Điều gì sẽ xảy ra khi kết hợp SCADA với MES?

Trong thời đại công nghiệp 4.0 ngày nay, hệ thống SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) và MES (Manufacturing Execution System) đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa quy trình sản xuất và quản lý hoạt động của doanh nghiệp. Bài viết dưới đây của IZISolution sẽ khám phá sự kết hợp mạnh mẽ giữa hai hệ thống này và cách chúng cùng nhau đóng vai trò quan trọng trong việc đưa doanh nghiệp vào thời kỳ sản xuất thông minh.

I. SCADA là gì?

Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA) được sử dụng để kiểm soát, giám sát và phân tích các thiết bị và quy trình công nghiệp. Hệ thống này bao gồm cả các thành phần phần mềm và phần cứng, đồng thời cho phép thu thập dữ liệu từ xa và tại chỗ từ thiết bị công nghiệp. 

Hệ thống SCADA rất quan trọng đối với các tổ chức công nghiệp vì chúng giúp duy trì hiệu quả, xử lý dữ liệu để đưa ra quyết định thông minh hơn và truyền đạt các vấn đề của hệ thống để giúp giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động.

Ví dụ: hệ thống SCADA nhanh chóng thông báo cho người vận hành rằng một lô sản phẩm có tỷ lệ lỗi cao. Người vận hành tạm dừng hoạt động và xem dữ liệu hệ thống SCADA qua HMI để xác định nguyên nhân của sự cố. Người điều hành xem lại dữ liệu và phát hiện ra rằng Máy 4 đang gặp trục trặc. Khả năng thông báo cho người vận hành về một vấn đề của hệ thống SCADA sẽ giúp anh ta giải quyết vấn đề đó và ngăn ngừa mất thêm sản phẩm.

Hệ thống SCADA có những chức năng quan trọng như:

• Kiểm soát quy trình sản xuất: SCADA cho phép điều khiển hoạt động của thiết bị trong quy trình sản xuất, bao gồm cả khả năng điều khiển từ xa, như bật/tắt và điều chỉnh cài đặt.

• Theo dõi và phân tích dữ liệu: SCADA phân tích dữ liệu theo thời gian thực từ cảm biến và thiết bị đo để đánh giá hiệu suất hoạt động và dự đoán xu hướng trong quy trình sản xuất.

• Thu thập và lưu trữ thông tin liên tục: SCADA thu thập dữ liệu từ cảm biến và thiết bị đo, sau đó xử lý và lưu trữ thông tin để sử dụng trong quản lý và đánh giá hoạt động sản xuất.

• Giám sát quy trình sản xuất: SCADA tương tác với cảm biến, máy tự động và thiết bị khác thông qua giao diện người-máy (HMI), giúp nhân viên giám sát theo dõi thông số quan trọng của quy trình sản xuất.

• Nhận cảnh báo sớm và quản lý sự cố: SCADA cung cấp cảnh báo sớm về vấn đề tiềm ẩn và sự cố trong quy trình sản xuất, hỗ trợ quản lý để đưa ra quyết định chính xác và kịp thời.

Hệ thống SCADA hiện đại cho phép truy cập dữ liệu thời gian thực từ nhà máy từ mọi nơi. Quyền truy cập này cho phép các tổ chức và công ty đưa ra quyết định dựa trên dữ liệu về cách cải thiện quy trình. SCADA hiện đại cũng kết hợp các khả năng phát triển ứng dụng nhanh (RAD) cho phép người dùng thiết kế và sửa đổi các ứng dụng trong giao diện mã thấp.

Việc áp dụng các tiêu chuẩn và thực tiễn Công nghệ thông tin hiện đại đã cải thiện hiệu quả, tính bảo mật, năng suất và độ tin cậy. Việc sử dụng dữ liệu SQL trong hệ thống SCADA sẽ cho phép tích hợp dễ dàng hơn các hệ thống thiết yếu (MES) và hệ thống hoạch định nguồn lực doanh nghiệp (ERP) hiện có, đồng thời cho phép dữ liệu tự do lưu chuyển trong toàn bộ tổ chức.

II. MES là gì?

Manufacturing Execution System (MES) là hệ thống thực thi sản xuất. Đây là một hệ thống phần mềm năng động, toàn diện giúp giám sát, theo dõi, ghi chép và kiểm soát quá trình sản xuất hàng hóa từ nguyên liệu thô đến thành phẩm. Cung cấp một lớp chức năng giữa hệ thống ERP và hệ thống kiểm soát quy trình, MES cung cấp cho những người ra quyết định dữ liệu họ cần để giúp nhà máy hoạt động hiệu quả hơn và tối ưu hóa sản xuất. 

Bất kể quy mô của hoạt động sản xuất, MES có thể đóng góp vào năng suất và lợi nhuận tổng thể bằng cách điều khiển thông tin của quy trình sản xuất. Các ngành được quản lý như dược phẩm, thực phẩm và đồ uống, thiết bị y tế, hàng không và vũ trụ, quốc phòng và công nghệ sinh học đặc biệt được hưởng lợi - bởi vì các công ty được quản lý phải tuân thủ các quy định nghiêm ngặt để đảm bảo tuân thủ truy xuất nguồn gốc. Họ phải đảm bảo rằng các quy trình thích hợp được áp dụng để xây dựng các sản phẩm tuân thủ, các quy trình này được ghi lại và các sản phẩm tạo ra có thể dễ dàng thu hồi nếu cần.

Chức năng chính của hệ thống thực thi sản xuất MES bao gồm:

• Quản lý hoạt động sản xuất: MES kết nối với thiết bị IoT hoặc SCADA để thu thập dữ liệu thời gian thực về hoạt động sản xuất, bao gồm thời gian máy chạy, máy dừng, và sản lượng.

• Lập lịch sản xuất tự động: MES tự động lập kế hoạch sản xuất theo yêu cầu, đảm bảo tối ưu hóa quy trình sản xuất.

• Tính toán hiệu suất thiết bị (OEE): MES thu thập dữ liệu để đo lường hiệu suất tổng thể của máy móc, áp dụng các yếu tố Availability, Quality, và Performance (A-Q-P).

• Quản lý chất lượng: Tích hợp quy trình kiểm tra chất lượng từ nguyên liệu đầu vào đến sản phẩm đầu ra, bao gồm so sánh mẫu, đo lường và ghi lại hiệu quả.

• Quản lý truy xuất nguồn gốc: MES mã hóa thông tin sản phẩm thành mã QR Code/Barcode để hỗ trợ quá trình truy xuất nguồn gốc của sản phẩm.

• Lập kế hoạch bảo trì: MES sử dụng dữ liệu liên tục để dự đoán và hình dung thay đổi trong sản xuất, hỗ trợ việc lập kế hoạch bảo trì máy và giảm thời gian gián đoạn sản xuất.

III. Điểm khác biệt giữa MES và SCADA

 

Dưới đây là điểm khác biệt giữa SCADA và MES:

Mục đích chính và Chức năng cốt lõi:

• MES: Hệ thống MES tập trung vào quản lý đơn đặt hàng sản xuất, tạo ra dữ liệu sản xuất thô và thông tin theo dõi để đánh giá các chỉ số hiệu suất chính (KPI) của nhà sản xuất. Chú trọng vào quản lý sản xuất và tối ưu hóa quy trình.

• SCADA: Hệ thống SCADA cung cấp cái nhìn toàn diện về sàn nhà máy theo thời gian thực. Nó tập trung vào việc thu thập dữ liệu thô từ các thiết bị và cảm biến để giám sát tình trạng sản xuất và có khả năng phản ứng nhanh chóng đối với sự cố.

Tốc độ và Thời gian xử lý:

• MES: Phần mềm MES được định hướng theo giờ, ca hoặc thậm chí theo tuần. Xử lý dữ liệu với tốc độ chậm hơn, thích hợp cho quản lý sản xuất và quản lý doanh nghiệp.

• SCADA: Hệ thống SCADA hoạt động ở tốc độ thấp dưới giây, tập trung vào việc giám sát thời gian thực và phản ứng nhanh chóng đối với sự cố sản xuất.

Giao tiếp và Giao thức:

• MES: Hỗ trợ nhiều lựa chọn giao thức truyền thông, có khả năng giao tiếp với SCADA và các hệ thống khác như ERP.

• SCADA: Cần giao tiếp ở tốc độ cao với PLC, và sử dụng các giao thức công nghiệp như OPC hoặc Modbus để vận hành.

Tương tác con người và Tự động hóa:

• Cả hai hệ thống đều đòi hỏi sự tham gia của con người, nhưng mức độ khác nhau. MES hướng đến quản lý và quyết định dựa trên dữ liệu lịch sử, trong khi SCADA tập trung vào giám sát thời gian thực và phản ứng nhanh.

IV. Có cần triển khai MES khi doanh nghiệp đã có SCADA?

SCADA là một hệ thống tập trung vào kiểm soát sản xuất và sử dụng với PLC trong thời gian thực. Mặc dù SCADA có khả năng thu thập thông tin dữ liệu sản xuất như hiệu quả, số lượng sản phẩm và tốc độ sản xuất trung bình, nhưng nó hạn chế khi theo dõi chi tiết biến đổi của nguyên vật liệu thô thành sản phẩm qua các quy trình sản xuất trên quy mô khu vực nhà máy.

Trong quá trình sản xuất, cần xử lý và phân tích một lượng lớn thông tin được trao đổi trong thời gian thực để đạt được hiệu quả sản xuất tối ưu. Để đáp ứng nhu cầu này, doanh nghiệp cần một hệ thống có khả năng xử lý dữ liệu và giao tiếp với các hệ thống khác trong thời gian thực. Đó là lúc MES (Manufacturing Execution System) trở nên quan trọng.

SCADA được thiết kế để kiểm soát sản xuất trong thời gian thực, trong khi MES hỗ trợ theo dõi và thu thập thông tin chi tiết về từng sản phẩm, bao gồm cả nguyên vật liệu, qua tất cả các giai đoạn của quy trình sản xuất. MES là một phần mềm có khả năng làm việc với Big Data được nhận trong thời gian thực từ PLC và SCADA, đồng thời trao đổi thông tin với các hệ thống phần mềm doanh nghiệp như ERP, SCM, và CRM.

Mục đích của MES là phân tích và trích xuất thông tin quan trọng từ Big Data này, sau đó chuyển nó sang hệ thống ERP. MES cũng có khả năng chuyển đổi đơn đặt hàng công việc từ ERP thành lịch trình sản xuất và hỗ trợ gửi lịch trình này đến khu vực sản xuất, bao gồm cả PLC và SCADA. Việc cung cấp, thu thập và phân tích thông tin ở các định dạng khác nhau từ các hệ thống khác nhau là rất quan trọng trong môi trường sản xuất hiện đại.

Như vậy, quyết định triển khai MES khi doanh nghiệp đã có SCADA là một quá trình phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm:

• Mục tiêu kinh doanh

• Quy mô sản xuất và phức tạp công nghiệp

• Yêu cầu quản lý và báo cáo chi tiết

• Ngân sách và tài chính

• Sự đồng nhất và tính tương thích công nghệ

V. Vị trí của SCADA MES trong quy trình tự động hoá

 

Để hiểu vị trí của MES SCADA trong quy trình tự động hóa doanh nghiệp, chúng ta có thể tham khảo từ mô hình kim tự tháp tự động hóa, một khái niệm được đề cập trong bộ tiêu chuẩn ISA-95 và IEC 62264 để phân loại các kỹ thuật và hệ thống trong công nghệ điều khiển tự động hóa. Mô hình này có 5 cấp độ:

Cấp độ 4 – ERP (Enterprise Resource Planning):

Ở đỉnh kim tự tháp, ERP đại diện cho tầng quản lý doanh nghiệp tổng thể. Tại đây, doanh nghiệp có thông tin tổng quan về hoạt động của nhà máy, kinh doanh, và các hoạt động khác. ERP quản lý và cung cấp thông tin cho quyết định lập kế hoạch và xử lý các hoạt động sản xuất.

Cấp độ 3 – hệ thống MES:

Nằm ở cấp độ quản lý, MES giám sát và tự động lập lịch sản xuất. Nó kết nối việc điều khiển sản xuất với các hệ thống quản lý doanh nghiệp bằng cách lấy dữ liệu trực tiếp từ máy móc. MES cung cấp thông tin tức thì cho quản lý sản xuất, quản lý chất lượng và nhân viên vận hành máy, đồng thời tối ưu hóa nguồn lực và quản lý sản xuất theo thời gian thực.

Cấp độ 2 – hệ thống SCADA:

Nằm ở cấp độ giám sát và kiểm soát, SCADA là tầng kết nối giữa công nghệ thông tin (IT) và công nghệ vận hành (OT). Hệ thống SCADA điều khiển và giám sát các thiết bị như PLC, cảm biến và gửi/nhận thông tin từ hệ thống MES hoặc ERP ở tầng phía trên.

Cấp độ 1 – cấp kiểm soát:

Nơi chứa PLC và phần mềm kiểm soát cấp hiện trường.

Cấp độ 0 – cấp hiện trường:

Bao gồm các mô-đun theo dõi thiết bị và hệ thống làm việc trực tiếp trong môi trường sản xuất như động cơ, cảm biến, bộ điều khiển, thiết bị đo, và các công cụ cần thiết.

Tóm lại, mô hình kim tự tháp tự động hóa giúp hiểu rõ vị trí và chức năng của các hệ thống SCADA và MES trong hệ thống tự động hóa của doanh nghiệp, từ việc giám sát và điều khiển tại cấp hiện trường đến quản lý toàn bộ doanh nghiệp ở cấp ERP.

VI. Kết hợp MES SCADA trong thực tiễn 

Nhiều doanh nghiệp trên thế giới đã áp dụng sự tích hợp giữa SCADA và MES để hỗ trợ hiệu quả sản xuất và tiết kiệm ngân sách triển khai. Việc kết hợp này giúp tránh xung đột tiềm ẩn giữa SCADA và MES khi chúng hoạt động độc lập, đặc biệt khi lựa chọn từ các nhà cung cấp khác nhau.

Trong một số trường hợp, các dự án có thể chỉ cần MES để xử lý các tác vụ đơn giản như theo dõi tồn kho và báo cáo tài nguyên. SCADA / HMI có thể được cấu hình để thực hiện nhiệm vụ này. Đối với các ứng dụng quy mô nhỏ, sự kết hợp giữa MES và SCADA có thể mang lại nhiều lợi ích.

Một số doanh nghiệp đã thành công khi tích hợp MES vào hệ thống SCADA hiện có. Điều này giúp giảm thiểu công sức giám sát từng hệ thống riêng lẻ và tối ưu hóa hiệu suất sản xuất. Mô hình này thường bắt đầu với SCADA và sau đó thêm các chức năng MES theo thời gian, tạo ra một hệ thống đồng bộ và linh hoạt.

Một ví dụ là nhà sản xuất sử dụng Ignition SCADA của Inductive Automation với mô-đun MES của Sepasoft. Họ đã tích hợp MES SCADA ERP, bắt đầu bằng cách sử dụng SCADA làm nền tảng và sau đó thêm các mô-đun MES theo nhu cầu, từ quản lý sản xuất đến OEE và SPC. Mô hình này mang lại nhiều lợi ích, giúp quản lý rủi ro ở mỗi giai đoạn của quá trình sản xuất.

Tóm lại, sự kết hợp giữa SCADA và MES giúp doanh nghiệp không chỉ theo dõi quy trình sản xuất mà còn tối ưu hóa hiệu suất toàn bộ hệ thống. Với sự tích hợp chặt chẽ giữa giám sát và quản lý, SCADA với MES mở ra cánh cửa cho tương lai sản xuất thông minh, nơi dữ liệu và quyết định được kết hợp để đưa ra những quyết định nhanh chóng và chính xác, góp phần nâng cao cạnh tranh và hiệu suất toàn diện của doanh nghiệp.