製造実行システムの中核機能：期待すべき機能とは？

製造業は、より速く動き、より厳しい基準を満たし、現場での絶え間ないシフトに適応するよう求められています。問題は、多くのMES プラットフォームがそのようなプレッシャーに対応できるように設計されていないことです。チームは硬直したプロセスに縛られ、成長の余地はあまり残されていません。

だからこそ、MES 細部が重要なのです。リアルタイムのトレーサビリティ、モジュール設計、およびエッジ接続性などの機能は、工場がどの程度うまく維持し、コンプライアンスを維持し、何かが変化したときに対応できるかに直接影響します。

以下は、今日違いを生み出しているMES 機能の内訳です。つまり、実際にどのように機能するのか、また次のシステムを検討する場合にどのような点に注意すべきなのか、ということです。

MES とも呼ばれる製造実行システムは、オペレーションをリアルタイムで可視化するために使用される強力な生産指向のソフトウェアです。

ガートナーは有用な定義を提供しています：

「製造実行システム(MES)は、原材料を中間製品や最終製品に変換するリアルタイムで物理的なプロセスの実行を管理、監視、同期化するソフトウェアの一種です。

MESは、この作業指示の実行を、生産スケジューリングや企業レベルのシステムと調整します。MES アプリケーションはまた、プロセスのパフォーマンスに関するフィードバックを提供し、必要に応じてコンポーネントや材料レベルのトレーサビリティ、系図、プロセス履歴との統合をサポートします。

その違いはあれど、すべてのMES 多くのコア機能を共有しています。MES 中には特定の分野が他よりも優れているものもありますが、すべてのMES 少なくとも以下の「モジュール」のいくつかを備えていることが期待されています：

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• 製品ドキュメント
• 製品/部品の追跡と系図
• プロセス実行管理
• 資源管理
• 品質管理
• 人事
• データ収集
• システム統合

工場はもう立ち止まることはできません。製品サイクルはますます短くなり、需要は前触れもなく変化し、より多くの仕事がオペレーションの端に追いやられています。このようなペースは、現場の人々と同じように素早く調整するようシステムにプレッシャーをかけます。

そこで重要になるのが、MES 詳細です。問題が発生してから追いかけるのか、それとも一歩先を行くのかを決めるのはMESです。適切なセットアップを行うことで、チームはコンプライアンスを失うことなくピボットすることができ、意思決定が実際のデータに基づいたものであるという確信を得ることができます。

今、MES 設計を形成しているいくつかの力：

• クラウド導入により、IT部門を長いセットアップに引きずられることなく、新しいサイトの展開や容量の拡張が容易になります。

• モジュラー設計により、エンジニアはシステムのオーバーホールを待つことなく、必要なときにワークフローを変更することができます。

• IIoT エッジ接続は、機械とラインのデータを、それに対応できる人々の目の前に届けます。

• アナリティクスとAIツールは、チームがその場で意思決定できるようにノイズをカットします。

Tulip MES アプローチは、こうした現実を反映しています。チューリップのMESのアプローチは、このような現実を反映しています。チューリップのMESは、独自に成長または変更可能なモジュール式アプリを中心に構築されており、他のシステムとの接続もスムーズです。また、エンジニアは、従来のモノリシックなシステムにつきものの手荷物を持たずに、業務に実際に必要なものを構築することができます。

しかし、同じ工場は二つとありません。ニーズは業種によって、また製造業務の種類によっても異なります。バッチ製造とディスクリート製造などでは、まったく異なるオペレーションが行われます。

MES定義を標準化しようとするMESAやANSIのような組織の試みは、工場間のこの雪の結晶のような多様性によって頓挫しています。

この記事では、通常MES構成する中核的な機能について詳しく見ていきます。

まず、それぞれのモジュールが提供できる機能と特徴を見てみましょう。

製品定義

製造実行システムは、現場が製品を製造するために必要な文書を管理します。これは、以下のような機能によって実現されます：

• 部品表（BOM）管理：外部システムから製造BOM 表（mBOM）を受け取るか、エンジニアリングBOM （eBOM）を受け取り、MES内でeBOMからmBOMへの変換を管理します。
• 変更と構成管理：製品が更新されたときに、製品定義のeBOMとCADモデルにおける関連する変更点を参照し、リビジョン管理によって工程計画を更新できるように、製品のリビジョンを管理します。

製品と部品の追跡と系図

これらのMES 機能は、生産工程で適切な部品を適切な場所と時間に供給することを目的としています。その中には

• 部品発行：部品が在庫から発行され、現場の保管場所を移動してから、生産工程で取り付けまたは使用されるまでを追跡します。
• 部品ピッキング：部品ピッキングリストを作成し、在庫システムに送信するか、手動で持ち運びます。
• 部品キッティング：すべての部品が工程で使用できるように、作業を開始する前に、ビンやカートにまとめてキッティングする部品のキッティングリストを作成します。
• WIP在庫レベル：ジョブに発行されたものの、取り付けられていない部品のWIP在庫レベルを追跡し、その情報をインベントリシステムに送信します。
• WIP製品トラッキング： あるワークセンターから次のワークセンターへ移動する製品を追跡します。これは、バーコードスキャナーを使用するか、シリアル番号、ロット番号、または作業指示番号を追跡することによって行われます。
• 部品の取り付け記録と製品の系譜：アセンブリに使用された材料とコンポーネントの完全な系譜を含む、製品の履歴と監査証跡を維持します。また、MES 、設計通りまたは計画通りのBOM、As-BuiltBOM 検証することができます。
• 材料の賞味期限と使用期限：作業員が期限切れの材料を使用するのを防ぐため、材料の有効期限を把握してください。

プロセス実行管理

製造実行システムには、生産を管理し、適切なワークフローを確実に実行するための以下のような機能があります：

• プロセス・ルーティング： 各オペレーションとステップの実行シーケンスルール、作業指示、リソース、データ収集要件を詳細に定義し、管理します。
• 作業指示書：テキストとイラストで構成されたデジタル版の作業指示書で、工具のセットアップ方法、部品の位置決め、機械の運転方法、途中の検証方法など、適切な工程順序で技術者をガイドします。
• 作業ステップのガイド 作業指示だけでなく、MES 派遣リストでの作業選択から、作業開始のサインオン、測定や部品のデータ収集、作業完了の記録まで、さまざまなステップを通じて技術者をガイドすることができます。
• 生産ジョブの進捗管理： 作業エリア、使用リソース、部品表、使用部品ごとにオーダーの完了を追跡できるため、生産計画担当者は、各ユニットまたはロットが製造サイクル内のどの位置にあり、どの材料がいつ必要かを特定できます。このレベルの可視性は、エンジニアが在庫を計画し、生産をスケジューリングし、注文がいつ準備できるかを正確に顧客に知らせるのに役立ちます。要員にジョブの開始時刻と終了時刻にクロックオンを要求することで、この機能は各ジョブの人件費の追跡に役立ちます。
• イベントとアラート：機械やオペレーターによるジョブの完了などのイベントを記録し、必要に応じてスーパーバイザーやサポートに電子メールでアラートを送信します。例えば、規格外の条件が満たされた場合、ラインが停止した場合などにアラートが発せられます。
• 生産管理：これらの機能は、生産に支障をきたしている問題の解決を迅速化し、計画された作業からの逸脱を調整して承認し、生産スケジュールに影響を与える緊急のエンジニアリング変更を組み込む機能を提供します。通常、生産管理機能は、担当者が影響を受けた領域を分析し、可能な限り迅速に解決するための画面とレポートを提供します。
• 生産ジョブのディスパッチ：ERP 毎日のジョブ派遣リストを提供し、ジョブの延期、計画外の問題の回避などの機能を提供します。この機能には通常、ガントチャートなどのグラフィカルな表示があり、パフォーマンスを評価し、ジョブが遅れているか、予定通りに完了するかを追跡します。

資源管理

金型や材料など、生産におけるリソースを管理する機能。

• コントロール・ステーション／プランニング・テーブル：計画表には、円滑な生産工程を確保するための生産数量の維持、工程の計画オーダー、生産オーダーに必要な計画・管理ツールを備えたマスタープランの周期的なビューが含まれています。
• ツール・アンド・リソース・マネジメント（TRM）：生産に必要な工具やその他の補助的な資機材を管理します。MES 在庫システム以上に、稼働中のリソースの状態を管理し、どの工具が利用可能か、どの工具がどの機械に対応しているかを判断し、予防保守やダウンタイムの削減を目的としてそれらの状態を評価することが期待されています。
• ツーリングキャリブレーション： TRMに関連して、MES 各工具の有用な情報を持っているため、実際の使用頻度に基づいて較正をトリガーすることができます。さらに、MES 工具を使用する前に、工具が適切に較正されていることを強制することができます。
• 機械設定の伝達不要なダウンタイムを回避することを目的に、各機械の適切なセットアップとメンテナンス、適切な運転のための作業指示を確保するために、機械設定を管理し、送信します。
• ランニングマシンプログラム：シンプルなセットアップシートから数値制御（NC）または座標測定機（CMM）プログラムに至るまで、稼働中の機械のプログラムを保存および管理します。
• 資材および生産ロジスティクス： 輸送活動を適切なタイミングで開始できるよう、流通している資材（仕掛品（WIP）または共通保管施設の外にある資材）に関する情報を提供します。

品質

工程内検証による生産工程への品質統合。

• 統計的工程管理（SPC）：統計的工程管理はデータを取得し、処理し、設定値と比較して許容範囲内かどうかを判断します。もしそうでない場合、SPC機能はアラームを作動させ、関係者に警告を発します。MES システムは、これらのキャプチャされたデータポイントを保存して、その傾向を追跡し、生産現場で利用できるようにすることで、ミスを事前に特定して防止することができます。
• 製品構成の検証 MES 、各製品ユニットに組み込まれたエンジニアリング変更通知（ECN）のリストを含むデバイス履歴レコード（DHR、別名As-Builtレポート）を保持することにより、製品が正しいエンジニアリング仕様で製造されていることを確認するのに役立ちます。製造時と設計時の構成に乖離がある場合、MES メーカーが仕様外の製品を出荷しないように、必要な承認を管理することができます。
• 不適合管理（NCM）：品質が悪い製品の技術的側面、製造条件、投入材料をトレースバックし、対策の導入と効果測定を行うこと。
• 入荷商品：このモジュールは、正確なバッチ番号付けを保証し、値が許容レベルを逸脱している場合に関係者に警告するために、入荷および発送された商品の登録と追跡を支援します。
• 検査機器の管理： ツールとリソースの管理と同様に、この機能は検査機器が適切にメンテナンスされていることを確認するのに役立ちます。また、検査機器が必要な基準を満たしているか、適切なテストや検査手順に使用されているかも確認できます。
• プロセスデータ処理（PDP）：この機能は、温度や湿度などの生産現場からのデータを取得し、許容範囲や介入限界に照らして検証します。エラーが発生した場合は、対策を推奨します。

人事

これらの機能は、業務に携わる人々の管理に役立ちます。

• スタッフの勤務時間の記録：スタッフの出勤・退勤データ、欠勤時間、その他の時間に関連する変数を記録し、生産に役立てることができます。
• 従業員の資格と認定：従業員の資格取得記録、およびさまざまな職務の経験記録の管理。業務に就く従業員が、その業務を遂行するために必要な資格と経験を有していることを確認。
• インセンティブ賃金：生産データ、欠勤時間、作業指示時間を用いて業績レベルを算出し、インセンティブベースの賞与システムを導入。
• 短期人員計画部門、工場、会社レベルでの負荷状況を考慮し、手動または自動でスケジュールを計画することができます。
• アクセス管理：生産施設への入退室を管理し、許可された担当者のみが作業現場へのアクセスや機械の操作などを行えるようにします。
• エスカレーション管理： 品質、稼働率、ダウンタイムなどに関する問題をエスカレーションします。しきい値に違反した場合、エスカレーションとアラームのメカニズムが作動し、問題をエスカレーションして適切な関係者に警告を発し、障害のある運用状態の期間を短縮します。

データ収集

MES 生産現場全体のデータ収集と統合を支援します。

• 生産データの取得：さまざまな時間枠で人、材料消費、品質などの生産データを取得し、表示や分析を通じて経営陣がリアルタイムで利用できるようにします。
• 機械データの 収集：インターフェイスを通じて手動で、または産業用プロトコルやバスシステム、あるいは秤や天秤などのセンサーを通じて自動的に機械のステータスを取得し、OEEや稼働時間などのKPIを測定するだけでなく、生産におけるボトルネックや障害点を特定します。
• 工程内データ収集： バーコードスキャナ、RFID、ゲージインターフェイスなどのデバイスだけでなく、チェックリストや記録された測定値を使用して、手動および自動の工程内データ収集を容易にします。

システム統合

MES 他の生産システムと統合できなければなりません。

• データの保存：MES 最新かつ標準化されたデータを持っている必要があります。APIやコネクタなどを通じて、社内の既存データベースや新しいデータベースと連携できる必要があります。
• 他のシステムとの統合： MES 、社内の他のシステムと統合し、相互作用できる必要があります。企業レベルでは、ERP、人事、QMSシステムと相互作用できること。生産管理レベルでは、OPC-UAのような産業用プロトコルや、情報ステーションからのPCベースの入力を介して、機械と相互作用できる必要があります。
• 導入ほとんどのMES オンプレミス型ですが、大手ベンダーがクラウドベースのMES導入する傾向が強まっており、クラウドネイティブを志向する新規参入企業も登場しています。

MES 急速に変化しています。MESはもはやデジタル化されたペーパーワークではありません。最新のプラットフォームは、生産 ニーズに柔軟に対応し、他のシステムと接続し、工場の成長 に合わせて拡張できるように構築されています。

コンポーザブル・アーキテクチャー
古いMES システムは重く、一度稼動すると変更するのが困難です。コンポーザブル・システムはプラットフォームをモジュールに分割します。各モジュールは、生産の追跡、機器の監視、品質の管理など、1つの仕事を処理します。各モジュールは独立しているため、必要なときに追加し、個別に更新することができます。

これにより、以下のことが可能になります：

• 一度に展開するのではなく、段階的に展開

• 特定の製品ラインに合わせた機能の調整

• IT部門をすべてのステップに巻き込むことなく、短いスケジュールで変更を実施できます。
  

クラウドとハイブリッド展開
現在、多くのMES プラットフォームがクラウドで稼働しています。一部の製造業ではハイブリッ ド設定を採用し、タイムセンシティブな作業はローカルで行い、データの保存と分析の実行はクラウドで行っています。クラウドを利用することで、インフラストラクチャーのオーバヘッドを削減し、展開を迅速化し、APIを通じてERP その他のビジネスシステムとの接続を容易にします。

AI、機械学習、デジタルツインズ
新機能により、MES レポートツールから意思決定支援ツールへとシフトし始めています：

• 過去のマシンデータからメンテナンス予測を構築

• ライブ信号に基づく品質および生産異常アラート

• AIアシスタントによるオペレーターガイダンス、フロアでの回答表示

すべてのMES プラットフォームが同じように構築されているわけではありません。多くのMESプラットフォームがモノリシックなアーキテクチャーを採用している一方で、柔軟性、スピード、統合性を優先したコンポーザブルなクラウドネイティブモデルに移行しつつあります。

簡単な比較です：

コンポーザブルMES 、レガシー・プラットフォームに縛られることなく、メーカーが必要とするシステムを構築する道を提供します。

MES 業種、製造オペレーションのタイプ、顧客の規模によって様々なバリエーションがありますが、上記のような機能の組み合わせは共通しています。MES 適切に導入されれば、製造業者はより良い意思決定を行うためのリアルタイムの可視性を得ることができます。しかし、MES その技術の硬直的な性質から、ROIを示すのに時間がかかる難しいシステムです。

製造アプリのような新しいテクノロジーにより、現代の製造業者は、MES一般的な課題を抱えることなく、上記のコア機能の多くにアクセスできます。Tulipようなオペレーションプラットフォームでは、上記のMES 各機能を、オペレーションに最も近い人たちによって特別に設計・開発されたアプリケーションにすることができます。

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