Системы управления производственными процессами. Российские MES-системы, или Как вернуть производству оптимизм

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-СИСТЕМЫ

MES-системы - это системы, которые работают на уровне цеха. Системы такого класса решают задачи синхронизации, координируют, анализируют и оптимизируют выпуск продукции в рамках какого-либо производства. MES-системы могут являться отличным дополнением к системам верхнего уровня - ERP-системам.

Определение MES-системы не дает четкого представления о ее предназначении, возросшие ее функции поглощают функции систем уровня АСУ ТП, систем диспетчеризации и т.д. Необходимо определить, что на сегодняшний день понимается под системами MES.

MES-cистема – это система по осуществлению управления производством, основная задача, которой осуществить связь всех бизнес-процессов компании с ее производственными и технологическими процессами, при этом оперативно предоставляя информацию.

В процессе производства возникают различные факторы, стремящиеся сойти с графика выпуска продукции: поломка и ремонт оборудования, срочный приоритетный заказ, переделка брака, больничные листы рабочих, не поставка в срок комплектующих, отсутствие технологической оснастки, а также многие другие непредвиденные обстоятельства. Обстановка на производстве меняется каждую минуту. Не смотря на это, необходимо всегда знать, как изменится конечный срок выполнения заказа, как наилучшим образом спланировать производство в сложившейся ситуации, для этого необходим новый перерасчет календарного плана. В MES-системе такой перерасчет может выполняться столько раз в день, сколько потребуется.

Одной из задач MES как раз и является коррекция возникающих отклонений за счет оптимального многократного перепланирования по реальному состоянию оборудования и заказов.

Неправильная загрузка станков для обработки различных изделий ведет к постоянному срыву сроков производства, режиму срочной работы на предприятии, переработке сотрудников, нехватке деталей на сборке узлов, перегрузу станков, динамическим проблемам, а также многим другим издержкам производства, мешающим вовремя произвести продукцию.

Задачей MES является оперативно-календарное планирование, с помощью которого загрузка станков будет осуществлена максимально выгодным образом. Все изделия будут выполнены в максимальные сроки, при этом все комплектующие будут гарантированно находиться на складе к моменту сборки изделий.

В момент сборки изделий или запуска той или иной операции не редко выясняется, что некоторые детали или оснастка отсутствует в наличии, зато менее необходимые детали или оснастка находятся в переизбытке. При использовании MES-систем подобная ситуация просто не может возникнуть.

Диспетчеризация производства позволит в режиме реального времени наглядно оценить загрузку станков, сделать основные отчеты, мгновенно реагировать на различные ситуации.

Используя точные текущие данные, MES регулирует, инициирует и протоколирует работу предприятия по мере возникновения событий. Набор функций MES позволяет управлять производственными операциями от момента поступления заказа на производстве до готового продукта. MES предоставляет наиболее важную информацию о производственной деятельности для всей организации и обо всей цепочке поставок посредством двустороннего взаимодействия.

Именно использование оперативной информации отличает MES от ERP систем. В MES-системах модель производства определяется на стыке возможностей оборудования, доступности материалов и персонала. Любая MES должна ответить на следующие вопросы:

Что должно быть произведено?

Когда что надо производить?

С помощью чего надо производить?

Когда, как и что было уже произведено?

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.

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.

Диаграмма Ганта

Существуют разные подходы к планированию времени (тайм-менеджменту). Наиболее инновационной идеей здесь является диаграмма Ганта. Данная диаграмма состоит из полос, ориентированных вдоль оси времени. Каждая полоса представляет отдельную задачу в составе проекта, её концы – это моменты начала и завершения работы, её протяженность – длительность работы. Вертикальная ось является перечнем задач.

Первый формат диаграммы был разработан еще в 1910 г. Генри Л. Гантом (американский инженер, механик и специалист по менеджменту). Генри Гант еще изначально применял графическую информацию, отчитываясь перед своим начальством. В дальнейшем появились, прославившие его диаграммы Ганта. Многие склонны считать, что Гант стал одним из основоположников принципиально новых, более гуманных принципов производства и управления; ему же приписываются некоторые необычные идеи по правильной постановке задач и эффективной мотивации персонала.

Результаты внедрения MES

По данным различных компаний, можно выделить следующие основные результаты внедрения MES:

1. Увеличение экономической эффективности деятельности предприятия;
2. Увеличение скорости прохождения заказов до 40-50%
3. Повышение коэффициента загрузки станков на 30-40%
4. Снижение продолжительности цикла производства в среднем на 45%;
5. Снижение времени освоения новой продукции в среднем на 27%;
6. Сокращение объемов брака в среднем на 18%;
7. Сокращение объема незавершенной продукции на 25-30%;
8. Повышение надежности исполнения заказов в заданные сроки на 60%;
9. Снижение объема ненужной бумажной документации в среднем на 56%;
10. Повышение контроля выполнения технологических и производственных процессов;
11. Повышение прозрачности бизнес-процессов в части движения материальных потоков;
12. Качественное улучшение производственных показателей.

Внедрение MES-систем предоставит и множество других преимуществ, необходимых для достижения максимальной эффективности производства.

Снижение различных издержек, получение максимальной выгоды от уже существующих возможностей предприятия сегодня возможно только путем автоматизации планирования и управления производством - путем внедрения MES-систем.

Конечно, достижение успеха в конкурентной борьбе возможно и путем внедрения прогрессивных технологий, станков, инструментов, высокоскоростной обработки и т.д., но при относительно равных условиях большинства предприятий, достижение успеха становится возможным только путем грамотного и оперативного планирования и управления производством. Именно здесь находятся большие резервы по оптимизации производства и достижения максимального экономического эффекта.

MES – это принципиально важная функция, позволяющая создавать на производственном предприятии действительно эффективную систему управления. MES становится одним из ключевых элементов общекорпоративных систем современных предприятий.

Системы MES определяются как совокупность программных функций, отличающихся от функций систем планирования ресурсов предприятия (ERP), автоматизированного проектирования и программирования (CAD/САМ) и ав­томатизированных систем управления технологическим процессом (АСУТП).

Ассоциация MESA определила 11 основных функций MES, которые представлены в таблице 1.

Функция	Расшифровка функции
1.Контроль со­стояния и рас­пределение ре­сурсов (RAS).	Эта функциональность MES-систем обеспечивает управление ресурсами производства (машинами, инструментальными средствами, методиками работ, материалами, оборудованием) и другими объектами, например, доку­ментами о порядке выполнения каждой производственной операции. В рам­ках этой функции описывается детальная история ресурсов и гарантируется правильность настройки оборудования в производственном процессе, а так­же отслеживается состояние оборудования в режиме реального времени.
2. Оперативное/ Детальное планирование (ODS).	Эта функция обеспечивает оперативное и детальное планирование работы, основанное на приоритетах, атрибутах, характеристиках и свойствах кон­кретного вида продукции, а также детально и оптимально вычисляет загруз­ку оборудования при работе конкретной смены.
З. 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. В режиме реального времени отслеживаются все происходящие изменения и вносятся корректировки в план цеха.
4. Управление документами (DOC).	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 отчетную цеховую документацию. Предусматривается архивирование информации.
5. Сбор и хране­ние данных (DCA).	Эта функция обеспечивает информационное взаимодействие различных производственных подсистем для получения, накопления и передачи техно­логических и управляющих данных, циркулирующих в производственной среде предприятия. Данные о ходе производства могут вводиться как вруч­ную персоналом, так и автоматически с заданной периодичностью из АСУТП или непосредственно с производственных линий.
6. Управление персоналом (LM)	Предоставляет информацию о персонале с заданной периодичностью, вклю­чая отчеты о времени и присутствии на рабочем месте, слежение за соответ­ствием сертификации, а также возможность 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, в том числе и в ре­жиме реального времени, собранные с производственного уровня, обеспечи­вая должный контроль качества и заостряя внимание на критических точках. Может предложить действия по исправлению ситуации в данной точке на основе анализа корреляционных зависимостей и статистических данных причинно-следственных связей контролируемых событий.
8. Управление производствен­ными процес­сами (РМ)	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) (ММ)	Поддержка процесса технического обслуживания, планового и оперативного ремонта производственного и технологического оборудования и инструмен­тов в течение всего производственного процесса.
10. Отслеживали истории про­дукта (PTG)	Предоставляет информацию о тон, где и в каком порядке велась работа с данной продукцией. Информация о состоянии может включать в себя: отчет о персонале, работающем с этим видом продукции, компоненты продукции, материалы от поставщика, партию, серийный номер, текущие условия про­изводства, несоответствия установленным нормам, индивидуальный технологический паспорт изделия.
11. Анализ производительности (РА)	Предоставляет отчеты о реальных результатах производственных операций, а также сравнивает с предыдущими и ожидаемыми результатами. Представ­ленные отчеты могут включать в себя такие измерения, как использование ресурсов, наличие ресурсов, время цикла производственного ресурса, соот­ветствие плану, стандартам и другие.

И так функции, реализуемые в MES-системах, аналогичны методам управления в ERP-системах, но только в других временных масштабах и с дру­гими объектами контроля и управления. MES - это автоматизированная испол­нительная система производственного уровня, предоставляющая ряд возмож­ностей, которые дополняют и расширяют функции ERP-систем. Используя фактические технологические данные, MES-системы поддерживают всю про­изводственную деятельность предприятия в режиме реального времени. Быст­рый результативный отклик на изменяющиеся условия, в комбинации с ориен­тацией MES на снижение издержек, помогают эффективно управлять производ­ственными операциями и процессами. Кроме того, MES-системы формируют данные о текущих производственных показателях, необходимые для функцио­нирования ERP-систем. Таким образом, MES-система - это связующее звено между ориентированными на финансово-хозяйственные операции ERP-системами и оперативной производственной деятельностью предприятия на уровне цеха, участка или производственной линии.

Системы класса MES нашли широкое распространение в странах с разви­той рыночной экономикой сравнительно недавно, в России количество пред­приятий, использующих эти системы, тем более невелико.

Необходимо учитывать, что автоматизация цехового уровня производства в MES-системе требует от предприятия усилий, которые должны быть направ­лены как на внедрение, так и на дальнейшее поддержание работы системы.

При внедрении MES-системы работы сотрудников предприятия и кон­сультантов меньше или соизмерима с внедрением ERP-системы. Объективно в MES автоматизируются меньше сфер деятельности предприятия (бизнес-процессов), чем в ERP-системе. При использовании MES, на цеховом уровне, вероятно понадобится больше реорганизаций, чем при внедрении ERP. Чтобы воспользоваться таким преимуществом MES, как актуальное производственное расписание на протяжении всей сиены, необходимо оперативно вносить факти­ческие данные об исполнении операций, поломках оборудования и прочих со­бытиях в цехе, влияющих не выполнение плана. Если решено актуализировать план работы каждые 15 минут, то это означает, что фактические данные за прошедшие 15 минут должны быть внесены в систему. В случае ERP в столь оперативном отражении фактов нет необходимости, поскольку перепланирова­ние будет проведено после окончания рабочей смены.

Как уже было сказано, и MES и ERP системы решают приблизительно одинаковые задачи только в разных масштабах: ERP - объемно-календарное планирование, использующее средне- и долгосрочный период времени; MES - оперативное планирование на краткосрочный период времени (минуты, часы). И здесь перед предприятием встает вопрос, какую систему выбрать для реали­зации. Понятно, что наиболее благоприятным было бы внедрение систем обоих типов, но у большинства предприятий не хватит финансовых и людских ресур­сов на одновременную реализацию двух проектов. Поэтому начинать придется с одного, следовательно, предприятие по-прежнему перед выбором. Фирмы, продвигающие соответствующий программный продукт представят большое количество аргументированных доводов и критериев в пользу своей системы, поэтому руководителю предприятия необходимо взвесить все «за» и «против».

В качестве попытки найти объектный критерий для выбора можно со­слаться на результаты исследований Gartner Group, которые позволяют свя­зать экономический эффект от внедрения ERP-систем (в данном случае SAP R/3) с масштабом предприятия, на котором это внедрение проводится.

На рис. 16.1 приведена диаграмма, иллюстрирующая эту зависимость на основании статистических данных по западным промышленным предприятиям.

На основании этих данных можно заключить, что для автоматизации предприятий с объемом производства менее 10 млн. долларов в год внедрение ERP-системы не даст существенного экономического эффекта. На таких пред­приятиях для автоматизации организационного уровня производства в первую очередь необходимо внедрять MES-систему (то есть выбрать более «легкое» в финансовом отношении решение).

Для предприятий с объемом производства от 10 до 100 млн. долларов в год эффективность внедрения ERP - системы составляет 10-30%.

Решение о том, с чего начинать (ERP или MES) должно приниматься индивидуально, однако учитывая средний размер предприятия, большую стоимость внедрения ERP - системы и больший экономический эффект от автоматизации цехов и участков посредством MES, предпочтительно начать с MES, по­сле чего внедрять ERP.

Для предприятий с объемом производства более 100 млн. долларов в год целесообразно начинать автоматизацию организационного уровня производст­ва с ERP - системы, после чего в производственных подразделениях внедрять MES.

Интегрированную автоматизированную систему управления промыш­ленным предприятием можно представить в виде трех взаимосвязанных уров­ней управления (рис.16.2)

При этом каждый уровень выполняет свою основную управленческую функцию:

Верхний уровень управления предприятием (административно-хозяйственный) решает стратегические задачи, а соответствующая ERP-система обеспечивает управление ресурсами в масштабе предприятия в целом, включая часть функций поддержки производства (долгосрочное планирование и стратегическое управление в масштабе: годовое, квар­тальное, месячное);

Средний уровень управления (производственный) решает задачи опера­тивного управления процессом производства, а соответствующая автоматизи­рованная система обеспечивает эффективное использование ресурсов (сырья, энергоносителей, производственных средств, персонала), а также оптимальное исполнение плановых заданий (сменное, суточное, декадное, месячное) на уровне участка, цеха, предприятия;

Низшие уровни технологического управления решают классические зада­чи управления технологическими процессами.

Каждый контур (ERP, MES, АСУТП) управления характеризуется своим уровнем интенсивности циркулирующей в нем информации, своим масштабом времени и своим набором функций:

Контур управления уровня АСУТП (технологический) является самым ин­тенсивным по объему информации и самым жестким по времени реакции, которое может составлять секунды и даже миллисекунды. В верхнем уровне слоя АСУТП происходит накопление и обработка большого числа техноло­гических параметров и создается информационная база исходных данных для MES-уровняю.

Контур управления уровня MES (оперативно-производственный) опирается на отфильтрованную и обработанную информацию, поступающую как от АСУТП, так и от других служб производства (снабжения, технической под­держки, технологических, планово-производственных и т.д.). Интенсивность информационных потоков здесь существенно ниже и связана с задачами оп­тимизации заданных производственных показателей (качество продукции, производительность, энергосбережение, себестоимость и т.д.). Типовые вре­мена циклов управления составляют минуты, часы, смены, сутки. Оператив­ное управление производством в этом контуре управления осуществляется специалистами, которые более детально, чем высший менеджмент, владеют производственной ситуацией (руководители производственных цехов, уча­стков, главные технологи, энергетики, механики и др.). В связи с этим долж­но повышаться качество и эффективность принимаемых решений в пределах делегированных сверху полномочий.

Контур управления уровня ERP (стратегический) освобождается в этом слу­чае от решения оперативных задач производства и обеспечивает поддержку бизнес-процессов предприятия в целом. Поток информации от производст­венного блока становится минимальным и включает в себя агрегированную управляющую и отчетную информацию по стандартам ERP с типовыми временами контроля (декада, месяц, квартал), а также "алармовые" сигналы, требующие немедленного вмешательства высшего менеджмента предпри­ятия.

Очевидно, что при комплексной автоматизации практически любого предприятия есть потребности в покрытии того или иного набора MES-функций средствами автоматизации. Какими продуктами это реализуется - во­прос другой, здесь возможны разные варианты. В некоторых случаях могут применяться интегрированные MES-системы, иногда эти функции могут быть реализованы в рамках той или иной функциональности ERP, возможно исполь­зование автономных продуктов, реализующих ту или иную MES-функцию. Возможно также и сочетание этих вариантов. Конкретный набор MES-продуктов для данного предприятия, с учетом его специфики и возможностей, обычно предлагают фирмы по MES-консалтингу и системные интеграторы. Один из вариантов реализации MES-проекта на производстве представлен на рис. 16.3.

Примеры MES-систем

Рассмотрим краткие характеристики наиболее распространенных MES-систем: PI System, ИУС «Орбита», Plan2 Business Solution, Simatic PCS7, Т-Factory-6.

PI System (Plant Information System) фирмы OSI Software, США - уни­версальная информационная система сбора, хранения и представления в еди­ном формате данных от различных ПЛК, DSC, SCADA-систем, устройств руч­ного ввода и пр. PI System поддерживает клиент - серверную архитектуру. Кли­ентское ПО базируется на ОС Win 9x/NT/2000/XP. Основными компонентами системы являются PI Server - БДРВ с подсистемой обработки данных, PI Sys­tem имеет свыше 250 интерфейсов для связи с ПЛК, DSC, SCADА-системами. В состав ПО клиентских приложений PI System входят:

PI DateLink - выводит данные из архива PI System в электронные таблицы MS Excel.

PI Process Book - построение мнемосхем с параметрами процесса, графиков, диаграмм.

- PI Batch View - просмотр и анализ периодических процессов.

PI АСЕ - анализ производительности и эффективности процесса в реальном времени.

- PI ACI - создание интерактивных мнемосхем для просмотра любым Web-браузером.

- Sigma Fine - анализ работы измерительных устройств.

ИУС «Орбита». Информационно-управляющая система «Орбита» разра­ботана компанией «ПЛК Системы», относится к классу MES - систем и предна­значена для непрерывных и непрерывно-дискретных производств преимущест­венно в горнодобывающей, металлургической, химической, нефтегазовой от­раслях промышленности, а также в теплоэнергетике. В системе использованы программные продукты корпорации Wonderware (InTouch, Active Factory, SuiteVoyager, InSQL, MS SQL, MS Excel) и пакет Avantis.

Система включает разнообразные базы данных знаний - регламентов вы­полнения и учета производственных операций, имеет модульную структуру, базируется на концепции рациональной автоматизации для конкретного пред­приятия с достигнутым уровнем автоматизации.

Система «Орбита» состоит из следующих функциональных модулей:

- «ЖДЖ» - информационно-диспетчерская система железнодорожного цеха.

Характер информации: сведения о незавершенном производстве на путях и о потоках сырья и продукции.

- «Хим. анализы» - информационная подсистема химической лаборатории.

Характер информации: сведения о химических и физических параметрах материалов.

- «ТЭП» - контроль технико-экономических показателей. Характер инфор­мации: текущие и плановые значения технологических и технико-экономических показателей.

- «Балансы» - ведение балансов для анализа производства. Характер инфор­мации: динамика дебалансов и факторов, их образующих.

- «НЗП» - мониторинг незавершенного производства. Характер информа­ции: динамика изменения незавершенного производства и факторов, ее об­разующих.

- «Резервуары» - мониторинг резервуарного парка. Характер информации: сведения о незавершенном производстве на складах, их входах и выходах.

- «Метрология» - планирование, учет, ремонт, поверка средств измерения и контроля. Характер информации: сведения о состоянии действующих при­борах и ходе ремонтных и поверочных работ.

Основой обработки и хранения информации данных в РВ являются сер­веры - MS SQL Server и IndustrialSQL Server.

Система Plan2Business Solution компании О Technologies. Plan2Business Solution обеспечивает представление технологической информации любому пользователю системы в реальном времени. В семейство Plan2Business Solution входят следующие программные средства:

Plan2Business Server;

Компонент Plan2Business Server, является основой Plan2Business Solution, взаимодействующей со SCADA системами Citect и FIX, базами данных реаль­ного времени Oracle и MS SQL Server, используемыми для хранения конфигу­рационных и технологических данных. Для интеграции с MS Word, Excel, Ac­cess, Internet Explorer и др. Используются открытые технологии типа MS ActiveX. В состав Plan2Business Server входят ряд клиентских приложений, на­страиваемых в соответствии в требованиями пользователя, в том числе тренды, алармы, данные для встраивания в электронные таблицы.

Кроме того, Plan2Business Server имеет встроенные средства резервиро­вания с возможностью переключения с основного на резервный и средства за­щиты информации.

Конфигурирование и администрирование Plan2Business Server осуществ­ляется с помощью Plan2Business Server Manager.

Plan2NET на основе Plan2Business Server и используя современные WEB-технологии, способен доставить информацию пользователю в любой точке сис­темы. Plan2NET имеет встроенный анализатор тревог для наблюдения за собы­тиями на производстве и их диагностики. Данные выводятся в виде трендов, номограмм, диаграмм или таблиц.

Plan2Pocket предназначен для доступа к технологической и оперативной информации с помощью средств беспроводной связи, основанной на современ­ных стандартных технологиях.

Simatic PCS7 - интегрированная система управления процессом произ­водства фирмы Siemens, Германия.

Отличительные особенности системы:

Открытая модульная система (используются интерфейсы DDE, ОРС, ODBC, SQL);

Гибкость и масштабируемость системы;

Возможность резервирования модулей системы, в том числе ПЛК, сетей, устройств ввода- вывода и системы HMI;

Соответствие международным стандартам, таким как Ethernet, TCP/IP, ОРС для обмена данными с корпоративным уровнем управления;

Наличие модульного программного пакета BATCH flexible для автомати­зации дискретных рецептурных процессов, сопрягаемого с SAP R/3.

Система обеспечивает горизонтальную и вертикальную интеграцию предприятия - от уровня датчиков до уровня управления предприятием.

Коммуникация в системе Simatic PCS7 основана на стандартах Simatic Net, Industrial Ethernet, Fast Ethernet и PROFIBUS. В качестве ОС используется Win NT. Для настройки системы PCS7 применяется Simatic-менеджер от STEP 7, а в качестве языка программирования по стандарту IEC 61131-3 используется язык SFC. Для разработки интерфейса операторской станции используется гра­фический редактор WinCC.

Система PCS7 оперирует преимущественно с контроллерами Simatic S7-400 с интерфейсом шины PROFIBUS-DP. ПЛК подсоединяется к системной шине через Industrial Ethernet. Для высокоскоростной передачи данных в систе­мах с требованиями безопасности применяется Fast Ethernet (100 Мбит/с) с ре­зервированной кольцевой структурой и физической средой - оптоволокно.

Программное обеспечение Simatic PCS7 включает интерфейс @aGlance и сервер @PCS7@aGlance, обеспечивающий доступ к данным технологического процесса для различных приложений в любое время, в том числе через сети Internet/Intranet.

InfoPlus.21 - информационная система управления в режиме РВ интегри­рована с системой Simatic PCS7.

Система «T-Factory-б» компании AdAstra Research Group (Россия).

Программный продукт T-Factory-б предназначен для автоматизации биз­нес-процессов. T-Factory-б относится к классу MES-систем и призван решать задачи учета производственных затрат, сырья и энергии, учета простоев обору­дования, расчета себестоимости продукции и др. задачи. Достоинством систе­мы является ее интеграция со SCADA-системой Trace Mode б, при разработке которых используется технология автопостроения.

Разработка проекта АСУ ТП со SCADA-системой Trace Mode 6 служит ее основой ее интеграции с MES-системой T-Factory-б. Модули T-Factory-б обес­печивают управление производственными заданиями (функции MES-систем) и управление человеческими ресурсами (HRM). Модуль ЕАМ обеспечивает учет и техническое обслуживание, получение и анализ информации об отказах обо­рудования, учет затрат энергоресурсов. Модуль HRM контролирует кадровый состав предприятия, организационные структуры предприятия, цеха, участка, позволяет грамотно планировать трудовые ресурсы для выполнения конкрет­ных задач.

Наиболее ответственным в системе является MES-модуль, в котором ин­тегрируется вся информация от АСУ ТП и модулей ЕАМ и HRM. Модуль MES позволяет рассчитать сроки выполнения заказов и корректировать их в режиме реального времени, рассчитать и корректировать себестоимость продукции, рассчитать необходимые для выполнения задания ресурсы (материальные, фи­нансовые, кадровые), а также обеспечивает передачу информации в ERP-систему предприятия.

Для хранения данных о ходе технологических и производственных про­цессов используется единая СУБД реального времени SIAD6. Предусмотрено «горячее» резервирование серверов БД защита от несанкционированного дос­тупа. Данные о технологическом процессе поступают в T-Factory-6 из МРВ Trace Mode 6, а с верхнего бизнес-уровня - от операторских станций, Web-серверов, по GSM-каналам.

T-Factory-6 содержит бесплатную инструментальную среду для разработ­ки и проверки полнофункционального проекта (до покупки лицензии с ограни­чением времени непрерывной работы).

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.

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.