В данной статье мы хотим рассказать о том, какие возможности предоставляют системы оперативного управления производством Manufacturing Execution Systems (MES), и о передовых российских разработках систем этого класса в частности.

Систем много, а я один: ERP или MES?

Не секрет, что число автоматизированных систем на российском рынке постоянно увеличивается, поэтому разобраться в них и определиться с выбором российскому предприятию очень непросто.

Рекламные усилия пропагандистов ERP прочно утвердили образ этого класса систем в сознании IT-менеджеров и руководителей предприятий как панацею от всех бед. Проще говоря, перекос в область ERP-зации на отечественном рынке софта налицо. Между тем все чаще и чаще мы слышим вздохи и сожаления, что «внедрение системы затянулось на годы», «результат от внедрения пока не виден», «до автоматизации производства так и не дошли», «попытка внедрения системы на производстве не устранила существующих проблем» и т.д. и т.п.

Почему же не оправдались надежды? Причин много, но самая главная из них заключается в том, что палочки-выручалочки для решения всех проблем финансово-хозяйственной деятельности компаний для всех отраслей промышленности, к сожалению, не существует в природе. Каждый класс систем, каждая система решает те задачи, для которых они предназначены.

Не вдаваясь в подробности, попробуем выделить специфический круг проблем, которые могут решаться с помощью MES-систем, но находятся вне компетенции традиционных ERP.

Итак, рассмотрим производственное предприятие, — основной сферой деятельности которого является создание и выпуск продукции. Это источник добавленной стоимости для предприятия, и от эффективности организации производственных процессов зависит в конечном счете себестоимость продукции, а значит, ее рыночная конкурентоспособность. Все остальные процессы на производственном предприятии — закупки, маркетинг, финансово-учетные, управление персоналом и складской деятельностью и т.д. — существуют по большому счету только потому, что есть для чего закупать комплектующие, что продавать, что учитывать, что складировать...

ERP-системы широкого профиля — какая-то хуже, какая-то лучше — в целом справляются с задачами поддержки этих вспомогательных процессов. Отдельные продвинутые системы данного класса включают также и модули управления производством. Само словосочетание «управление производством» слишком общее и весьма привлекательное, поэтому многие покупаются на это, но потом часто выясняется, что функциональность включает лишь внешнюю оболочку процессов управления производством, не затрагивая его ядра, то есть управления производственной деятельностью как таковой.

Где же заканчивается оболочка и начинается ядро, обслуживать которое и призваны MES-системы? В чем же их функциональность и почему она так привлекает сегодня руководителей производств? Попробуем разобраться.

Не затрагивая вопросов автоматизации на аппаратном уровне, то есть на уровне так называемых SCADA-систем (управление счетчиками, датчиками и прочими приборами и оборудованием), MES концентрируются на поддержке плановой и организационной составляющих самого производственного процесса. Ключевыми процессами для них являются следующие (более детально о функциях MES вы можете почитать, к примеру, на www.mesa.ru):

1. На базе внешней потребности в производстве продукции (основанной на заказах клиентов, планах продаж и т.д.), а также предыдущих производственных программ с учетом всевозможных нюансов и специфики производства на конкретном предприятии, о которых речь пойдет ниже, автоматически формируется детальное оптимизированное производственное расписание работ, операций для станков, оборудования, персонала. Разумеется, с автоформированием всей необходимой для осуществления работ документацией: производственных программ, нарядов, лимитно-заборных карт, таблиц и диаграмм загрузки оборудования и пр.

2. В ходе непосредственной реализации производственных программ осуществляется полная диспетчеризация всех операций и их результатов (как положительных, так и отрицательных — брака, задержек и др.), потока изготавливаемых деталей по операциям, заказам, партиям, сериям, работоспособности оборудования и др.

3. При выявлении отклонений от запланированных программ в силу объективно сложившейся ситуации на производстве, при появлении новой внешней потребности (заказов и др.) производится оперативное перепланирование с коррекцией всех составляющих.

Отметим, что сегодня в Западной Европе в MES вкладываются немалые деньги: по данным аналитической компании Frost&Sullivan, мировой рынок MES достиг 1,2 млрд. долл. в 2003 году, а к 2010 году вырастет до 2,5 млрд. Западный предприниматель хорошо знает, где именно создается прибавочная стоимость и образуются основные издержки на его предприятии.

В чем же здесь отличие от «управления производством», реализованного в некоторых ERP-системах? А отличия, как всегда, кроются в деталях, принципиальных для правильной работы производства.

Во-первых, не все ERP-системы способны осуществлять планирование производства: многие производители, громко заявляя об управлении, ограничиваются исключительно учетными функциями. Далее системы, позиционируемые как удовлетворяющие стандартам MRP, MRPII (управление ресурсами) и включающие функции планирования, делают это в слишком общем виде, без учета всех необходимых особенностей производства. Так, планирование часто осуществляется на уровне цехов и участков, как правило, в виде объемных планов, поскольку особенности заложенного способа планирования не позволяют дойти до уровня операций на конкретном оборудовании и конкретных рабочих местах. А ведь каждая единица оборудования может иметь собственный график работы, свои особенности по ограничениям загрузки, мощности и т.д., индивидуальные планы ремонтных работ и непредвиденные поломки. Такое планирование часто приводит к недопустимым на производстве ошибкам: бывает, что сформированный план невыполним на нижнем уровне из-за перекрытия, наложения производственных операций по времени для некоторых станков, а значит, он будет неизбежно сорван.

В ряду наиболее важных особенностей планирования для многих предприятий следует выделить необходимость учета взаимозаменяемых станков, способных выполнять одинаковые операции. Отсутствие учета этой специфики в ERP-системах не позволяет осуществить распараллеливание критичных операций, что в итоге приводит к неоптимальному графику производства. Кроме того, ERP-системы не производят должной диспетчеризации производственных процессов, довольствуясь лишь фиксацией его выходных результатов.

YSB.Enterprise.Mes: пример расчета производственного расписания

Стоит ли говорить, что MES-системы позволяют корректировать либо полностью пересчитывать производственное расписание и все необходимые для оперативной работы данные в течение рабочей смены ровно столько раз, сколько требуется. В то же время перепланирование в ERP оказывается целесообразным не чаще одного раза в сутки. И это вполне объяснимо. Дело в том, что формирование подробных производственных расписаний с учетом всей необходимой специфики и на требуемом уровне детальности — сложнейшая вычислительная задача как по количеству вычислений (разумеется, если предприятие производит не три вида продукции на трех станках), так и по сложности вычислительных алгоритмов. Решить ее «на коленке», как и «на бумажке» — слишком трудоемко (а оптимально решить подчас просто невозможно). А для разработчиков систем важно осуществить этот расчет за обозримое для производства время, ведь если программа зависнет на часы, то зачем она нужна? Недаром разработкой MES-систем, о которых речь пойдет ниже, занимаются выходцы из академической науки, полжизни посвятившие таким разделам математики, как исследование операций и теория расписаний.

В настоящее время на рынке существует много различных программных продуктов, в описаниях которых декларируется, что они умеют планировать производство, составлять производственные расписания. И в связи с этим хочется обратить внимание читателей еще на один принципиальный момент. При анализе программ весьма желательно поинтересоваться, в соответствии с какими критериями составлено производственное расписание, ведь без этого вы не сможете судить, насколько оно вас удовлетворяет, подходит ли такой способ планирования вашему конкретному предприятию. Когда скрываются критерии планирования (а такое, увы, нередко встречается), это вызывает определенную настороженность. Если поставщики боятся прямых тестовых сравнений, то стоит задуматься, реализованы ли эти критерии вообще.

Российские передовики MES-производства

Ниже речь пойдет о трех прогрессивных отечественных разработках, имеющих полное право носить гордое имя MES, и о некоторых внутривидовых отличиях. Это продукты многолетней работы трех научных центров разработки систем данного класса — из Москвы (система ФОБОС, www.mesa.ru), Орла (система YSB.Enterprise.Mes, www.orel.ru/jsb) и Уфы (система PolyPlan).

Несмотря на то что все три системы предназначены для оперативного управления производством дискретного типа — преимущественно позаказного, мелкосерийного и единичного (заметим, что для массового и серийного производства планирование проще, а потому возможностей ERP зачастую бывает достаточно), они реализуют вышеописанные возможности, хотя назначение систем несколько различается.

Так, ФОБОС традиционно используется на крупных и средних машиностроительных предприятиях. YSB.Enterprise.Mes возникла из деревообрабатывающей промышленности и ввиду особенностей, изложенных ниже, ориентируется на сектор средних и мелких предприятий. Система PolyPlan имеет меньший набор функций MES, но позиционируется как система оперативно-календарного планирования для автоматизированных и гибких производств в машиностроении.

В целом эти системы функционально очень близки, а их разработчики — опытные специалисты в области управления производством, так что, несмотря на различия в позиционировании, системы могут быть адаптированы под разнообразные отраслевые особенности дискретного или сводимого к дискретному производству.

Различия же систем в следующем. ФОБОС осуществляет внутрицеховое планирование и управление, традиционно принимая и отдавая входные и выходные данные ERP-системе, которая обычно используется в машиностроении на крупных заводах. Как правило, это тяжелые ERP-продукты, такие как BAAN и SAP, взаимодействие с которыми осуществляется посредством интеграции, хотя сейчас ведутся работы и по интеграции с «1С:Предприятием». В комплексе с этими системами ФОБОС способен решать большинство задач крупного предприятия.

Система YSB.Enterprise, напротив, функционировала на предприятиях среднего размера и постепенно расширила свои функциональные возможности «вправо и влево» от MES, включив в свой состав продажи с формированием портфеля заказов, возможности по управлению складским дефицитом (не только производственного происхождения) и даже бухгалтерию с расчетом заработной платы многообразными способами. В настоящее время идут разработки по созданию модуля управления закупками. Конечно, до уровня полноценной ERP функционал системы пока не дорос, тем не менее имеющихся возможностей может быть достаточно для многих российских предприятий. Такая политика позиционирования разработчиками системы выбрана из-за того, что предприятия среднего класса и ниже, уже переросшие «1С», пока обделены полноценной производственной автоматизацией — цены на западный и российский софт, включающий хоть сколько-нибудь серьезное производство, не говоря уже об оптимальном его планировании, пока превышают уровень доступности для большинства компаний, вынужденных значительную часть средств инвестировать в свое развитие.

Расширенный спектр функций YSB.Enterprise по сравнению с традиционными MES предоставляет возможности учета дополнительных данных при управлении производством. Так, включение склада позволяет организовать определение приоритетов при запуске заказов в производство, к примеру при недостаточной обеспеченности покупными материалами или отсутствии предоплаты за заказ.

Российская MES-система PolyPlan тоже ориентирована на машиностроительные производства, но, кроме традиционного класса обслуживающих устройств типа рабочих центров (РЦ), оперативно-календарное планирование PolyPlan предполагает формирование расписаний для транспортных систем, осуществляющих перевозку партий деталей между РЦ, складских устройств приема-выдачи партий деталей и бригад наладчиков. Ввиду отсутствия явного контура оперативной диспетчеризации PolyPlan стоит несколько дешевле указанных выше систем.

Система MES PolyPlan легко адаптируется для управления и неавтоматизированным производством. Ориентированная на машиностроение, она может быть также использована и на этапе маркетинга — программа позволяет на основе укрупненных данных определить возможность выполнения портфеля заказов по существующим фондам времени технологического оборудования. При оперативном планировании производства возможно получение нескольких допустимых решений расписания. Чем больше глубина поиска, которая задается пользователем, тем больше время счета, но тем выше и точность построения расписания. Точность «однопроходной» оптимизации, часто используемой в таких задачах, отличается от оптимального решения не более чем на 5-7%, но на порядки экономит время счета.

Рассказывает Евгений Борисович Фролов, главный конструктор системы ФОБОС, доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией исполнительных производственных систем Института конструкторско-технологической информатики РАН (ИКТИ РАН): «По существу, если составлять с помощью компьютеров оптимальные производственные расписания и иметь возможность в случае необходимости оперативно осуществлять их коррекцию, то можно гарантированно повысить скорость исполнения заказов. Опыт показывает, что часто можно выполнить весь месячный план всего за 20 дней. Оптимизация материальных потоков позволяет на 10 дней, то есть на 30%, сократить время выпуска изделий! А увеличение скорости прохождения производственных заказов в 1,5 раза позволяет также снизить и объем НЗП приблизительно на 25%».

В связи с такими впечатляющими цифрами надо отметить, что экономическая эффективность внедрения ERP-систем во многих случаях туманна и расплывчата и по этому поводу не смолкают споры специалистов. Напротив, для MES такая эффективность рассчитывается довольно точно, а ведь даже 10-процентное ускорение производственной деятельности за счет оптимизации, расшивки узких мест и увеличения пропускной способности вкупе с уменьшением накладных затрат при сокращении сроков — это уже очень существенно!

Сахават Юсифов, главный разработчик YSB.Enterprise.Mes: «Нормальная организация и автоматизация управления производством позволяет перенести акценты с плановых и производственных отделов на отдел продаж и рекламаций при работе под заказ — как это и должно быть в любой клиентоориентированной компании. При этом усиливается роль системы сбора информации о ходе производства и систем слежения за состоянием ресурсов, запасов, дефицитов».

Новые проекты MES в Китае: Поднебесная демонстрирует свои успехи не только в космосе…

Нередко, задумываясь о проблеме повышении фондоотдачи основного технологического оборудования, руководители отечественных производств ориентируются в основном на передовой западный опыт. В России же новое перспективное направление MES проходит только первые этапы своего становления. А что Восток?

В настоящее время спрос на наукоемкие разработки для производства опережает предложение в силу быстрого экономического роста китайских предприятий. И если CAD/CAM-системы уже получили широкое распространение даже на небольших предприятиях Китая и интенсивно используются, то системы внутрицехового планирования и диспетчерского контроля уровня MES практически отсутствуют, хотя потребность в них велика. Дело в том, что использование западных систем, позволяющих решать эти задачи, зачастую тормозится их высокой стоимостью, трудностью адаптации к потребностям китайских предприятий, а иногда и неудобством пользовательского интерфейса.

Как известно, правила формирования и оформления технологических процессов и инженерной документации в России и Китае в основном совпадают, методы организации производства в обеих странах ориентированы на контроль за выполнением работ, указанных в рабочих нарядах. При сходной методике создания маршрутных и операционных технологий можно сравнительно просто (в отличие от западных программных продуктов) осуществлять с помощью китайской версии MES системы ФОБОС внутрицеховое оперативное планирование, диспетчерский контроль и учет межоперационных заделов.

В качестве примера успешных внедрений ФОБОС в КНР можно привести завод по производству гидравлических машин и теплообменного оборудования компании «Шэнжоу» (г.Фушань), завод по производству крупных штампов «Линшихао» (г.Гуанчжоу), завод KONKA (г.Шенжень) и ряд других предприятий.

Как любят говорить китайцы, если коммунизм распространялся в Китае с севера на юг, то капитализм движется с юга на север. Не случайно, что основная часть MES-проектов здесь выполняется на предприятиях провинции Гуандун — наиболее интенсивно развивающейся в мире области, расположенной на юге Китая. Поднебесная явно демонстрирует мировому сообществу, что она добивается существенных успехов не только в космосе…

Свой — чужой

Почему мы решили поговорить об отечественных MES-продуктах?

Во-первых, из-за их адаптивности. С отечественными разработчиками всегда проще договориться о доработках. Центры разработок западных систем находятся не в России. Существенно видоизменять логику системы под специфику конкретного предприятия — весьма трудоемкая задача, и не многие компании-внедренцы на это пойдут, а если и пойдут, то цена вопроса будут сравнимой с и так не маленькой ценой западных систем.

Во-вторых, российские системы значительно дешевле — как по лицензиям на софт, так и по стоимости его внедрения и сопровождения. Дешевле — так как западные компании отчисляют средства создателям систем плюс огромные затраты на маркетинг, а к тому же фирмы-представители часто находятся в Москве, где затраты на их содержание гораздо выше, чем в регионах, да и цены на специалистов по западным системам существенно превышают наши цены. И это при том, что квалификация российских специалистов в целом существенно выше, ведь они разрабатывали эти системы с нуля, знают их как свои пять пальцев, в отличие от пришедших на российский рынок западных систем, которые местные внедренцы часто вынуждены изучать непосредственно в ходе внедрения проектов, так как у многих продуктов отсутствует документация на русском и т.д.

А главное — описанные нами российские MES-системы не уступают своим западным аналогам, а во многом и превосходят их. Конечно, не нужно ориентироваться исключительно на популярный слоган: «Покупайте только российское», но, тем не менее, стоит присмотреться к отечественной продукции — особенно в преддверии вступления России в ВТО…

Юлия Гараева

IT-консультант по выбору систем Корпорации МетаСинтез (г.Москва).

Равиль Загидуллин

Канд. техн. наук, доцент, докторант УГАТУ, каф. автоматизированных технологических систем (г.Уфа).

Сун Кай Цин

Аспирант Гуандонского технического университета, КНР.

MES - информационная и коммуникационная система производственной среды предприятия.

Лекция 6. Исполнительные производственные системы MES

MES - автоматизированная система управления производственной деятельностью предприятия. Задачи и функции MES. Область применения.

Система MES (Manufacturing Execution System) - это система управления производством, которая связывает воедино все бизнес-процессы предприятия с производственными процессами, оперативно поставляет объективную и подробную информацию руководству. Кроме того, система MES проводит анализ и определяет наиболее эффективное решение проблемы - например, для конкретного руководителя таким решением может быть переход на другие источники сырья, внедрение систем автоматизации в определенные точки технологического процесса, изменение графика поставок или сокращение ручного труда.

По определению APICS (American Production and Inventory Control Society) MES - это информационная и коммуникационная система производственной среды предприятия. Более развернутым является определение, принятое в некоммерческой ассоциации MESA (Manufacturing Enterprise Solutions Association), объединяющей производителей и консультантов-внедренцев MES-систем:

MES - это автоматизированная система управления производственной деятельностью предприятия, которая в режиме реального времени: планирует, оптимизирует, контролирует, документирует производственные процессы от начала формирования заказа до выпуска готовой продукции. [ 1 ]

Системы MES определяются как совокупность программных функций, отличающихся от функций систем планирования ресурсов предприятия (ERP), автоматизированного проектирования и программирования (CAD/CAM) и автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУТП). Aссоциация MESA определила 11 основных функций MES:

1. Контроль состояния и распределение ресурсов (RAS). В рамках этой функции обеспечивается управление ресурсами производства (машинами, инструментальными средствами, методиками работ, материалами) и другими объектами, например, документами о порядке выполнения каждой производственной операции. Правильность настройки оборудования в производственном процессе, а также его состояние отслеживается в режиме реального времени.

2. Оперативное детальное планирование (ODS). Эта функция обеспечивает оперативное и детальное планирование работы, основанное на характеристиках и свойствах конкретного продукта, а также детально и оптимально вычисляет загрузку оборудования при работе конкретной смены.

3. Диспетчеризация производства (DPU). Обеспечивает текущий мониторинг и диспетчеризацию процесса производства, отслеживая выполнение операций, занятость оборудования и людей, выполнение заказов, объемов, партий и контролирует в реальном времени выполнение работ в соответствии с планом; позволяет отслеживать все происходящие изменения в режиме реального времени и вносить корректировки в план цеха.

4. Управление документами (DOC). Обеспечивает прохождение документов, которые должны сопровождать выпускаемое изделие, включая инструкции и нормативы работ, чертежи, программы обработки деталей, записи партий продукции, сообщения о технических изменениях. Организует передачу информации от смены к смене, а также позволяет вести плановую и отчетную цеховую документацию.

5. Сбор и хранение данных (DCA). Функция обеспечивает информационное взаимодействие различных производственных подсистем для получения, накопления и передачи технологических и управляющих данных, циркулирующих в производственной среде предприятия.

6. Управление персоналом (LM). Формирует отчеты о времени и присутствии на рабочем месте, обеспечивает слежение за соответствием сертификации. Позволяет учитывать и контролировать основные, дополнительные и совмещаемые обязанности персонала, такие как выполнение подготовительных операций, расширение зоны работы.

7. Управление качеством продукции (QM) . Предоставляет данные измерений о качестве продукции, собранные с производственного уровня, позволяет проводить анализ корреляционных зависимостей и статистических данных причинно-следственных связей контролируемых событий.

8. Управление производственными процессами (PM). Отслеживает заданный производственный процесс, а также автоматически вносит корректировку или предлагает соответствующее решение оператору для исправления или повышение качества текущих работ.

9. Управление производственными фондами (техобслуживание) (MM) . Поддержка процесса технического обслуживания, ремонта производственного и технологического оборудования и инструментов в течение всего производственного процесса.

10. Отслеживание истории продукта (PTG) . Предоставляет информацию, связанную с продукцией: отчет о персонале, работающем с этим видом продукции, компоненты продукции, материалы от поставщика, партию, серийный номер, текущие условия производства, индивидуальный технологический паспорт изделия.

11. Анализ производительности (PA) . Формирует отчеты о реальных результатах производственных операций, а также сравнивает с предыдущими и ожидаемыми результатами. Например, использование ресурсов, наличие ресурсов, время производственного цикла, соответствие плану, стандартам и другие.

Одиннадцать вышеперечисленных обобщённых функций, которые определены MESA International , позволяют судить о предназначении систем оперативного управления класса MES. Получая информацию непосредственно с производства, такого рода система позволяет: контролировать и при необходимости немедленно корректировать производственное расписание (что невозможно в ERP-системе), обеспечить связь между производственными и бизнес-процессами и, наконец, собирать и передавать в ERP-систему данные о текущих производственных показателях в режиме реального времени.

Система управления производствомкласса MES - это связующее звено между ориентированными на хозяйственные операции ERP-системами, системами планирования цепочки поставок и деятельностью в реальном масштабе времени на уровне производства. По своей сути и назначению система оперативного управления производством является программной прослойкой, позволяющей объединить различные уровни управления компанией в единый информационный комплекс. Иерархия уровней управления предприятием и соответствующих им автоматизированных систем управления представлены на рис.1.

Безусловным преимуществом и отличительной особенностью этой системы является возможность управления производственным процессом в реальном времени, осуществления «ежеминутного» контроля состояния производственного процесса. MES позволяет создавать гибкую информационную инфраструктуру, чрезвычайно быстро реагирующую на любые изменения в продукции, производственном процессе, составе рабочей силы и содержании рабочих процедур, обеспечивая оперативность управления и адаптативность производственной системы предприятия. Основными функциями MES-систем из перечисленных выше являются – оперативно-календарное планирование (детальное планирование) и диспетчеризация производственных процессов в цеху. Именно эти две функции определяют MES-систему как систему оперативного характера, нацеленную на формирование расписаний работы оборудования и оперативное управление производственными процессами в цеху. Цель MES-системы – не только выполнить заданный объем с указанными сроками выполнения тех или иных заказов, но выполнить как можно лучше с точки зрения экономических показателей цеха. На каждое рабочее место формируется детализированное (с указанием сроков начала/ окончания каждой операции) плановое задание, соответствующее оптимальному производственному расписанию выполняемых работ. Пример планового задания на рабочее место представлен на рисунке 2. Рисунок 2 – Пример детализированного планового задания на рабочее место Любое плановое задание нуждается в диспетчировании, поэтому функции диспетчирования в МЕS – системах отводится особое место. В MES-системах функция DPU реализована в виде специального модуля диспетчирования, с которым работает диспетчер. Задачей диспетчера является фиксация всех событий в производственной системе: моментов действительного окончания обработки партий деталей, отказов оборудования по различным причинам, любых опережений и запаздываний тех или иных процессов и т.п. (рис.3,4). Рисунок 3 – Контур диспетчирования в MES

Далее MES-система, с определенным интервалом времени, автоматически анализирует информацию, полученную с диспетчерских терминалов, и если фактическое состояние дел существенно расходится с плановым заданием (изменяются моменты окончания обработки партий деталей), то диспетчер оповещается системой о наличии данных расхождений.

После принятия решения диспетчером, а это, чаще всего, либо временной сдвиг работ, либо пересчет расписания, скорректированное расписание вновь вступает в работу с обязательным оповещением на те рабочие центры, которых затронули коррективы.

Рисунок 4

3. Применение систем управления производством MES на российских предприятиях

В России системы управления производством - пока относительно новое слово в автоматизации. Для автоматизации решения задач календарного планирования производства в МГТУ «Станкин» был разработан программный продукт «Фобос», который составляет ядро системы управления современным цехом механообработки, интегрируя в единое целое автоматизированную подготовку производства, оперативное календарное планирование, диспетчерский контроль за состоянием обрабатываемых предметов труда в условиях мелкосерийных и единичных производств. MES-система «Фобос» используется в крупном машиностроении, как правило, в паре с «тяжелыми» ERP-системами - BAAN или SAP. Разработчики системы работают над возможностью интеграции также с «1С:Предприятие». Промышленная эксплуатация системы «Фобос» показала, что она позволяет за счёт эффективной организации производства минимизировать нормы материальных и трудовых затрат, повысить фондоотдачу технологического оборудования, снизить себестоимость продукции.

Как комментирует Евгений Фролов, профессор МГТУ "СТАНКИН", разработчик MES-системы «Фобос»: «В задачах управления мелкосерийным и единичным производством, к которому в той или иной мере относятся почти 70% всех машиностроительных предприятий, имеется одна особенность: общемировой среднестатистический коэффициент загрузки технологического оборудования на таких заводах не превосходит значения 0.45. (если, конечно, не применять специального производственного софта для составления, коррекции и диспетчерского контроля производственных расписаний, т.е. MES систем).

Другая система - YSB.Enterprise - предназначена для предприятий СМБ, которым несколько «не по средствам» приобретать тяжелые ERP-системы. YSB.Enterprise работает по принципу двухслойной пирамиды, где MES-система берет на себя функции и верхнего слоя управления.

MES-системы PolyPlan, по мнению разработчика Равиля Загидуллина, доцента УГАТУ (г. Уфа), более всего предназначены для автоматизированных систем механообработки. Хотя могут применяться и для неавтоматизированного производства. Кроме нее, аналогов MES-систем именно для автоматизированного производства (гибкое производство, нтегрированное производство), по его заявлению, на сегодняшний день нет.

Необходимо отметить ещё одно преимущество применяемых систем «Фобос» и «Полиплан»: возможность в процессе оптимизации управленческих решений использовать интегральный критерий, в который могут входить несколько частных критериев, иногда противоречивых. Выбор векторного критерия в системе PolyPlanи системе «ФОБОС» представлен на рис 5.,6

Рисунок 5 - Векторный критерий в MES-системе PolyPlan

Рисунок 6 - Критерии составления производственных расписаний в MES-системе «ФОБОС»

Используя нескольких частных критериях можно создать очень большое количество комбинаций, которые могут пригодиться для самых различных производственных ситуаций. Например, в MES-системе «ФОБОС» имеется возможность получения 100 комбинаций векторных критериев.

В ряде случаев синтез критерия осуществляется в процессе уточнения производственного задания по планированию с учетом технологии того или иного производства – машиностроения, деревообработки (©RFT-Group, www.rft-group.ru, А.Р. Залыгин) и пр.

MES (от англ. Manufacturing Execution System , система управления производственными процессами) - специализированное прикладное программное обеспечение , предназначенное для решения задач синхронизации, координации, анализа и оптимизации выпуска продукции в рамках какого-либо производства. С 2004 года термин расшифровывается как англ. Manufacturing Enterprise Solutions - корпоративные системы управления производством. MES-системы относятся к классу систем управления уровня цеха.

Стандарты MES

Международная ассоциация производителей и пользователей систем управления производством (MESA International) определила в 1994 году модель MESA-11, а в 2004 году модель c-MES, которые дополняют модели и стандарты управления производством и производственной деятельностью, сформировавшиеся за последние десятилетия:

1. Стандарт ISA95, «Интеграция систем управления предприятием и технологическим процессом» («Enterprise-Control System Integration»), который определяет единый интерфейс взаимодействия уровней управления производством и компанией и рабочие процессы производственной деятельности отдельного предприятия.
2. Стандарт ISA88, «Управление периодическим производством» («Batch Control»), который определяет технологии управления периодическим производством, иерархию рецептур, производственные данные.
3. Сообщество Открытых Приложений (Open Applications Group, OAG): некоммерческое промышленное сообщество, имеющее своей целью продвижение концепции функциональной совместимости между бизнес-приложениями и разработку стандартов бизнес-языков для достижения указанной цели.
4. Модель процессов цепочки поставок (Supply-Chain Operations Reference, SCOR): референтная модель для управления процессами цепочки поставок, связывающая деятельность поставщика и заказчика. Модель SCOR описывает бизнес-процессы для всех фаз выполнения требований заказчика. Раздел SCOR «Изготовление» («Make») посвящён, в основном, производству.

Положения работы MES

Положения работы MES- включают в себя:

1. Активация производственных мощностей на основе детального пооперационного планирования производства
2. Отслеживание производственных мощностей
3. Сбор информации, связанной с производством от
   1. Систем автоматизации производственного процесса
   2. Датчиков
   3. Оборудования
   4. Персонала
   5. Программных систем
4. Отслеживание и контроль параметров качества
5. Обеспечение персонала и оборудования информацией, необходимой для начала процесса производства
6. Установление связей между персоналом и оборудованием в рамках производства
7. Установление связей между производством и поставщиками, потребителями, инженерным отделом, отделом продаж и менеджментом
8. Реагирование на
   1. Требования по номенклатуре производства
   2. Изменение компонентов, сырья и полуфабрикатов, применяемых в процессе производства
   3. Изменение спецификации продуктов
   4. Доступность персонала и производственных мощностей
9. Гарантирование соответствия применимым юридическим актам, например нормам Food and Drug Administration (FDA) США
10. Соответствие вышеперечисленным индустриальным стандартам.

Функции MES-11

1. RAS (англ. ) - Контроль состояния и распределение ресурсов. Управление ресурсами: технологическим оборудованием, материалами , персоналом , обучением персонала, а также другими объектами, такими как документы , которые должны быть в наличии для начала производственной деятельности. Обеспечивает детальную историю ресурсов и гарантирует, что оборудование соответствующим образом подготовлено для работы. Контролирует состояние ресурсов в реальном времени . Управление ресурсами включает резервирование и диспетчеризацию, с целью достижения целей оперативного планирования.
2. ODS (англ. Operations/Detail Scheduling ) - Оперативное/Детальное планирование . Обеспечивает упорядочение производственных заданий, основанное на очередности, атрибутах, характеристиках и рецептах, связанных со спецификой изделий таких как: форма , цвет , последовательность операций и др. и технологией производства. Цель - составить производственное расписание с минимальными перенастройками оборудования и параллельной работой производственных мощностей для уменьшения времени получения готового продукта и времени простоя.
3. DPU (англ. ) - Диспетчеризация производства. Управляет потоком единиц продукции в виде заданий, заказов, серий, партий и заказ-нарядов. Диспетчерская информация представляется в той последовательности, в которой работа должна быть выполнена, и изменяется в реальном времени по мере возникновения событий на цеховом уровне. Это дает возможность изменения заданного календарного плана на уровне производственных цехов. Включает функции устранение брака и переработки отходов , наряду с возможностью контроля трудозатрат в каждой точке процесса с буферизацией данных .
4. DOC (англ. Document Control ) - Управление документами. Контролирует содержание и прохождение документов, которые должны сопровождать выпускаемое изделие, включая инструкции и нормативы работ, способы выполнения, чертежи, процедуры стандартных операций, программы обработки деталей, записи партий продукции, сообщения о технических изменениях, передачу информации от смены к смене, а также обеспечивает возможность вести плановую и отчётную цеховую документацию. Также включает инструкции по безопасности, контроль защиты окружающей среды, государственные и необходимые международные стандарты . Хранит историю прохождения и изменения документов.
5. DCA (англ. Data Collection/Acquisition ) - Сбор и хранение данных. Взаимодействие информационных подсистем в целях получения, накопления и передачи технологических и управляющих данных, циркулирующих в производственной среде предприятия. Функция обеспечивает интерфейс для получения данных и параметров технологических операций, которые используются в формах и документах, прикрепляемых к единице продукции. Данные могут быть получены с цехового уровня как вручную, так и автоматически от оборудования, в требуемом масштабе времени.
6. LM (англ. Labor Management ) - Управление персоналом. Обеспечивает получение информации о состоянии персонала и управление им в требуемом масштабе времени. Включает отчетность по присутствию и рабочему времени, отслеживание сертификации, возможность отслеживания непроизводственной деятельности, такой, как подготовка материалов или инструментальные работы, в качестве основы для учета затрат по видам деятельности (activity based costing, ABC). Возможно взаимодействие с функцией распределения ресурсов, для формирования оптимальных заданий.
7. QM (англ. Quality Management ) - Управление качеством. Обеспечивает анализ в реальном времени измеряемых показателей, полученных от производства, для гарантированно правильного управления качеством продукции и определения проблем, требующих вмешательства обслуживающего персонала. Данная функция формирует рекомендации по устранению проблем, определяет причины брака путём анализа взаимосвязи симптомов, действий персонала и результатов этих действий. Может также отслеживать выполнение процедур статистического управления процессом и статистического управления качеством продукции (SPC/SQC), а также управлять выполнением лабораторных исследований параметров продукции. Для этого в состав MES добавляются лабораторные информационно-управляющие системы (LIMS).
8. PM (англ. Process Management ) - Управление производственными процессами. Отслеживает производственный процесс и либо корректирует автоматически, либо обеспечивает поддержку принятия решений оператором для выполнения корректирующих действий и усовершенствования производственной деятельности. Эта деятельность может быть как внутриоперационной и направленной исключительно на отслеживаемые и управляемые машины и оборудование, так и межоперационной, отслеживающей ход процесса от одной операции к другой. Она может включать управление тревогами для обеспечения гарантированного уведомления персонала об изменениях в процессе, выходящих за приемлемые пределы устойчивости. Она обеспечивает взаимодействие между интеллектуальным оборудованием и MES, возможное благодаря функции сбора и хранения данных.
9. MM (англ. Maintenance Management ) - Управление техобслуживанием и ремонтом . Отслеживает и управляет обслуживанием оборудования и инструментов. Обеспечивает их работоспособность. Обеспечивает планирование периодического и предупредительного ремонтов, ремонта по состоянию. Накапливает и хранит историю произошедших событий (отказы, уменьшение производительности и др.) для использования в диагностировании возникших и предупреждения возможных проблем.
10. PTG (англ. Product Tracking and Genealogy ) - Отслеживание и генеалогия продукции. Обеспечивает возможность получения информации о состоянии и местоположении заказа в каждый момент времени. Информация о состоянии может включать данные о том, кто выполняет задачу, компонентах, материалах и их поставщиках, номере лота, серийном номере, текущих условиях производства, а также любые тревоги, данные о повторной обработке и другие события, относящиеся к продукту. Функция отслеживания в реальном времени создает также архивную запись. Эта запись обеспечивает отслеживаемость компонентов и их использование в каждом конечном продукте.
11. PA (англ. Performance Analysis ) - Анализ производительности. Обеспечивает формирование отчетов о фактических результатах производственной деятельности, сравнение их с историческими данными и ожидаемым коммерческим результатом. Результаты производственной деятельности включают такие показатели, как коэффициент использования ресурсов, доступность ресурсов, время цикла для единицы продукции, соответствие плану и соответствие стандартам функционирования. Может включать статистический контроль качества процессов и продукции (SPC/SQC). Систематизирует информацию, полученную от разных функций, измеряющих производственные параметры. Эти результаты могут быть подготовлены в форме отчета или представлены в реальном времени в виде текущей оценки эксплуатационных показателей.

По состоянию на 2004 год , функции, относящиеся к составлению производственных расписаний (ODS), управлению ТО и ремонтами (MM), а также цеховому документообороту (DOC), были исключены из базовой модели MESA-11. Разработка новой модели Collaborative Manufacturing Execution System (c-MES) была вызвана тем фактом, что при управлении производством и цепочками поставок надёжный обмен информацией между несколькими системами необходим гораздо чаще, чем обмен между несколькими уровнями одной системы. В предыдущем поколении MES основное внимание уделялось обеспечению информацией пользователей из числа оперативного персонала, таких как диспетчеры, операторы или менеджеры. Для совместного использования информации с другими была разработана модель c-MES. Она дает возможность получить полную картину происходящего, необходимую для принятия решений. В частности, при управлении цепочками поставок и принятии решений c-MES предоставляет информацию о возможностях производства («что»), производительности («сколько»), расписании («когда») и качестве («доступный уровень»). Кроме того за прошедшее время (с 1994 по 2004 гг.) появились информационные системы, реализующие исключенный функционал:

• Advanced Planning & Scheduling (APS) - решают задачи составления производственных расписаний в рамках всего предприятия
• Enterprise Asset Management (EAM) - отвечает за управление ТОиР

В зависимости от характера, масштаба и особенностей производственных структур и самих систем, существуют различные комбинации сочетаний корпоративных систем ERP, APS и MES в общей структуре системы управления предприятием.

Функции c-MES

1. RAS (англ. Resource Allocation and Status ) - Контроль состояния и распределение ресурсов.
2. DPU (англ. Dispatching Production Units ) - Диспетчеризация производства (Координация изготовления продукции).
3. DCA (англ. Data Collection/Acquisition ) - Сбор и хранение данных.
4. LUM (англ. Labor/User Management )- Управление людскими ресурсами.
5. QM (англ. Quality Management ) - Управление качеством.
6. PM (англ. Process Management ) - Управление процессами производства.
7. PTG (англ. Product Tracking & Genealogy ) - Отслеживание и генеалогия продукции.
8. PA (англ. Performance Analysis ) - Анализ эффективности.

Литература

Книги

• Загидуллин Р. Р. Управление машиностроительным производством с помощью систем MES, APS, ERP . - Старый Оскол : ТНТ, . - 372 с. - ISBN 978-5-94178-272-7
• Загидуллин Р. Р. Оперативно-календарное планирование в гибких производственных системах. - Москва : издательство МАИ, . - 208 с. - ISBN 5-7035-1445-2

Статьи

• Высочин С.В., Смирнов Ю.Н. Система управления производственными процессами Zenith SPPS (рус.) // МЦНТИ Информация и инновации: журнал. - М .: МЦНТИ, 2007. - № 4. - С. 46-61. - ISSN 1994-2443 .
• Высочин С.В., Пителинский К.В., Смирнов Ю.Н. Принципы построения систем для расчета производственных расписаний (рус.) // САПР и графика : журнал. - М .: Компьютер Пресс, 2008. - № 9. - С. 57-59. - ISSN 1560-4640 .
• Высочин С.В., Смирнов Ю.Н. Об особенностях систем оперативно-диспетчерского контроля (рус.) // САПР и графика : журнал. - М .: Компьютер Пресс, 2009. - № 9. - С. 58-61. - ISSN 1560-4640 .
• Высочин С.В., Смирнов Ю.Н. Внедрение MES-системы Zenith SPPS в различных производственных отраслях (рус.) // САПР и графика : журнал. - М .: Компьютер Пресс, 2009. - № 11. - С. 12-15. - ISSN 1560-4640 .
• Высочин С.В., Смирнов Ю.Н. Идеология и принципы применения современных MES на примере Zenith SPPS (рус.) // Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН Автоматизация в промышленности: журнал. - М .: Издательский дом "ИнфоАвтоматизация", 2010. - № 8. - С. 25-29. - ISSN 1819-5962 .
• Загидуллин Р.Р., Фролов Е.Б. Управление машиностроительным производством с помощью MES-систем (рус.) // СТИН : журнал. - М ., 2007. - № 11. - С. 2-5. - ISSN 0869-7566 .
• Фролов Е.Б. Современные концепции управления в производственной логистике: MES для дискретного производства - метод вычисляемых приоритетов (рус.) // САПР и графика : журнал. - М .: Компьютер Пресс, 2011. - № 1. - С. 71-75. - ISSN 1560-4640 .
• Фролов Е.Б. MES-системы: оперативный функционально-стоимостной анализ для нужд производственного предприятия (рус.) // Генеральный директор. Управление промышленным предприятием : журнал. - М .: Издательский дом «Панорама», 2008. - № 9. - С. 76-79. - ISSN 2075-1036 .
• Фролов Е.Б., Загидуллин Р.Р. Оперативно-календарное планирование и диспетчирование MES-системах (рус.) // Станочный парк : журнал. - М ., 2008. - № 11. - С. 22-27. - ISSN 2075-1036 .

Функции исполнительных систем производства (MES)

MES (Manufacturing Execution System) – исполнительная система производства. Системы такого класса решают задачи синхронизации, координации, анализа и оптимизации выпуска продукции в рамках какого-либо производства.

Существует несколько формулировок определения MES систем:

1 MES – это информационная и коммуникационная система производственной среды предприятия.

2 MES – автоматизированная система управления и оптимизации производственной деятельности, которая в режиме реального времени инициирует, отслеживает, оптимизирует и документирует производственные процессы от начала выполнения заказа до выпуска готовой продукции.

3 MES – интегрированная информационно-вычислительная система, объединяющая инструменты и методы управления производством в реальном времени .

Отличия MES систем от ERP заключаются в следующем: ERP-системы ориентированы на планирование выполнения заказов, то есть отвечают на вопрос: когда и сколько продукции должно быть произведено? MES системы фокусируются на вопросе: как в действительности продукция производится? Они оперируют более точной информацией о производственных процессах.

MES системы, оперируя исключительно производственной информацией, позволяют корректировать производственное расписание в течение рабочей смены столько раз, сколько это необходимо . За счет быстрой реакции на происходящие события и применения математических методов компенсации отклонений от производственного расписания, MES системы позволяют оптимизировать производство и сделать его более рентабельным. Структура такой организации производства показана на рисунке 1.5.

MES системы реализуют связь в реальном времени производственных процессов с бизнес процессами предприятия и улучшают финансовые показатели предприятия, включая повышение отдачи основных фондов, ускорение оборота денежных средств, снижение себестоимости, своевременность поставок, повышение размера прибыли и производительности.

Таким образом, MES – это связующее звено между ориентированными на финансово-хозяйственные операции ERP-системами и оперативной производственной деятельностью предприятия на уровне цеха, участка или производственной линии.

Рисунок 1.5 – Структурная схема организации производства с MES-системой

Функции, выполняемые MES-системами, могут быть интегрированы с другими системами управления предприятием (рис. 1.6) :

ERP – планирования ресурсов предприятия;

SCM (Supply Chain Management) – управление цепочками поставок;

SCADA – автоматизация технологических процессов;

CAD (Computer-Aided Design) – автоматизированное проектирование изделий;

CAPP (Computer-Aided Process Planning) – автоматизированная разработка маршрутной технологии;

ABC (Activity Based Costing) – функционально-стоимостной анализ производственной деятельности;

EAM (Enterprise Asset Management) – управление основными фондами предприятия;

CRM (Customer Relationship Management) – управление взаимоотношениями с клиентами.

Рисунок 1.6 – MES, как ядро интеграции систем

Используя данные уровней планирования и контроля, MES системы управляют текущей производственной деятельностью в соответствии с поступающими заказами, требованиями конструкторской и технологической документации, актуальным состоянием оборудования, преследуя при этом цели максимальной эффективности и минимальной стоимости выполнения производственных процессов.

Международная ассоциация производителей систем управления производством (MESA) определила 11 типовых функций MES-систем :

· контроль состояния и распределение ресурсов (RAS) – управление ресурсами производства: технологическим оборудованием, материалами, персоналом, документацией, инструментами, методиками работ;

· оперативное / детальное планирование (ODS) – расчет производственных расписаний, основанный на приоритетах, атрибутах, характеристиках и способах, связанных со спецификой изделий и технологией производства;

· диспетчеризация производства (DPU) – управление потоком изготавливаемых деталей по операциям, заказам, партиям, сериям, посредством рабочих нарядов;

· управление документами (DOC) – контроль содержания и прохождения документов, сопровождающих изготовление продукции, ведение плановой и отчетной цеховой документации;

· сбор и хранение данных (DCA) – взаимодействие информационных подсистем в целях получения, накопления и передачи технологических и управляющих данных, циркулирующих в производственной среде предприятия;

· управление персоналом (LM) – обеспечение возможности управления персоналом в ежеминутном режиме;

· управление качеством продукции (QM) – анализ данных измерений качества продукции в режиме реального времени на основе информации поступающей с производственного уровня, обеспечение должного контроля качества, выявление критических точек и проблем, требующих особого внимания;

· управление производственными процессами (PM) – мониторинг производственных процессов, автоматическая корректировка либо диалоговая поддержка решений оператора;

· управление техобслуживанием и ремонтом (MM) – управление техническим обслуживанием, плановым и оперативным ремонтом оборудования и инструментов для обеспечения их эксплуатационной готовности;

· отслеживание истории продукта (PTG) – визуализация информации о месте и времени выполнения работ по каждому изделию. Информация может включать отчеты: об исполнителях, технологических маршрутах, комплектующих, материалах, партионных и серийных номерах, произведенных переделках, текущих условиях производства и т. п.;

· анализ производительности (PA) – предоставление подробных отчетов о реальных результатах производственных операций, а также сравнение плановых и фактических показателей.

В настоящее время на рынке существует много различных программных продуктов. Их различие может быть связано с критериями составления производственного расписания. Нередко эти критерии скрываются. Поэтому принятие той или иной системы должно осуществляться с определенной осторожностью.

1.5 Функции систем управления технологического уровня (SCADA и PLC)

К функциям систем SCADA относятся:

· сбор первичной информации от датчиков;

· хранение, обработка и визуализация данных;

· регистрация аварийных сигналов, выдача сообщений о неисправностях и аварийных ситуациях;

· связь с корпоративной информационной сетью;

· формирование отчетов.

SCADA-системы состоят из терминальных компонентов, диспетчерских пунктов и каналов связи. Они различаются типами поддерживаемых контроллеров и способами связи с ними, операционной средой, типами алармов, числом трендов (характеристик состояний контролируемого процесса), особенностями человеко-машинного интерфейса (HMI) и др. Алармы фиксируются при выходе значений контролируемых параметров или скоростей их изменения за границы допустимых диапазонов.

В SCADA-системах используются операционные системы реального времени. К этим системам предъявляется ряд специфических требований. Основными требованиями являются: высокая скорость реакции на запросы внешних устройств, устойчивость систем, то есть способность работы без зависаний, а также экономное использование имеющихся в наличии системных ресурсов.

К операционным системам реального времени относятся:

· многозадачная, многопользовательская, UNIX-совместимая система LynxOS;

· популярная ОС для встраиваемых приложений OS-9 (Unix-подобная RTOS от Microware для процессора Motorola 6809);

· модульная и легко модифицируемая система QNX;

· ОС Windows NT, дополненная, например, средой RTX компании VenturCom;

· система планирования и управления задачами VxWorks, которая вместе с инструментальной системой Tornado является кросс-системой для разработки прикладного ПО.

Современные SCADA-системы не ограничивают выбор аппаратуры нижнего уровня – RTU, так как предоставляют большой набор драйверов или серверов ввода/вывода и имеют хорошо развитые средства для создания собственных драйверов новых устройств нижнего уровня. Драйверы разрабатываются на основе стандартных языков программирования. Так, в системе TRACE MODE спецификации доступа к ядру системы поставляются фирмой-разработчиком в штатном комплекте. Для SCADA FactoryLink, InTouch при создании драйверов необходимы специальные пакеты.

Для подсоединения драйверов ввода/вывода к SCADA-системе используются два механизма: стандартный динамический обмен данными (Dynamic Data Exchange – DDE) и обмен по внутреннему фирменному протоколу. Из-за низкой производительности механизма DDE компания Microsoft предложила использовать технологию OLE (Object Linking and Embedding – включение и встраивание объектов). Механизм OLE поддерживается в SCADA-системах RSView, FIX, InTouch, Factory Link и др. На базе OLE появился новый стандарт OPC (OLE for Process Control), ориентированный на рынок промышленной автоматизации. Новый стандарт позволяет объединить на уровне объектов различные системы автоматизации и устранить необходимость использования специализированного оборудования и оригинальных драйверов.

С точки зрения SCADA-систем, применение OPC-серверов означает введение стандартов обмена данными с технологическими устройствами. На рынке появились инструментальные пакеты для написания OPC-компонентов, например, OPC-Toolkits фирмы Factory Soft Inc., включающий OPC Server Toolkit, OPC Client Toolkit [см., например, «SCADA-системы, или муки выбора». Надежда Куцевич, а также ЗАО РТСофт (URL: www.rtsoft.ru)].

В настоящее время получили распространение десятки систем SCADA. В Украине широко внедряются следующие системы SCADA:

1 Система Citect австралийской компании Ci Technology, работающая в среде Windows (http://www.promsat.com/page/11/). Это масштабируемая клиент-серверная система со встроенным резервированием, обеспечивающим повышение надежности. Citect состоит из пяти подсистем – ввода-вывода, визуализации, оповещения (алармов), трендов и отчетов. Подсистемы могут быть распределены по разным узлам сети. В Citect используется оригинальный язык программирования Cicode.

2 TRACE MODE – это одна из самых покупаемых в России SCADA-систем, предназначенная для разработки крупных распределенных АСУТП широкого назначения (http://www.tracemode.ua/). TRACE MODE состоит из инструментальной системы и исполнительных (run-time) модулей. При помощи инструментальной системы осуществляется разработка АСУ, а исполнительные модули служат для запуска в реальном времени проектов, разработанных в инструментальной системе TRACE MODE.

3 WinCC – система фирмы SIEMENS (http://www.siemens.com.ua/). На основе WinCC могут создаваться как простейшие системы человеко-машинного интерфейса с одной станцией оператора, так и мощные многопользовательские системы, включающие в свой состав десятки станций. WinCC поддерживает стандартные интерфейсы OLE, ODBC, OLE и SQL, что обеспечивает её открытость и использование в сочетании с любым другим программным обеспечением.

1.6 Основные направления в обеспечении интеграции систем автоматизации

В автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУТП), часто называемых системами промышленной автоматизации, можно выделить два иерархических уровня.

На верхнем (диспетчерском) уровне АСУТП осуществляются сбор и обработка данных о состоянии оборудования и протекании производственных процессов для принятия решений по загрузке станков и выполнению технологических маршрутов. Эти функции возложены на систему диспетчерского управления и сбора данных SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition). Кроме диспетчерских функций, система SCADA выполняет роль инструментальной системы разработки ПО для промышленных систем компьютерной автоматизации.

На нижнем уровне управления технологическим оборудованием (на уровне контроллеров) в АСУТП выполняются запуск, тестирование, сигнализация о неисправностях, а также выработка управляющих воздействий для рабочих технологического оборудования. Для этого в составе технологического оборудования используются системы управления на базе программируемых контроллеров и промышленных компьютеров. Поэтому системы промышленной автоматизации часто называют встроенными системами ECS (Embedded Computing System).

Техническое обеспечение АСУТП распределено по участкам и связано друг с другом с помощью промышленных (полевых) шин, как показано на рисунке 1.7.

Рисунок 1.7 – Архитектура АСУТП

На верхнем уровне иерархии шин осуществляется связь компьютеров системы SCADA и серверов баз данных. Здесь используются технологии локальных вычислительных сетей Industrial Ethernet.

Для связи компьютеров с высокоскоростными периферийными устройствами служат шины Infiniband (межсерверные соединения), Fiber Channel (в последнее время заменяется более дешевым соединением на базе Gigabit Ethernet).

Для подключения периферийных устройств без собственного источника питания применяется USB, а для подключения аудио и видео мультимедийных устройств – FireWire 1394. Связь с низкоскоростными устройствами осуществляют через интерфейсы RS-232, RS-422 (симплексная передача с соединением «точка-точка»), а также RS-485 (полудуплексная многоточечная передача данных).

На уровне контроллеров обычно применяют промышленные сети Fieldbus (дословный перевод – полевая шина). Соединение модулей контроллеров, датчиков, измерительного и другого оборудования в пределах одного функционального узла (например, соединение слотов в крейте или стойке) выполняется посредством магистрально-модульных параллельных шин, таких как VME-bus, Compact PCI, а также последовательных шин типа Infiniband или Compact PCI Express.

Для создания единой информационной системы необходимо решить две задачи.

1 Применить горизонтальную интеграцию информационного взаимодействия между существующими автономными подсистемами. Для этого необходимо:

· на технологическом уровне объединить контроллерное оборудование промышленными шинами, обеспечить взаимодействие SCADA-приложений, которые уже имеют данные контроллерного уровня, с использованием механизмов COM (DCOM), DDE (NetDDE);

· осуществить взаимодействие стандартных программ на базе OLEAutomation-объектов, SQL-запросов, DDE-протокола;

· применить для модификации текущих записей в таблицах баз данных (добавление, удаление) язык SQL-запросов (драйверы ODBC, OLE DB).

Примечание. Данные, которые поступают с технологического уровня, отличаются тем, что быстро изменяются во времени по сравнению
с бизнес-параметрами. Поэтому их объем, получаемый в единицу времени, огромен. Из этого следует, что подсистема, интегрирующая технологические данные, должна обеспечивать скоростной сбор данных, сжатие данных при сохранении, а также поддержку каналов обмена по вышеуказанным протоколам. Причём интегрирующие подсистемы должны не только поддерживать обмен с технологическим уровнем, но и обеспечивать передачу технологических данных на уровень ERP-систем.

2 Применить вертикальную интеграцию . В общем случае целью вертикальной интеграции является передача технологических данных
на уровень бизнес-приложений.

Для создания вертикальной интеграции необходимо:

· обеспечить хранение оперативных данных реального времени (realtime-данные) в объеме, оптимальном для конкретного предприятия;

· сформировать данные, отражающие динамику и последовательность технологического процесса производства продукта от сырья до товара (product-данные). Программное обеспечение, ориентированное на решение таких задач, относится к классу MES (Manufacturing Executive Systems), или систем управления производством. В качестве входных данных в MES-системы поступают параметры сырья, выходными параметрами является полная характеристика (например, технологический паспорт) полученного товара;

· сформировать данные, отражающие структуру и состояние фондов (активов) предприятия (maintenance-данные). Программное обеспечение, ориентированное на отслеживание и сопровождение основных фондов, относится к классу EAM -cистем (Enterprise Assets Management).

Следует заметить, что realtime-данные часто являются основой формирования количественных значений product- и maintenance-данных (данные производства и обслуживания).

2 ОСОБЕННОСТИ СОВРЕМЕННЫХ ПРОГРАММИРУЕМЫХ ЛОГИЧЕСКИХ КОНТРОЛЛЕРОВ (ПЛК)

В статье рассматривается огромный проект, в котором участвовало несколько компаний: создание и внедрение системы MES на заводе «Воронежсинтезкаучук», производящем синтетические каучуки и термоэластопласты (ТЭП). Показано, как MES-система позволяет улучшить бизнес-процессы на предприятии.

Журнал «ИСУП», г. Москва

MES-системы

Статьи о системах MES в нашем журнале появились несколько лет назад, но большого развития эта тема тогда не получила. В какой-то момент даже показалось, что сами системы MES плохо приживаются в нашей промышленности. Однако им тогда просто не пришло время. Сегодня мы расскажем об одном внедрении, благодаря которому удалось значительно повысить эффективность производственных процессов на одном из крупнейших российских предприятий по производству синтетического каучука.

Начнем с главного: что такое MES? Это своеобразное промежуточное звено между системами планирования производства (ERP) и системами управления самим технологическим процессом (АСУ ТП).

Технологический процесс на каждом предприятии уникален, и тем не менее сходство есть: на всех заводах давно уже правят бал АСУ ТП разнообразного типа, начиная с PLC и заканчивая мощными РСУ. В то же время, на любом предприятии существует уровень, в фокусе внимания которого находится заказчик – потребитель вырабатываемой продукции. Здесь планируются производство и логистика, прогнозируются продажи и контролируются затраты. Уже 15–20 лет назад для помощи в работе на этом уровне тоже использовались автоматизированные системы ERP (от англ. Enterprise Resource Planning – «планирование ресурсов предприятия»).

Между уровнями технологического процесса и планирования производства всегда циркулировало огромное количество бумажных отчетов, которые писали обходчики, операторы, инженеры, диспетчеры и другие сотрудники. Велись бумажные журналы, составлялись отчеты в Excel-таблицах, распечатывались режимные листы из АСУ ТП, все эти отчеты бесконечно дублировались и кочевали из кабинета в кабинет. Отдельной сложной работой, отнимающей много времени, являлось сведение материальных балансов. Однако постепенно, позже, чем на других уровнях, и здесь начала происходить автоматизация «бумажного» ручного труда. Стали появляться программы-приложения, написанные для анализа и обработки данных, связанных с технологическими процессами. Они получили общее название MES.

Сегодня MES (от англ. Manufacturing Execution System – «система управления производственными процессами») уже не отдельные приложения, а комплексная система, объединяющая производство (рис. 1). С помощью MES пользователи могут получать информацию обо всех производственных операциях, которые ведутся на предприятии. Происходит это в режиме времени, максимально приближенном к реальному. А это позволяет сделать производство прозрачным и принимать управленческие решения с большой скоростью и мобильностью.

Рис. 1. Модули MES

Особенно востребованы системы MES на предприятиях с многоуровневыми технологическими процессами, которые зависят от множества факторов: температурного режима, давления, энергопотребления и др.

Именно таким и является воронежское предприятие группы ­СИБУР «Воронежсинтезкаучук». Поэтому в 2012 го­ду в целях повышения эффективности производственных процессов на производственной площадке в Воронеже стартовал масштабный проект по внедрению системы MES.

Чтобы представить себе масштаб производства на заводе в Воронеже, сделаем небольшое отступление. Как известно, в нефти содержится попутный газ (ПНГ), который отделяется от нее во время переработки. На протяжении многих лет этот газ просто сжигали, однако есть у ПНГ и другое, куда более эффективное, применение: производство полимеров, окружающих нас изо дня в день. Всё – от пластиковых окон до медицинских инструментов, от бутылок с минералкой до автомобильных запчастей – является продуктом многоступенчатой переработки попутного нефтяного газа.

Ключевым сырьем для производства синтетического каучука является бутадиен, который, в свою очередь, также производится из ПНГ. На воронежскую площадку СИБУРа бутадиен поступает из Тольятти, а также из Тобольска, с предприятий «Тольяттикаучук» и «Тобольск-Нефтехим» соответственно.

Уже в Воронеже с помощью многочисленных технологических операций бутадиен подвергают обработке, получая на выходе не только синтетический каучук, но и термоэластопласты (ТЭП) – материалы, сочетающие в себе достоинства пластмассы и резины. Основным сегментом применения первого является автомобильный сектор, вторых – строительство.

Внедренная на воронежской промышленной площадке СИБУРа система MES позволяет отслеживать весь технологический процесс, начиная от стадии приемки сырья до отгрузки готовой продукции на склад.

Программная платформа GE Proficy

Для построения MES требовалась программная платформа. Выбор пал на продукт компании Gene­ral Electric.

GE, огромная корпорация, которую когда-то, 138 лет назад, основал сам Томас Эдиссон, всю свою историю была известна как производитель электрооборудования: компрессоров, турбин, подстанций, холодильников, медицинских установок и огромного числа другого «железа». Однако в последние годы у компании изменились амбиции: теперь она самым активным образом занимается разработкой программного обеспечения: корпорация твердо намерена войти в топ‑10 ведущих мировых разработчиков софтверных решений.

Одним из этих решений является программный продукт Proficy, который с успехом используется для построения MES-систем во всем мире.

Учитывая специфику внедрения на «Воронежсинтезкаучке», GE предстояло определить, что именно нужно заказчику для построения шаблонного решения. Используя собственную методологию, с помощью программы Enterprise Architect специалисты компании GE перевели требования заказчика в цифровой вид и создали сценарии их использования. Эта методология позволила избежать любых разночтений между специалистами со стороны ­СИБУРа и разработчиками программного продукта. Так был создан шаблон MES-системы, в котором были учтены все пожелания заказчика.

Предприятие «Воронежсинтезкаучук»

Кратко познакомим читателя с первым предприятием группы, на котором предстояло внедрить MES-систему. «Воронежсинтезкаучук» производит синтетические каучуки с 1932 года. До 1992 года в качестве сырья для производства каучука использовался этиловый спирт, но позже завод перешел на технологию, в основе которой лежит переработка поступающего на предприятие бутадиена. Бесперебойные поставки сырья с других предприятий группы СИБУР позволяют воронежской площадке выстраивать долгосрочные отношения с клиентами. Важность этого фактора сложно переоценить: немалая доля предприятий по производству синтетических каучуков в стране была закрыта именно по причине нехватки сырья.

Как уже упоминалось выше, на заводе производят не только синтетический каучук (использующийся главным образом для изготовления шин), но и термоэластопласты – ТЭП, вещества, совмещающие в себе свойства пластмассы и резины. Поэтому клиентский портфель завода включает в себя как производителей автомобильных шин (Michelin, Bridgestone, Pirelli, Yokohama и др.), так и компании, поставляющие продукцию для строительной отрасли.

На отдельном производстве «ТЭП‑50» изготавливается сырье для мягкой кровли, герметиков, клеев. Также продукция установки «ТЭП‑50» нашла широкое применение в автодорожном строительстве. Полимерно-битумные вяжущие, получаемые из термоэластопластов, позволяют существенно повысить износостойкость верхнего слоя дорожного покрытия и в целом продлить срок эксплуатации дорожного фонда. Отметим, что воронежская площадка СИБУРа является единственным в России производителем ТЭП. Более 80 % термоэластопластов, потребляемых внутри страны, производится в Воронеже.

«ИндаСофт» – интеграция системы

В 2012 году для внедрения MES-системы на воронежском заводе пригласили российскую компанию-интегратора «ИндаСофт». Во-первых, потому что основное направление ее деятельности – внедрение MES «под ключ». А во‑вторых, потому что специалистами «ИндаСофт» для этой задачи разработаны программные продукты, соответствующие российским реалиям и законодательству, включенные в Реестр российского ПО:
- система сведения материального баланса (I-DRMS);
- система учета энергоресурсов (I-EMS);
- система диспетчерского управления (I-DS/P).

Компанией «ИндаСофт» было выполнено свыше 100 проектов на разных предприятиях, однако со спецификой каучукового производства довелось столкнуться впервые. Дело в том, что в этом производстве очень сложный учет: в синтетические каучуки входит огромное число компонентов, а кроме того, в производстве участвуют 19 энергоресурсов.

Рис. 2. Интеграция MES с SAP

Вот почему заказчик поставил перед интегратором задачу: не просто внедрить систему MES, но и совместить ее с системой SAP, автоматизирующей работу бухгалтеров, финансовой, кадровой и других служб. Эта система внедрялась на заводе «Воронежсинтезкаучук» параллельно. С помощью интеграции MES и SAP предстояло решать задачи, связанные со сравнением плана и факта производства, передачей технических заказов, результатами испытаний, проблемой остатков, согласованием выработки потребления материалов и ресурсов.

Для задач по интеграции MES с другими системами, внедренными на заводе (SAP и LIMS), был выбраны программные продукты GE Digital. Однако с самого начала была осуществлена интеграция MES с АСУ ТП – реализован модуль диспетчеризации.

Рис. 3. Мнемосхема в диспетчерской, отражающая технологические процессы, протекающие на предприятии

Уже в 2014 году диспетчер предприятия видел все производство на мониторе (рис. 3): какие линии функционируют и какие стоят, насколько эффективно идет работа. Раньше диспетчер узнавал эту информацию по телефону: ему звонили операторы и другие сотрудники, обслуживающие АСУ ТП, и отчитывались о том, что происходит. Таким образом, информация диспетчера зависела от сотрудников, приходилось всю ее фиксировать в бумажных журналах, а принятие решений отнимало много времени. Теперь информация поступает в режиме, максимально приближенном к реальному времени, непосредственно с датчиков АСУ ТП. И звонки теперь идут в обратном режиме: диспетчер звонит оператору и указывает, что у него недостаточно эффективно работает линия или наблюдается какая-то неисправность. Решения принимаются очень быстро. Кроме того, полностью отпала необходимость заполнять бумажные журналы, что освобождает от ненужного труда и исключает человеческую ошибку, ведь вся информация о технологическом процессе поступает в MES автоматически.

Здесь следует указать отдельно, что связь между АСУ ТП и системой MES односторонняя. В MES-систему поступает информация о протекании технологических процессов из разных АСУ ТП завода, но обратно через сеть никакая информация и никакие управляющие сигналы в АСУ ТП поступить не могут. Обратная связь осуществляется только через людей: например, по тому же телефону. Это важно в первую очередь из соображений безопасности.

Рис. 4. В операторной установки «ТЭП‑50»: на стене – видеоинформация из цеха; на мониторе оператора – мнемосхема рабочего процесса

Однако самая «горячая пора» в работе над внедрением MES наступила во второй половине 2014 го­да. К лету были написаны все необходимые приложения, подготовлено все необходимое оборудование. До нового года оставалось шесть месяцев. За эти полгода необходимо было внедрить систему, потому что с 1 января наступает новый финансовый год и MES должна была вступить в работу параллельно с SAP. Это рекордное по скорости внедрение было выполнено в срок.

Как это работает

Проект по внедрению MES на воронежской площадке СИБУРа действительно уникален, поскольку именно здесь впервые в России удалось интегрировать две системы – MES и SAP. Благодаря интеграции появилась возможность максимально оперативно сводить материальный баланс завода. Данные об остатках готовой продукции на складе обновляются в MES и транслируются в SAP ежедневно.

Поясним на наглядном примере: как только кладовщику приходит часть партии каучука, он фиксирует это событие в компьютере. Информация сразу вносится в систему и отправляется в SAP, где ее тоже видят.

Также эта партия отправляется в лабораторию на контроль качества. У синтетических каучуков может быть многообразный состав. Разным клиентам нужен разный каучук. Качество партии фиксируется сотрудниками в лабораторной системе LIMS, оттуда эта информация попадает в MES, которая сортирует готовую продукцию под конкретного заказчика. Ежемесячно происходит большое количество сортировок, поэтому ясно, что автоматизация значительно облегчила, ускорила и оптимизировала рабочий процесс. Кроме того, теперь можно оперативно отгружать продукцию клиенту, не храня ее на складе.

На основе всех полученных данных раз в сутки проводится сведение материального баланса, а также сведение экономического баланса – исключительная ситуация для нашей промышленности, где сведение балансов бывает раз в месяц и требует очень больших трудозатрат. Сегодня сведение балансов на «Воронежсинтезкаучуке» стало очень удобной функцией, которая необходима компании.

Такое же сведение баланса происходит по каждому энергоресурсу.

И все эти данные (подчеркнем – достоверные данные!) в режиме реального времени могут видеть все сотрудники предприятия разного уровня: инженеры, диспетчеры, начальники подразделений, генеральный директор и др.

Отметим ключевые бизнес-результаты внедрения MES и интеграции SAP/MES:
- получение в SAP (через MES) первичных данных с приборов учета с аудируемым изменением;
- прозрачный алгоритм формирования агрегированных и согласованных показателей работы завода по измеренным данным;
- доступ к первичным измерениям АСУ ТП на всех уровнях управления производством, контроль качества данных АСУ ТП;
- единый достоверный набор данных для формирования оперативной отчетности, все службы предприятия получают данные из единого источника;
- единый источник данных по качеству, автоматическая передача данных в MES и SAP ERP для паспортизации;
- оперативный контроль параметров безопасного и эффективного ведения технологических режимов из любого места.

Справочники