製造実行システム（MES）の主な機能：どのような機能が期待できるか？

メーカー各社は、スピードアップを図り、より厳しい基準を満たし、現場で絶えず起こる変化に対応するよう迫られています。問題は、多くのMESプラットフォームが、そうしたプレッシャーに耐えられるよう設計されていないことです。それらはチームを硬直的なプロセスに縛り付け、成長の余地をほとんど残していません。

だからこそ、MESの詳細が重要になるのです。リアルタイムのトレーサビリティ、モジュール式設計、エッジ接続といった機能は、工場が変化に対応し、コンプライアンスを維持し、状況の変化に迅速に対応できるかどうかに直接影響します。

以下では、今日において重要な役割を果たしているMESの機能について、具体的にはその実際の仕組みや、次期システムの導入を検討する際に注目すべき点について解説します。

製造実行システム（MES）とは、生産業務の状況をリアルタイムで可視化するために使用される、生産向けの強力なソフトウェアです。

ガートナーは、次のような有用な定義を示しています：

「製造実行システム（MES）とは、原材料を中間製品および／または完成品に変換する過程で関与する、リアルタイムの物理的プロセスの実行を管理、監視、および同期させるソフトウェアの一種である。」

彼らは、この作業指示書の執行を、生産スケジューリングや企業レベルのシステムと連携させています。また、MESアプリケーションは、プロセスのパフォーマンスに関するフィードバックを提供するとともに、必要に応じて、部品および材料レベルのトレーサビリティ、系譜管理、およびプロセス履歴との統合をサポートします。

違いはあるものの、すべてのMESにはいくつかの共通する中核的な機能があります。MESによっては特定の分野で他よりも優れているものもありますが、いずれのMESも、少なくとも以下の「モジュール」のいくつかを備えていることが期待されています：

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• 製品ドキュメント
• 製品・部品の追跡と系譜
• プロセス実行管理
• リソース管理
• 品質管理
• 人事
• データ収集
• システム統合

もはや工場は停滞することはありません。製品サイクルはますます短くなり、需要は予告なく変化し、業務の最前線に押し寄せられる作業は増え続けています。こうしたペースの速さにより、現場の従業員と同じくらい迅速にシステムを調整することが求められています。

ここで、MESの詳細が重要になります。それによって、問題が発生してから後手後手に追いかけることになるのか、それとも一歩先を行くことができるのかが決まります。適切な設定があれば、チームはコンプライアンスを損なうことなく方向転換を行うことができ、意思決定が実際のデータに基づいているという確信を持てるようになります。

現在、MESの設計に影響を与えているいくつかの要因：

• クラウド導入により、IT部門に長期間にわたる設定作業を強いることなく、新しいサイトの立ち上げや容量の拡張を容易に行うことができます。

• モジュール式設計により、エンジニアはシステムの全面的な刷新を待つことなく、必要に応じてワークフローを変更することができます。

• IIoT エッジ接続IIoT 、機械や生産ラインのデータが、それに基づいて行動できる担当者の手元に届けられます。

• アナリティクスやAIツールは不要な情報を排除し、チームがその場で意思決定を行えるようにします。

TulipアプローチTulip、こうした現実を反映しています。このシステムは、自律的に拡張・変更が可能で、他のシステムとシームレスに連携し、従来のモノリシックなシステムに付き物の煩わしさなしに、エンジニアが運用現場の実際のニーズに合わせてシステムを構築できる、モジュール式のアプリを中核として構築されています。

しかし、まったく同じ工場など二つとありません。ニーズは業界ごとに、また製造工程の種類によっても異なります。バッチ生産はロット生産とはまったく異なる仕組みで運営されており、その他も同様です。

工場間でこのような雪の結晶のように千差万別な状況が存在するため、MESAやANSIといった団体によるMESの定義の標準化に向けた取り組みは頓挫してしまった。

この記事では、MESを構成する主要な機能について詳しく見ていきます。

まずは、これらの各モジュールが提供する機能や特徴について見ていきましょう。

製品の定義

製造実行システム（MES）は、製品を製造するために現場で必要となる文書を管理します。これは、次のような機能を通じて実現されます：

• 部品表（BOM）の管理：外部システムから製造用BOM mBOM）を受け取るか、あるいはエンジニアリングBOM eBOM）を受け取り、MES内でeBOMからmBOMへの変換を管理する。
• 変更および構成管理：製品の改訂を管理し、製品が更新された際に、改訂管理を行い、製品定義のeBOMおよびCADモデルにおける関連する変更を参照することで、プロセス計画を更新できるようにする。

製品および部品の追跡と由来履歴

これらのMES機能は、生産現場において、適切な部品を適切な場所とタイミングで確実に供給することを目的としています。その中には、次のようなものがあります：

• 部品の発行：部品が在庫から発行された時点から、製造現場の保管エリアを経由して、生産工程で取り付けまたは使用されるまでの流れを追跡する。
• 部品ピッキング：在庫管理システムに送信するか、手作業で持ち運ぶ部品ピッキングリストを作成する。
• 部品キット作成：作業開始前に、ビンやカートにまとめて収納する部品のキットリストを作成し、工程ですべての部品が確実に用意されるようにする。
• 仕掛品在庫レベル：作業に割り当てられたものの、まだ取り付けられていない部品の仕掛品在庫レベルを把握し、その情報を在庫管理システムにフィードバックする。
• 仕掛品の追跡：製品が 各作業拠点間を移動する過程を追跡します。 これは、バーコードスキャナーを使用するか、シリアル番号、ロット番号、または作業指示書番号を追跡することで行われます。
• 部品の取り付け記録および製品の系譜：製品の履歴と監査証跡を管理し、組み立てに使用された材料や部品の完全な系譜を含める。また、MESは、実製作BOM を設計時または計画BOM BOM 検証することもできる。
• 資材の保存期間と有効期限：作業員が期限切れの資材を使用しないよう、資材の有効期限を管理してください。

プロセス実行管理

製造実行システム（MES）には、生産を管理し、適切なワークフローが確実に遵守されるようにするための機能が備わっています。その例としては、次のようなものがあります：

• プロセスの工程表： 各工程およびステップごとの実行順序のルール、作業指示、リソース、およびデータ収集要件を詳細に定めたプロセス計画を定義・管理します 。
• 作業手順書：テキストと図解を含むデジタル版の作業手順書。技術者が適切な工程順序に従って作業を進めるための指針となり、工具のセットアップ方法、部品の配置方法、機械の操作方法、および各工程での確認作業について解説しています。
• 作業手順の案内： MESは、単なる 作業指示書にとどまらず 、技術者が配車リストから作業を選択し、作業にサインインして作業時間を計測開始し、測定値や部品に関するデータを収集し、作業完了を記録するまでの各ステップを案内することができます。
• 生産ジョブの進捗追跡： 作業エリア、使用リソース、部品表、使用部品ごとに注文の完了状況を追跡することで、 生産計画担当者は、各ユニットやロットが製造サイクルのどの段階にあるか、どのような材料がいつ必要になるかを把握できます。このレベルの可視性により、エンジニアは在庫計画や生産スケジュールの策定を行い、注文がいつ完成するかを顧客に正確に伝えることができます。また、作業の開始時と終了時に従業員に出勤登録を義務付けることで、この機能は各ジョブの人件費の追跡にも役立ちます。
• イベントとアラート：機械やオペレーターによるジョブの完了などのイベントを記録し、必要に応じて監督者やサポート担当者に電子メールでアラートを送信します。例えば、仕様外の状態が発生した場合や、ラインが停止した場合などにアラートが発動することがあります。
• 生産管理：これらの機能により、生産の遅延要因となっている問題の解決を迅速に進め、計画された作業からの逸脱となる回避策の調整や承認を行い、生産スケジュールに影響を与える緊急の設計変更を反映させることができます。通常、生産管理機能には、担当者が影響を受ける領域を分析し、可能な限り迅速に問題を解決できるよう支援するための画面やレポートが用意されています。
• 生産ジョブの手配：ERPから毎日のジョブ手配リストを提供し、ジョブの延期や予期せぬ問題への対応などの機能を提供します。この機能には通常、ガントチャートなどのグラフィカルな表示が備わっており、パフォーマンスを評価したり、ジョブが遅延しているか、予定通りに完了する見込みがあるかを追跡したりすることができます。

リソース管理

金型や材料など、生産現場のリソースを管理するための機能。

• 管理ステーション／計画テーブル：計画テーブルには、マスタープランの定期的な概要が表示され、円滑な生産プロセスを確保するための生産数量を維持するために必要な計画・管理ツール、プロセスの計画注文、および生産指示書が含まれています。
• 工具・資材管理（TRM）：生産に必要な工具やその他の補助資材・設備を管理します。MESには、単なる在庫管理システムにとどまらず、稼働リソースの状態を管理し、どの工具が利用可能か、どの工具がどの機械と互換性があるかを特定し、その状態を評価することで、予防保全を実施し、ダウンタイムを削減することが求められています。
• 工具の校正：TRMに関連して 、MESには各工具に関する有用な情報が記録されているため、実際の使用頻度に基づいて校正を実行することができます。さらに、MESは、工具が適切に校正されるまで使用できないように強制することができます。
• 機械設定の送信：各機械の適切なセットアップとメンテナンスを確保するため、機械設定を管理・送信するとともに、機械を適切に稼働させるための作業指示書も送信し、不要なダウンタイムを回避することを目的としています。
• 工作機械用プログラム：簡単なセットアップシートから、数値制御（NC）プログラムや座標測定機（CMM）用プログラムに至るまで、工作機械用のプログラムを保存・管理します。
• 資材および生産物流： 流通中の資材（仕掛品（WIP）や共通保管施設外にあるもの）に関する情報を提供し 、適切なタイミングで輸送業務を開始できるようにする。

品質

工程内検証を通じて、生産プロセスに品質を組み込む。

• 統計的工程管理（SPC）：統計的工程管理では、データを収集・処理し、設定値と比較することで、許容範囲内にあるかどうかを判断します。許容範囲外の場合、SPC機能はアラームを発動させ、関係者に警告を発することができます。MESシステムは、収集したこれらのデータポイントを保存し、その傾向を把握するとともに、生産現場で利用できるようにすることで、ミスが発生する前にそれを特定・防止できるようにすべきです。
• 製品構成の検証：MESは、各製品ユニットに組み込まれた設計変更通知（ECN）の一覧を含むデバイス履歴記録（DHR、別名「実製造状態報告書」）を管理することで、製品が正しい設計仕様に基づいて製造されていることを保証するのに役立ちます。実製造状態と設計状態の構成に相違がある場合、MESは、製造業者が仕様外の製品を出荷しないよう、必要な承認プロセスを管理することができます。
• 不適合管理（NCM）：品質に問題のある製品について、技術的側面、製造条件、および投入材料を遡及調査し、是正措置を導入するとともに、その有効性を評価することを目的とする。
• 入荷：このモジュールは、入荷および出荷商品の登録と追跡を支援し、正確なロット番号の管理を確実にするほか、数値が許容範囲を外れた場合に関係者に通知します。
• 検査機器の管理： ツールおよびリソースの管理と同様に 、この機能は検査機器が適切に維持管理されるよう支援します。また、機器が所定の基準を満たしていること、および適切な試験や検査手順に使用されていることを保証します。
• プロセスデータ処理（PDP）：この機能は、温度や湿度などの生産現場のデータを収集し、許容範囲や介入限界値との照合を行います。エラーが発生した場合は、是正措置を提案します。

人事

これらの機能は、業務に関わる人員の管理に役立ちます。

• スタッフの勤務時間記録：スタッフの出退勤データに加え、欠勤時間や、特に効率的な人員配置を行う際に生産性向上に役立つその他の時間関連の情報を把握します。
• 従業員の資格および認定：従業員の認定記録および各種業務における実務経験を管理する。業務に配属される従業員が、その業務を遂行するために必要な認定資格と実務経験を有していることを確認する。
• インセンティブ給：生産データ、欠勤時間、作業指示書にかかる時間を基に業績レベルを算出し、インセンティブ型の賞与制度を導入する。
• 短期的な人員計画：すべての現役従業員を把握することで、部門、工場、または会社全体の業務負荷状況を考慮しながら、手動または自動でスケジュールを計画することができます。
• アクセス制御：生産施設へのアクセス制御を管理し、許可された担当者だけが作業現場への立ち入りや機械の操作などを行えるようにする。
• エスカレーション管理： 品質、稼働率、ダウンタイムなどに関連する問題をエスカレーションします 。閾値を超えた場合、エスカレーションおよびアラーム機構が作動し、問題をエスカレーションするとともに、適切な関係者に通知することで、異常な運用状態の継続時間を短縮します。

データ収集

MESは、製造現場全体におけるデータ収集と統合を支援します。

• 生産データの収集：人員、資材消費量、品質に関する生産データをさまざまな時間軸で収集し、表示や分析を通じて経営陣にリアルタイムで提供します。
• 機械データの収集 ：インターフェースを介して手動で、あるいは産業用プロトコルやバスシステム、はかりや天秤などのセンサーを通じて自動的に機械の状態を把握し、OEEや稼働率などのKPIを測定するとともに、生産工程におけるボトルネックや不具合箇所を特定します。
• 工程内データ収集： チェックリストや測定記録に加え、バーコードスキャナー、RFID、測定器インターフェースなどのデバイスを活用し、手動および自動による工程内データ収集を容易にします 。

システム統合

MESは、他の生産システムと連携できる必要がある。

• データ保存：MESには、最新かつ標準化されたデータが格納されている必要があります。また、APIやコネクタなどを通じて、社内の既存のデータベースだけでなく、新たに導入されるデータベースとも連携できる必要があります。
• 他システムとの連携：MESは、社内の他システムと連携し、相互に通信できる必要がある。企業レベルでは、ERP、人事、QMS各システムと連携できる必要がある。 生産管理レベルでは、OPC-UAなどの産業用プロトコルを介して機械と通信できるほか、情報ステーションからのPCベースの入力とも連携できる必要がある。
• 導入形態：ほとんどのMESはオンプレミス型ですが、大手ベンダーによるクラウドベースのMESへの移行が進んでおり、クラウドネイティブを特徴とする新規参入企業も次々と登場しています。

MESは急速に変化しています。もはや単なる書類のデジタル版ではありません。最新のプラットフォームは、生産ニーズに合わせて柔軟に対応し、他のシステムと連携し、工場の拡大に合わせて拡張できるよう設計されています。

コンポーザブル・アーキテクチャ
従来のMESシステムは重く、一度稼働し始めると変更が困難です。コンポーザブル・システムでは、プラットフォームをモジュールに分割します。各モジュールは、生産の追跡、設備の監視、品質管理など、1つの業務を担当します。これらは独立しているため、必要なときに追加したり、個別に更新したりすることができ、それでも連携したシステムとして稼働させることができます。

これにより、以下のことが可能になります：

• 一度にすべてを行うのではなく、段階的に展開する

• 特定の製品ラインに合わせて機能を調整する

• IT部門をすべての段階に巻き込むことなく、短い納期で変更を行う
  

クラウドおよびハイブリッド展開
現在、多くのMESプラットフォームがクラウド上で稼働しています。一部のメーカーでは、時間的制約のある作業をオンプレミスで処理しつつ、データの保存や分析はクラウドで行うというハイブリッド構成を採用しています。クラウド導入により、インフラの運用コストが削減され、導入が迅速化されるほか、APIを通じてERPやその他の業務システムとの連携も容易になります。

AI、機械学習、デジタルツイン
新機能の登場により、MESは単なるレポート作成ツールから意思決定支援ツールへと変貌しつつあります：

• 過去の機械データに基づいて構築されたメンテナンス予測

• リアルタイムのシグナルに基づく品質および生産異常のアラート

• 現場で回答を表示するAIアシスタントによるオペレーターへのガイダンス

MESプラットフォームは、すべて同じように構築されているわけではありません。依然として多くのプラットフォームが、柔軟性に欠けるモノリシックなアーキテクチャを採用したオールインワン型システムに依存している一方で、最新のアプローチでは、柔軟性、スピード、統合性を重視した、コンポーザブルかつクラウドネイティブなモデルへと移行しつつあります。

簡単に比較してみると、次のようになります：

コンポーザブルMESは、製造業者に対し、レガシープラットフォームの制約に縛られることなく、必要なシステムを構築するための道筋を提供します。

MESは、業界、製造業務の種類、顧客の規模によってそれぞれ違いがありますが、いずれも上記の機能の組み合わせを備えています。適切に導入されれば、MESは製造業者にリアルタイムの可視性を提供し、より適切な意思決定を可能にします。しかし、その技術の硬直性ゆえに、MESはROIが表れるまでに時間がかかる、導入が困難なシステムです。

製造アプリなどの新技術により、現代の製造業者は、MESにありがちな課題に直面することなく、上記に挙げた中核機能の多くを利用できるようになります。Tulipのような運用プラットフォームを活用すれば、上記に挙げたMESの各機能は、現場に最も近い立場の人々によって特別に設計・開発されたアプリケーションとして実現することが可能です。

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