Как работает MES-система и зачем она нужна производству

В условиях высокой конкуренции и растущих требований к качеству продукции все больше предприятий ищут способы повысить эффективность и контролируемость производственных процессов. MES-системы становятся ключевым инструментом цифровой трансформации, позволяя перейти к оптимизированному процессу управления.

В данной статье мы расскажем, что такое MES-системы и как они работают. Разберем основные функции MES, способы интеграции с оборудованием и критерии выбора подходящего решения. А также поделимся нашим опытом автоматизации металлургического производства.

Читать на Дзен
Читать на Workspace

MES (Manufacturing Execution System) — это цифровой диспетчер производства. Он соединяет систему планирования (ERP-систему) с реальным производством: если ERP говорит, что нужно сделать, то MES показывает, как именно это сделать на заводе.

Она в реальном времени собирает данные с оборудования, анализирует их и помогает оперативно управлять процессами, выдавая понятные команды операторам.

Современное производство требует не просто автоматизации отдельных операций, а системного управления всеми этапами. MES-система становится ключевым звеном в этой цепочке, позволяя управлять процессами в режиме реального времени, исключать ошибки и повышать эффективность.

Ниже разберём, какую практическую пользу она даёт на производстве и какие задачи помогает решать.

Основная задача MES — минимизировать влияние человеческого фактора на критически важные производственные процессы. В современном производстве даже небольшая ошибка оператора может привести к браку целой партии продукции или простою дорогостоящего оборудования.

MES-система превращает этот процесс в автоматизированную цепочку:

Сценарии могут быть разными в зависимости от отрасли. В металлургии, например, система распознаёт стадию плавки, отслеживает подачу воздуха в печь и корректирует параметры в реальном времени без участия человека.

То, что раньше требовало опыта и внимания технолога, теперь выполняется автоматически.

Автоматический контроль дозировки исключает как недостаток, так и перерасход материалов. В отраслях с дорогими компонентами (например, металлургии) даже несколько процентов экономии дают ощутимый эффект.

Руководство получает полную картину происходящего на производстве в реальном времени — от загрузки сырья до контроля качества готовой продукции.

Каждое действие и измерение фиксируется с точной временной меткой. Это формирует цифровую историю процесса, обеспечивая полную прослеживаемость, возможность анализа причин брака и настройки режимов. Система исключает ошибки ручного ввода, автоматически контролирует параметры и своевременно сигнализирует об отклонениях.

MES интегрируется с измерительными приборами — XRF-анализаторами, спектрометрами, весовым оборудованием. Данные поступают в систему автоматически: через интерфейсы передачи данных (например, COM-порт, Ethernet, OPC-сервер) или с использованием алгоритмов распознавания показаний с экранов приборов.

Это исключает ошибки ручного ввода и обеспечивает непрерывный контроль качества.

Одно из ключевых преимуществ современных MES-систем — способность интегрироваться с оборудованием различных поколений. Это особенно актуально для предприятий, где значительная часть производственных мощностей относится к категории устаревшего (legacy) оборудования.

Наличие устаревшего оборудования не является критическим препятствием
для внедрения MES-системы. Даже если станки и приборы изначально не оснащены цифровыми интерфейсами, на практике применяется установка дополнительных средств сбора данных — датчиков, сенсоров, контроллеров или считывателей. Эти устройства фиксируют необходимые параметры технологического процесса (например, температуру, давление, массу, состав, скорость) и обеспечивают передачу данных в реальном времени в MES через промышленные сети или шлюзы сбора данных.

Внедряется компьютерное зрение для считывания показаний. Python-приложения с библиотеками OpenCV выполняют скриншот дисплея, обрабатывают изображение, выделяют цифровые значения и автоматически извлекают данные. В одном из проектов мы интегрировали XRF-анализатор, не оснащённый цифровым выходом — система просто «смотрит» на его экран и распознаёт результаты.

Устанавливаются внешние датчики. В тех случаях, когда прямое подключение невозможно, добавляются дополнительные сенсоры, фиксирующие необходимые параметры. Они подключаются к современным контроллерам, которые, в свою очередь, интегрируются с MES и обеспечивают передачу данных в единую систему.

Применяется механическое дублирование сигналов. Для критически важных параметров устанавливаются параллельные измерительные цепи, которые функционируют независимо от основного оборудования и позволяют надёжно передавать данные в MES.

Плюсы работы со старым оборудованием:

• Низкие первоначальные инвестиции
• Сохранение существующих процессов
• Постепенная модернизация без остановки производства
• Накопление данных для обоснования будущих инвестиций

Минусы:

• Ограниченная точность и скорость получения данных
• Сложности с калибровкой и поверкой
• Невозможность полной автоматизации некоторых процессов

Читайте как наша компания участвовала в проекте, где необходимо было повысить точность контроля состава и объёма сырья. Без остановки производства и без полной модернизации оборудования.

Новые станки и приборы изначально проектируются для интеграции в цифровые системы:

Прямые API и протоколы. Современное оборудование поддерживает стандартные промышленные протоколы — OPC-UA, Modbus, Ethernet/IP. Данные передаются напрямую в MES без посредников, с максимальной точностью и минимальными задержками.

Встроенная аналитика. Новые станки часто имеют собственные контроллеры
с функциями предиктивной диагностики, которые интегрируются с общей
MES-платформой.

IoT-возможности. Современное оборудование может отправлять данные в облако, поддерживает удаленный мониторинг и обновление прошивок.

Плюсы современного оборудования:

• Высокая точность и скорость передачи данных
• Встроенные функции самодиагностики
• Возможность полной автоматизации процессов
• Стандартизированные интерфейсы

Минусы:

• Высокая стоимость замены оборудования
• Необходимость переобучения персонала
• Зависимость от цифровых систем

Гибридный подход — оптимальное решение

На практике наиболее эффективна комбинация подходов: критически важное оборудование постепенно модернизируется, менее критичное интегрируется через компьютерное зрение и дополнительные датчики. Это позволяет получить преимущества цифровизации без радикальных инвестиций в замену всего парка оборудования.

Современные MES-системы охватывают ключевые производственные
функции — от простого сбора данных до интеллектуального прогнозирования и оптимизации процессов.

MES получает производственные задания из ERP-системы и разбивает их на конкретные операции с учетом загрузки оборудования, наличия материалов и квалификации персонала. Система автоматически определяет оптимальную последовательность операций и распределяет ресурсы.

В металлургическом производстве это может выглядеть так: система анализирует состав имеющегося сырья, текущее состояние печей и формирует задания на плавки с оптимальными параметрами для каждой партии.

MES хранит и управляет технологическими рецептами — точными инструкциями
по выполнению каждой операции. Система может автоматически корректировать рецептуры в зависимости от текущих условий: состава сырья, температуры окружающей среды, характеристик оборудования.

Например, алгоритмы машинного обучения анализируют результаты химического анализа и автоматически корректируют дозировки компонентов, температурные режимы и время операций для достижения требуемого состава продукции.

Система ведет полную историю каждой единицы продукции — от поступления сырья до отгрузки готовых изделий. Фиксируются все операции, использованные материалы, параметры процессов, результаты контроля качества.

Это критически важно для отраслей с высокими требованиями к безопасности.
В случае выявления дефекта можно быстро определить все затронутые партии и принять корректирующие меры.

Продвинутые MES-системы создают виртуальные модели производственных процессов — цифровые двойники, позволяют:

• Симулировать различные сценарии без остановки производства
• Прогнозировать результаты изменения параметров
• Оптимизировать настройки оборудования
• Обучать персонал на виртуальных моделях

MES контролирует движение материалов по всей производственной цепочке:
от поступления сырья на склад до отгрузки готовой продукции. Система автоматически формирует заявки на пополнение запасов, контролирует сроки годности материалов, оптимизирует размещение на складе.

В нашем проекте видеоаналитика контролирует загрузку сырья на конвейер — система рассчитывает массу материала по геометрии насыпи и автоматически формирует данные о расходе для складского учета.

Современные MES-системы непрерывно анализируют состояние оборудования по данным вибрационных, температурных и других датчиков. Алгоритмы машинного обучения выявляют признаки приближающихся поломок и автоматически формируют заявки на профилактическое обслуживание.

Это позволяет перейти от планового ремонта по регламенту к обслуживанию
по фактическому состоянию, значительно снижая внеплановые простои и расходы на запчасти.

MES может управлять энергопотреблением предприятия, анализируя загрузку оборудования и оптимизируя производственные графики с учетом тарифов
на электроэнергию. Система может автоматически переносить энергозатратные операции на периоды с более низкими тарифами.

MES может использоваться практически в любом производстве — от крупных заводов до небольших цехов. Особенно полезна она там, где важны прослеживаемость, контроль параметров, серийность и высокая цена ошибки.

Ниже — примеры отраслей, где такие системы дают наибольший эффект.

Серийное производство, сложные сборочные операции, необходимость контроля качества на каждом этапе.

Контроль параметров сырья и рецептур, высокая частота проверок, строгие стандарты безопасности.

Дозировка, контроль реакций, регламентированный выпуск продукции с минимальным отклонением.

Управление плавильными процессами, автоматизация анализа состава и температуры

• Галактика MES

Hешение от Корпорации «Галактика» для управления производством.

• 1С:MES Оперативное управление производством

Модульное решение на платформе 1С, предназначенное для управления производственными заказами, персоналом и оборудованием. Имеет широкую применимость в машиностроении, приборостроении, деревообработке.

• SAP Digital Manufacturing / SAP MES

Промышленное решение от SAP для управления производственными процессами в реальном времени. Поддерживает полную интеграцию с SAP ERP и другими корпоративными системами.

• ASK MES

решение от компании «Автоматизированные Системы Контроля», поддерживает глубокую кастомизацию.

• Цифра MES

Российская MES-платформа, входящая в цифровую экосистему «Цифра.Производство». Обладает модульной архитектурой, поддерживает внедрение AI-инструментов, прогнозную аналитику, интеграцию с оборудованием и ERP. Используется на предприятиях нефтехимии, машиностроения, добычи, стройматериалов.

• Malahit:MES (Малахит)

Специализированная MES для металлургии и тяжёлого машиностроения. Обеспечивает сбор производственных данных, управление маршрутами и операциями.

• LANIT Smart Manufacturing (MES)

Новое промышленное решение от группы ЛАНИТ, адаптированное под импортозамещение, интеграцию с российскими ERP, SCADA и системами учёта.

• TL.Solutions (ТерраЛинк)

Российское MES-решение, реализующее производственный контроль, управление сменными заданиями, анализ эффективности. Активно внедряется в машиностроении и металлургии.

• I‑DS Цифровые сервисы (ИндаСофт)

Российское MES-решение, применяемое в энергетике, фармацевтике и на непрерывных производствах. Отличается гибкой визуализацией и глубокой интеграцией с SCADA/PLC.