Aanvankelijk was een Manufacturing Execution Systeem (MES) vooral een enabler voor verticale integratie. Later werd het ook een venster op de transparante fabriek: Gegevens op de werkvloer werden in realtime zichtbaar, als basis voor slagvaardig ondernemen (agility).

Nu is het tijd voor stap drie: Het MES ter ondersteuning van continue verbetering op de werkvloer, denk daarbij aan Lean, TPM en/of Six Sigma initiatieven!

Bedrijven in de (semi-)procesindustrie bereiden zich op verschillende manieren voor op die toekomst. Solvay Pharmaceuticals houdt bij de harmonisatie van hun MES-laag niet alleen rekening met het ondersteunen van continue verbetering. Hun systeem wordt ook voorbereid op intensieve gegevensuitwisseling met R&D ten behoeve van Quality by Design. DSM Food Specialties is technisch gezien al verder. Zij hebben een bestaand MES, gebaseerd op software van Aspentech, aangepast voor OEE-registraties en data-acquisitie voor Six Sigma.

De derde case in dit artikel is Holland Malt. Zij hebben gekozen voor een opvallend eenvoudige maar wel erg doeltreffende oplossing: een maatwerk-systeem voor storingsregistratie, dat als add-on werd gekoppeld aan de database van hun procesbesturingsysteem.

Feitelijk heeft elk bedrijf dezelfde missie: zo efficiënt mogelijk datgene maken, waar de klant om vraagt.  Daartoe worden proces-verbetermethodes ingezet zoals:

• Lean Manufacturing: focus op verspillingsreductie.
• Total Productive Maintenance: focus op productiviteitsverbetering.
• Six Sigma: focus op constante kwaliteit.
  

De bovengenoemde en andere methoden delen een cyclus van plan-do-check-act (PDCA), oftewel definiëren wat de klant wil, meten in hoeverre dat het geval is, verbeteren en tenslotte borgen.

Dit artikel concentreert zich op de meetfase in bedrijven binnen de (semi-)procesindustrie. In dat geval moet een groot gedeelte van de gegevens uit het Manufacturing Execution Systeem (MES) komen, zou je zeggen. Zo eenvoudig ligt het echter niet !

De dagelijkse productiebespreking bij Holland Malt:  Wat kan er beter?

Met de hand
Ten eerste is automatische data-acquisitie niet vanzelfsprekend. Integendeel: Vaak wordt er bewust voor gekozen om gegevens met de hand te laten verzamelen. Dit gebeurt met name bij het bepalen van de Overall Equipment Effectiveness (OEE), gedefinieerd als de hoeveelheid goede producten die een productielijn maakt, gedeeld door het maximaal haalbare.

Handmatige registratie van de OEE wordt gezien als middel om de betrokkenheid van de werkvloer te vergroten: de operators moeten zélf leren zien waar verspillingen liggen, en ze moeten zélf met verbetervoorstellen komen.

Om de operators niet onnodig te belasten met administratieve taken, ontstaat echter na verloop van tijd toch de wens om gegevens automatisch te gaan verzamelen. Op dat moment worden meestal zogenaamde OEE-cockpits geïmplementeerd, met name in de voedingsmiddelenindustrie zijn die populair. Deze OEE-cockpits worden dan gekoppeld aan het MES- of SCADA-systeem. Ze registreren automatisch of er machinestilstand is, en activeren vervolgens een pop-up window op het computerscherm van de operator. Die persoon moet dan aangeven wat de oorzaak van de stilstand is, zodat later kan worden geanalyseerd wat veel voorkomende storings-oorzaken zijn.

Solvay Pharmaceuticals
De vraag rijst echter, waarom zo’n OEE-cockpit eigenlijk nodig is. Zit die functionaliteit niet standaard in MES-software? ‘Nee, in elk geval bij ons niet’, reageert Marcel de Grutter, manager van de MES-expert group van Solvay Pharmaceuticals.  

In vogelvlucht geeft hij een overzicht van de IT-ondersteuning in "zijn" fabrieken. ‘Op ERP-niveau gebruiken wij SAP. In theorie zou je dat pakket ook op het MES-niveau kunnen gebruiken, Johnson en Johnson doet dat bijvoorbeeld. Van een MES verwacht je echter een hogere beschikbaarheid, en realtime prestaties. Bovendien is de focus van MES lokaal, en die van ERP concernbreed. Om al die redenen gebruiken wij aparte MES-software, één applicatie per fabriek. Het gaat om het softwarepakket PMX, dat Rockwell in handen kreeg na de overname van Propack Data. Een OEE-module heeft het pakket nog niet, maar straks waarschijnlijk wel. Rockwell is namelijk bezig om PMX met hun andere software te integreren.’

De Grutter juicht die ontwikkeling toe, want hij is een voorstander van zo veel mogelijk automatisch registreren. ‘Maar doe dit niet onnodig’, benadrukt hij. ‘Je kunt prima met Lean Manufacturing beginnen, zonder een euro uit te geven aan IT-ondersteuning. De eerste slag bereik je dan op organisatorisch niveau. Denk daarbij bijvoorbeeld aan initiatieven om sneller om te stellen tussen verschillende batches.’

Om nog vérder te verbeteren, zal na enige tijd routinematige registratie van de procesgang noodzakelijk worden. Dit kan dan het beste via automatische data-acquisitie, vindt Grutter. ‘Handmatige OEE-registraties zijn namelijk niet realtime, en ze zijn onbetrouwbaar. Een operator is getraind om een productielijn te laten draaien. Bij een probleem zal hij of zij dat onmiddellijk proberen te verhelpen. Administratieve taken verschuiven daarbij naar het tweede plan. Het toepassen van OEE-software voorkomt dat. Wel een waarschuwing daarbij: zorg ervoor dat de interface zo eenvoudig mogelijk is. Anders kan het systeem zodanig afleiden, dat de operator niet eens meer hoort dat een machine storingen begint te vertonen. Door de registraties in realtime terug te koppelen, kun je er bovendien voor zorgen dat de operator zich bewust blijft van stilstands- en kwaliteitsverliezen.’

Quality by design
In de farmaceutische sector neemt de druk op de prijzen toe. Hierdoor komt er in deze sector steeds meer aandacht voor efficiency-verbetering. ‘Daarbij gebruiken wij Value Stream Mapping als leidraad, met dat gereedschap brengen we in kaart welke activiteiten waarde toevoegen en welke niet.’

Bij het opsporen van oorzaken van verspillingen is het registeren van de Overall Equipment Effectiveness een veelgebruikte tool, die straks nóg belangrijker wordt. Grutter legt uit waarom: ‘Vroeger registreerde je een nieuw geneesmiddel zo snel mogelijk. Daarna werd het recept als het ware over de muur gegooid, de fabriek in. Of het geneesmiddel nu lastig te maken was of niet, aan het oorspronkelijke recept moest worden vastgehouden. De FDA ziet nu echter in, dat dit tot inefficiënte productie leidt. Een iets ander geneesmiddel, met bijvoorbeeld een andere hulpstof erin, is immers wellicht veel gemakkelijker te produceren. Daarom wordt het binnenkort mogelijk om een bepaalde design space te registeren. Dit maakt Quality by design mogelijk, oftewel een receptuur zodanig optimaliseren, dat je het geneesmiddel gemakkelijk en met hoge kwaliteit kunt maken.’

Voor die optimalisatie is het nodig dat OEE-metingen uit de fabriek worden teruggekoppeld naar de R&D-afdeling. ‘Daar houd ik nu dus al rekening mee’.

De Grutter is bezig met de harmonisatie van het MES-niveau. ‘Het is de bedoeling dat al onze farma-fabrieken straks met hetzelfde systeem werken. Bij het ontwerp daarvan maak ik veel gebruik van de leidraden ISA-88 en ISA-95.’

Tot voor kort kwam de ondersteuning van continue verbetering slechts indirect aan de orde in dit soort leidraden. Dat verandert nu echter. ‘Een ISA-werkgroep is momenteel bezig om de PackML richtlijnen voor verpakkingsmachines in lijn te brengen met ISA-88. Dat omvat ook het meten van de OEE.’

Evolutie
Naast ISA heeft ook een ándere standaardisatie-organisatie, namelijk het Amerikaanse MESA, oog gekregen voor software als enabler van procesverbetering. MESA is vooral bekend vanwege de definitie van elf mogelijke MES-functies. Vorig jaar werd hun model echter uitgebreid met een koppeling tussen de MES-functionaliteit en strategische initiatieven zoals Lean en TPM.

De activiteiten binnen ISA en MESA illustreren hoe de functie van MES evolueert. Eerst was dit  ‘slechts’ een middel tot verticale integratie. Daarna werd dit concept uitgebreid met de realtime fabriek, waarbij het reilen en zeilen op de werkvloer direct zichtbaar werd gemaakt op business-niveau. De derde stap is nu het ondersteunen van beslissingen op de werkvloer.

Met andere woorden: MES als enabler voor procesverbetering!. De Grutter: ‘Je moet dat zien als een extra taak. Verticale integratie en de realtime fabriek blijven belangrijk, het is een samenhangend geheel.’

Het is de verwachting dat steeds meer MES-systemen zullen worden voorzien van PDCA-achtige functionaliteit. Nodig is dat overigens lang niet altijd. Vaak is niet zozeer de software de bottleneck, maar de mens, die historische gegevens niet gebruikt.

Ook kan een bestaande MES-laag soms worden aangepast om bijvoorbeeld een OEE-registratie te ondersteunen. DSM Food Specialties heeft dat onlangs gedaan, zie het kader. Hun MES-laag, gebaseerd op software van Aspentech, is inmiddels ook voorbereid op de ondersteuning van Six Sigma.

De huidige markt voor eenvoudige add-on tools, zoals de eerdergenoemde OEE-cockpits, zal vermoedelijk blijven bestaan.  Die add-on’s zijn namelijk relatief goedkoop, snel te implementeren, en ze kunnen perfect op maat worden gesneden voor een bepaalde toepassing. En, zoals Grutter al betoogde, hoe eenvoudiger het systeem, de te gebruiksvriendelijker dit is voor de operator!

DSM Food Specialties verbetert gericht de performance
Een Manufacturing Execution Systeem (MES) verbetert meestal slechts administratieve processen, in een mooi woord heet dat verticale integratie. Bij DSM Food Specialties ondersteunt het MES echter ook gerichte data-acquisitie voor procesverbetering! Lokale optimalisatie van OEE-waarden wordt bovendien voorkómen, omdat het systeem niet alleen storingen registreert, maar óók vastlegt of die optreden binnen stappen die op dat moment de bottleneck zijn.

DSM Food Specialties past zowel TPM als Six Sigma toe. 'Op die manier streven wij naar operational excellence’, vertelt plant manager Robert-Jan Bannink.

De productielocatie van DSM Food Specialities  (foto AVIODROME Luchtfotografie)

Op het terrein van het voormalige Gist-Brocades in Delft worden onder meer onder meer gist-extracten geproduceerd. Die worden als smaakversterkers gebruikt in soepen en sauzen. De productie van de gist-extracten omvat ruwweg de stappen (1) opwarmen, (2) autolyseren oftewel het stukmaken van de gistcellen, (3) centrifugeren, en tenslotte (4) indampen.

‘Metingen zijn het uitgangspunt bij elke procesverbetering’, vervolgt Bannink. ‘Ons Distributed Control Systeem legde daartoe al veel vast, maar deed dit niet overzichtelijk genoeg. Vergelijk het met het dagelijks afleggen van de route van Zwolle naar Delft. Duurt dit langer dan de kortst mogelijke tijd, dan is dat vertraging. Ons DCS legde dat perfect vast. Als je vertraging in de toekomst wilt voorkomen moet je echter ook weten wat de bottleneck was en waarom. Daartoe moet je de operators bijzonderheden laten toevoegen over geconstateerde problemen. ’

Bij de productie van gistextract is de snelheidsbepalende stap meestal het centrifugeren. ‘Voor die bewerkingsstap registreerden wij al langere tijd de Overall Equipment Effectiveness. Dat bleek echter niet voldoende. Ten eerste werd alleen vastgelegd of het centrifugeproces al dan niet in bedrijf was. Ten tweede is het centrifugeren niet altijd de bottleneck, dit heeft te maken met het recept van het gistextract dat je maakt. Daarom wilden we ook de OEE-gegevens van de andere productiestappen gaan vastleggen.’

Execution Systeem
Om dat mogelijk te maken, én om beter gebruik te maken van de DCS-gegevens, werd besloten om een Manufacturing Execution Systeem (MES) te installeren. Dit systeem moest ook de batchrapportages automatisch gaan doorsluizen naar SAP.

‘DSM streeft zo veel mogelijk naar IT-standaardisatie. Onze MES-laag is daarom gebaseerd op de pakketten Batch.21 en Infoplus.21 van Aspentech. Die MES-software mochten wij echter wel vrijelijk inrichten. Dat is ook wel logisch, want de processen in bijvoorbeeld een melamine-fabriek verschillen sterk met die bij ons.’

De specificaties voor de MES-laag werden door DSM Food Specialties opgesteld, waarna het systeem werd gebouwd door een systeemintegrator.

OEE-registratie
Een MES verbetert meestal slechts administratieve processen, in een mooi woord heet dat verticale integratie. In dit geval – en dat is bijzonder! - ondersteunt het systeem echter ook gerichte data-acquisitie voor procesverbetering.

De automatische OEE-registratie is bijvoorbeeld al volledig operationeel. ‘Het eerste deel van deze registratie is nog redelijk standaard. Is er een storing dan verschijnt er een pop-up scherm, waarop de operator moet aangeven wat er aan de hand is.’

Opvallender is, dat lokale optimalisatie van OEE-waarden wordt voorkómen. Bannink legt uit hoe dit werkt: ‘Een storing is eigenlijk alleen maar ernstig, als die optreedt bij de bewerking die op dat moment de bottleneck is. Om te bepalen of dat het geval is, heeft DSM Food Specialties de volgende slimme methode bedacht: Het MES-systeem kijkt een week terug, en bekijkt hoeveel vertraging er gemiddeld is opgelopen in alle processtappen. Op die manier wordt berekend welke stap de huidige bottleneck is.’

Performance Killers
Het systeem legt in elk geval de time-asset utilization en de volume-asset utilization vast. ‘Daarna word er een Pareto-analyse uitgevoerd, om de grootste performance killers op te sporen. Als eindresultaat levert dat een lijst mogelijke verbeteracties op, inclusief het verbeterpotentieel in euro’s. We kunnen dus direct zien of investeringen de moeite waard zijn.’

De grootste verbetering die tot nu toe werd gerealiseerd betreft het centrifugeproces. ‘Door met een pomp de vloeistof versneld af te voeren, hebben we de capaciteit van de centrifuge weten op te voeren.’

Aan het eind van dit jaar wil DSM Food Specialties beginnen met Six Sigma. Technisch is het MES al klaar om daarmee te beginnen: ‘Het DCS registreert parameters zoals temperatuur en pH, en die worden doorgegeven aan ons MES. Binnen een bepaalde bandbreedte is het toegestaan dat een parameter een beetje afwijkt van het ideaal. Is er echter vaker een afwijking dan je kans-technisch zou verwachten, dan is dat een teken dat er iets aan de hand is. Je kunt instellen dat het MES dan een soort voor-alarm geeft. Op dit moment zijn we per parameter aan het onderzoeken wat de beste instellingen daarvoor zijn.’

Holland Malt
Derk Reiffers, plant manager van de in 2005 geopende moutfabriek van Holland Malt aan de Eemshaven, heeft ervaring met zo’n relatief eenvoudige oplossing.        

‘Een nieuwe fabriek biedt nieuwe kansen, ook qua ondersteuning van de data-acquisitie’, legt Reiffers uit. ‘Holland Malt had vroeger slechts één moutfabriek, op het terrein van moedermaatschappij Bavaria in Lieshout. In 2004 ging landbouwcoöperatie Agrifirm participeren in Holland Malt, en toen werd deze nieuwe fabriek gebouwd. Het is de water- en energiezuinigste in zijn soort geworden. Wij hebben daarbij kennis aan beide kanten van onze logistieke keten benut, enerzijds die van de gersttelers uit de landbouwcoöperatie, en anderzijds die van bierbrouwerij Bavaria.’

De locatie aan de Eemshaven is ideaal. Gerst kan in de buurt worden gekweekt, en de mout kan per schip naar bierbrouwers over de hele wereld worden geëxporteerd. In de moutfabriek worden gerstkorrels achteréénvolgens geweekt, gekiemd en geëest, oftewel gedroogd. Het eindproduct, de mout, wordt afgenomen door brouwerijen. De fabriek kan per jaar tot 160.000 ton gerst verwerken, goed voor een 3,6 miljard glazen bier!

Toen de fabriek werd ontworpen was één van de wensen dat er een systeem zou komen om de hoeveelheid en de oorzaak van storingen te registreren. ‘De moutfabriek in Lieshout had zo’n systeem niet, dus daarvan kon ik het kunstje niet afkijken.  In de brouwerij van Bavaria werd wel software voor asset management gebruikt, maar die oplossing was te duur. Toen ben ik op internet gaan rondneuzen, en zo kwam ik uit bij systeemintegrator S&S Systems. Dit bedrijf van bleek gespecialiseerd in horizontale en verticale integratie op basis van maatwerk.’

Specificaties
Reiffers: ‘Wij hebben de specificaties voor het systeem opgesteld, en zij hebben het gebouwd. De organisatorische aspecten, hoe zorg je dat de operators het gaan gebruiken, kwamen geheel voor onze rekening. Als je weet wat je wilt is dat echter niet erg. Het maakt namelijk wel het verschil uit tussen een investering van een half miljoen en 50.000 euro.’

S&S Systems had eerder soortgelijke applicaties gebouwd in papierfabrieken, maar aan die systemen moest flink worden gesleuteld. ‘In een papierfabriek betekent elke storing direct productieverlies. Bij ons is dat niet zo. Tijdens het kiemen heeft de gerst veel lucht nodig, maar een ventilator mag best even stilstaan. Daarom is de downtime bij ons minder belangrijk dan de frequentie van het aantal storingen, en de moeite die je moet doen om ze op te lossen.’

De productie wordt ondersteund met diverse SCADA-systemen, onder meer van Bühler en Norit. ‘Al die systemen bij elkaar kunnen 6000 verschillende alarmen genereren. S&S Systems heeft voor elk alarm een koppeling aangebracht naar de plek in de database van het bijbehorende SCADA-systeem¹.’

Alle alarmen komen nu binnen op één PC in de controlroom. ‘Verschijnt zo’n alarm, dan moet de operator aangeven of het alleen een technisch probleem was, of dat er ook gevolgen zijn geweest voor de productie, in kwantiteit of in kwaliteit. Daarnaast wordt vastgelegd hoeveel tijd er is besteed aan het oplossen van het probleem. Het systeem geeft daarbij ook ondersteuning, door een lijst met oplossingen te presenteren.’

In de control-room van Holland Malt bevindt zich ook de storingsregistratie