Система управления производством (MES): ИИ в производственных процессах

На большинстве производственных предприятий в ежедневные обязанности входят осмотр оборудования, отслеживание данных и проверка деталей на дефекты. К сожалению, во время долгих смен за этими повторяющимися задачами легко упустить из виду.

Однако благодаря развитию ИИ и компьютерного зрения — области, которая учит машины понимать визуальную информацию, — многие из этих задач теперь автоматизированы. Для автоматизации производства такого уровня производители также используют системы, объединяющие данные со всего производственного участка.

В частности, одним из ключевых элементов этих изменений на производстве стала система управления производственными процессами (MES). Современное программное обеспечение MES отслеживает каждый этап производства, предоставляет данные в реальном времени и помогает командам быстро реагировать на проблемы в цехе.

В этой статье мы расскажем, как работают системы управления производственными процессами (MES) на фабриках и как такие технологии, как ИИ и компьютерное зрение, делают их интеллектуальнее, быстрее и надежнее.

Что такое система управления производственными процессами (MES)?#

Программное обеспечение MES управляет производством и контролирует его на фабрике. Оно связывает корпоративные решения, такие как системы планирования ресурсов предприятия (ERP), с производственными операциями в реальном времени.

ERP планирует запасы, материалы и графики, а MES отвечает за выполнение планов. MES передаёт инструкции машинам и операторам, собирает производственные данные и отслеживает каждый этап по мере его выполнения. Благодаря этому производители могут выявлять задержки, контролировать качество и быстрее принимать решения.

Например, в таких отраслях, как фармацевтика и аэрокосмическая промышленность, MES помогает отслеживать партии продукции, настройку оборудования и действия операторов. Благодаря этому при возникновении проблем проще восстановить каждый этап производства.

Связь между системами MES и ERP#

Системы MES и ERP эффективнее всего работают вместе. Систему ERP для планирования ресурсов можно считать мозгом предприятия: она отвечает за планирование на высоком уровне, включая запасы, заказы и финансы. Программное обеспечение MES работает как руки — управляет текущими процессами в цеху, например производством, мониторингом оборудования и контролем качества.

Когда мозг и руки работают вместе, вся система функционирует слаженнее. Связь между ними обеспечивает чёткую преемственность планирования и выполнения. Это улучшает координацию и помогает командам быстрее принимать более обоснованные решения во всех подразделениях предприятия.

Почему MES важна для современных производителей?#

Каждый день заводы сталкиваются с индивидуальными заказами, изменениями в заказах и строгими проверками качества. Чтобы лучше справляться с этими задачами, программное обеспечение MES разрабатывается с учётом необходимости гибкости и точности. Такие системы дают командам чёткое представление о происходящем в цеху и позволяют быстро реагировать на изменения.

Технология MES играет ключевую роль в производственных процессах, обеспечивая отслеживание в реальном времени. Она контролирует состояние оборудования, производственные задания и движение материалов. Это помогает командам выявлять замедления и проблемы до того, как они повлияют на объёмы выпуска.

Кроме того, система MES обеспечивает прослеживаемость, что особенно важно в регулируемых и сложных отраслях, таких как биотехнологии и производство медицинских устройств. Для этого она отслеживает материалы, настройки оборудования и действия на всех этапах производства. Такие данные в реальном времени помогают проводить аудиты, соблюдать нормативные требования и поддерживать стабильное качество продукции.

Развитие стандартов MES#

До того как стали популярны умные заводы, производители управляли производством с помощью разрозненных систем. Из-за этого было сложно координировать рабочие процессы, обеспечивать прослеживаемость и получать данные в реальном времени. По мере перехода к управлению на основе данных отрасли потребовался единый способ определить место технологии MES в общей структуре производства.

Важной вехой стало появление ISA-95 в конце 1990-х годов. Стандарт определил роль программного обеспечения MES как связующего звена между корпоративными системами, например ERP, и оборудованием в цеху. Это помогло стандартизировать поддержку MES таких задач, как планирование производства, отслеживание запасов и управление качеством.

Рис. 1. ISA-95 определяет роль MES в производственных системах. (Источник)

Со временем потребности производства изменились. Сегодня компании стремятся к лучшей прослеживаемости, быстрому доступу к данным в реальном времени и системам, которые отвечают требованиям соответствия нормативам и повышают эффективность. Эти потребности определили развитие современных систем MES, которые теперь поддерживают автоматизацию производства и помогают заводам становиться умными и взаимосвязанными.

Основные функции системы управления производственными процессами#

Ниже перечислены основные функции программного обеспечения MES и их роль в повышении производительности, прослеживаемости и качества производственных процессов:

• Управление ресурсами и производственными заданиями: MES назначает для выполнения заданий станки, инструменты и операторов, обеспечивая наличие нужных ресурсов в нужное время. Это сокращает простои, улучшает планирование ресурсов и помогает согласовать работу с системой ERP.
• Мониторинг и управление производством: MES отслеживает состояние оборудования, продолжительность циклов и ход работ в реальном времени. Система оповещений помогает командам быстро реагировать на задержки и простои, не допуская сбоев в производственных процессах.
• Прослеживаемость и генеалогия продукции: MES регистрирует путь каждой детали, включая номера партий, серийные данные и историю компонентов, создавая полную аудиторскую запись для соблюдения требований и подготовки к отзыву продукции.
• Управление качеством: На каждом этапе MES выполняет проверки, чтобы убедиться, что продукция соответствует стандартам. Система фиксирует результаты инспекций и отмечает проблемы, не позволяя дефектным изделиям перейти на следующий этап.
• Управление запасами и материалами: MES отслеживает сырьё, незавершённое производство и готовую продукцию в реальном времени. Система дополнительно проверяет наличие нужных деталей и совершенствует методы управления запасами.
• Техническое обслуживание, персонал и аналитика: MES отслеживает использование оборудования и производительность операторов, помогая проводить предиктивное обслуживание, повышать эффективность труда и находить возможности для улучшения процессов.

Внедрение компьютерного зрения и ИИ в MES#

Хотя ПО для управления производством MES может отслеживать производственные данные, оно не анализирует визуальные данные с камер. Важные детали, например износ оборудования или ошибки при сборке, могут остаться незамеченными. Компьютерное зрение может добавить такой уровень аналитики и автоматизировать производственные задачи, которые раньше выполнялись полностью вручную или с помощью датчиков.

Анализ изображений на производстве выполняется с помощью моделей визуального ИИ. Модели компьютерного зрения, такие как Ultralytics YOLO11, могут обнаруживать, отслеживать и классифицировать объекты в видеокадрах.

Например, Ultralytics YOLO11 позволяет проверять качество в реальном времени, выявляя дефекты, а также следить за безопасностью, обнаруживая работников в зонах с ограниченным доступом.

Рассмотрим подробнее некоторые задачи компьютерного зрения, поддерживаемые Ultralytics YOLO11, которые помогают оптимизировать производственные процессы:

• Обнаружение объектов: эта задача помогает MES обнаруживать компоненты или инструменты во время производства, проверять, находятся ли они в нужном месте, и предотвращать ошибки при сборке.
• Сегментация экземпляров: эта задача позволяет обнаруживать и сегментировать предметы, даже если они перекрываются или расположены близко друг к другу. Она помогает MES точнее отслеживать каждую деталь и улучшать управление запасами.
• Классификация изображений: её можно использовать, чтобы классифицировать изделия как годные или бракованные либо по типу продукта, позволяя MES автоматизировать сортировку и принимать решения о контроле качества в реальном времени.
• Оценка позы: анализ позы человека или машины с помощью оценки позы помогает соблюдать требования безопасности и эргономики, а MES может регистрировать отклонения и отмечать потенциальные риски.

Рис. 2. Ultralytics YOLO11 можно использовать для обнаружения работника на складе. (Источник)

Цифровизация производственного цеха с облачной MES#

Чтобы справиться с повседневными проблемами, такими как ручной ввод данных, недопонимание и медленные производственные процессы, многие производители переходят на облачные платформы MES. Эти системы объединяют машины, людей и данные на одной платформе, помогая командам работать эффективнее и согласованнее.

В облачной MES такие задачи, как управление запасами, управление качеством и обновление заказов, выполняются в реальном времени, а доступ к системе возможен с любого устройства. Это сокращает задержки и количество ошибок, а также упрощает управление всеми операциями.

Рис. 3. Пример облачной системы управления производством. (Источник)

Ещё одно важное преимущество облачных систем MES — возможность дополнить их решениями на основе компьютерного зрения, например автоматизированной проверкой деталей и мониторингом действий операторов.

Например, как упоминалось выше, Ultralytics YOLO11 можно использовать для отслеживания объектов, таких как компоненты, инструменты или готовые изделия, по мере их перемещения по цеху. Аналитические данные, полученные с помощью таких решений, помогают выявлять неэффективность рабочих процессов, предотвращать потерю предметов и принимать решения в реальном времени.

MES: интеграция и тенденции развития умных фабрик#

Помимо компьютерного зрения и облачных систем, технологии MES в целом становятся умнее и теснее интегрируются с системами планирования ресурсов предприятия (ERP), облачными инструментами и устройствами Интернета вещей (IoT). Эти изменения повышают оперативность, позволяя производителям быстрее принимать решения на основе данных.

Например, одна из главных тенденций — использование периферийных вычислений. Вместо отправки данных в облако MES теперь может обрабатывать их локально, прямо в цеху. Это позволяет собирать и обрабатывать данные в реальном времени и лучше контролировать операции.

Ещё одна область, которая стабильно развивается, — цифровые двойники. Это виртуальные модели, имитирующие работу машин или целых систем. Их можно использовать, чтобы заранее выявлять проблемы и проверять улучшения до их внедрения в реальных условиях.

Рис. 4. Совместная работа уровней MES в интеллектуальной производственной среде. (Источник)

Главные выводы#

Технологии MES становятся важной частью современных фабрик. Благодаря последним инновациям, таким как модели компьютерного зрения, ПО MES можно использовать для мониторинга цеха, раннего выявления проблем и бесперебойного производства. По мере развития систем MES они, вероятно, будут играть ещё более значимую роль, помогая производителям поддерживать качество и принимать более взвешенные повседневные решения.

Присоединяйся к нашему сообществу и изучи наш репозиторий на GitHub, чтобы узнать больше об ИИ. Если ты хочешь начать собственный проект в области компьютерного зрения и ИИ, ознакомься с нашими вариантами лицензирования. На страницах наших решений ты также узнаешь, как ИИ в здравоохранении и ИИ для компьютерного зрения в розничной торговле меняют отрасли.