SCADA i MES pełnią różne funkcje w architekturze produkcyjnej: SCADA nadzoruje przebieg procesu technologicznego i pracę urządzeń, natomiast MES wykorzystuje dane z hali do zarządzania rzeczywistą realizacją produkcji. Systemy mogą działać niezależnie, ale ich integracja pozwala połączyć informacje techniczne z kontekstem zleceń, operacji, materiałów, jakości i wykorzystania zasobów.
Różnica pomiędzy SCADA a MES nie wynika więc wyłącznie z zakresu dostępnych funkcji czy miejsca systemu w architekturze IT/OT. Dotyczy przede wszystkim sposobu interpretowania danych. Zmiana stanu sterownika, przekroczenie wartości parametru lub zatrzymanie napędu opisują w SCADA przebieg procesu technologicznego. MES może wykorzystać te same zdarzenia, ale powiązać je z konkretnym zleceniem, operacją, produktem, partią materiału lub zasobem, a następnie uwzględnić przy analizie czasu realizacji, przestojów, OEE czy wykonania planu.
Z tego powodu SCADA i MES nie są rozwiązaniami alternatywnymi. SCADA dostarcza informacji o tym, co dzieje się w procesie i warstwie automatyki, natomiast MES wykorzystuje te informacje do oceny i zarządzania wykonaniem produkcji.
Co to jest system SCADA?
SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) to system służący do nadzorowania procesów przemysłowych, zbierania danych z urządzeń i systemów sterowania oraz prezentowania operatorom aktualnego stanu maszyn, linii i instalacji.
System pobiera informacje między innymi ze sterowników PLC, urządzeń pomiarowych, regulatorów i systemów DCS, a następnie udostępnia je operatorom w postaci synoptyk, trendów, alarmów lub raportów. W zależności od przyjętej architektury SCADA może również umożliwiać wykonywanie określonych działań nadzorczych, takich jak zmiana wartości zadanej lub uruchomienie dopuszczonej sekwencji.
Dane obsługiwane przez SCADA mają przede wszystkim charakter techniczny i procesowy. Mogą opisywać temperaturę, ciśnienie, prędkość, stan napędu, pozycję zaworu, liczbę cykli czy wystąpienie alarmu. Pozwalają więc określić, jak w danej chwili zachowuje się maszyna lub instalacja, ale nie muszą zawierać informacji o tym, jaki wpływ dane zdarzenie ma na wykonanie konkretnego zlecenia produkcyjnego.
Jeżeli licznik maszyny wskazuje określoną liczbę wykonanych cykli, SCADA może tę wartość zarejestrować i zwizualizować. Dopiero połączenie jej z danymi produkcyjnymi pozwala jednak określić, którego zlecenia dotyczyły cykle, jaki materiał był wykorzystywany, jaka operacja była wykonywana oraz ile powstałych wyrobów spełniło wymagania jakościowe. Taki kontekst jest charakterystyczny dla systemu MES.
Jak działa SCADA – architektura i komunikacja z maszynami
SCADA działa nad warstwą bezpośredniego sterowania procesem: pobiera dane ze sterowników i innych elementów automatyki, agreguje je i udostępnia operatorom jako spójny obraz pracy maszyny, linii lub instalacji.
Logika odpowiedzialna za sterowanie urządzeniami, reakcję na sygnały z czujników, działanie blokad technologicznych czy utrzymywanie zadanych parametrów procesu jest wykonywana przede wszystkim przez sterowniki PLC, regulatory lub systemy DCS. SCADA korzysta z danych udostępnianych przez tę warstwę, dzięki czemu operator nie musi analizować każdego urządzenia oddzielnie i może obserwować większy obszar procesu w jednym środowisku.
Komunikacja z automatyką może być realizowana za pośrednictwem różnych protokołów i sterowników komunikacyjnych. Jednym z wykorzystywanych standardów jest OPC UA, który umożliwia udostępnianie danych pomiędzy urządzeniami i systemami w ustandaryzowanej formie.
W tej samej architekturze mogą funkcjonować interfejsy HMI, ale ich zakres jest inny. HMI jest zwykle związany bezpośrednio z obsługą konkretnej maszyny albo określonego fragmentu instalacji, podczas gdy SCADA może agregować informacje z wielu źródeł i zapewniać nadzór nad szerszym obszarem procesu.
Rozbudowane środowisko SCADA może również współpracować z historianem, czyli bazą przechowującą dane procesowe w czasie. Pozwala to analizować przebieg parametrów technologicznych, jednak MES nie musi przejmować całej historii każdego pomiaru. Z punktu widzenia realizacji produkcji większe znaczenie może mieć informacja, czy w trakcie wykonania określonej partii doszło do przekroczenia dopuszczalnego zakresu oraz z jakim produktem i operacją było ono związane.
SCADA rejestruje i udostępnia informacje o przebiegu procesu technologicznego, natomiast MES wykorzystuje je w kontekście realizowanej produkcji.
System MES a SCADA – kluczowe różnice
Podstawowa różnica pomiędzy SCADA a MES dotyczy obszaru odpowiedzialności i kontekstu danych: SCADA koncentruje się na procesie technologicznym oraz urządzeniach, a MES na rzeczywistym wykonaniu zleceń i operacji produkcyjnych.
Zakres funkcjonalny
SCADA odpowiada przede wszystkim za nadzór nad procesem, natomiast MES obejmuje realizację produkcji wraz z jej kontekstem: zleceniami, operacjami, materiałami, produktami, jakością i wykorzystaniem zasobów.
Granice pomiędzy systemami nie zawsze są całkowicie sztywne. SCADA może udostępniać funkcje raportowe, analizować przestoje lub dostarczać dane potrzebne do obliczania OEE, natomiast MES może pobierać informacje bezpośrednio ze sterowników PLC. Nie zmienia to podstawowej różnicy pomiędzy sposobem wykorzystania danych przez obie klasy systemów.
| Obszar | SCADA | MES |
|---|---|---|
| Główny przedmiot analizy | proces technologiczny i urządzenia | realizacja procesu produkcyjnego |
| Typowe dane | stany, sygnały, alarmy, parametry procesu | zlecenia, operacje, materiały, produkty, jakość |
| Główne źródła danych | PLC, DCS, urządzenia, czujniki | ERP, APS, SCADA, PLC, operatorzy |
| Perspektywa | aktualny i historyczny przebieg procesu | wykonanie produkcji względem planu i normatywów |
| Traceability | dane procesowe | kontekst materiału, operacji i produktu |
| OEE | źródło danych procesowych | wykorzystanie danych do analizy wykonania produkcji |
| Sterowanie procesem | możliwe w zakresie nadzorczym | nie jest podstawowym zadaniem |
| Kontekst zlecenia | może występować jako dodatkowy | stanowi podstawowy element modelu produkcji |
Różnica staje się szczególnie widoczna wtedy, gdy prawidłowy stan techniczny nie oznacza prawidłowej realizacji produkcji. Maszyna może pracować bez alarmów, a jednocześnie wykonywać operację wolniej, niż przewiduje normatyw. Parametry technologiczne mogą pozostawać w wymaganym zakresie, podczas gdy zlecenie jest realizowane z opóźnieniem. SCADA pozwala ocenić przebieg procesu i stan urządzeń, natomiast MES wiąże te informacje z wynikiem konkretnej operacji lub zlecenia.
Miejsce w modelu ISA-95
W modelu ISA-95 funkcje SCADA są najczęściej związane z poziomem 2, obejmującym monitorowanie i sterowanie procesem, natomiast MES jest przypisywany przede wszystkim do poziomu 3, czyli zarządzania operacjami produkcyjnymi.
Poziomy 0 i 1 obejmują fizyczny proces, czujniki oraz elementy wykonawcze. Poziom 2 dotyczy monitorowania i sterowania procesem, poziom 3 zarządzania operacjami produkcyjnymi, a poziom 4 planowania biznesowego i logistyki przedsiębiorstwa, z którą związane są między innymi systemy ERP.
ISA-95 nie należy jednak traktować jako sztywnego przyporządkowania każdej aplikacji do jednej warstwy. Model opisuje przede wszystkim funkcje oraz przepływ informacji pomiędzy poszczególnymi obszarami przedsiębiorstwa, dlatego rozbudowany system SCADA może realizować wybrane funkcje wykraczające poza klasyczny nadzór procesowy, a MES może pobierać dane bezpośrednio z urządzeń znajdujących się niżej w architekturze.
Podział odpowiedzialności pozostaje jednak czytelny: SCADA koncentruje się na nadzorowaniu przebiegu procesu technologicznego, a MES na zarządzaniu jego wykonaniem w kontekście produkcji.
Przeczytaj o realizacji KPI w produkcji – KPI w produkcji – jakie wskaźniki mierzyć, jak je interpretować i jak wspiera je system APS/MES? | eq system
Czy potrzebujesz obu systemów? SCADA i MES w praktyce
SCADA i MES są potrzebne równolegle wtedy, gdy zakład chce zarówno nadzorować proces technologiczny, jak i wykorzystywać dane z automatyki do zarządzania realizacją zleceń, analizowania przestojów, OEE, jakości czy traceability. Nie jest to więc wybór „SCADA albo MES”, ponieważ oba systemy rozwiązują inne problemy.
Jeżeli głównym wymaganiem jest bieżąca obserwacja parametrów technologicznych, obsługa alarmów, wizualizacja stanu urządzeń oraz nadzorowanie procesu, rolę tę realizuje SCADA. MES jest potrzebny wtedy, gdy przedsiębiorstwo chce dodatkowo określić, jak zdarzenia rejestrowane na poziomie automatyki wpływają na wykonanie produkcji.
Przykładem może być zmiana prędkości linii ze 120 do 85 sztuk na minutę. SCADA zarejestruje zmianę parametru i umożliwi operatorowi ocenę sytuacji procesowej, natomiast MES może zestawić tę informację z normatywną wydajnością, aktualnie realizowanym zleceniem oraz planowanym czasem jego zakończenia. W rezultacie dane techniczne mogą zostać wykorzystane do identyfikacji i analizy straty produkcyjnej.
Podobny mechanizm dotyczy parametrów jakościowych. SCADA może rejestrować przebieg temperatury lub ciśnienia, a MES powiązać te wartości z konkretną partią produktu. Informacja procesowa staje się wtedy częścią historii wytwarzania i może zostać wykorzystana w traceability.
Jak system MES integruje się z SCADA i automatyką?
MES może pobierać dane ze SCADA, bezpośrednio ze sterowników PLC albo za pośrednictwem warstwy IIoT. Wybór architektury powinien wynikać z parku maszynowego, dostępnych interfejsów, istniejącej infrastruktury SCADA, wymagań dotyczących danych oraz zasad bezpieczeństwa na styku IT i OT.
W zakładzie, w którym SCADA agreguje już informacje z wielu sterowników, może ona stanowić jedno ze źródeł danych dla MES. W innej architekturze MES może komunikować się bezpośrednio z PLC lub korzystać z warstwy IIoT. Kluczowe znaczenie ma przy tym nie samo techniczne źródło danych, ale określenie, które informacje są potrzebne do zarządzania produkcją i w jakim kontekście powinny zostać zapisane.
Do komunikacji może być wykorzystywany OPC UA. Za jego pośrednictwem MES może otrzymywać między innymi status maszyny, liczniki produkcyjne, sygnały rozpoczęcia i zakończenia cyklu, wartości wybranych parametrów technologicznych oraz informacje o przestojach.
Nie oznacza to jednak, że do MES powinny trafiać wszystkie dane dostępne w systemach automatyki. Jeżeli historian zapisuje wartość temperatury co sekundę, system MES nie musi przejmować każdego pomiaru. Z perspektywy realizacji produkcji bardziej użyteczne może być zachowanie wartości minimalnej i maksymalnej dla określonej operacji, czasu pozostawania parametru poza tolerancją oraz informacji o tym, której partii dotyczyło odchylenie. Dzięki temu do systemu trafiają dane potrzebne do analizy produkcyjnej, a nie wszystkie informacje dostępne technicznie.
Osobnego podejścia wymaga komunikacja w przeciwnym kierunku, czyli przekazywanie informacji z MES do systemów sterowania. W takim przypadku trzeba określić zakres odpowiedzialności systemów, sposób walidacji i autoryzacji danych, zachowanie po utracie komunikacji oraz zasady bezpieczeństwa sieciowego. Sama możliwość technicznego połączenia systemów nie powinna więc przesądzać o sposobie zaprojektowania integracji.
Więcej na ten temat opisujemy w artykule „Aspekty bezpieczeństwa przy integracji MES z parkiem maszynowym” – Bezpieczeństwo podczas integracji systemu MES z maszynami
Podsumowanie: kiedy SCADA, kiedy MES, a kiedy oba?
SCADA jest przeznaczona przede wszystkim do nadzoru nad procesem i urządzeniami, MES do zarządzania realizacją produkcji, natomiast oba systemy warto łączyć tam, gdzie dane procesowe mają być wykorzystywane w kontekście konkretnych zleceń, operacji, partii i wyników produkcyjnych.
FAQ: Najczęściej zadawane pytania
Czy SCADA może zastąpić MES?
SCADA nie zastępuje funkcji MES związanych z zarządzaniem wykonaniem produkcji, nawet jeśli udostępnia wybrane funkcje raportowe lub analityczne. Zarządzanie realizacją zleceń, śledzenie zużycia materiałów, analiza wykonania operacji, genealogia produktu i traceability należą do obszaru charakterystycznego dla MES.
Czy MES może działać bez SCADA?
Tak. SCADA nie jest technicznym warunkiem działania MES. System może pobierać dane bezpośrednio ze sterowników PLC, urządzeń IIoT lub innych źródeł. Jeżeli jednak SCADA pełni w zakładzie funkcję centralnej warstwy nadzoru nad procesem, może stanowić źródło informacji dla MES.
Kiedy potrzebna jest SCADA?
SCADA jest potrzebna wtedy, gdy kluczowe jest bieżące nadzorowanie procesu technologicznego, w tym obserwowanie jego parametrów, wizualizacja stanu urządzeń, obsługa alarmów oraz analiza danych pochodzących z automatyki.
Kiedy potrzebny jest MES?
MES jest potrzebny wtedy, gdy dane z hali mają zostać powiązane z rzeczywistym wykonaniem produkcji. Dotyczy to między innymi zleceń, operacji, wykorzystanych materiałów i zasobów, jakości oraz rzeczywistych wyników procesu.
Kiedy warto korzystać z obu systemów?
SCADA i MES warto wykorzystywać równolegle wtedy, gdy zakład potrzebuje zarówno szczegółowego nadzoru nad procesem technologicznym, jak i produkcyjnego kontekstu danych z maszyn. SCADA dostarcza informacji o przebiegu procesu, a MES wiąże je z wykonaniem konkretnego zlecenia, operacji, partii lub planu produkcji.
Inne artykuły:
- Smart Factory – już rzeczywistość, czy nadal pieśń przyszłości?
- System CMMS – znacznie więcej niż narzędzie do zarządzania utrzymaniem ruchu
- Traceability – modny gadżet czy konieczność?
- System MES – na co zwrócić uwagę przy jego wyborze?
- Historia jednego STANDARDU… część 1: Proces produkcyjny w kontekście systemów IT – System MRP II
- Historia jednego STANDARDU… część 2: Zarządzanie przedsiębiorstwem a system APS i XPRIMER
