MES là gì? Ứng dụng của hệ thống MES trong từng ngành công nghiệp

MES (Manufacturing Execution System – hệ thống điều hành sản xuất) là hệ thống phần mềm chuyên sâu cho doanh nghiệp, giúp chủ động quản lý, theo dõi, ghi nhận và kiểm soát quá trình sản xuất hàng hóa từ nguyên liệu đến thành phẩm.  

Đóng vai trò như một chức năng cầu nối giữa hệ thống hoạch định tài nguyên doanh nghiệp (ERP) và hệ thống điều khiển quy trình, phần mềm giải pháp MES cung cấp những dữ liệu cần thiết để nâng cao hiệu quả nhà máy và tối ưu hóa hoạt động sản xuất.

Bất kể quy mô vận hành, MES luôn là nhân tố quan trọng giúp thúc đẩy năng suất và lợi nhuận tổng thể. Điều này được thực hiện thành công nhờ vào nguyên lý vững chắc: Luôn đưa ra quyết định sản xuất dựa trên nền tảng dữ liệu thực tế.  

Qua đó, những ngành công nghiệp như dược phẩm, thực phẩm, đồ uống, thiết bị y tế, hàng không vũ trụ, quốc phòng và công nghệ sinh học đặc biệt tin dùng và hưởng nhiều lợi ích từ MES. Các công ty này phải luôn tuân thủ các quy định sản xuất nghiêm ngặt, nên họ cần một hệ thống giúp liên tục lưu trữ và đối chiếu thông tin để xây dựng khả năng truy xuất nguồn gốc sản phẩm và quy trình sản xuất hợp lệ.  

Ngày nay, MES là yếu tố cốt lõi giúp tăng cường hiệu suất và khả năng cạnh tranh trên thị trường có tính chất biễn động cao. Một báo cáo từ Transparency Market Research cũng dự đoán ứng dụng hệ thống MES sẽ tạo ra doanh thu hơn 18 tỷ USD vào cuối năm 2025. Kết quả này được thu thập dựa trên xu hướng gia tăng ứng dụng công nghệ tự động hóa trong những ngành công nghiệp có quy định chặt chẽ, mà chỉ đòi hỏi chi phí triển khai thấp cho nhu cầu tích hợp hệ thống điều hành sản xuất.  

Tính năng chính của hệ thống điều hành sản xuất MES  

Năm 1997, Hiệp hội Giải pháp Doanh nghiệp Sản xuất Quốc tế (MESA) đã thống nhất nên 11 chức năng cốt lõi của MES. Mặc dù mô hình MESA-11 đã được cải tiến dần theo thời gian, nhưng 11 hạng mục chức năng ban đầu vẫn là nền tảng để vận hành hầu hết mọi loại hình nhà máy, và là một phần không thể thiếu của các hệ thống điều hành sản xuất ngày nay – bao gồm:  

• Phân bổ và thống kê tài nguyên: Sử dụng dữ liệu thời gian thực để theo dõi và phân tích hiện trạng tài nguyên trong doanh nghiệp, bao gồm máy móc, vật liệu và nhân công, để điều chỉnh phân bổ hợp lý.  
• Lên lịch trình hoạt động sản xuất: Tối ưu hóa hiệu suất bằng cách lập lịch, sắp xếp thời gian và các hoạt động dựa trên ưu tiên và hiện trạng tài nguyên.   
• Phân công đơn vị sản xuất: Quản lý chuỗi dữ liệu sản xuất theo thời gian thực để dễ dàng điều chỉnh và tính toán công tác phân công sản xuất.   
• Kiểm soát tài liệu: Quản lý và phân phối tài liệu – bao gồm hướng dẫn công việc, bản vẽ, quy trình vận hành tiêu chuẩn, hồ sơ lô hàng… – giúp tăng cưởng khả năng tra cứu, truy cập và chỉnh sửa.  
• Thu thập dữ liệu: Theo dõi và ghi nhận dữ liệu thời gian thực về quy trình, nguyên vật liệu và hoạt động sản xuất để đưa ra quyết định hiệu quả.   
• Quản lý lao động: Giám sát lịch trình, khả năng và quyền hạn của người lao động để tối ưu hóa quản lý nhân lực mà không tốn nhiều thời gian và tài nguyên từ các cấp quản lý.   
• Quản lý chất lượng: Theo dõi các sự cố sai lệch hoặc ngoại lệ về chất lượng để cải thiện quy trình và tài liệu kiểm soát chất lượng.   
• Quản lý quy trình: Quản lý toàn bộ quy trình sản xuất từ lúc xác nhận đơn hàng tới thời điểm hoàn thiện sản phẩm. Ghi nhận chi tiết về tác nhân khả thi gây nghẽn quy trình hoặc vấn đề gây ảnh hưởng đến chất lượng, đồng thời cho phép truy xuất nguồn gốc sản phẩm cụ thể.   
• Quản lý bảo trì: Sử dụng dữ liệu từ MES để xác định các vấn đề tiềm ẩn của thiết bị trước cả khi chúng xảy ra, từ đó điều chỉnh lịch trình bảo trì máy móc và dụng cụ nhằm giảm thời gian chết, tăng hiệu suất chung.  
• Theo dõi lịch sử phát triển sản phẩm: Việc thu thập dữ liệu đầy đủ về lịch sử và tiến độ của sản phẩm đóng vai trò vô cùng quan trọng đối với các ngành công nghiệp chịu nhiều quy định nghiêm ngặt từ chính phủ.   
• Phân tích hiệu suất: So sánh kết quả và mục tiêu để xác định ưu/nhược điểm trong toàn bộ quy trình, rồi sử dụng dữ liệu đó để cải tiến hệ thống hiệu quả hơn. 

Lợi ích khi ứng dụng hệ thống MES 

Nâng cao kiểm soát chất lượng 

Khi thông tin đánh giá chất lượng được đồng bộ và đối chiếu liên tục trên hệ thống MES theo thời gian thực, các công ty có thể ngay lập tức dừng sản xuất ngay khi phát hiện vấn đề. Điều này giúp giảm thiểu lãng phí, phế phẩm, dư thừa và tăng tốc độ khắc phục sự cố.

Tăng hiệu quả thời gian sản xuất 

Phần mềm MES giúp lên kế hoạch sản xuất thực tế bằng cách cân bằng nhân lực, vật liệu và thiết bị. Việc đồng bộ lịch trình và hoạt động bảo trì còn hỗ trợ tối ưu hóa hiệu suất tài nguyên và quy trình xử lý, là tiền đề giúp cải thiện hiệu suất thiết bị tổng thể (OEE).

Cải thiện tình trạng tồn kho 

Hệ thống MES liên tục cập nhật danh sách tồn kho với thông tin về sản phẩm, phế phẩm và vật liệu không phù hợp để các bộ phận sản xuất biết chính xác nguyên vật liệu nào đang có sẵn. Điều này giảm thiểu hàng tồn kho dự phòng (JIC) và tồn kho đang sản xuất (WIP) – tiết kiệm chi phí cho sản xuất, vận chuyển, lưu trữ và theo dõi hàng tồn kho.  

Loại bỏ giấy tờ thủ công 

Việc giảm tỷ lệ sử dụng giấy tờ thủ công sẽ triệt tiêu sai sót gây ra bởi con người, đồng thời tăng hiệu quả và tốc độ cập nhật thông tin sản xuất lên hệ thống số hóa, giúp các cấp quản lý ra quyết định hiệu quả ngay khi tập hợp đủ dữ liệu khả thi. 

Tăng cường theo dõi và truy xuất nguồn gốc sản phẩm 

MES theo dõi toàn bộ chu kỳ sản xuất từ đầu đến cuối, phân loại các nhóm thành phẩm theo dữ liệu sản xuất tương ứng. Các thông tin này cho phép cải thiện chất lượng thỏa mãn điều kiện và quy định chung, đặc biệt hữu ích với các doanh nghiệp cần tuân thủ luật lệ của chính phủ hoặc tiêu chuẩn chung của ngành. 

Sự kết hợp giữa MES và ERP trong doanh nghiệp 

MES và ERP đóng vai trò phối hợp và hoàn thiện lẫn nhau trong hoạt động sản xuất. Bằng cách tích hợp cả 2, doanh nghiệp có thể sở hữu một góc nhìn quản lý điều hành toàn diện vượt xa khả năng của một hệ thống đơn lẻ, cung cấp cái nhìn tổng thể về tài chính, thiu chi, quản lý chuỗi cung ứng, hậu cần sản xuất, và nhiều lợi ích vượt kỳ vọng khác.

Cụ thể, ERP có thể xác định sản phẩm nào cần ưu tiên sản xuất, còn MES giúp lên kế hoạch sản xuất các sản phẩm đó theo cách hiệu quả với lợi nhuận tối ưu nhất. ERP tập trung vào việc tạo lập và quản lý lịch trình nhà máy, bao gồm quy trình sản xuất, sử dụng vật liệu, giao hàng và vận chuyển. Trong khi đó, MES sẽ thúc đẩy khả năng quản lý và giám sát hoạt động sản xuất, báo cáo dữ liệu dây chuyền theo thời gian thực.  

Khó khăn & thách thức khi tích hợp hệ thống MES 

Quy trình triển khai phức tạp 

Công tác chuẩn bị triển khai hệ thống MES có thể sẽ tốn nhiều thời gian do yêu cầu chi tiết về kế hoạch, cấu hình, khả năng tích hợp với hệ thống hiện có, chưa kể trường hợp phải tùy chỉnh nhằm vận hành suôn sẻ với quy trình sản xuất.  

Việc không lường trước những vấn đề cần xử lý có thể dẫn đến chậm trễ, vượt quá ngân sách và các sự cố gián đoạn tiềm ẩn trong giai đoạn chuyển giao.  

Quản lý dữ liệu 

Tích hợp MES với các hệ thống khác như ERP, PLM hoặc SCM có thể gặp khó khăn về đồng bộ dữ liệu liền mạch. Sự thiếu nhất quán hoặc lỗi xâu chuỗi dữ liệu trong quá trình tích hợp có thể dẫn đến thông tin không chính xác, cản trở khả năng đưa ra quyết định chiến lược hiệu quả. 

Kiểm soát thay đổi trong quy trình 

Triển khai hệ thống MES thường mang lại khá nhiều biến động lớn trong quy trình làm việc và các vai trò trong tổ chức, đặc biệt khi loại bỏ dần hình thức lưu trữ bằng giấy tờ thủ công để số hóa quản lý toàn diện. 

Doanh nghiệp rất dễ vấp phải sự kháng cự từ nhân viên vốn không quen chấp nhận thay đổi lớn trong luồng công việc hàng ngày. Vì vậy, chiến lược quản lý cũng cần được thay đổi phù hợp và mềm dẻo hơn, bao gồm đào tạo và truyền thông nội bộ, để đảm bảo quá trình chuyển đổi diễn ra suôn sẻ. 

An ninh dữ liệu 

Các dữ liệu sản xuất lưu trữ thông qua MES thường có tính chất nhạy cảm, bao gồm tài sản trí tuệ, thông số quy trình và thông tin chất lượng. Việc đảm bảo an toàn thông tin và bảo vệ doanh nghiệp khỏi nỗ lực truy cập trái phép là vô cùng quan trọng. Biện pháp khuyến nghị thường bao gồm: mã hóa dữ liệu, kiểm soát truy cập người dùng và phương thức bảo mật internet chặt chẽ. 

Vai trò của MES trong các ngành công nghiệp trọng yếu  

Phương tiện vận chuyển 

Trong sản xuất ô tô, MES nắm giữ tác dụng cốt lõi trong việc kết nối các dây chuyền phức tạp. Hệ thống sẽ theo dõi tiến trình sản xuất trên dây chuyền lắp ráp, giám sát vật tư sẵn có và đồng bộ hóa hoạt động giữa các phân khu sản xuất với nhau.’ 

Sau cùng, MES cũng có thể đảm bảo kiểm soát chất lượng, quản lý việc thu hồi sản phẩm và duy trì tuân thủ các tiêu chuẩn ngành khi có sự việc phát sinh.

Dược phẩm  

MES trong ngành dược phẩm được sẽ theo dõi nghiêm ngặt việc tuân thủ quy định và đảm bảo danh tiếng sản phẩm. Hệ thống ghi nhận thông tin của toàn bộ quá trình sản xuất, bao gồm xuất xứ lô hàng, nguồn gốc và điều kiện thỏa mãn quy định chung, chưa kể tác vụ quản lý thông tin công thức, hồ sơ lô sản phẩm điện tử và kiểm soát chất lượng thời gian thực.  

Thực phẩm và đồ uống  

Trong lĩnh vực F&B, hệ thống MES giúp quản lý và xây dựng công thức, tuân thủ quy định an toàn thực phẩm, theo dõi nguyên liệu, giám sát tốc độ sản xuất, thực thi kiểm soát chất lượng, đảm bảo khả năng truy xuất nguồn gốc, kiểm soát dị ứng và đáp ứng các tiêu chuẩn ngành. 

Điện tử  

Hệ thống MES trong ngành linh kiện và thiết bị điện tử ưu tiên xử lý các quy trình phức tạp liên quan đến quản lý danh mục vật liệu (BOM), theo dõi chính xác các thành phần nguyên liệu, giám sát hiệu suất thiết bị và cung cấp khả năng tra cứu thông tin thời gian thực. Các chức năng này thường được tích hợp với thiết bị trực thuộc dây chuyền lắp ráp và hệ thống kiểm tra tự động. 

Hàng không vũ trụ và quốc phòng  

Trong lĩnh vực sản xuất hàng không vũ trụ và quốc phòng, hệ thống MES đặc biệt kiểm soát khả năng tuân thủ quy định, quản lý quy trình lắp ráp phức tạp và duy trì kiểm soát chất lượng chặt chẽ. Dữ liệu sẽ được thu thập theo từng lệnh sản xuất và lắp ráp máy bay hoặc hệ thống quốc phòng, giám sát điều kiện tiêu chuẩn ngành, lưu trữ tài liệu thử nghiệm và kiểm tra.  

Hàng tiêu dùng  

Ngành hàng tiêu dùng – đặc biệt là hàng tiêu dùng nhanh (FMCG) như thực phẩm đóng gói, đồ uống, sản phẩm chăm sóc cá nhân và đồ dùng gia đình – thường ứng dụng MES để hỗ trợ tối ưu hóa hiệu quả sản xuất, quản lý thiết kế bao bì, phối hợp nhiều dây chuyền sản xuất, ghi nhận thông số chất lượng và mức độ tồn kho. 

Xu hướng ứng dụng hệ thống MES trong tương lai 

HỆ thống MES đám mây 

Nền tảng điện toán đám mây đã trở thành chủ để thu hút sự quan tâm lớn trong ngành sản xuất, và đó không phải là ngoại lệ khi áp dụng cho MES. 

Sự kết hợp này mang lại những lợi ích tyệt vời về khả năng linh hoạt và nhân rộng quy mô triển khai, giảm chi phí cơ sở hạ tầng, cho phép dễ dàng truy cập dữ liệu mọi lúc mọi nơi, chưa kể khả năng tích hợp với các ứng dụng đám mây khác. 

Tích hợp IIoT 

Việc kết nối hệ thống MES với Internet vạn vật công nghiệp (IIoT) là một xu hướng tiềm năng, giúp thu thập dữ liệu từ cảm biến, máy móc và thiết bị kết nối theo thời gian thực. Doanh nghiệp sẽ hưởng lợi từ khả năng truy xuất thông tin, phân tích dự đoán, giám sát từ xa và tối ưu hóa quy trình sản xuất.  

Phân tích dữ liệu lớn (big data) 

Các thuật toán phân tích nâng cao và kỹ thuật machine learning được áp dụng để xác định các mẫu dữ liệu, mối tương quan và thông tin chi tiết có thể dẫn tới quyết định đúng đắn. Quy trình này sẽ tối ưu hiệu quả kinh doanh sản xuất, cải thiện chất lượng và mở đường cho khả năng tích hợp bảo trì dự đoán.  

Phát triển ứng dụng di động 

Ứng dụng di động đang trở thành xu thế trong hoạt động quản lý doanh nghiệp, cho phép truy cập dữ liệu chức năng nhanh chóng theo thời gian thực từ smartphone hoặc máy tính bảng. 

Các cấp quản lý hoặc trưởng bộ phận có thể giám sát quy trình sản xuất, xem thông số điều khiển và nhận thông báo trên thiết bị di động – tăng khả năng xử lý thông tin và tổng hợp thành quyết định. 

Tích hợp với hệ thống chuỗi cung ứng 

Khả năng kết hợp với các hệ thống vận hành chuỗi cung ứng cho phép đồng bộ thông tin liền mạch giữa cả MES, ERP và SCM. Đây là tiền đề giúp quy trình làm việc và trao đổi hợp tác với nhà cung cấp, khách hàng và đối tác logistics dễ dàng hơn đáng kể.

AI và machine learning 

Công nghệ AI và machine learning sẽ tự động hóa việc ra quyết định, tối ưu hóa quy trình và mở rộng khả năng dự đoán chiến lược thông qua phân tích dữ liệu lịch sử, xác định biến số bất thường và đề xuất cải tiến quy trình.

Giao diện nâng cao & trực quan hóa 

Bảng điều khiển tương tác cảm ứng, trực quan hóa 3D, tích hợp công nghệ thực tế tăng cường và thực tế ảo đang là những ý tưởng tiềm năng để nâng cao trải nghiệm người dùng, tạo điều kiện thuận lợi cho việc chủ động đào sâu phân tích dữ liệu sản xuất, mang lại nhiều lợi thế cạnh tranh cho doanh nghiệp.