На стыке экономики и технологии

ОБЗОРЫ

Автоматизация предприятия - один из основных способов повышения его эффективности и прибыльности. Как много разнообразных понятий скрывается за этими двумя словами! Для руководства компании это прежде всего ERP-система, для инженера-технолога - АСУ ТП, для конструкторов - системы CAD/ CAM/PLM, а менеджеры по сбыту представляют себе системы, автоматизирующие отношения с клиентами. В последние годы активно набирает популярность еще один класс систем автоматизации производственных предприятий, а именно системы оперативного планирования, оптимизации и управления производством (Manufacturing Execution Systems), или MES-системы.

При таком разнообразии систем автоматизации не всегда сразу понятно, что же автоматизировать в первую очередь. Наиболее разумным выглядит следующий ответ: сначала необходимо автоматизировать процессы, которые приносят предприятию основную прибыль. Если прибыль получают в бухгалтерии, то начинать надо с бухгалтерии, а если прибыль создается на производстве - автоматизировать производство. Здесь под производством в первую очередь подразумеваются цеха и участки - ведь именно от их ежедневной слаженной работы зависит в конечном счете экономическая эффективность промышленного предприятия в целом.

Необходимо отметить смещение акцентов, наблюдающееся в последнее время. От "лоскутной" объектовой автоматизации, которая, как правило, не предполагает наличия четких глобальных целей и не обеспечивает должной вертикальной и горизонтальной интеграции между различными подсистемами, предприятия переходят к целевой автоматизации, ориентированной на получение максимальной прибыли. Такая автоматизация характеризуется экономической прозрачностью и определенностью целей. Она обеспечивает гибкость управления производством и возможность управления предприятием в реальном времени, а следовательно, в этом случае можно с уверенностью рассчитывать на быстрый возврат инвестиций.

Для эффективного управления предприятием (как, впрочем, и любой другой системой) необходима своевременная и достоверная информация о состоянии дел во всех сферах деятельности - технологической, производственной, рыночной, финансовой. Вся информация должна быть переработана и представлена в виде ключевых показателей, отражающих реальную взаимосвязь экономических, производственных и технических параметров в реальном времени - в том же масштабе, в котором функционируют основные производственные процессы. Руководство получает возможность обозревать общую ситуацию на производстве, своевременно реагировать на смену обстановки, анализировать производственные и экономические показатели и тенденции их развития.

Здесь как раз и открывается широкое поле деятельности для автоматизации, призванной повысить эффективность рабочих процессов, сократить производственный цикл и издержки, а также снизить потребление ресурсов. Причем добиваться поставленных целей можно двумя путями - техническим и организационным. По первому следуют системы АСУ ТП, оптимизирующие нижний уровень - технологические процессы, а по второму идут MES-системы.

Главный вопрос, который решается с помощью MES-систем, - как оптимальным образом цеху или участку выполнить задание, поставленное отделом планирования предприятия (в этом их отличие от ERP-систем, призванных дать ответ на вопрос, что следует сделать). При этом учитываются имеющиеся ресурсы, изменяющаяся ситуация с их доступностью. Если прибегнуть к военной терминологии, то можно сказать, что системы ERP занимаются стратегическим планированием операций, а MES - тактическим.

Ассоциация MESA (www.mesa.org) предлагает следующее определение MES-системы: "...Система, состоящая из набора программных и аппаратных средств, обеспечивающих функции управления производственной деятельностью - от заказа на изготовление партии продукции и до завершения производства. Используя своевременные и точные данные, MES инициирует, ведет, реагирует на изменяющуюся ситуацию и составляет отчеты о производственных процессах по мере их протекания. Эта система позволяет обмениваться информацией о производственных процессах с другими инженерными и бизнес-подразделениями предприятия и цепочками его поставок через двунаправленные каналы связи".

Ассоциация выделяет одиннадцать типовых функций, реализуемых MES-системами (различные производители, создавая свои решения для конкретных задач и производств, вольны отказаться от части из них, но от этого MES-система не перестанет называться именно так). Что же это за функции?

1. Первая и главная - оперативный контроль состояния и распределения ресурсов: технологического оборудования, материалов, персонала, документации, инструментов и т. п. На первый взгляд налицо пересечение с задачами, выполняемыми ERP-системами, но здесь ключевое слово оперативный, означающее характерный масштаб времени, измеряемый минутами.

2. Оперативное планирование, включающее в себя детальный расчет производственных расписаний с учетом приоритетов, характеристик и способов, связанных с особенностями изделий и технологией их изготовления. Изменяющиеся условия могут требовать перерасчета расписаний по нескольку раз в день.

3. Диспетчеризация производства, обеспечивающая управление потоком выпускаемых деталей по операциям, заказам, партиям и сериям.

4. Управление документами, сопровождающими изготовление продукции, и ведение плановой и отчетной цеховой документации.

5. Сбор и хранение данных. Это неотъемлемая обязанность любой ИС, и MES-системы тут не исключение - взаимодействуя с другими ИС предприятия, они занимаются сбором, накоплением и передачей технологических и управляющих данных, циркулирующих в производственной среде предприятия. Документация может храниться в течение всего времени жизни и эксплуатации изделия. Например, внезапно могут понадобиться данные для ответа на вопрос, почему изделие, которое должно было "лететь куда надо", отправилось совсем не туда. Вместе со сбором и хранением данных решается еще одна задача (ее значение особенно подчеркивается зарубежными производителями MES) - организация безбумажного документооборота.

6. Оперативное управление персоналом с характерным временем генерации нового задания за минуты. Ситуация на предприятии может меняться очень быстро: только сегодня станок работал - и вот уже требует неотложного ремонта. Что делать токарю, пока идет ремонт? Исходя из изменившейся обстановки, MES-система должна сформировать для него новое задание, с тем чтобы обеспечить наиболее рациональное выполнение спущенного плана.

7. Анализ данных об изменениях качества продукции в режиме реального времени на основе информации, поступающей с производственного уровня, обеспечение контроля качества, выявление критических точек и проблем, требующих особого внимания.

8. Мониторинг производственных процессов, автоматическая корректировка либо диалоговая поддержка решений оператора.

9. Управление техническим обслуживанием, плановым и оперативным ремонтом оборудования и инструментов, обеспечивающее их готовность к эксплуатации.

10. Визуализация информации о месте и времени выполнения работ по каждому изделию, включающей данные об исполнителях, технологических маршрутах комплектующих, материалах, номерах серий и партий, переделках, текущих условиях производства и т. п.

11. Предоставление отчетов о реальных результатах производственных операций. Сопоставление плановых и фактических показателей.

В настоящее время имеются MES-системы от многих производителей (см. таблицу). В России представлена лишь часть этих решений. Компания RTSoft, имеющая свой центр компетенции по MES-технологиям (см. PC Week/RE, N 19/2004, c. 37), предлагает системы "Фобос", Preactor и Citect; продвижение Factelligence - прерогатива компании "Весть" (www.vestco.ru , см. PC Week/RE, N 4/2004, c. 17); PI System входит в круг интересов компании Indusoft (см. PC Week/RE, N 24/2000, c. 17), компании Klinkmann и PLC Systems занимаются системой Wonderware Factory Suite A2 (см. PC Week/RE, N 42-43/98, c. 35).

По данным ассоциации MESA, активнее всего MES-системы применяются сегодня в пищевой, фармацевтической, автомобильной, аэрокосмической промышленности, в электронике, производстве упаковки, пластмасс, резины, полупроводников, машиностроении, в том числе тяжелом, инструментальном производстве, в тонкой химической промышленности и на оборонных предприятиях. Несколько меньшее распространение они получили в производстве бумаги, в здравоохранении, строительстве, петрохимии, в типографиях, горнодобывающей промышленности и на предприятиях водо-, электро- и теплоснабжения.

К классу MES-систем относятся как узкоспециализированные решения, так и системы, которые могут применяться в нескольких отраслях промышленности. Некоторые компании поставляют коробочные продукты, в то время как другие - инструментальную среду для самостоятельной разработки завершенной системы. Другой важной чертой MES-систем является модульность: заказчик сам выбирает, какие именно функции MES ему нужны в первую очередь.

Крупнейший производитель процессоров корпорация Intel при смене кремниевых пластин с диаметра 200 мм на 300 мм поменяла также и MES-систему, управляющую процессами на фабрике. Она внедрила Applied FAB300, разработанную компанией Applied Materials (www.appliedmaterials.com) специально для этого производства. К такому шагу ее побудили требования сократить время выхода продукции, уменьшить ее себестоимость, а также увеличивающийся объем продукции. Характерными особенностями этой системы являются быстрое реагирование на изменяющиеся потребности бизнеса, способность адаптироваться к постоянно усложняющимся технологическим процессам.

Система работает на сервере HP ProLiant на базе процессоров Xeon и предоставляет открытую среду для интеграции с другими приложениями. Она выдает информацию на основе публикаций и услуг по подписке, исключая взаимодействие приложений по типу "точка - точка", а кроме того, обеспечивает в процессе обработки каждой пластины отслеживание технологических параметров, используемых в производстве, контролирует их все и сохраняет. Также контролируется состояние оборудования и инструментов, применяемых на разных стадиях технологического процесса.

Востребованность функциональности, предоставляемой MES, отчетливо вырисовывается на российском рынке. Это продемонстрировал MES-форум, проведенный в прошлом году RTSoft и вызвавший ажиотажный интерес специалистов по управлению предприятием. Компания AdAstra, разработчик отечественной Softlogic/SCADA-системы Trace Mode, включила в шестую версию своего продукта некоторые функции MES-систем, а именно возможность вычислять в реальном времени ряд экономических показателей производимой продукции, обеспечивая поддержку решений оператора.

Самой известной в России стала система "Фобос", появившаяся в 1987 г. - примерно в то время, когда возникло и большинство систем класса MES за рубежом, - и предназначенная для крупных машиностроительных предприятий. Интегрированная система технологической подготовки производства, оперативного календарного планирования и диспетчерского контроля возникла как специализированный оптимизационный пакет для расчета производственных расписаний. Свое название она получила в конце 80-х годов минувшего века, когда в нашей стране стартовал проект по запуску космических станций "Фобос-1" и "Фобос-2" к спутнику Марса. Проект этот сильно популяризировался, но закончился он, к сожалению, бесславно: связь со станциями была потеряна. Судьба же "Фобоса", напротив, сложилась вполне удачно - первые внедрения на заводах "Красный пролетарий", АЗЛК, "Коломенский ЗТС" показали, что применение оптимальных методов календарного планирования на промышленных предприятиях дает максимальный эффект в тех случаях, когда задачи конструкторско-технологической подготовки, оперативного планирования, диспетчерского контроля и управления материальными потоками решаются в комплексе.

Последующие версии системы "Фобос" включали в себя подсистему технологической подготовки как средство ввода исходных данных для расчета и подсистему оперативно-диспетчерского контроля как средство интерпретации полученных результатов. Последняя предназначалась также для сбора информации, поступающей из цеха, о состоянии станочной системы и о величинах незавершенного производства. К 1993 г. комплексная система "Фобос" эксплуатировалась на 15 крупных машиностроительных предприятиях.

По мере внедрения на производстве средств автоматизированного проектирования в технологическую подсистему "Фобос" добавлялись возможности импортирования чертежей в графических форматах, что позволило обеспечить соответствующий CAD/CAM-интерфейс.

На MES-форуме разработчик системы "Фобос" профессор Евгений Фролов продемонстрировал на реальных примерах, как коэффициент загрузки станочного парка в результате применения оптимизационных алгоритмов, заложенных в систему, увеличивается с 0,45 до 0,8. Что касается экономических показателей, то они следующие: на 15% увеличивается производительность, вдвое уменьшается объем назавершенного производства. Объемы материально-производственных запасов можно сократить на 40%. Улучшается и дисциплина поставок продукции предприятием.

В ближайшее время системы оперативного управления предприятием безусловно станут хитом на российском рынке. Ведь они являются тем самым недостающим звеном в цепочке систем управления предприятием, которое, соединяя уровни ERP и АСУ ТП, позволит перейти к полностью интегрированной полноценной АСУП.