Integração MES em linhas de produção SMT: o que você precisa saber

Aqui está a versão resumida: um Manufacturing Execution System (MES) é a camada de software que conecta sua linha SMT ao resto do seu negócio. Ele coleta dados ao vivo de cada máquina, mostra o que está acontecendo no local no momento e mantém um registro de cada placa, cada bobina de componente e cada configuração de processo.

Sem ele, suas máquinas funcionam rápido, mas suas informações ficam lentas. Com ele, você pode rastrear qualquer placa até a bobina de onde veio, detectar erros antes que se transformem em sucata e parar de adivinhar sua própria produção.

Este artigo explica o que realmente significa integração MES em uma linha SMT. O que suas máquinas precisam para suportá-lo. O que o projeto realmente envolve no dia a dia. E os erros que silenciosamente afundam a maioria das implementações de MES. Sem chavões, sem discurso de vendas. Apenas as coisas que vale a pena saber antes de gastar dinheiro.

1. O que é MES, em linguagem simples?

Toda fábrica de eletrônicos funciona com três camadas de software, quer alguém tenha planejado dessa forma ou não.

No topo está o ERP. Ele lida com pedidos de compra, pedidos de clientes, valor de estoque e faturas. Ele sabe o que você prometeu e quando prometeu.

Na parte inferior estão as máquinas. A impressora, o SPI, as máquinas pick-and-place, o forno de refluxo, o AOI. Eles fazem o verdadeiro trabalho e produzem dados o dia todo, quer alguém os colete ou não.

MES fica no meio. Ele recebe pedidos do ERP e os transforma em instruções que as máquinas podem seguir. Em seguida, ele coleta tudo o que as máquinas produzem – contagens, defeitos, alarmes, parâmetros – e transforma tudo isso em informações que as pessoas podem realmente usar.

Uma forma simples de colocar isso: o ERP decide o que construir. As máquinas decidem com que rapidez. O MES observa tudo e mantém ambos os lados honestos.

A maioria das fábricas já possui peças disso. O ERP possui um módulo de produção. Cada máquina possui seu próprio software que rastreia seus próprios números. Um engenheiro de qualidade em algum lugar mantém uma planilha que é atualizada quando há tempo. Nada disso fala um com o outro. Assim, em qualquer dia, o ERP diz uma coisa, as máquinas dizem outra e a planilha diz uma terceira.

Essa lacuna é exatamente onde reside o MES. Não é outro painel para olhar. É a camada que faz com que o plano e a realidade sejam a mesma história.

Também ajuda saber quem realmente toca no sistema. Os operadores escaneiam materiais e veem as tarefas de sua estação em uma tela. Os líderes de equipe veem toda a linha: quais pedidos estão atrasados, quais máquinas estão inoperantes e por quê. Os engenheiros de qualidade extraem tendências de inspeção de dados em tempo real, em vez de estimativas da semana passada. Os gerentes obtêm OEE e números de rendimento sem pedir a ninguém para compilar nada. Um sistema, quatro visões muito diferentes, todas olhando para a mesma verdade.

Por que isso é mais importante em SMT do que na maioria dos setores? Porque uma linha SMT é uma máquina de dados que também fabrica placas de circuito. Uma linha pode colocar dezenas de milhares de componentes por hora. Esses componentes vêm de centenas de rolos, carregados em dezenas de slots de alimentação, executando dezenas de programas diferentes. As trocas acontecem diariamente, às vezes várias vezes ao dia. Cada rolo, cada slot, cada programa é uma nova chance de algo dar errado.

O MES existe para garantir que nada dê errado.

2. Vida sem MES: os problemas que você já conhece

Pergunte a qualquer pessoa que tenha executado uma linha SMT sem MES e você ouvirá as mesmas histórias. Fábricas diferentes, a mesma dor.

Comece com o clássico. Um cliente liga. As placas de uma remessa falharam em campo e a peça suspeita é um capacitor de um lote específico. Agora começam as perguntas. Quais placas usaram tanto? Quais dessas placas foram enviadas e para quem? Se responder a isso significa vasculhar viajantes de papel, pedir a três pessoas que verifiquem suas planilhas e torcer para que os registros da máquina não tenham sido sobrescritos, você gastará dias nisso. E você nunca terá certeza absoluta de que a resposta está completa. Para um cliente do setor automotivo ou médico, “achamos que conseguimos todos” não é uma resposta que alguém possa assinar.

Depois, há pasta de solda. Tem um relógio nele. A pasta descongelada tem prazo de validade. A pasta aberta tem uma vida útil, geralmente de algumas horas, antes de ser devolvida ao armazenamento refrigerado ou descartada. Na maioria das linhas, alguém escreve a hora no frasco com um marcador. Quando alguém está ocupado combatendo um incêndio a duas máquinas de distância, a pasta continua imprimindo pela janela. Os defeitos aparecem posteriormente como juntas frias e solda insuficiente, e ninguém os conecta de volta ao frasco.

As mudanças trazem seus próprios problemas. Um novo programa é carregado. Os alimentadores são trocados. Um rolo cai no slot errado e a máquina coloca o componente errado com total confiança para as próximas centenas de tabuleiros. A regra contra isso existia. Apenas vivia na cabeça de alguém, e não no sistema.

Os alarmes são um problema silencioso. Cada máquina registra seus próprios erros, em seu próprio formato, em sua própria tela. Uma impressora que continua emitindo alarmes de limpeza de estêncil às 2 da manhã dirá isso apenas para a impressora. Quando o turno da manhã fica sabendo disso, a correção custa uma mudança na produção, em vez de um ajuste de dez minutos.

E todas as manhãs, alguém constrói manualmente o relatório diário. Contadores de máquinas daqui. A inspeção resulta daí. Tempo de inatividade em um quadro branco. Vinte minutos copiando e colando, todos os dias, com números que nunca concordam entre si.

Nenhum destes são problemas de máquina. As máquinas estão bem. As pessoas estão se esforçando. O que falta é um fluxo confiável de informações que conecte pedidos, materiais, máquinas e resultados. Esse é o trabalho de um MES.

3. Como o MES realmente se conecta às suas máquinas

Esta é a parte que as pessoas consideram misteriosa, então vamos deixar isso claro. O MES se comunica com as máquinas por meio de protocolos de comunicação definidos. Cada protocolo é basicamente uma linguagem acordada. Algumas são antigas, outras são novas, e a maioria das máquinas SMT modernas falam mais de uma.

Aqueles sobre os quais você mais ouvirá:

• SMEMA é o mais antigo e mais limitado. Ele transmite sinais simples de placa presente e placa ausente entre máquinas para que os transportadores mantenham as placas em movimento. Não contém dados sobre o quadro, o programa ou o processo. Uma linha conectada apenas com SMEMA pode funcionar, mas não consegue lembrar de nada.

• SECS/GEM veio da indústria de semicondutores e SMT os fabricantes de equipamentos o adotaram amplamente. Ele permite que um sistema host leia o status da máquina, alarmes, contadores e dados de processo e envie comandos de volta. A maioria das máquinas de gama média e alta suporta alguma versão dele.

• OPC UA é um padrão moderno de comunicação industrial. É independente de plataforma e seguro, e está se tornando o padrão em equipamentos mais novos em muitos setores, incluindo SMT.

• IPC-HERMES-9852 cuida da camada transportadora. Em vez de um sinal SMEMA simples, as placas carregam seus próprios dados à medida que avançam na linha, para que cada máquina saiba exatamente qual placa acabou de receber.

• IPC-CFX é o padrão de dados mais recente da IPC, agora Global Electronics Association : um modelo plug-and-play onde as máquinas publicam eventos à medida que acontecem, em um formato comum. O objetivo é que uma linha construída a partir de fornecedores mistos possa compartilhar dados sem trabalho de integração personalizado para cada máquina.

Máquinas diferentes contribuem com dados diferentes para o MES. Grosso modo:

Duas notas práticas do lado da engenharia. Primeiro, as máquinas não se comunicam com o MES pelo Wi-Fi do escritório. Você precisa de uma rede de máquinas planejada, segmentação sensata do ambiente de escritório e um servidor ou local na nuvem para receber os dados. Nada disso é exótico. Só precisa ser projetado em vez de improvisado.

Em segundo lugar, as interfaces diferem na quantidade de detalhes que fornecem. Duas máquinas podem ser “conectadas”, enquanto uma envia dados completos por placa e a outra envia contagens por hora. Ao comparar equipamentos, pergunte exatamente quais dados cada interface expõe – e não apenas se existe uma interface.

É também por isso que a seleção de máquinas é tão importante. Os equipamentos adquiridos nos últimos anos quase sempre oferecem pelo menos uma interface com capacidade de dados. As máquinas mais antigas podem não oferecer nada além do SMEMA, o que limita o que o MES pode aprender com elas. Portanto, ao avaliar uma linha de produção SMT completa , trate as interfaces de comunicação com a mesma seriedade que a velocidade de colocação.

4. As cinco tarefas principais de um MES em uma linha SMT

Os fornecedores adoram listas de recursos. Retire os folhetos e um MES em uma linha SMT realiza cinco trabalhos.

Primeira tarefa: despachar trabalho. O ERP diz “construa 3.000 da placa A esta semana”. O MES divide isso em instruções que a linha entende: qual programa carregar, qual estêncil, quais alimentadores, em que sequência. Os operadores param de interpretar as ordens de serviço e a linha inicia cada trabalho com a configuração correta já implementada.

Segunda tarefa: prevenir erros. É aqui que um MES ganha seu sustento mais rapidamente. Ele verifica se a bobina no slot 12 é realmente a parte que o programa espera no slot 12. Ele rastreia a vida útil da pasta de solda e avisa antes que a janela feche. Pode exigir uma confirmação do primeiro artigo antes da produção completa. Nenhuma dessas verificações é emocionante. Todos eles evitam erros caros.

Terceira tarefa: rastreabilidade. Cada placa recebe uma identidade, geralmente um código de barras ou uma marca a laser, no início da fila. A partir daí, o MES registra o que aconteceu com ele: quais bobinas, qual versão do programa, qual perfil do forno, quais resultados da inspeção. Quando um cliente faz uma pergunta difícil posteriormente, você a responde em minutos, em vez de dias. A Seção 5 se aprofunda nisso, porque geralmente é a primeira coisa que os compradores perguntam.

Quarta tarefa: fechar o ciclo de qualidade. SPI e AOI não apenas separam as placas boas das ruins. Os seus resultados regressam ao MES, onde as tendências se tornam visíveis. O volume da pasta diminui ao longo de um turno. Um alimentador específico produz mais rejeitos que seus vizinhos. Sem um MES, essas informações existem, mas ficam espalhadas por cinco telas. Com um, a linha informa que há um problema antes que ele se torne caro.

Trabalho cinco: números honestos. OEE, motivos de tempo de inatividade, rendimento, produção por turno. O MES os registra automaticamente, a partir dos dados da máquina, e não da memória. O relatório diário deixa de ser vinte minutos de copiar e colar e passa a ser algo que já está feito quando você entra.

Diferentes fornecedores os empacotam de maneira diferente e muitos adicionam módulos de programação, manutenção ou energia. Tudo bem. Mas se um sistema não puder realizar essas cinco tarefas de maneira sólida em sua linha, os extras não o salvarão.

5. Rastreabilidade: o benefício que os compradores perguntam primeiro

Mencione o MES para uma sala de SMT proprietários de fábrica e a maioria dos recursos receberá acenos educados. A rastreabilidade levanta dúvidas. Isso não é um acidente. Para uma parcela crescente de clientes, a rastreabilidade não é algo agradável de se ter. Está escrito no contrato.

Os clientes do setor automotivo, que trabalham sob sistemas de qualidade como o IATF 16949, esperam que seus fornecedores rastreiem qualquer placa até seus materiais e condições de processo. Os fabricantes de dispositivos médicos enfrentam expectativas semelhantes. Os clientes industriais e de telecomunicações exigem cada vez mais o mesmo. Se você deseja esses clientes, precisa falar fluentemente sobre rastreabilidade.

A rastreabilidade vem em dois níveis, e a diferença é importante para o seu orçamento.

O nível do lote e do código de data é a linha de base comum. O MES registra quais lotes de componentes foram usados ​​em cada placa, vinculados a um ID da placa. Quando um lote de componentes apresenta defeito, você pode listar todas as placas que tocaram nele. Para a maioria dos clientes e auditorias, este nível responde à pergunta.

A rastreabilidade em nível de componente vai além. Ele registra qual componente individual, de qual posição do carretel, foi colocado em qual local em cada placa específica. Isso exige que as máquinas de posicionamento relatem os dados de posicionamento quadro por quadro e cria um fluxo de dados muito mais pesado. Alguns clientes de alta confiabilidade solicitam isso. A maioria não. Crie de acordo com o que seus clientes realmente exigem e atualize mais tarde, se isso mudar.

Aqui está o que é uma boa rastreabilidade na prática. Um cliente relata uma falha. O número de série da placa vai para o MES. Em poucos minutos você sabe: o lote da bobina utilizada, a máquina que a colocou, o perfil do forno que a cozinhou e os AOI resultados daquele dia. Você pode listar as outras placas afetadas e para onde foram enviadas, antes que o cliente conclua sua própria investigação. Faça isso duas vezes e você mudará a forma como o cliente vê sua fábrica.

Um aviso honesto: a rastreabilidade é tão boa quanto os dados recebidos. Se os operadores ignorarem as varreduras quando estiverem com pressa, ou se os rolos forem mesclados e reetiquetados sem atualizar o sistema, o MES registrará fielmente a ficção. A disciplina no scanner é tão importante quanto no software. Planeje isso desde o primeiro dia.

6. O que a integração MES realmente envolve

Aqui está a parte que a maioria das pessoas subestima. A integração do MES não é “instalar software, conectar cabos e pronto”. Um projeto real tem três camadas de trabalho, e as máquinas geralmente são a parte mais fácil.

Camada um: conectividade da máquina. Atribua as máquinas à rede, habilite suas interfaces, configure as conexões. Em uma linha moderna com suporte SECS/GEM ou OPC UA, esta é uma engenharia simples. Numa linha mista com máquinas mais antigas, significa gateways e significa aceitar que algumas máquinas reportarão menos do que outras.

Camada dois: dados e processo. Este é o verdadeiro trabalho e não é glamoroso. Cada componente precisa de um número de peça consistente. Cada bobina precisa de uma identidade escaneável. Cada lote de placas precisa de uma regra de nomenclatura. A biblioteca de estêncil, as versões do programa, os perfis do forno – tudo isso precisa de um proprietário e de uma versão da verdade. Se seus dados mestres estiverem confusos hoje, o MES não irá consertar isso. Isso simplesmente tornará a bagunça visível e pesquisável. As fábricas bem-sucedidas limpam seus dados antes ou durante o projeto, não depois.

Camada três: pessoas. Os operadores precisam escanear as coisas, mesmo quando a visita do cliente ocorre em dez minutos. Os líderes de equipe precisam confiar mais no painel do que no quadro branco. A TI precisa manter o servidor e os backups. Se o fluxo de trabalho diário combater o software, os operadores encontrarão soluções alternativas, e as soluções alternativas acabarão com a rastreabilidade. Bons projetos envolvem os operadores desde o início e moldam as etapas de como a linha realmente funciona.

Um projeto típico, em velocidade realista, é assim: duas a quatro semanas de preparação – inventário de interface, regras de dados, design de fluxo de trabalho – depois algumas semanas de conexão e configuração, depois um mês ou mais de execução do novo sistema em paralelo com o método antigo antes de você confiar totalmente nele. Apressar esse período paralelo é como as fábricas acabam desconfiando de seu próprio sistema durante a pior semana de produção do ano.

Mais uma coisa que vale a pena dizer: linhas novas e linhas antigas são projetos diferentes. Quando você está planejando uma nova linha, a compatibilidade do MES faz parte da especificação do equipamento desde o início, junto com a velocidade e o tamanho ocupado. Uma configuração de produção de linha completa SMT pronta para uso com interfaces abertas economiza uma rodada de modernização posterior. A modernização de uma linha existente é perfeitamente possível – muitas fábricas fazem isso – mas espera-se uma profundidade desigual de dados entre gerações de máquinas e sequencia o trabalho de forma realista.

7. Cinco erros que prejudicam os projetos MES

Muitos projetos MES param, e raramente é porque o software era ruim. É por causa de como o lançamento foi executado. Esses cinco erros cobrem a maioria das falhas.

Erro um: comprar uma tela grande em vez de um sistema. Algumas fábricas usam o MES como painel de parede e nada mais. Os números parecem bons, os visitantes ficam impressionados e nada muda. O valor não está em observar a linha. Está nas verificações, nos alarmes e nos registros que o sistema impõe. Use a aplicação ou não se preocupe em comprá-lo.

Erro dois: fazer um big bang. Implementar todas as linhas ao mesmo tempo maximiza o risco e o estresse. O melhor padrão é uma linha, feita corretamente: conectar as máquinas, limpar os dados dessa linha, treinar seu pessoal, correr por um mês, consertar o que quebra. Em seguida, copie o modelo para a próxima linha. Lento é suave e suave é rápido.

Erro três: ninguém é dono dos dados mestres. Três meses depois, um componente existe com dois números de peça, uma versão do programa está desatualizada em uma máquina e, de repente, o sistema está “mentindo”. Ele não está mentindo. Está relatando fielmente informações inconsistentes. Atribua a propriedade de números de peças, programas e receitas antes da entrada em operação, e não após a primeira disputa.

Erro quatro: projetar o fluxo de trabalho do piso em um quadro branco. Se a digitalização de uma bobina exigir quatro toques e um login enquanto a linha estiver sem material, os operadores irão ignorá-la. Sente-se com os operadores. Conte seus passos. Faça o caminho certo e o mais rápido, porque em uma linha viva, o rápido sempre vence.

Erro cinco: escolher o software antes de verificar a compatibilidade da máquina. Um MES é tão bom quanto os dados que consegue extrair. Antes de assinar qualquer coisa, obtenha uma resposta concreta sobre quais interfaces suas máquinas suportam e quais dados cada uma entrega. Um sistema barato que se conecta profundamente é melhor do que um sistema caro que não se conecta a nada.

8. Como preparar sua linha: uma lista de verificação prática

Se você está considerando a integração do MES, aqui está uma lista de preparação que você pode começar este mês. Nada disso requer a compra de software.

1. Faça um inventário das interfaces da sua máquina. Siga a linha e anote o que cada máquina suporta: SECS/GEM, OPC UA, HERMES, CFX ou apenas SMEMA. Peça ao fornecedor a folha de especificações da interface se não tiver certeza. Este documento único informa quanto custará seu projeto MES e o que ele pode alcançar.

2. Defina sua meta de rastreabilidade. Decida, com base nas necessidades de seus clientes, se você precisa de rastreabilidade em nível de lote ou em nível de componente. Não compre complexidade em nível de componente para clientes que precisam apenas de garantia em nível de lote.

3. Limpe os números das peças. Uma peça, um número, em qualquer lugar — ERP, programas, etiquetas de alimentação. Este é um trabalho tedioso e é a preparação de maior alavancagem que existe.

4. Padronize as regras de nomenclatura. Placas, lotes, estênceis, programas, perfis de forno. Escreva as regras em uma página. Todos que criam dados seguem a mesma página.

5. Verifique sua rede e os princípios básicos de TI. As máquinas precisam de um caminho de rede para o servidor MES, com separação sensata entre a rede da máquina e o escritório. Planeje a configuração do servidor ou da nuvem, os backups e quem os mantém.

6. Nomeie seus proprietários. Uma pessoa da produção, outra da engenharia ou TI. Um projeto MES sem proprietários nomeados torna-se um trabalho de meio período para todos e não é prioridade para ninguém.

E se você ainda não está integrando, mas planejando uma nova linha ou uma expansão, coloque agora as interfaces MES nos requisitos do equipamento. Esse parágrafo na especificação de compra é muito mais barato do que um retrofit posterior. Se você estiver construindo uma operação EMS e opções de linha de pesagem, vale a pena ler como escolher uma linha SMT para uma fábrica EMS antes de bloquear a lista de equipamentos. E se você estiver dimensionando a linha em si, o guia para configuração da linha de produção SMT para diferentes tamanhos de fábrica o ajudará a combinar a lista de máquinas com seus volumes reais, em vez de com um folheto.

9. FAQ: Integração MES em linhas de produção SMT

Todas as máquinas SMT suportam integração MES?

Não, mas a maioria das máquinas modernas sim. Os equipamentos produzidos nos últimos anos quase sempre oferecem pelo menos uma interface com capacidade de dados, como SECS/GEM, OPC UA ou IPC-CFX. Máquinas mais antigas, especialmente aquelas construídas quando o SMEMA era o único padrão, podem não oferecer nenhuma interface de dados. Antes de comprar qualquer máquina, peça ao fornecedor as especificações da interface e confirme quais protocolos são suportados e quais dados eles fornecem. É uma pergunta de cinco minutos que protege todo o valor do seu projeto MES.

Quanto tempo leva a integração do MES em uma linha SMT?

Para uma linha com máquinas modernas equipadas com interface, espere de várias semanas a alguns meses. As próprias conexões da máquina raramente são o gargalo. O tempo é gasto na preparação de dados, padronização de processos e treinamento. Uma implementação completa de fábrica multilinha normalmente leva mais tempo, geralmente de seis meses a um ano, dependendo de quão limpos seus dados mestres estão no início. Qualquer pessoa que prometa um cronograma preciso antes de olhar para suas máquinas e seus dados está adivinhando.

Podemos adicionar um MES a uma linha SMT mais antiga?

Sim, e muitas fábricas o fazem. A abordagem prática é um gateway ou caixa de coleta de dados que lê tudo o que a máquina pode oferecer e passa para cima. A limitação é a profundidade: uma máquina mais antiga pode reportar contagens e alarmes, mas não dados de componentes por placa. Um padrão comum em fábricas mistas é executar a rastreabilidade total nas linhas mais novas e o monitoramento básico nas mais antigas e, em seguida, atualizar à medida que o equipamento é substituído. Defina as expectativas de acordo e o projeto não irá decepcioná-lo.

Um MES irá desacelerar minha linha de produção?

Não, não quando estiver configurado corretamente. A coleta de dados ocorre em segundo plano, de forma assíncrona ao ciclo da máquina. Os relógios MES; ele não fica no caminho do transportador. O que retarda a produção é uma implementação desajeitada: etapas de digitalização que demoram muito, terminais nos lugares errados ou regras escritas por pessoas que nunca estiveram em um rack de alimentação. Projete o fluxo de trabalho em torno dos operadores e a linha funcionará a toda velocidade com dados melhores do que nunca.

Um MES é o mesmo que um ERP?

Não, e a confusão causa problemas reais. O ERP gerencia o negócio: pedidos, compras, valor do estoque, finanças. O MES gerencia o chão de fábrica em tempo real: qual máquina está executando qual trabalho, quais bobinas foram utilizadas em quais placas, quais alarmes estão abertos no momento. Muitas fábricas começam com um ERP e depois percebem que a própria fábrica é um ponto cego. Os dois sistemas são parceiros. O ERP planeja, o MES executa e reporta, e nenhum deles funciona bem fingindo ser o outro.

Essa é a imagem honesta da integração MES em uma linha SMT: trabalho real, disciplina real e uma recompensa real em rastreabilidade, qualidade e manhãs calmas. Se você estiver planejando uma nova linha ou atualizando uma existente, converse com seu fornecedor de equipamentos sobre interfaces de dados assim como falar sobre velocidade. A equipe I.C.T cria e oferece suporte a linhas SMT completas para clientes em mais de 70 países, e teremos prazer em revisar juntos a configuração de sua linha e seus planos MES. Quanto mais cedo as máquinas e o software forem projetados para se comunicarem, mais fácil tudo se tornará depois disso.