製造実行システム

製造実行システム（MES）は、原材料から完成品への変換を追跡および文書化するために製造で使用されるコンピュータ化されたシステムです。MESは、製造現場の現在の状態を最適化して生産量を向上させる方法を製造の意思決定者が理解するのに役立つ情報を提供します。 ^[1] MESは、生産プロセスの複数の要素（入力、人員、機械、サポートサービスなど）の制御を可能にするリアルタイム監視システムとして機能します。

MESは、製品ライフサイクル全体にわたる製品定義の管理、リソースのスケジュール、注文の実行と発送、総合設備効率（OEE）の生産分析とダウンタイム管理、製品の品質、材料の追跡など、複数の機能領域にわたって動作します。^[2] MESは、製造プロセスのデータ、プロセス、結果をキャプチャして、「現状有姿」の記録を作成します。これは、プロセス、イベント、アクションのドキュメントと証明が必要になる可能性がある食品や飲料、医薬品などの規制産業では特に重要です。

MES の考え方は、一方ではエンタープライズ リソース プランニング(ERP) システム、他方では監視制御およびデータ収集(SCADA) またはプロセス制御システムの間の中間ステップとして考えられますが、歴史的には、正確な境界は変動してきました。MESA International ( Manufacturing Enterprise Solutions Association ) などの業界団体は、複雑さに対処し、MES システムの実行についてアドバイスするために 1990 年代初頭に設立されました。

MES として知られる製造実行システムは、生産業務を監視および強化するために作成されたソフトウェア プログラムです。効率性を高め、生産ラインの問題を迅速に解決し、リアルタイム データを収集して分析することで透明性を確保する役割を果たします。

MESシステムは、材料、労働力、設備、プロセスなどの生産リソースを効果的に管理します。その機能には、生産の追跡、品質管理、作業指示書の処理、在庫管理、データ分析、レポート作成などがあります。これらの機能により、企業は生産プロセスを合理化できます。

これらのシステムは、企業の事業運営と生産活動を連携させるために、ERPシステムと統合されることが多い。この統合により、部門間の情報の流れが促進され、効率と生産性が向上する。MESA Internationalのような組織は、企業が製造業務の複雑さを乗り越えられるよう、MESシステムの導入と発展に関するガイダンスを提供している。^[3]

「製造実行システムは、完璧な製造プロセスを作成し、要件の変更をリアルタイムでフィードバックするのに役立ちます」^[4]。また、単一のソースで情報を提供します。^[5] MESの実装が成功することで得られるその他の利点には、次のものがあります。

1. セットアップ時間の短縮など、廃棄物、やり直し、スクラップの削減
2. コスト情報（人件費、スクラップ、ダウンタイム、ツールなど）をより正確に把握
3. 稼働時間の増加
4. ペーパーレスワークフロー活動を取り入れる
5. 製造オペレーションのトレーサビリティ
6. ダウンタイムの短縮と障害の発見の容易化
7. 万が一に備えての在庫の削減^[6]

収集されたデータを特定の目的のために使用するさまざまなシステムが登場しました。1990 年代にこれらのシステムがさらに発展し、機能の重複が生じました。その後、製造企業ソリューション協会 (MESA) は、MES の範囲を定める 11 の機能を定義して、ある程度の構造を導入しました。2000 年には、ANSI/ISA-95標準がこのモデルをPurdue Reference Model (PRM) と統合しました。^[7]

機能階層が定義され、MES はレベル 3 に、ERP はレベル 4 に、プロセス制御はレベル 0、1、2 の間に位置付けられました。2005 年に標準の第 3 部が公開されたことで、レベル 3 のアクティビティは、生産、品質、物流、保守の 4 つの主要な業務に分割されました。

2005 年から 2013 年にかけて、ANSI/ISA-95 標準の追加部分または改訂部分により、MES のアーキテクチャがより詳細に定義され、内部で機能を配布する方法や、内部および外部で交換する情報などが網羅されました。^{[引用が必要]}

長年にわたり、国際標準とモデルにより、活動の面でそのようなシステムの範囲が洗練されてきました^[要出典]。これらには通常、次のものが含まれます。

• 製品定義の管理。これには、製品の製造方法の定義に重点を置いた、製品生産ルール、部品表、リソース表、プロセス設定ポイント、レシピ データなどのマスター データの保存、バージョン管理、他のシステムとの交換が含まれます。製品定義の管理は、製品ライフサイクル管理の一部となります。
• リソースの管理。これには、適切な機能と可用性を備えたリソースを使用して生産オーダーを準備および実行することを目的として、リソース情報の登録、交換、分析が含まれます。
• スケジューリング（生産プロセス）。これらのアクティビティは、生産要件を満たすための作業指示書の集合として生産スケジュールを決定します。作業指示書は、通常、エンタープライズ リソース プランニング（ERP）または特殊な高度な計画およびスケジューリングシステムから受信され、ローカル リソースを最適に活用します。
• 生産オーダーの発送。生産プロセスの種類に応じて、バッチ、実行、作業オーダーのさらなる配布、作業センターへの発行、予期しない状況への調整などが含まれる場合があります。
• 生産オーダーの実行。実際の実行はプロセス制御システムによって行われますが、MES はリソースのチェックを実行し、生産プロセスの進行状況を他のシステムに通知する場合があります。
• 生産データの収集。これには、データ ヒストリアンまたはリレーショナル データベースでのプロセス データ、機器の状態、材料ロット情報、生産ログの収集、保存、交換が含まれます。
• 生産パフォーマンス分析。収集された生データから、進行中の作業 (WIP) の概要などの現在の生産状況や、総合設備効率やその他のパフォーマンス指標などの過去の期間の生産パフォーマンスに関する有用な情報を作成します。
• 生産の追跡とトレース。ロット、注文、または機器の完全な履歴を表示するために、関連情報を登録および取得します (医薬品などの健康関連の生産では特に重要です)。

MES は、複数の関係を持つISA-95 (以前のPurdue Reference Model、「95」 ) と統合されます。

ISA-95 レベル 3 に基づいて動作するシステムの集合は、製造オペレーション管理システム (MOMS) と呼ばれます。MES の他に、通常は、研究室情報管理システム(LIMS)、倉庫管理システム(WMS)、およびコンピュータ化された保守管理システム(CMMS) があります。MES の観点からは、考えられる情報フローは次のとおりです。

• LIMSへ: 品質テスト要求、サンプルロット、統計プロセスデータ
• LIMSから：品質テスト結果、製品証明書、テストの進捗状況
• WMSへ: 材料リソース要求、材料定義、製品配送
• WMSから：資材の在庫状況、段階的資材ロット、製品出荷
• CMMSへ: 機器稼働データ、機器割り当て、メンテナンス要求
• CMMSから：メンテナンスの進捗状況、機器の機能、メンテナンススケジュール

ISA-95 レベル 4 に基づいて動作するシステムの例としては、製品ライフサイクル管理(PLM)、エンタープライズ リソース プランニング(ERP)、顧客関係管理(CRM)、 人材管理(HRM)、プロセス開発実行システム(PDES) などがあります。MES の観点からは、考えられる情報フローは次のようになります。

• PLMへ: 生産テスト結果
• PLMから：製品定義、工程表（ルーティング）、電子作業指示書、機器設定
• ERPへ：生産実績結果、生産および消費された材料
• ERPから：生産計画、注文要件
• CRMへ: 製品の追跡情報
• CRMから：製品に関する苦情
• HRM向け：人事パフォーマンス
• HRMから：人材スキル、人材の可用性
• PDESへ：生産テストと実行結果
• PDESから：製造フローの定義、実験計画法（DoE）の定義

多くの場合、ミドルウェア エンタープライズ アプリケーション統合​​(EAI) システムは、MES とレベル 4 システム間のトランザクション メッセージの交換に使用されています。ISA -95標準では、MES システムをこれらのレベル 4 システムにリンクするための 共通データ定義 B2MML が定義されています。

ISA-95 レベル 2 で動作するシステムは、監視制御およびデータ収集(SCADA)、プログラマブル ロジック コントローラ(PLC)、分散制御システム(DCS)、およびビルディング オートメーション システム(BAS) です。MES とこれらのプロセス制御システム間の情報フローは、ほぼ同様です。

• PLCへ: 作業指示書、レシピ、設定ポイント
• PLCから：プロセス値、アラーム、調整された設定値、生産結果

ほとんどの MES システムには、製品の一部として接続機能が含まれています。工場フロアの機器データの直接通信は、PLC に接続することで確立されます。多くの場合、工場フロアのデータは最初に収集され、DCS または SCADA システムでのリアルタイム制御のために診断されます。この場合、MES システムはこれらのレベル 2 システムに接続して、工場フロアのデータを交換します。

最近まで、工場フロアの接続性の業界標準はOLE for Process Control (OPC) でしたが、現在はOPC Unified Architecture (OPC-UA) に移行しています。つまり、OPC-UA 互換システムは必ずしもMicrosoft Windows環境でのみ実行されるわけではなく、 Linuxやその他の組み込みシステムでも実行できるようになり、SCADA システムのコストが削減され、よりオープンで堅牢なセキュリティが実現します。

• エンタープライズコントロール
• エンタープライズ統合
• 検査情報システム
• 製造オペレーション管理
• プロセス開発実行システム
• 製品ライフサイクル管理
• パーデューエンタープライズリファレンスアーキテクチャ

• Scholten, Bianca (2009)。経営者のための MES ガイド: 製造実行システムの選択、実装、維持の理由と方法。ノースカロライナ州リサーチ トライアングル パーク: 国際オートメーション協会。ISBN 9781936007035。
• エンタープライズ制御システム統合パート 1: モデルと用語。米国ノースカロライナ州リサーチ トライアングル パーク: 国際オートメーション協会。2000 年。ISBN 1556177275。
• エンタープライズ制御システム統合パート3：製造オペレーション管理のアクティビティモデル。米国ノースカロライナ州リサーチトライアングルパーク：国際オートメーション協会。2005年。ISBN 1556179553。
• コンピュータ統合製造 (CIM) の参照モデルPurdue Research Foundation、1989