Software MES: cos'è, cosa fa e quando serve a una PMI

Un software MES (Manufacturing Execution System) è il sistema che segue la produzione mentre avviene: quali ordini sono in lavorazione, su quale macchina, da quanto tempo, con quanti pezzi buoni e quanti scarti, con quale lotto di materia prima. Si colloca tra il gestionale aziendale, che sa cosa va prodotto e per quando, e le macchine, che sanno solo cosa stanno facendo in quel momento. Qui trovi la definizione corretta, la differenza con l'ERP e qualche criterio per capire se ti serve davvero.

MES cos'è: la definizione di MESA e dello standard ISA-95

La definizione più citata è quella di MESA International, l'associazione che dagli anni Novanta si occupa di sistemi informativi per la produzione. Tradotta in modo fedele dice che i MES forniscono le informazioni che permettono di ottimizzare le attività produttive dal lancio dell'ordine fino al prodotto finito, e che usando dati aggiornati e accurati il MES guida, avvia, risponde e riporta le attività di stabilimento nel momento in cui si svolgono.

La parola chiave è «nel momento in cui». Un ERP ragiona per giorni e settimane: ordini clienti, fabbisogni, acquisti, costi. Il MES ragiona per turni, ore e minuti.

Lo standard di riferimento per collocare il MES nell'architettura di una fabbrica è ISA-95, adottato a livello internazionale come IEC 62264. ISA-95 divide le attività di un'azienda manifatturiera in livelli:

• livelli 0, 1 e 2: il processo fisico, i sensori, i PLC e i sistemi di supervisione che controllano le macchine;
• livello 3: la gestione delle operazioni di produzione (Manufacturing Operations Management), dove lavora il MES;
• livello 4: la pianificazione e la logistica aziendale, cioè l'ERP.

Lo standard serve soprattutto a definire quali informazioni passano tra il livello 3 e il livello 4: ordini e programmi scendono dall'ERP verso il reparto, consuntivi di produzione e consumi risalgono.

Nel 1997 MESA aveva anche elencato undici funzioni tipiche di un MES, dalla schedulazione di dettaglio alla qualità, dalla manutenzione alla tracciabilità del prodotto. Nessuna PMI le usa tutte, e va bene così.

Cosa fa un software MES in pratica

In una PMI manifatturiera il MES serve a risolvere pochi problemi molto concreti.

Avanzamento degli ordini di produzione

L'ufficio programmazione lancia l'ordine nel gestionale. Il MES lo riceve, lo mette in coda sulla macchina o sulla linea giusta e l'operatore lo vede su un terminale a bordo macchina. Quando inizia, mette in pausa o chiude una fase, lo dichiara con un tocco o leggendo il codice a barre del foglio di lavoro. Il capo reparto vede in ogni momento cosa è fermo, cosa è in ritardo e cosa è già passato al collaudo, senza fare il giro del capannone.

Tempi, fermi e OEE

Il secondo motivo è sapere quanto dura davvero una lavorazione. Molte aziende hanno nel gestionale tempi standard scritti anni fa, che nessuno ha più verificato. Il MES registra tempi di attrezzaggio, tempi ciclo reali e fermi, con la causale del fermo: manca materiale, guasto, attesa del controllo qualità, cambio stampo.

Da questi dati si calcola l'OEE (Overall Equipment Effectiveness), l'indicatore più usato per misurare quanto una macchina produce rispetto al suo potenziale. È il prodotto di tre fattori: disponibilità (quanto tempo la macchina ha lavorato rispetto al tempo pianificato), efficienza (quanto è andata veloce rispetto al ciclo nominale) e qualità (quanti pezzi buoni sul totale). Più del valore assoluto conta vedere quale dei tre fattori ti fa perdere più ore, perché le contromisure sono diverse: per la disponibilità lavori su manutenzione e attrezzaggi, per la qualità su processo e materiali.

Tracciabilità di lotti e componenti

Se un cliente ti contesta un lotto, devi poter risalire a quale materia prima è stata usata, su quale macchina, in quale turno, con quali parametri. MESA la chiama genealogia del prodotto. In settori come alimentare, automotive o medicale è un requisito dei clienti prima ancora che una scelta interna. Con un MES la tracciabilità si costruisce mentre si produce, perché ogni dichiarazione di consumo e di versamento è legata a lotti e matricole.

Raccolta dati macchina

Le dichiarazioni dell'operatore sono il primo livello. Il secondo è leggere i dati direttamente dalle macchine: stato (in lavoro, ferma, in allarme), contapezzi, parametri di processo. Le macchine moderne hanno quasi sempre un PLC o una scheda elettronica che espone questi dati con un protocollo industriale, per esempio Modbus TCP/IP o OPC UA. Quando la raccolta è automatica i dati smettono di dipendere dalla memoria di chi compila il foglio a fine turno.

Differenza tra MES ed ERP (e cosa si intende per gestionale produzione)

La confusione nasce dal fatto che molti ERP hanno un «modulo produzione». In un'azienda che li ha entrambi, i compiti si dividono così:

Quando in Italia si cerca un «gestionale produzione» di solito si intende proprio il modulo produzione dell'ERP: distinte base, cicli di lavoro, ordini di produzione, calcolo dei fabbisogni (MRP), magari con una dichiarazione di avanzamento semplificata. Per molte aziende è sufficiente. Il MES entra quando quella dichiarazione semplificata non basta più: troppe macchine, troppi turni, troppi ordini piccoli, o clienti che chiedono tracciabilità puntuale.

I due sistemi devono parlarsi. Gli ordini scendono dall'ERP al MES, i consuntivi (pezzi prodotti, scarti, materiali consumati, ore) risalgono e aggiornano magazzino e costi. Se questo passaggio lo fa una persona ricopiando i dati, hai comprato due software e ti sei tenuto il problema. È lo stesso tema che affrontiamo nell'articolo sull'integrazione di sistemi per unire i dati sparsi.

Quando una PMI manifatturiera ha bisogno di un MES

Dai progetti che seguiamo, i segnali che indicano un bisogno reale sono questi:

• il capo reparto passa una parte importante della giornata a chiedere a voce a che punto sono gli ordini;
• i tempi ciclo nel gestionale non corrispondono a quelli reali e i preventivi si fanno «a sensazione»;
• a fine mese non sai dire quanto ti è costato davvero un ordine, perché ore e scarti non sono registrati per commessa;
• un cliente importante ti chiede la tracciabilità dei lotti e oggi la ricostruisci a mano;
• hai più turni e l'informazione si perde nel passaggio di consegne;
• le macchine hanno dati preziosi (allarmi, contapezzi, parametri) che nessuno legge.

Se ti ritrovi in tre o più di questi punti, vale la pena valutare un MES o almeno una parte delle sue funzioni.

Quando basta meno

Se hai un reparto con cinque o sei macchine, un solo turno e commesse lunghe, un MES completo è sprecato. Ti bastano le dichiarazioni di avanzamento nel gestionale produzione, fatte da un tablet in reparto invece che su carta. Il passo successivo, se serve, è leggere stato e contapezzi delle macchine principali. La schedulazione a capacità finita e la genealogia completa arrivano solo quando i volumi lo giustificano.

Un percorso a gradini funziona quasi sempre meglio di un progetto unico:

1. dichiarazione digitale di inizio e fine fase, con causali di fermo semplici;
2. collegamento delle macchine che pesano di più sulla capacità;
3. scambio automatico di ordini e consuntivi con l'ERP;
4. tracciabilità di lotti, qualità e manutenzione, se il tuo mercato li richiede.

C'è anche il caso opposto. Se lavori in un settore regolato, con requisiti formali di validazione del software, un MES di mercato già diffuso nel tuo settore è spesso la scelta più prudente, anche se costa di più. Lo sviluppo su misura ha senso quando i tuoi processi o le tue macchine sono particolari e i prodotti standard ti costringono a cambiare il modo di lavorare per adattarti al software. Ne parliamo più in generale nella guida su software su misura o standard.

Interconnessione macchinari: il pezzo che di solito manca

Nei progetti MES la parte più sottovalutata è il collegamento fisico e logico alle macchine. Il reparto tipico di una PMI ha macchine di età e marche diverse: alcune espongono i dati con protocolli standard, altre hanno solo un'uscita digitale per il contapezzi, altre ancora nulla. Prima di scegliere un software conviene fare un censimento: per ogni macchina, quale controllo ha, quale protocollo, se è già in rete.

Ci sono poi tre decisioni da prendere presto:

• solo lettura o anche scrittura: leggere stato e parametri è semplice, inviare ricette o avviare cicli da remoto richiede regole di sicurezza e permessi più rigorosi;
• dove stanno i dati: in un server nello stabilimento o in cloud, in base a riservatezza e qualità della connessione;
• come si separa la rete delle macchine da quella degli uffici, per non esporre i controlli a chiunque sia collegato al Wi-Fi aziendale.

A volte la soluzione arriva da chi le macchine le costruisce, come nel caso che segue.

Il caso Buzzi Connect: dati macchina pronti per MES ed ERP

Buzzi SRL è un'azienda manifatturiera italiana che progetta e produce macchinari per la saldatura ad alta frequenza: saldatrici standard, a piatto rotante e salda-trancia, ognuna configurabile sulle esigenze del cliente. Le macchine hanno board digitali e sistemi di controllo elettronici avanzati, ma come molti macchinari professionali non nascevano con integrazioni cloud-native. Ogni saldatrice lavorava come un'unità autonoma, funzionante ma isolata.

I clienti di Buzzi, aziende manifatturiere di diversi settori, chiedevano di monitorare e controllare le macchine da remoto, di portare i dati di produzione nei propri sistemi MES ed ERP, di avere diagnostica per prevenire i fermi e di coordinare più macchine Buzzi nello stesso stabilimento.

Per Buzzi abbiamo sviluppato Buzzi Connect, un'applicazione web installata in locale presso gli stabilimenti dei clienti, su un server dedicato o un dispositivo industriale. Il software dialoga con le macchine via Modbus TCP/IP, senza modifiche all'hardware. Dall'interfaccia web, accessibile da PC, tablet o smartphone in rete, l'operatore vede in tempo reale stato, parametri, statistiche di produzione e allarmi di ogni macchina, può modificare i parametri di lavorazione, avviare e arrestare i cicli e gestire più macchine da un'unica dashboard.

Per il tema di questo articolo conta soprattutto un punto: Buzzi Connect raccoglie e storicizza i dati di produzione e li rende esportabili verso i sistemi gestionali del cliente, MES ed ERP compresi. Buzzi Connect non è un MES. È lo strato che rende le macchine pronte a parlare con il MES che il cliente ha già o che adotterà. La sicurezza è stata progettata per la fabbrica: rete segmentata che isola il traffico di controllo, comunicazioni HTTPS anche in locale, accesso con credenziali individuali e integrazione con LDAP/Active Directory, ruoli distinti per operatori, manutentori e amministratori, log di tutte le operazioni e dati di produzione che restano nel perimetro aziendale.

Se costruisci macchine, la lezione è che i tuoi clienti prima o poi ti chiederanno di entrare nel loro MES, e conviene arrivarci preparati. Se le macchine le usi, chiedi ai fornitori quali dati espongono e con quale protocollo prima di firmare l'ordine. Trovi più dettagli tecnici nell'articolo dedicato a Buzzi e la manifattura connessa.

Come si arriva a un MES senza fermare il reparto

Il rischio di un progetto MES è trasformarlo in un cantiere che dura un anno, mentre il reparto continua a lavorare con la carta. Noi lo affrontiamo in modo diverso.

Si parte da un'analisi in reparto, con chi lavora sulle macchine, oltre che con la direzione: quali dichiarazioni fanno oggi, su quale foglio, in quale momento del turno. Poi si sceglie una linea o un gruppo di macchine pilota. Lo sviluppo procede a sprint di due settimane: alla fine di ogni sprint c'è una versione funzionante in un ambiente di staging, che il capo reparto prova con dati veri prima che arrivi in produzione. L'integrazione con il gestionale si fa tramite API, così ordini e consuntivi passano da un sistema all'altro senza ricopiature. Se vuoi capire come funziona questo scambio, c'è una spiegazione semplice nell'articolo sulle API aziendali. Il codice sorgente resta di proprietà dell'azienda cliente.

Il nostro lavoro sulle integrazioni tra macchine, MES e gestionali parte quasi sempre da qui.

Parliamo del tuo reparto produttivo

Se stai valutando un software MES, o ti chiedi se il tuo gestionale produzione può bastare ancora qualche anno, il primo passo utile è guardare insieme come lavora oggi il tuo reparto: macchine, dichiarazioni, passaggi tra ufficio e produzione. In una call di un'ora capiamo se ti serve un MES, un collegamento alle macchine o solo un modo migliore di raccogliere gli avanzamenti. Prenota una call con noi e porta con te l'elenco delle macchine e un foglio di lavoro tipo.