Sistemi MES/MOM: le normative del Manufacturing Execution System

Perché le normative MES/MOM sono importanti per un’azienda manifatturiera

Prima di entrare nel dettaglio delle singole normative, vale la pena chiarire perché dovrebbero interessare a chi si occupa di produzione, non solo a chi sviluppa software.

Un sistema MES/MOM costruito senza fare riferimento a standard riconosciuti tende a diventare, nel tempo, un sistema chiuso: difficile da integrare con nuovi macchinari, complesso da collegare a un ERP diverso da quello originario, e costoso da aggiornare quando cambiano i processi produttivi. Un sistema costruito seguendo IEC 62264, ISA-88 e ISA-95, invece, eredita un’architettura pensata fin dall’origine per dialogare con i livelli superiori (ERP, pianificazione aziendale) e con i livelli inferiori (PLC, SCADA, macchinari) in modo strutturato e prevedibile.

In pratica, adottare questi standard significa ridurre il rischio di vendor lock-in, semplificare l’integrazione tra IT e OT, e costruire un sistema che si adatta alla crescita dell’azienda invece di doverlo sostituire a ogni cambio di scala.

In Eureka System sviluppiamo sistemi di gestione della produzione costruiti su misura, con funzionalità di gestione dei macchinari e del personale operatore, data tracking and tracing, pianificazione e schedulazione degli ordini di produzione, controllo e monitoraggio della produzione, esecuzione delle operazioni. Per progettare queste funzionalità in modo solido e interoperabile, facciamo riferimento a tre normative internazionali: IEC 62264, ISA-88 e ISA-95. Ecco cosa stanno a significare queste sigle…

IEC 62264

I livelli gerarchici della produzione

La norma IEC 62264 definisce i livelli gerarchici funzionali di un’azienda manifatturiera, suddividendo in modo piramidale le diverse aree di competenza del Manufacturing Operations Management. È lo standard che risponde a una domanda apparentemente semplice ma cruciale in fase di progettazione: dove finisce la pianificazione aziendale e dove inizia il controllo di reparto?

• Livello 4 – Business planning e logistica. È il livello della pianificazione aziendale in senso stretto: definizione del flusso di lavoro, gestione di materie prime e risorse, organizzazione di imballaggio, spedizione e magazzino. È il dominio tipico dell’ERP.
• Livello 3 – Manufacturing Operations Management. È il livello su cui opera il MES: gestione del flusso di lavoro necessario a produrre il prodotto finale, elaborazione dei dati di produzione e ottimizzazione dei processi. È il ponte tra la pianificazione aziendale e il controllo di reparto.
• Livello 2 – Controllo e supervisione dei processi. Riguarda il controllo automatizzato della produzione, distinto in tre tipologie: batch control (produzione a lotti), continuous control (processi continui) e discrete control (produzione discreta, pezzo per pezzo).
• Livello 1 – Acquisizione dati e controllo di processo. È il livello in cui vengono gestiti i processi di produzione e raccolti i dati direttamente dal campo.
• Livello 0 – Processo produttivo fisico. È la base della piramide: il processo produttivo vero e proprio, con macchinari, sensori e attuatori.

Questa struttura non è solo un modello teorico da manuale: è la mappa che permette di capire, in fase di progettazione di un MES, quali dati devono salire verso l’ERP, quali devono restare a livello di reparto, e dove va collocata ogni singola funzionalità del sistema. Un MES progettato senza questa chiarezza tende a duplicare funzioni che già esistono a un altro livello, generando ridondanze e incoerenze tra i sistemi.

ISA-88

Lo standard per il Batch Control

Se IEC 62264 definisce la struttura verticale della produzione, ISA-88 entra nel merito di una tipologia specifica ma molto diffusa nell’industria di processo: la produzione a lotti, o batch control.

ISA-88 nasce per risolvere un problema molto concreto: prima di questo standard, ogni produttore di sistemi di controllo batch usava una terminologia propria per descrivere ricette, fasi produttive e apparecchiature, rendendo complessa sia la programmazione sia la comunicazione tra fornitori diversi. La normativa introduce una terminologia universale, che semplifica la programmazione, le attività di configurazione e la comunicazione tra i componenti del sistema, oltre a una struttura dati standard che facilita lo scambio di informazioni all’interno dell’architettura.

Il contributo più rilevante di ISA-88 è però la definizione di due modelli complementari:

• Il modello fisico descrive la struttura gerarchica che mette in relazione le apparecchiature di controllo e i canali di comunicazione dati necessari per le aree fisiche coinvolte nella produzione a lotti, dall’impianto nel suo complesso fino alla singola unità di processo.
• Il modello funzionale descrive invece le relazioni tra cinque tipologie di controllo: gestione delle ricette, scheduling, controllo sequenziale, controllo normativo e sistemi di interblocco di sicurezza.

Per un’azienda che opera con processi batch (come farmaceutico, alimentare, chimico e cosmetico) un MES progettato secondo ISA-88 significa poter gestire ricette di prodotto in modo standardizzato, tracciare ogni fase del lotto con precisione e garantire che le stesse logiche di produzione possano essere replicate su linee o stabilimenti diversi senza dover riscrivere la configurazione da zero.

ISA-95

L’interfaccia tra sistemi aziendali e sistemi di controllo

ISA-95, nota anche come ANSI/ISA-95 e alla base della stessa IEC 62264, è lo standard definito dall’International Society of Automation per lo sviluppo di un’interfaccia automatizzata tra sistemi aziendali e sistemi di controllo. Descrive i modelli di riferimento per lo scambio delle informazioni necessarie a governare le attività connesse ai processi produttivi industriali.

L’obiettivo della normativa è duplice: stabilire una terminologia coerente per le comunicazioni tra fornitori e produttori, e fornire modelli informativi e operativi coerenti che chiariscano le funzionalità di ogni applicazione e le modalità con cui i dati devono essere utilizzati. Non è uno standard verticale pensato per un solo settore: è stato sviluppato per i produttori globali ed è applicabile a qualsiasi tipo di processo industriale.

ISA-95 si compone di cinque parti, ciascuna con un ambito ben definito:

1. ISA-95.00.01-2000 definisce un modello astratto dell’azienda, comprese le funzioni di controllo della produzione e le funzioni aziendali, oltre ai modelli e alla terminologia standard per descrivere le interfacce tra i sistemi aziendali e le operazioni di produzione.
2. ISA-95.00.02-2001 definisce i modelli di oggetti e gli attributi per la gestione delle operazioni di produzione.
3. ISA-95.00.03-2005 fornisce i modelli per la gestione delle operazioni di produzione (MOM) vera e propria.
4. ISA-95.00.04-2006 stabilisce definizioni e direttive relative a oggetti e attributi per il controllo delle attrezzature e l’acquisizione dei dati di produzione (ECDA).
5. ISA-95.00.05-2007 copre le relazioni e le transazioni tra azienda e produzione, il livello business-to-manufacturing.

Perché ISA-95 conta davvero per chi gestisce la produzione

L’obiettivo pratico di ISA-95 è ridurre rischi, costi ed errori associati all’implementazione dei sistemi di gestione della produzione. Adottando questo standard, un’azienda ottiene una macro-prospettiva a livello aziendale sull’integrazione dei sistemi, che permette di ricondurre migliaia di azioni e logiche produttive a un quadro comprensibile e standardizzato dal livello dei sensori e dei processi fisici fino alla pianificazione ERP.

In termini più operativi, l’adozione di ISA-95 porta diversi benefici concreti e misurabili:

• riduzione del rischio, dei costi e degli errori nell’implementazione delle interfacce tra sistemi diversi;
• una prospettiva aziendale unificata sull’integrazione, che semplifica la gestione di migliaia di punti dati distribuiti tra i vari livelli produttivi;
• una maggiore capacità di automatizzare i processi e rispondere in tempo reale agli eventi operativi, coerentemente con i principi dell’Industria 4.0;
• una comunicazione più fluida tra sistemi IT e OT, con un coordinamento più efficace tra i diversi livelli dell’organizzazione;
• modelli di riferimento chiari per determinare quali informazioni devono essere scambiate tra i sistemi di vendita, finanza e logistica.

Cosa significa in pratica per un progetto MES/MOM

Preso singolarmente, ognuno di questi standard risolve un problema specifico: IEC 62264 definisce dove si colloca ogni funzione all’interno della gerarchia produttiva, ISA-88 standardizza la gestione dei processi batch, ISA-95 struttura lo scambio di informazioni tra il mondo aziendale e quello di produzione. Usati insieme, come facciamo in Eureka System nello sviluppo dei nostri sistemi MES/MOM, costituiscono una base metodologica solida su cui costruire un sistema realmente su misura, senza per questo rinunciare all’interoperabilità e alla manutenibilità.

È una distinzione che vale la pena tenere presente quando si valuta un fornitore di sistemi MES: un sistema costruito seguendo questi standard non è semplicemente “più conforme” sulla carta, è un sistema che comunicherà più facilmente con l’ERP che l’azienda già utilizza, che potrà essere esteso a nuove linee produttive senza reingegnerizzazioni complesse, e che ridurrà il rischio di trovarsi, tra qualche anno, con un’infrastruttura software che nessuno sa più come far dialogare con il resto dell’azienda.