך הגדרת המערכת ניתן להצביע על קווים משותפים למערכות MES שונות, וניתן אף למנות יכולות (מודולים) דומים בין מערכות ה-MES המצויות בשוק (כגון: מדדי OEE, ניהול איכות, ביצוע עקיבות וכדומה) .

עם זאת, מערכת ה-MES צריכה להיות גמישה ככל האפשר, כדי שניתן יהיה להתאימה בצורה מלאה לרצפת הייצור, ולאפשר לכל משתמשיה להפיק ממנה תועלת, עם תשתית איתנה ויכולות מוגדרות. כדי לא להמציא את הגלגל בכל פעם מחדש חשוב לספק למפעל מתודולוגיות ייצור רזה ויעיל המובנות בתוך המערכת עצמה.

 האם מערכות ניהול הייצור (MES) הופכות להיות מערכת סטנדרטית למפעלים יצרניים?

במהלך העשור הראשון של המאה ה-21 הוטמעו במפעלי הייצור בתעשיות השונות בישראל עשרות רבות של מערכות MES. תחילה היו אלה התעשיות הגדולות של הפארמה והמזון, תעשיות עתירות משאבים ועמוסות אילוצים ורגולציות, אשר אימצו את המערכות (אם מתוך הכרח ואם מתוך רצון להשתפר), אך מזה שנים שמערכות אלה כבר אינן נחלתן הבלעדית של תעשיות אלה, וכיום ניתן למנות מערכות רבות של MES בכל סוגי התעשייה, כגון: מתכות, מחצבים, פלסטיקה, מוליכים למחצה, כימיה, תשתיות, תעשיות בטחוניות, תעשיות תהליכיות ועוד.

עדיין, נותרה דרך שיש לעבור לפני שה-MES יהיה שם רווח, כמו מערכותERP או מערכות HMI, אך ניתן לומר בביטחון שמדובר באבולוציה טבעית של טכנולוגיה תומכת ייצור, אשר הפכה להיות הכרחית בכל מפעל יצרני. לא פחות.

 קונטאל ITS, מובילה את שוק ה-MES בישראל

בקונטאל מדברים, אוכלים ושותים אוטומציה לתעשייה כבר קרוב ל-50 שנה.

האבולוציה שתוארה בפתיח, מקבילה לזו שעברה קונטאל, תחילה עם ביצוע פרויקטים בבקרים המתוכנתים הראשונים (שהיו בגודל של חדר ממוצע…), לאחר מכן עם מערכות תוכנה לשליטה ועם השנים גם מערכות MES.

בשנת 2003 קונטאלITS הביאה לארץ את מערכת הניהול החדשה של חברתRockwell Automation העולמית, וביצעה את הפרויקט הראשון בחברת טבע בישראל. עם השנים, נוספו מערכות MES שונות לסל המוצרים של קונטאל ITS, ואנו רואים בסיפוק רבאת הפריבילגיה המצויה בידנו לבצע התאמה אופטימאלית של המוצר לצרכי הלקוח.

מאז ועד היום, ביצעה קונטאל ITS עשרות פרויקטים מוצלחים, מתוך היכרות עמוקה עם עולם התעשייה והבנה ברורה של תחומי ה-MES ואתגרי ה-MES בישראל.

בשנת 2012, על שפת עשור להשלמת הפרויקט הראשון, מעסיקה קונטאל כ-30 מהנדסי תוכנה הפועלים ב-5 צוותי עבודה, ומבצעים בכל עת פרויקטים של ניהול ייצור, הרחבה ושדרוגים, תמיכה ובדיקות, ניתוח ואפיון תהליכים, זאת בכל סוגי התעשיות, בארץ ובעולם.

נכתב ע”י קובי צדף, סמנכ”ל מכירות ופיתוח עסקי בקונטאל ITS

מייל לתגובות והערות kobi@contel.co.il

 

כללי