Jak można integrować dane procesowe z instalacji mieszających z systemami MES/ERP?
Integracja nie powinna być planowana jako bezpośrednie połączenie mieszalnika z oprogramowaniem przedsiębiorstwa, lecz jako kontrolowany łańcuch danych od sensoryki i sterowania poprzez historian lub system brzegowy aż do systemu realizacji produkcji i systemu planowania zasobów przedsiębiorstwa. System realizacji produkcji, w skrócie MES, steruje i dokumentuje operacyjną produkcję. System planowania zasobów przedsiębiorstwa, w skrócie system ERP, zarządza zamówieniami, materiałem, zapasami, planowaniem i logistyką.
Architektura i model danych
Dla procesów wsadowych sensowna jest struktura zorientowana na ISA-88. ISA-88 opisuje receptury, moduły instalacji, fazy procesowe i dane wsadowe. ISA-95 czy odpowiednio IEC 62264 opisuje interfejs między poziomem produkcji a poziomem przedsiębiorstwa. Te modele pomagają powiązać dane procesowe z identyfikatorem wsadu, wersją receptury, instalacją, znacznikiem czasu i fazą procesową.
Przy mieszalniku sterowanie rejestruje istotne wartości, takie jak nawagi, czas mieszania, obroty, moment obrotowy, temperaturę, wilgotność, ciśnienie, zużycie energii, status, alarmy i interwencje operatora. Powinny być przekazywane tylko te dane, które są istotne dla prowadzenia procesu, jakości, identyfikowalności, utrzymania ruchu lub wskaźników. Dane wysokoczęstotliwościowe, na przykład przebiegi drgań lub szczegółowe przebiegi momentu obrotowego, są często zapisywane i wstępnie przetwarzane w historianie lub systemie brzegowym. Do MES przekazywane są wtedy zagęszczone wskaźniki, trendy, zdarzenia lub przekroczenia wartości granicznych.
Interfejsy i przepływ danych
OPC Unified Architecture, w skrócie OPC UA, nadaje się jako niezależny od platformy standard bezpiecznej i zestrukturyzowanej wymiany danych między sterownikami, czujnikami, aplikacjami MES, ERP i chmurowymi. OPC UA oferuje modele informacyjne oraz funkcje uwierzytelniania, szyfrowania i ochrony integralności.
Inne interfejsy pełnią specyficzne role: PROFINET, EtherNet/IP, Modbus TCP i IO-Link łączą zazwyczaj urządzenia obiektowe i sterowniki. Message Queuing Telemetry Transport, w skrócie MQTT, może być sensowny do transmisji danych zorientowanej na zdarzenia lub zastosowań przemysłowego internetu rzeczy. Interfejsy REST, w skrócie od Representational State Transfer, są często stosowane między MES, ERP i platformami integracyjnymi. W instalacjach typu brownfield bramki mogą przekształcać zastrzeżone lub starsze interfejsy na ustandaryzowane modele danych. Bramki te muszą jednak niezawodnie obsługiwać jakość danych, znaczniki czasu, cyberbezpieczeństwo i zachowanie w przypadku awarii.
Zazwyczaj system ERP przekazuje zlecenia produkcyjne, listy materiałowe, dane podstawowe i wytyczne materiałowe do MES. MES konkretyzuje na tej podstawie wykonanie: udostępnia receptury, koordynuje wsady, zarządza krokami procesowymi i tworzy elektroniczne protokoły wsadów. Z MES do ERP przekazywane są z powrotem informacje zwrotne o rzeczywistym zużyciu, wyprodukowanej ilości, brakach, poprawkach, statusie i danych jakościowych. Sterowanie mieszalnika nie powinno być stosowane bezpośrednio jako system wiodący dla księgowań materiałowych czy zwolnień wsadów.
Wsady i zgodność
Dla identyfikowalności wsady surowców, nawagi zadane i rzeczywiste, wersja receptury, parametry procesowe, czasy, alarmy, odchylenia, interwencje operatora i zwolnienia muszą być przypisane do jednoznacznego wsadu produktu końcowego. Elektroniczny zapis wsadu, w skrócie EBR, może zebrać te informacje w elektronicznym protokole wsadu.
Przy zastosowaniach regulowanych muszą być uwzględnione uprawnienia użytkowników, ścieżki audytu, podpisy elektroniczne, archiwizacja danych, kopie zapasowe i czytelność w okresie przechowywania. 21 CFR Part 11 jest istotny, gdy elektroniczne zapisy lub podpisy są prowadzone na podstawie innych obowiązujących przepisów FDA. Nie wystarczy eksportować dane ze sterownika PLC (sterownika programowalnego); kontrolowany musi być cały łańcuch danych, w tym interfejsy, baza czasu i procesy korekt.
Synchronizacja czasu między sterowaniem, historianem, MES i ERP jest szczególnie ważna. Network Time Protocol, w skrócie NTP, wystarcza często do analiz wsadowych i OEE. Precision Time Protocol, w skrócie PTP, może być wymagany przy wyższych wymaganiach co do dokładności czasowej. Decydujące jest to, aby odchylenia były monitorowane, a zdarzenia z różnych systemów mogły być prawidłowo przyporządkowane.
Bezpieczeństwo i wdrożenie
Integrację powinno się zaczynać od jasnej matrycy danych i interfejsów: jakie dane powstają gdzie, który system jest wiodący, kto może odczytywać lub zapisywać, jak wykrywane są błędy i jak przebiega ponowne uruchomienie po awariach komunikacji? Równie ważne są jednolite konwencje nazewnictwa dla instalacji, tagów, wsadów i receptur.
Cyberbezpieczeństwo musi być częścią architektury. Model bezpieczeństwa według IEC 62443 dzieli przemysłowe systemy automatyzacji i sterowania na strefy o porównywalnych wymaganiach ochrony oraz kontrolowane drogi komunikacyjne, tak zwane conduits. Dostęp z MES lub ERP nie powinien więc w sposób niekontrolowany sięgać aż do poziomu sterowania. Segmentacja sieci, restrykcyjne reguły zapory sieciowej, jednoznaczne konta użytkowników, bezpieczne dostępy zdalne, zarządzanie poprawkami i kontrolowane zmiany są kluczowymi środkami.
Podłączenie do MES i ERP w amixon®
amixon® integruje dane procesowe w sposób dostosowany do projektu z istniejącym krajobrazem automatyzacji i IT użytkownika. Punktem wyjścia jest specyfikacja wymagań użytkownika, w skrócie URS. Określa ona, jakie dane są rejestrowane, jak są przypisywane do wsadu i przez jakie interfejsy przekazywane do systemu sterowania procesem, systemu realizacji produkcji lub systemu planowania zasobów przedsiębiorstwa. System realizacji produkcji, w skrócie MES, wspiera sterowanie produkcją i dokumentację wsadów; system planowania zasobów przedsiębiorstwa, w skrócie system ERP, zarządza między innymi zamówieniami, materiałami i logistyką.
Instalacja mieszająca może być wyposażona w sterownik programowalny, w skrócie PLC. Receptury z czasem mieszania, obrotami, kolejnością dozowania, profilem temperatury i innymi parametrami mogą być tam wykonywane w odniesieniu do wsadu. Zależnie od zadania mieszania mogą być rejestrowane na przykład moment obrotowy, temperatura, wilgotność, ciśnienie, próżnia, ilości dozowane, czasy pracy, cykle, komunikaty alarmowe i interwencje operatora. amixon® nie ustala zakresu danych jako sztywnego pakietu standardowego, lecz dostosowuje go do procesu, produktu, wymagań jakościowych i istniejącego krajobrazu systemów.
Identyfikacja wspierana kodami kreskowymi może łączyć surowce, opakowania, wersje receptur i wsady produkcyjne. Dzięki temu wartości zadane i rzeczywiste, numery wsadów i wybrane dane procesowe są dostępne do celów identyfikowalności, elektronicznych protokołów wsadów i analiz OEE. Całkowita efektywność wyposażenia, po angielsku Overall Equipment Effectiveness, w skrócie OEE, ocenia dostępność, wydajność i jakość. Jej wiarygodność zakłada, że znaczniki czasu, przyczyny przestojów, przyporządkowanie wsadów i odpowiedzialność za dane są jednoznacznie uregulowane we wszystkich zaangażowanych systemach.
W zastosowaniach regulowanych amixon® może dostosować automatyzację do wymagań dotyczących dokumentacji, ról użytkowników, ścieżek audytu i danych elektronicznych. amixon® wspiera przy kwalifikacji projektowej, kwalifikacji instalacyjnej i kwalifikacji operacyjnej, w skrócie DQ, IQ i OQ. Dokumentacja i wykonanie mogą być według informacji firmy dostosowane do EU-GMP i FDA 21 CFR Part 11. Odpowiedzialność za walidację pełnego łańcucha danych, za integralność danych i za zwolnienie regulacyjne pozostaje po stronie użytkownika.
Dane eksploatacyjne z mieszalnika mogą ponadto wspierać utrzymanie ruchu zorientowane na stan. Czasy pracy, cykle przełączeń, przebiegi momentu obrotowego, prąd silnika, temperatura i zakłócenia mogą wskazywać na zmiany napędu, łożyskowania, uszczelnień lub organów wyładowczych. amixon® łączy tę bazę danych z konstrukcją przyjazną utrzymaniu ruchu, między innymi z mieszadłem łożyskowanym powyżej komory mieszania. Czy sensowna jest predykcyjna konserwacja, zależy od mierzalnych mechanizmów awarii, jakości danych i organizacji utrzymania ruchu użytkownika.
Techniczne opracowanie rejestracji danych może być przygotowane w centrum prób z oryginalnym produktem. W Paderborn dostępnych jest według amixon® ponad 35 instalacji testowych; uzupełniające centra prób istnieją w USA i kilku krajach Azji. Próby mogą pokazać, które wielkości procesowe są istotne dla jakości mieszania, łagodności wobec produktu, wprowadzania energii, opróżniania lub czyszczalności. Dostarczają one tym samym podstawy do doboru sensownej sensoryki oraz struktury danych receptury i procesu.
amixon® rozwija i produkuje według własnych danych centralnie w Paderborn. Wysoka głębokość produkcji ułatwia dostosowanie mieszalnika, króćców czujnikowych, automatyzacji, dokumentacji i późniejszych doposażeń. Konserwacja, modernizacja, zaopatrzenie w części zamienne i dostosowania interfejsów specyficzne dla projektu mogą być towarzyszone w cyklu życia instalacji.