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.

УПРАВЛЕНИЕ

Руслан Будник, Вячеслав Куминов

По данным Международной ассоциации инженеров-технологов, такое производство существует более чем на 75% промышленных предприятий мира. Даже там, где, казалось бы, выпуск продукции носит исключительно непрерывный характер, в качестве вспомогательных присутствуют дискретные процессы. Часто именно вспомогательные подразделения, использующие их, такие, как инструментальные или ремонтные участки, являются "узким местом", лимитирующим объем выпуска основного продукта.

Дискретный тип производства превалирует в машиностроении, приборостроении, легкой промышленности, на предприятиях по выпуску мебели, упаковок, в фармацевтике.

Что такое MES-система и её отличие от ERP

Как определяет международная ассоциация производителей и поставщиков MES-решений (MESA International, www.mesa.org), MES (Manufacturing Execution Systems) - это интегрированная информационно-вычислительная система, объединяющая инструменты и методы управления производством в режиме реального времени.

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.

Рис. 1. Динамическая модель производства в системе Preactor (Англия)

Чем отличаются MES-системы от ERP-систем и почему они находятся на разных уровнях информационной структуры? Первые реализуют оперативное планирование и, оперируя точной информацией о технологических процессах, отвечают на вопрос: как в заданный срок и в заданном количестве выпускается продукция, а вторые ориентированы на объемное планирование, т. е. отвечают на вопрос: когда и сколько продукции должно быть изготовлено.

Но все-таки главное их отличие друг от друга заключается в том, что MES-системы, работающие исключительно с производственной информацией, позволяют скорректировать либо полностью пересчитать план в течение рабочей смены столько раз, сколько это необходимо. В ERP-системах из-за большого объема административно-хозяйственной и учетно-финансовой информации, которая непосредственного влияния на процесс не оказывает, перепланирование может осуществляться не чаще одного раза в сутки.

MES-системы позволяют оптимизировать производство и сделать его более рентабельным за счет быстрой реакции на происходящие события и применения математических методов компенсации отклонений от плановых заданий.

MES - единый источник производственной информации

MES-системы, собирая и обобщая данные, полученные от различных производственных систем и технологических линий, выводят на более высокий уровень организацию всей деятельности предприятия, начиная от формирования заказа и заканчивая отгрузкой готовой продукции на склады. Они также реализуют связь в реальном времени производственных процессов с бизнес-процессами и улучшают финансовые показатели компании (cash flow), включая повышение отдачи основных фондов, ускорение оборота денежных средств, снижение себестоимости, своевременность поставок, повышение размера прибыли и производительности.

Рис. 2. Финансово-экономический анализ производства в MES-системе "Фобос" (Россия)

Кроме того, эти системы формируют данные о текущих показателях (в частности, о реальной себестоимости продукции), необходимых для более качественного функционирования ERP-систем.

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

Компания "РТСофт" (www.rtsoft.ru) на протяжении последних пяти лет занималась интеграцией уровней АСУП и АСУ ТП через импорт данных с технологического уровня в бизнес-системы. В результате аналитической работы, обследования предприятий и изучения итогов реализации проектов в компании открылось бизнес-направление "Информационные технологии реального времени", которое ставит своей целью выработку предложений по автоматизации технологических процессов, таких, как системы оперативного управления (MES-системы), системы контроля и учета энергоресурсов (АСКУЭ), системы оперативно-диспетчерского управления (АСОДУ), системы управления технологическими процессами (АСУ ТП), программно-технические комплексы (ПТК). При этом каждая система характеризуется своими уровнем интенсивности циркулирующей в ней информации, масштабом времени и набором функций, но задача у всех общая - собирать, регистрировать, накапливать, обрабатывать и передавать информацию на более высокий уровень. Любая из этих систем разрабатывается под конкретный класс пользователей, в зависимости от выполняемых функций и решаемых задач (от руководителей высшего звена до рядовых специалистов), а следовательно, обеспечивает их именно той информацией, которая необходима для решения стратегических, тактических и оперативных задач.

При таком подходе к взаимодействию подсистем предприятия внедрение MES-системы на производстве позволяет добиться заданной степени интеграции всех данных о его работе для решения управленческих задач.

Задачи MES-систем в дискретном производстве

Перед MES-системами в дискретном производстве стоят следующие главные задачи:

· оперативное планирование и диспетчеризация процессов;

· финансовый анализ затрат на выполнение процессов;

· оперативное перепланирование c учетом реального текущего состояния производства.

Остановимся на них подробнее.

Оперативное планирование и диспетчеризация процессов. Для расчета производственного расписания на отечественных предприятиях либо используются статические инструменты, такие, как сетевые графики, бумажные таблицы, доски планирования, либо вообще никакие инструменты не применяются. События, вносящие существенные изменения в расписание, происходят столь часто и в таком количестве, что возможности статического инструмента, и тем более человека, не позволяют учитывать их в полном объеме и поддерживать расписание в оптимальном состоянии. В результате оперативный план, если таковой имеется, очень быстро перестает соответствовать действительности и теряет свою актуальность в среднем по истечении 20% планируемого периода. Уровень организации производства резко падает, снижается его рентабельность.

Функции MES-системы в дискретном производстве

1. Контроль состояния и распределение ресурсов - управление ресурсами производства (технологическим оборудованием, материалами, персоналом, документацией, инструментами, методиками работ). 2. Оперативное/детальное планирование - расчет производственных расписаний, основанный на приоритетах, атрибутах, характеристиках и способах, связанных со спецификой изделий и технологией их изготовления. 3. Диспетчеризация производства - управление потоком изготавливаемых деталей по операциям, заказам, партиям, сериям посредством рабочих нарядов. 4. Управление документами - контроль содержания и прохождения документов, сопровождающих изготовление продукции, ведение плановой и отчетной цеховой документации. 5. Сбор и хранение данных - взаимодействие информационных подсистем для получения, накопления и передачи технологических и управляющих данных, циркулирующих в производственной среде предприятия. 6. Управление персоналом - обеспечение возможности управления персоналом в ежеминутном режиме. 7. Управление качеством продукции - анализ данных измерения 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. 8. Управление процессами - мониторинг производственных процессов, автоматическая корректировка либо диалоговая поддержка решений оператора. 9. Управление техобслуживанием и ремонтами - управление техническим обслуживанием, плановым и оперативным ремонтом оборудования и инструментов для обеспечения их эксплуатационной готовности. 10. Отслеживание истории продукта - 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, переделках, текущих условиях производства и т. п. 11. Анализ производительности - предоставление подробных отчетов о реальных результатах производственных операций. Сравнение плановых и фактических показателей.

Для внутрицехового управления производственными процессами необходим инструмент, который обеспечит учет всех происходящих событий в режиме реального времени (online). Этот инструмент должен отражать достоверную картину текущего состояния производства, а также обладать возможностью многократной корректировки и расчета расписаний в течение рабочих смен.

Рис. 3. 14 критериев расчета производственного расписания в системе "Фобос"

Для решения задачи оперативного планирования в MES-системах строится динамическая компьютерная модель производства. Она реализует непрерывное имитационное моделирование движения материальных потоков внутри цеха в соответствии с технологическими маршрутами. Производственное расписание наглядно описывается диаграммой Ганта, где каждой операции ставится в соответствие отрезок прямой, длина которого пропорциональна ее длительности. Эти отрезки, именуемые линиями Ганта, располагаются напротив инвентарных номеров основного технологического оборудования в последовательности, соответствующей расписанию. Встроенный механизм диспетчеризации производства обеспечивает своевременную доставку и ввод информации о совершаемых действиях, происходящих событиях и отклонениях от составленного оперативного плана. Производственное расписание поддерживается в оптимальном состоянии за счет непрерывной компенсации отклонений методом коррекции либо полного перерасчета. В результате все процессы, происходящие в цехе, становятся прозрачными, достигается "прозрачность", управляемость и идентифицируемость материальных потоков производства в соответствии с требованием международных стандартов (рис. 1 и рис. 2).

Финансовый анализ затрат на выполнение производственных процессов. Для вычисления реальной себестоимости продукции необходимо проводить детальный финансово-экономический анализ производства. Широко распространенным на Западе методом анализа источников издержек и создания прибавочной стоимости является так называемый АВС-анализ, или Activity Based Costing (функционально-стоимостной анализ). Суть этого метода состоит в том, что расходы и доходы предприятия привязываются к точкам его активности. Применительно к производству это означает привязку издержек и созданной прибавочной стоимости к конкретным инвентарным номерам технологического оборудования и реализуемым производственным процессам. Осуществить такой анализ, имея приблизительное представление о распределении процессов во времени и по оборудованию, невозможно. В MES-системах строится точная динамическая модель производства, обеспечивающая подробную калькуляцию текущих затрат как в привязке к конкретным рабочим местам, так и в разрезе отдельных выполняемых заказов.

В общем случае расчет производственного расписания является сложной математической задачей. Для ее решения разрабатывается система критериев расчета и оптимизации планов, на базе которой создается соответствующий алгоритмический аппарат. Эвристические алгоритмы расчета являются ядром MES-систем и охраняются авторским правом.

Рис. 4. Пример планирования с учетом ремонта оборудования в системе "Фобос"

Применяемый в MES-системах аппарат расчета производственных расписаний дает возможность учесть взаимосвязь всех элементов оперативного плана, обеспечить выбор альтернативных технологических маршрутов и адаптировать управление материальными потоками к текущему заказу. Вычислительное ядро MES-систем позволяет в полной мере задействовать мощность современных компьютеров для решения данной задачи.

Здесь нелишним будет добавить, что в части, касающейся управления производством, системы класса MES отличаются от ERP-систем тем, что в MES-системах расчет производственных расписаний строится на базе множества критериев. В системах ERP/MRP планирование, как правило, ведется по одному критерию, в MES-системах таких критериев может быть более десятка: например, в системе "Фобос" (Россия) их четырнадцать (рис. 3), в системе Preactor (Англия) - восемь. Минимально возможное количество критериев, отграничивающее MES-систему от систем других классов, - два. Различные комбинации критериев позволяют рассчитывать десятки вариантов планов, использовать их как средство моделирования производственных процессов и выбирать наиболее эффективный сценарий выполнения текущего плана.

Оперативное перепланирование c учетом реального текущего состояния производства. Слабость большинства систем автоматизированного планирования (ERP, MRP) заключается в том, что ресурсы производства оцениваются ориентировочно либо вообще считаются неисчерпаемыми. Разбивая заказы на части и рассчитывая дату начала их изготовления, эти системы, увы, не учитывают доступность ресурсов в конкретный момент времени. Ведь абстрактное наличие ресурса вовсе не означает его доступность для выполнения каждого заказа в каждый момент времени. Таким образом, расписание, составленное без учета информации о фактическом состоянии ресурсов производства, не соответствует действительности и не может быть выполнено.

Одним из основных принципов, положенных в основу рассматриваемых систем, является принцип конечного планирования ресурсов. Суть данного принципа заключается в том, что ресурсы (как основные, так и дополнительные) всегда ограниченны и выполнение работ планируется только тогда, когда достоверно известно, что ресурсы доступны.

Так, помимо незапланированного выхода станков из строя и влияния других неожиданных воздействий, изменяющих доступный объем ресурсов производства, в цехах существует регламент проведения профилактических ремонтов оборудования. С помощью MES-системы можно смоделировать текущую ситуацию, проиграть несколько сценариев ее развития и добиться такого расписания, при котором профилактический ремонт оборудования минимальным образом скажется на своевременности выполнения плана (рис. 4).

Другим примером принципа конечного планирования является система учета вторичных ограничений ресурсов в программном комплексе Preactor. Эта система формируется на этапе построения логической модели производства. В процессе описания основного технологического оборудования с каждым инвентарным номером связываются какие-либо ограничения, оказывающие или способные оказать влияние на его доступность или характеристики работы. В качестве вторичных ограничений может выступать предел потребления электроэнергии, необходимость присутствия оператора на определенных рабочих местах, наличие специфической оснастки и т. п. В дальнейшем при планировании и коррекции расписаний система будет отслеживать доступность и объем использования вторичных ограничений. В случае превышения или нехватки ресурсов система прежде всего проинформирует об этом диспетчера, а затем предложит принять либо отклонить условия этого варианта плана.

Результаты использования MES-систем

Что дает использование систем класса MES? Мировой опыт показал высокую эффективность таких систем, выразившуюся в значительном улучшении финансовых показателей предприятий. Вот лишь часть из них:

· на 15% повышается производительность;

· на 45% увеличивается коэффициент загрузки оборудования;

· на 30% уменьшается объем незавершенного производства;

· на 40% снижаются объемы материально-производственных запасов;

· на 60% улучшается соблюдение сроков поставки.

Срок окупаемости проекта внедрения MES-системы измеряется неделями, а ее преимуществами можно пользоваться годами.

В заключение хотелось бы сказать, что внедрение таких систем на российских предприятиях позволяет добиться большей эффективности производства и за счет этого сделать серьезный шаг к повышению конкурентоспособности предприятия на рынке.

Дополнительную информацию по MES-системам можно найти на сайте www.mesa.ru.

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)

MES-системы - это компьютеризированные системы, используемые в производстве для отслеживания и документирования преобразования сырья в готовые изделия. Они предоставляют информацию, которая помогает принимающим решения лицам понять, как можно оптимизировать текущие условия на заводе, чтобы улучшить выпуск продукции. MES работают в режиме реального времени, чтобы обеспечить контроль над несколькими элементами производственного процесса (например, входы, персонал, машины и службы поддержки).

Как это работает?

Системы единого управления MES могут работать в нескольких функциональных областях: управлении определениями продуктов в течение их жизненного цикла, планировании ресурсов, выполнении заказа и диспетчеризации, анализе производства и управлении временем простоя для общей эффективности оборудования (OEE), качества продукции или отслеживания материалов и т. д.

Такая система создает «встроенную» запись, фиксируя данные, события и результаты производственного процесса. Это может быть особенно важно в регулируемых отраслях, таких как продукты питания и напитки или фармацевтические препараты, где может потребоваться документация и подтверждение процессов, событий и действий.

Идея MES может рассматриваться как промежуточный шаг между системой планирования ресурсов предприятия (ERP) и контрольным и сборочным управлением (SCADA) или системой управления технологическими процессами.

В начале 1990-х годов были созданы отраслевые группы, такие как MESA (International-Manufacturing Enterprise Solutions Association), чтобы регулировать сложность и дать рекомендации по исполнению MES Systems.

Преимущества

Эти системы помогают создавать безупречные производственные процессы и обеспечивают обратную связь с требованиями в режиме реального времени. Кроме того, они предоставляют всю важнейшую информацию в одном источнике. Другие преимущества успешного внедрения MES-систем могут включать в себя:

1. Сокращение количества отходов, их переработку и уничтожение, в том числе в более короткие сроки.
2. Более точный сбор информации о затратах (например, работа, простои и инструменты).
3. Увеличение времени безотказной работы.
4. Внедрение безбумажной работы.
5. Сокращение излишков за счет ликвидации инвентарных запасов в каждом конкретном случае.

Разновидности MES

Широкое разнообразие систем MES возникло с широким использованием собранных данных для определенной цели. Дальнейшая их разработка в течение 1990-х годов привела к увеличению их функциональности. Затем Ассоциация производственных предприятий (MESA) внедрила определенную структуру, определив 11 функций, которые ограничили область применения MES. В 2000 году стандарт ANSI/ISA-95 объединил эту модель с эталонной моделью Purdue (PRM).

Была определена функциональная иерархия, в которой исполнительные MES находились на уровне 3 между ERP на уровне 4 и контролем процесса на уровнях 0, 1, 2. С момента публикации третьей части стандарта в 2005 году деятельность на уровне 3 была разделена на четыре основные операции: производство, качество, логистика и техническое обслуживание.

В период с 2005 по 2013 год дополнительные или пересмотренные части стандарта ANSI/ISA-95 более подробно определили аппаратный состав MES-систем, охватывая способы внутреннего распространения функций и обмена информацией как внутри, так и снаружи.

Функциональные области

На протяжении многих лет международные стандарты и модели расширили сферу применения этих инструментов с точки зрения их деятельности. Обычно назначение и функции MES-систем включают в себя следующее:

1. Управление определениями продуктов. Это может включать в себя хранение, контроль версий и обмен данными с другими системами, такими как правила производства продукции, спецификация, подсчет ресурсов, контрольные точки процесса и качественные данные, каждая из которых сосредоточена на определении способа создания продукта.
2. Управление ресурсами. Это может включать в себя регистрацию, обмен и анализ информации о ресурсах, направленных на подготовку и выполнение производственных заказов, которые возможны и доступны.
3. Планирование (производственные процессы). Эти действия определяют график производства в виде набора заказов на выполнение для удовлетворения производственных требований, обычно получаемых из планирования ресурсов предприятия или специализированных передовых систем планирования, обеспечивают оптимальное использование местных ресурсов.
4. Отправка производственных заказов. В зависимости от типа производственных процессов это может включать в себя дальнейшее распределение партий, прогонов и заказов на выполнение работ, выдачу их рабочим центрам и адаптацию к непредвиденным условиям.
5. Выполнение производственных заказов. Хотя фактическое выполнение осуществляется системами управления технологическими процессами, MES может проводить проверки ресурсов и информировать другие системы о ходе производственных процессов.
6. Сбор данных о производстве. Эта функция MES включает в себя сбор, хранение и обмен данными процесса, состояния оборудования, информацию о материалах и журналах производства либо в картотеке, либо в реляционной базе данных.
7. Анализ производительности производства. Это получение полезной информации из необработанных собранных данных о текущем состоянии производства. Они включают в себя обзоры работы (WIP) и производительности за прошедший период (такие как общая эффективность оборудования или любой другой подобный показатель).
8. Производственный трек и трассировка. Это регистрация и извлечение связанной информации для того, чтобы представить полную историю продаж, заказов или оборудования. Данная область имеет особенно важное значение для производств, связанных со сферой здравоохранения. Это, например, выпуск фармацевтических препаратов.
9. Оцифровка полных данных из журналов в интерфейс цифровых устройств с помощью функции блокировки редактирования, а также вывод данных из SCADA в общий банк данных.

Связь с другими системами

Система управления производством MES интегрируется с ISA-95 (предыдущая модель модели Purdue, «95») с множественными отношениями и связями. Совокупность систем, действующих на уровне 3 ISA-95, можно назвать средствами управления производственными операциями (MOMS). Помимо MES, обычно существует система управления информацией о лаборатории (LIMS), управления складами (WMS) и компьютеризированная система управления обслуживанием (CMMS).

С точки зрения MES возможными информационными потоками являются:

• в LIMS: запросы на тестирование качества, образцы проб, данные статистических процессов;
• из LIMS: результаты качественных испытаний, сертификаты продуктов, результаты тестирования;
• в WMS: запросы на материальные ресурсы, определение материалов, поставки продуктов;
• из WMS: доступность материалов, поэтапные партии материалов, отгрузка продукта;
• в CMMS: оборудование, работающее с данными, его назначение, запросы на обслуживание;
• из CMMS: ход технического обслуживания, возможности оборудования, график обслуживания.

Связь с системами уровня 4

Примерами систем, действующих на уровне 4 ISA-95, являются управление жизненным циклом изделия (PLM), планирование ресурсов предприятия (ERP), управление взаимоотношениями с клиентами (CRM), человеческими ресурсами (HRM), система исполнения процессов (PDES).

С точки зрения систем MES, примерами возможных информационных потоков являются:

• к PLM: результаты производственных испытаний;
• из PLM: определение продуктов, счета операций (маршруты), электронные рабочие инструкции, настройки оборудования;
• к ERP: результаты производственной деятельности, произведенные и потребляемые материалы;
• от ERP: планирование производства, требования к заказу;
• в CRM: отслеживание информации;
• из CRM: жалобы на продукт;
• к HRM: эффективность персонала;
• от HRM: навыки персонала, доступность персонала;
• к PDES: результаты испытаний;
• из PDES: определение производственного потока, определение экспериментов (DoE).

Во многих случаях системы Middleware Enterprise Application Integration (EAI) используются для обмена сообщениями между MES и Level 4. Общее определение данных, B2MML, было определено в стандарте ISA-95, чтобы связать MES с вышеуказанными системами уровня 4.

Связь с системами уровня 0, 1, 2

Системы, действующие на уровне 2 ISA-95, - это диспетчерский контроль и сбор данных (SCADA), программируемые логические контроллеры (PLC), распределенные системы управления (DCS) и системы пакетной автоматизации. Информационные потоки между MES и этими системами управления процессами примерно одинаковы:

• к PLC: рабочие инструкции, рецепты, установки;
• из PLC: значения процесса, аварийные сигналы, скорректированные контрольные точки, производственные результаты.

Большинство систем MES включают в себя возможность подключения в рамках предлагаемого ими продукта. Прямая связь данных оборудования завода устанавливается путем синхронизации с Часто данные сначала собираются и диагностируются для управления в реальном времени в распределенной системе управления (DCS) или диспетчерского контроля и сбора данных (SCADA). В этом случае MES подключаются к этим системам уровня 2 для обмена данными по этажам завода.

Промышленным стандартом для подключения к элементам производства является OLE для управления технологическими процессами (OPC). Но в настоящее время промышленный стандарт начал переходить на OPC-UA. Современные совместимые с OPC-UA системы не обязательно будут работать только в среде Microsoft Windows, они рассчитаны на запуск в GNU/Linux или других встроенных системах. Это снижает стоимость систем SCADA и делает их более открытыми с надежной безопасностью.

Производственные компании используют MES-системы на рынке для отслеживания сырья по заводскому пути до конечного состояния. При правильном использовании эта система может уменьшить количество отходов, обеспечить более точное отражение затрат, увеличить время безотказной работы и сократить потребность в некотором инвентаре. Существует несколько основных фактов, которые каждый должен знать о производственных системах исполнения.

Они управляют определениями продуктов

Любой опытный управляющий знает, что даже малейшее изменение материала может полностью изменить законченное состояние продукта. Недостаток или излишек способен повлечь серьезные изменения в качестве продукта. Все это может привести к дополнительным затратам.

Основные функции систем MES позволяют активно отслеживать компоненты, составляющие ваш продукт. Они дают вам возможность назначать жесткие параметры для вашего производственного оборудования, что в конечном итоге сокращает количество отходов и экономит деньги.

Они адекватно оценивают производственные ресурсы (с некоторой помощью)

Как упоминалось выше, системы класса MES могут определять точное количество материала, необходимого для создания продукта, что позволяет создать четкое определение изделия и поддерживать его целостность. Кроме того, вы всегда будете иметь представление о том, каковы ваши ресурсы на производстве. Эта категория включает в себя все: от учета физических материалов до знания количества обслуживаемых машин или наличия рабочей силы, необходимой для завершения работы. MES в сочетании с системой APS (Advanced Planningand Scheduling) имеют возможность реально прогнозировать даты завершения выпуска продукта на 100 % всех ресурсов, которые у вас есть при раздаче.

Они могут быть интегрированы с другими производственными системами

В одиночку системы исполнения производства часто имеют возможность планировать производственные процессы, но на уровне «бесконечной емкости» и, следовательно, технически могут работать как автономное программное обеспечение для планирования. Тем не менее они, как правило, функционируют лучше при использовании в сочетании с другим программным обеспечением для обработки производства, таким как APS, так что конечные ограничения могут также отражаться для более точного и оптимизированного планирования.

APS определяет производственный график как набор рабочих заказов для удовлетворения производственных требований, обычно получаемых от планирования ресурсов предприятия (ERP), что в свою очередь помогает в основном использовать ресурсы.

Они обеспечивают анализ эффективности производства

После того как продукт начал прокладывать себе путь на производстве, MES может создавать отчеты на основе текущего его состояния. Незавершенное производство, различные показатели за прошедший период и все другие данные эффективности можно отслеживать с помощью этой системы.

Отслеживание производственных данных

Когда продукт, наконец, вышел из производственной линии, MES отслеживает все данные относительно него и сохраняет их для дальнейшего использования. Более того, система не только предоставит вам организованный цифровой журнал ваших данных о продукте, она также сможет объединить эти сведения для будущих отчетов. Независимо от внутренних или внешних целей, у вас будут текущие обновленные данные о скорости процессов вашего производства, что в конечном итоге поможет получать больше прибыли.

В сочетании с MES может быть невероятно полезна для любого управляющего, который хочет увеличить время и скорость производства. Адекватное управление ресурсами, планирование производства и отслеживание продукции позволят любой компании увеличить производство и сократить количество отходов как умелым, так и расчетным образом.

MES и APS - вместе или по отдельности?

Прежде чем осуществлять обзор MES-систем, следует понять, как они взаимодействуют с другими подобными инструментами. Так, APS (Advanced Planning & Scheduling) - это собственная программная категория, такая как ERP или MES. APS охватывает стратегическое, тактическое и оперативное планирование. Последний, оперативный вариант использования много раз рассматривается как ядро ​​APS. Здесь планирование - это разработка конечной цели на ежедневной основе. Суть его состоит в том, чтобы разработать возможные планы по минимизации чрезмерных запасов и сократить сроки выполнения заказа. Существует множество поставщиков систем APS, которые вы можете найти в наши дни.

С другой стороны, система MES выполняет команды и контролирует. Существует программное обеспечение MES как без каких-либо функций планирования, так и с ограниченной функциональностью. В любом случае возможности не такие обширные, как в чистом программном обеспечении APS. В ежегодном «Обзоре продуктов MES» доля функциональности FCS с программным обеспечением MES увеличивается. Поскольку оно является транзакционным ПО, довольно сложно реализовать все обширные функции планирования в этом контексте. Планирование и прогнозирование требуют моделирования различных сценариев и не должны автоматически влиять на выполнение задач.

При плотной интеграции систем MES и APS (в виде замкнутой петли) все богатые функциональные возможности APS используются без каких-либо ограничений. Если эта система поддерживает многосайтовое планирование и мощный Интернет, вся цепочка поставок может быть спланирована, выполнена и контролироваться в режиме реального времени - глобально без географических ограничений. Например, при запуске операции (рабочей фазы) в Китае планировщик в США может видеть в режиме реального времени выполнение заказа. Также продавец может войти в приложение MES/APS через Интернет и просмотреть, когда продукт будет отправлен клиенту, без телефонных звонков и писем.

MES и MOM: в чем разница?

Терминология может сбивать с толку в индустрии программного обеспечения, особенно если вы только начинаете изучать данный вопрос. К сожалению, это наблюдение справедливо для ПО в промышленности и производстве. На протяжении многих лет использовалось множество разных систем, но путаницу вызывают только 2 аббревиатуры:

• MES - система исполнения производства.
• MOM - управление производственными операциями.

Чтобы понять разницу между ними, необходимо провести сравнительный анализ систем MES (PDF-таблицей) и MOM. Можно выделить их сходства и различия в ходе описания.

Как уже было указано выше, MES была впервые использована AMR в 1990-х годах, вытеснив систему Computer Computing Manufacturing (CIM), впервые принятую в конце 1980-х. Это произошло до того, как были установлены многие стандарты в этой отрасли (такие как ISA-95), и, конечно же, намного раньше, чем ERP укоренилась в качестве основной IT-магистрали для большинства глобальных производственных компаний.

Многие ранние системы MES были специально построены замкнутыми. Из-за этого им не хватало гибкости, необходимой для адаптации к меняющимся потребностям бизнеса. Это привело к тому, что многие ранние реализации имели очень длительные расчеты и часто создавали процесс реализации, который, казалось, не имел конца. По этим причинам при внедрении в производство система MES изначально заработала репутацию в качестве дорогостоящего и рискованного инструмента, который часто не достигал первоначальных целей ROI.

В то же время большая работа продолжала проводиться в сфере автоматизации промышленности, и появился ряд стандартов пакетного уровня (таких как ISA-88 и ISA-95). В них был определен термин «Управление производственными операциями» (MOM). В этой системе были определены подробные виды деятельности и бизнес-процессы, включая производство, качество, обслуживание и инвентаризацию.

Развитие MOM

Новые рыночные условия привели к появлению разработчиков, желающих ребрендировать и отделиться от продуктов прошлого, а именно от MES. Многие из них приняли термин MOM и сослались на свои предложения в качестве нового решения. Они предложили гибкость и масштабируемость, необходимые для того, чтобы система смогла стать настоящим корпоративным приложением, в том числе:

• архитектура на основе настраиваемой и расширяемой платформы;
• стандартизованная интеграция с ERP;
• интеграция на основе стандартов с промышленной автоматизацией;
• стандартизованная модель данных о производстве;
• широкие возможности - модель, визуализация, оптимизация, обновление и согласование производственных бизнес-процессов во всем мире;
• управление событиями - способность собирать, обобщать, анализировать и реагировать на производственные события в реальном времени.

Несмотря на эту тенденцию, прежние разработки не были забыты. Ведущие поставщики MES не стали отказываться от своего продукта. Вместо этого они перепроектировали свои системы и наделили их возможностями, не уступающими функциональности MOM.

Итак, в чем же различие?

Сегодня аббревиатура MOM обычно относится к бизнес-процессам, а не к программному обеспечению. Обозначение «Платформа MOM» (MOM Solution) чаще всего используется для дифференциации от более старых решений MES и имеет возможности, перечисленные выше.

MES по-прежнему используется в большинстве случаев. Иногда она может иметь аналогичные возможности с MOM, но, в отличие от нее, развивается более быстрыми темпами.

Примеры MES

В России сегодня лидируют три такие системы. Все они разработаны для лучшего управления производством, но рассчитаны на мелкосерийную его разновидность. В то же время отличия между ними присутствуют.

MES-система «ФОБОС» применяется на средних и относительно крупных машиностроительных производствах. Ее основными функциями выступают внутрицеховое управление и планирование. Она обязательно интегрируется с ERP-системой (или «1С: Предприятием»), перенаправляет в нее все полученные данные.

YSB.Enterprise была создана для деревообрабатывающей промышленности. К тому же она имеет некоторые особенности, из-за которых она больше подходит для небольших предприятий (таких, где уже недостаточно только 1С). MES-система имеет слишком мало специфических и необходимых функций для полноценной работы, но при этом в ней присутствуют дополнительные опции, в том числе управление продажами и бухгалтерией.

PolyPlan обладает еще меньшим набором функций MES, но при этом преподносится как инструмент оперативно-календарного планирования в сфере машиностроения (для гибких и автоматизированных производств). Стоимость MES-системы этого типа самая низкая.

29 апреля 2012 в 20:13

Как один мужик MES-систему купить хотел

• ERP-системы

Это было примерно месяц назад. К нам в офис приехал Василий. Он топ-менеджер компании, производящей оборудование для театральных сцен. С порога заявил, что ему нужна MES-система или APS-система и что он еще не до конца решил, какая из них. «Почему именно MES-система?» - спросил я.

Я уже несколько месяцев занимаюсь изучением вопроса, связанного с решением наших производственных проблем. Встречался с представителями нескольких компаний, производящих MES и APS системы. Они сказали, что их системы как раз и решают наши проблемы. Причем мне сказали, что только такие системы и способны решить наши проблемы. У вас тоже MES система?

Нет, у нас ERP-система. Да это не важно, забудьте про эти всякие аббревиатуры. Давайте просто поговорим о ваших проблемах.

- А вы думаете, ваша система способна их решить?

Василий, проблемы решает менеджмент компании. А ПО только помогает это сделать. Но само по себе ПО проблем не решает. Я думаю, что некоторые ваши проблемы решаются и без ПО, а некоторые может помочь решить наше ПО. В чем, по-вашему, заключаются ваши проблемы?

Все просто: мы никогда ничего не делаем в срок. Это наша главная болячка. Да и куча других. Например, очень часто при сборке какого-то узла, вдруг выясняется, что необходимых комплектующих для него просто нет. А других комплектующих завались.

И эту проблему можно решить при помощи MES-системы?

Мне показывали презентацию. Мне очень понравилось. Дело в том, что в MES-системе можно все заранее распланировать и если делать все так, как запланировано, то все будет хорошо. Там графики есть, все очень наглядно.

Ключевая фраза «делать, как запланировано», я не думаю, что у вас это получится. Как вы думаете, 50 лет назад были MES-системы?

Конечно, нет.

Это означает, что раньше абсолютно все компании никогда ничего не делали в срок? И форд, и тойота и тысячи других производителей, некоторые из которых работают уже не одно столетие. По словам людей, презентовавших вам MES-систему, по-другому эту проблему не решить.

Я не знаю, не думал над этим.

Кстати, вы не спрашивали у них, как эта система будет интегрирована во все остальные бизнес-процессы компании? Ну, там, я не знаю, закупки, продажи, склад, финансы и т.д.

Хм, да, интересно. Мы не обсуждали этот вопрос, я не знаю…спрошу.

Что вы производите?

Лебедки. Большие лебедки, не для автомобилей, а посерьезней.

Хорошо. Если все комплектующие на складе, сколько нужно времени на производство одной лебедки?

Эээ, думаю, часов пять.

А если я у вас прямо сейчас закажу лебедку, то когда я ее получу?

Ммм, думаю, что дней через десять точно.

Странно. У вас весьма неплохое соотношение чистой трудоемкости и общего срока. Что-то около 15-ти. Это прекрасное соотношение для нашей страны. На западе, а особенно в Японии, оно конечно значительно меньше, но в России это может быть и сотни. А у вас пятнадцать. Очень странно… Ну, хорошо, давайте разбираться дальше. Какую комплектующую нужно закупать дольше всего?

Двигатель.

Сколько нужно времени на его закупку?

Может быть и сорок дней.

Вы держите их на складе?

Секундочку. Откуда тогда десять дней?

Василий в замешательстве.

Я не знаю, мне всегда казалось, что десяти дней нам точно достаточно.
Тут мне становится понятно, что контрольное соотношение у них на самом деле «традиционное», что-то около сотни.

Остальные комплектующие как быстро можно купить?

Быстро. День-два.

Ну, вот вам и первая ваша проблема. Она называется «двигатель». Почему вы не держите на складе небольшой буфер движков?

Мы думали над этим. Но не получается. Дело в том, что они к нам поступают с муфтами. Муфты очень разные. Двигателей примерно с десяток разных, а муфт гораздо больше. Поэтому комбинаций получается очень много. Придется на складе держать огромное количество этих двигателей.

Муфты вы можете сами монтировать?

Да, это не сложно. У нас же производство.

Почему вы этого не делаете?

Эээ, я не знаю. Так всегда было.

Я думаю, решение проблемы сорока дней лежит примерно в этом месте. Подумайте о монтаже муфт самостоятельно и держите небольшой буфер двигателей на складе. Управляйте буфером по принципу «закажи, что потратил». Взял двигатель – закажи его у поставщика. Это первое. Второе. Никогда не приступайте к производственному заданию, если не выполнено предыдущее задание. Тогда вы избавитесь от проблемы под названием «когда мы что-то делаем, обнаруживаем отсутствие комплектующих». Правильно выстраивайте очередность заданий, всегда делайте наиболее горящие.

Не знаю - не знаю. Я поговорю с шефом, но он загорелся MES-системой. Там очень здорово все планируется. Шеф хочет утвердить план и не думать после этого о срыве сроков.

Это, разумеется, его право. А если что-то пойдет не так?

Не понял. Что значит не так?

Ну, смотрите. У вас есть люди разной квалификации, есть разные станки. Казалось бы все сложно. MES (и уж тем более APS) система все это учитывает при планировании. Так?

Да, я сам видел на презентации.

А теперь простая ситуация. Не дай Бог конечно, но вот представим себе завтрашний день, 08-00. Один из ключевых инженеров (слесарей) по дороге на работу падает и ломает ногу. Без него одно из изделий, которое как назло стоит в плане на сегодня, сделать нельзя. Что делать?

Нууу, я не знаю. MES-системы умеют все быстро перепланировать.

Не сомневаюсь. Но планируют не MES-системы, а менеджмент. Вы ведь сами сказали, что план утверждает шеф. Но он к сожалению сейчас в отпуске…Делать что будете?

Ну, я точно не знаю, не думал над этим. Я думаю, начальник производства примет решение, что именно сейчас нужно производить.

Василий, я привел вам один самых простых случаев внешнего воздействия на ваш план производства. На самом деле таких воздействий гораздо больше и они могут быть значительно сложнее. И случаться они будут ежедневно, к сожалению. В результате ваш начальник производства будет каждый день принимать «волевые решения». А через какое-то время вы будете строить планы только потому, что «всандалили кучу денег и не выбрасывать же».

Ну и что вы предлагаете?

Вы читали «цель1» Голдратта?

Нет, а кто это?

Голдратт - потрясающий мужик, который придумал гениальную (как и все простое) систему менеджмента. Давайте так. Вы прочитаете его, а потом мы с вами еще раз встретимся и просто поговорим. Очень вам его рекомендую. У меня в компании все процессы строятся по этой теории. За последние два года компания выросла раза в три.

А вот еще вопрос. Ваша система умеет определять положение автомобиля?

Господи, зачем вам это?

Понимаете, наш шеф очень часто вмешивается в процесс и звонит водителям, когда те уже загрузились и уехали, находит ближайшего, возвращает его назад, тот разгружается и загружается срочным заказом, потому что кто-то там шефу позвонил. Да и на производстве такое случается часто, что шеф вмешивается и требует производить что-то другое…

Ну, вот вам еще одна ваша проблема. Она называется «шеф». Вы мне поведали о некоторых своих проблемах и вместо того, чтобы пытаться их решить, вы хотите залепить их пластилином.
Потом я на доске нарисовал ему очень простые производственные схемы, но это тема для отдельного поста.
И он в задумчивости уехал.

Буквально через несколько дней после этой встречи я улетел в Новосибирск. Точнее в Академгородок, а точнее в Технопарк Академгородка. Все производственные процессы в котором построены на базе теории ограничений Голдрата. Это потрясающее зрелище.

Подробности той поездки у меня в