Sepasoft Track & Trace trên Ignition: lô, công đoạn và phả hệ lô để truy xuất nguồn gốc

Track & Trace là module của Sepasoft, Inc. chạy trên Ignition, nền tảng của Inductive Automation, dùng để ghi lại từng công đoạn (operation) làm di chuyển hoặc biến đổi vật tư: lô nào vào, lô nào ra, ở đâu, lúc nào, trên thiết bị nào và do ai làm. Nối các bản ghi đó lại thì có phả hệ lô (lot genealogy), trả lời được cả hai câu hỏi khi thu hồi sản phẩm: những lô thành phẩm nào có chứa một lô nguyên liệu cho trước (truy xuôi, forward trace), và những lô nguyên liệu nào đã vào một lô thành phẩm cho trước (truy ngược, backward trace). Sepasoft xây module này theo mô hình ISA-95. Phần lớn công việc trước khi cấu hình là chốt cách đánh số lô, chỗ nào lô đổi và chỗ nào phải quét mã.

Track & Trace ghi lại những gì

Trang tính năng của Sepasoft nêu phạm vi:

• theo dõi vật tư từ nguyên liệu tới thành phẩm, kể cả vật tư tiêu hao và phụ phẩm;
• phả hệ lô, số serial cho sản phẩm và cụm lắp ráp con;
• tồn kho hiện có (vật tư nào đang ở đâu), tồn kho bán thành phẩm (WIP) và lịch sử tồn kho;
• lệnh sản xuất (work order) và lập lịch công đoạn;
• với từng sản phẩm: linh kiện đã dùng và nhà cung cấp, người và thiết bị tham gia, thời gian, số lô và số serial, số liệu đo và việc làm lại (rework).

Module tự tạo và quản lý cấu trúc cơ sở dữ liệu của mình. Component có cho cả Vision lẫn Perspective, và trang giá của Sepasoft ghi license tính theo site sản xuất vật lý, vĩnh viễn, không giới hạn số công đoạn đang dùng trong site đó; license dự phòng, phát triển và thử nghiệm bán thêm. Dữ liệu truy xuất có thể liên kết với dữ liệu historian, OEE, SPC và công thức. Những module nào nên đi cùng được bàn trong chọn module Sepasoft MES theo bài toán nhà máy.

Các đối tượng ISA-95 phía sau

Phần tổng quan ISA-95 của Sepasoft mô tả sản xuất bằng các segment. Một segment là một việc sản xuất: nhận tài nguyên đầu vào (vật tư, thiết bị, nhân sự) và tạo ra đầu ra; nhiều segment có thể gom thành một operation. Process segment và operations definition mô tả cách làm; request là việc đã lên lịch, còn response segment giữ những gì thực tế đã diễn ra. Các cấp và đối tượng của chính ISA-95 có trong bài ISA-95.

Những đối tượng tạo nên một lần truy xuất lô:

• Định nghĩa và nhóm vật tư (material definition, material class). Mỗi vật tư là một material definition, xếp vào một material class. Cùng các định nghĩa này được dùng cho lần chạy OEE Downtime, bản ghi Track & Trace và tham số vật tư của Batch Procedure.
• Lô vật tư (material lot). Số lô được sinh ra khi tạo lô; sự kiện CreateLotNumber có thể thay cách sinh số, ví dụ lấy số từ ERP. Số lô giữ nguyên khi lô đi qua nhà máy. Khi tạo một lô mới với số đã có, số thứ tự lô (lot sequence) tăng lên để mỗi lần xuất hiện vẫn là duy nhất. Lô có trạng thái (Active khi đang xử lý, sau đó Complete) và tình trạng sử dụng (Available hoặc Used), và trỏ tới storage unit hoặc thiết bị đang chứa nó.
• Số lượng nằm ở công đoạn. Đối tượng lô không giữ số lượng của nó: lượng tiêu thụ và lượng tạo ra lưu trong các response segment, lượng còn lại được tính từ đó.
• Lô con (sublot). Sản phẩm có serial được ghi thành sublot của một lô, và biểu đồ truy xuất có thể tô sáng chúng.
• Thiết bị. Line, cell group và cell trong mô hình thiết bị sản xuất, cộng thêm hai mục mà mô hình ghi là dành cho Track & Trace: Storage Zone là một khu chứa như nhà kho, Storage Unit là ô chứa bên trong, như một ô kệ có đánh số. Thiết bị phụ (supplemental equipment) như pallet, thùng chứa và khuôn nằm ngoài mô hình sản xuất và được khai báo trong MES Object Editor. Đổi tên một mục là tạo mục mới, dữ liệu đã ghi theo tên cũ không xem được dưới tên mới.

Ghi một công đoạn

Từ MES 3.81.6 RC 3, chỉ một lệnh script là system.mes.trace.recordOperation ghi được một công đoạn với giờ bắt đầu và kết thúc, đường dẫn thiết bị, lệnh sản xuất nếu có (lượng đầu ra được cộng vào lệnh đó), danh sách vật tư vào và ra (số lô, vật tư, số lượng, đơn vị, trạng thái), nhân sự, thiết bị phụ và thuộc tính tùy chỉnh. Mặc định lô đầu ra được tạo tự động. Đường dẫn thiết bị của vật tư vào phải trùng với nơi đang chứa lô nguồn, và modifyOperation dùng để bổ sung số lượng cuối hay giờ kết thúc sau đó. Sepasoft giới thiệu lệnh này là bước kế tiếp của cách làm cũ dựa trên đối tượng operation ISA-95, vốn tốn nhiều công cấu hình và script hơn. Bài hướng dẫn từng bước của chính Sepasoft được ghi là phần lớn đã thuộc cách làm cũ tính đến 2023 và khuyên trao đổi thiết kế với hãng cho trường hợp mới, nên cần xác nhận cách làm hiện hành với Sepasoft trước khi thiết kế.

Khung mẫu công đoạn (operation pattern framework) của Sepasoft chia công đoạn thành sáu dạng theo tỉ lệ đầu vào và đầu ra. Ví dụ dưới đây theo ví dụ của Sepasoft, diễn đạt lại:

Mỗi công đoạn được ghi sẽ trừ vật tư vào khỏi nơi chứa nguồn và cộng vật tư ra vào nơi nhận, nên tồn kho luôn cập nhật.

Cách xử lý lô (lot handling) quyết định chuyện gì xảy ra khi vật tư đổ vào một nơi đang chứa sẵn vật tư. Trang lot handling của Sepasoft liệt kê Single Lot (mỗi lúc một lô), Random Lot (mặc định, thứ tự bất kỳ), FIFO, LIFO, Same Lot (các lô cùng một vật tư được gộp lại, chỉ theo dõi tổng số lượng) và Blend Lot (mỗi lúc một lô; mỗi lần thêm, vật tư mới trộn với phần đang có và tạo ra một lô mới, nên lịch sử vẫn còn). Cách xử lý lô được cấu hình cho một line trong Equipment Manager và áp dụng cho storage unit và thiết bị. Ngưỡng lô bằng không (zero lot threshold), đặt theo số lượng hoặc phần trăm, đưa lô về không khi chỉ còn một lượng nhỏ, ví dụ trong silo.

Truy xuôi và truy ngược

Khung mẫu công đoạn của Sepasoft mô tả các công đoạn nối với nhau thành một đồ thị phả hệ, truy xuôi hoặc truy ngược được để phục vụ thu hồi sản phẩm và điều tra chất lượng. Các công cụ:

• MES Trace Graph (Vision và Perspective) vẽ lô và segment thành các nút xen kẽ, xếp theo thời gian từ trái sang phải, nên nguyên liệu nằm bên trái và thành phẩm bên phải. Thuộc tính Max Fan Count giới hạn số nút tỏa ra từ một nút, có thể tô sáng một sublot theo tên, và bấm vào một nút sẽ chuyển lô, vật tư, thiết bị và thời gian của nó cho script.
• Lot Trace trả về cùng dữ liệu đó dưới dạng dataset, mỗi dòng nối với segment và lô trước và sau nó, và ghi vai trò của từng lô là In, Out, Consumable hoặc By-product.
• system.mes.trace.getTraceabilityData trả về truy xuôi từ một lô cho trước, có giới hạn tỏa nhánh và độ sâu tùy chọn; từ bản 3.81.11 SP0 có thể kèm số lượng của lô. Bài hướng dẫn của Sepasoft dựng một báo cáo truy xuất đi cả ngược lên qua vật tư vào lẫn xuôi xuống qua vật tư ra.

Dữ liệu vào bằng đường nào

• Màn hình vận hành. Các component truy xuất có sẵn của Sepasoft giúp bớt phải tự làm màn hình nhập liệu. Trên Perspective, component Barcode Scanner Input của Ignition chờ tín hiệu từ máy quét kiểu bàn phím (keyboard wedge) mà không cần được chọn (focus), và tách mã bằng ký tự đầu, ký tự cuối hoặc biểu thức chính quy.
• Sự kiện từ PLC. recordOperation là hàm script, nên sự kiện script nào của Ignition cũng gọi được nó. Gateway tag change script chạy trên gateway, không cần mở client, và kích hoạt khi một tag trong danh sách đổi giá trị, chất lượng hoặc thời gian, ví dụ bit báo chuyển xong trong PLC. Sepasoft lưu ý hai giới hạn: theo dõi dựa trên giá trị tag, như bơm và van bật lên, bám việc chuyển vật tư lỏng hơn so với công đoạn nhập qua giao diện người dùng, và việc kiểm soát sản xuất (công đoạn được chạy ở đâu, ai được chạy, nhận vật tư nào) chỉ làm được qua giao diện người dùng.
• ERP. Business Connector chuyển dữ liệu giữa Ignition và hệ thống kinh doanh, kích hoạt theo lịch, khi tag đổi, khi có lời gọi web service hoặc từ script. Nó dùng B2MML, dạng XML của các mô hình đối tượng ISA-95, và công cụ ánh xạ của nó biến dữ liệu kinh doanh thành dữ liệu MES như lịch sản xuất và định nghĩa vật tư cho Track & Trace. Kết nối SAP và web service đi qua module Interface for SAP ERP và Web Services.
• Mẻ. Với Batch Procedure, một equipment phase có thể mang tham số Material_In và Material_Out, và các lô của mẻ hiện trên biểu đồ truy xuất; xem Batch Procedure trên Ignition so với FactoryTalk Batch.

Nhà máy cần chốt gì trước

• Đánh số lô. Ở mỗi bước, ai cấp số: nhà cung cấp, ERP hay MES. Số lô của nhà cung cấp có được giữ làm thuộc tính của lô nội bộ hay không. Khi một số bị dùng lại thì sao, biết rằng lúc đó số thứ tự lô sẽ tăng.
• Chỗ lô đổi. Chốt công đoạn nào tạo lô mới (recordOperation mặc định tự tạo lô đầu ra). Đánh dấu những chỗ lô bị gộp, như silo, bồn và phễu, và chọn cách xử lý lô cho từng chỗ.
• Điểm quét mã. Mỗi chỗ mà định danh vật tư đi vào hệ thống hoặc thay đổi, ai quét ở đó, và xử lý thế nào khi bỏ sót một lần quét.
• Số lượng. Lượng tiêu thụ lấy từ cân, từ bộ đếm của PLC, theo công thức hay nhập tay, và theo đơn vị nào.
• Độ chi tiết. Một lô thành phẩm cho mỗi lệnh, mỗi ca hay mỗi pallet, và có ghi sản phẩm có serial thành sublot hay không.
• Mô hình sản xuất. Storage zone, storage unit, line và cell, đặt tên một lần trước khi ghi công đoạn đầu tiên.
• Hai câu hỏi thử. Viết một câu truy xuôi và một câu truy ngược bằng lời của nhà máy, và chạy cả hai khi nghiệm thu.

Ví dụ: một dây chuyền đóng gói thực phẩm

Đây là dây chuyền giả định, không phải của khách hàng nào: bột, đường và dầu được trộn theo mẻ, hỗn hợp đi qua phễu tới máy chiết rót, gói được vào thùng và xếp pallet. Tên lô chỉ là ví dụ.

Truy ngược từ một pallet đi qua: pallet, FG-01, công đoạn chiết rót, lô trong phễu và lô màng, MIX-01, rồi các lô bột, đường, dầu cùng lô của nhà cung cấp. Truy xuôi từ một lô bột tìm ra mọi lô hỗn hợp đã dùng nó, mọi lô thành phẩm làm từ các mẻ đó và mọi pallet đã xuất từ các lô thành phẩm ấy. Chúng tôi sẽ chọn Blend Lot cho phễu, vì mỗi mẻ hỗn hợp mới đổ vào sẽ tạo một lô phễu mới và chỗ giao giữa hai mẻ vẫn thấy rõ; với Same Lot chỉ có tổng số lượng được theo dõi, nên truy xuất qua phễu sẽ lan ra mọi mẻ từng đi qua đó.

Vai trò của TDL

TDL Industrial Automation là Sepasoft MES Certified Integrator và Ignition Certified Integrator. Các việc liên quan của TDL đến nay đều trên nền tảng Rockwell Automation: kiểm tra mã vạch và OCR, camera kiểm tra (vision), cân kiểm tra (checkweigher) và trạm loại sản phẩm trên dây chuyền đóng gói, và tích hợp mã vạch nguyên liệu trong một hệ FactoryTalk Batch. Khi nhà máy dùng hoặc chọn Track & Trace, TDL kết nối nó với PLC của dây chuyền, như mô tả trên trang MES trên Ignition; dữ liệu dừng máy và sản lượng của chính các dây chuyền đó có ở trang giám sát OEE và dừng máy. Nhà máy đã thật sự cần MES hay chưa thì xem MES là gì.