MES-системы: взгляд изнутри / Е. Б. Андреев, И. В. Куцевич, Н. А. Куцевич
- М.: Издательство «РТСофт» - «Космоскоп», 2015. - 240 с.: илл.
ISBN 978-5-903545-21-6
Книга «MES-системы: взгляд изнутри» будет интересна руководителям и потенциальным
разработчикам MES-систем управления производством, поскольку в ней рассматриваются во
просы создания информационных управляющих систем от стандартов к процессам и к инстру
ментам разработки MES:
- для управления эффективным исполнением производственных операций;
- для регулирования, инициации и протоколирования работы предприятия по мере возник
новения событий с использованием точных текущих данных;
- для предоставления производственных операций от момента появления заказа на про
изводстве до доставки готового продукта;
-для представления наиболее важной информации о производственной деятельности
всей организации и обо всей цепочке поставок.
Появление систем планово-диспетчерского управления, систем управления производст
венными фондами, энергоресурсами не только сделало прозрачным производство, но и сфор
мировало условия создания информационно-аналитических систем, ориентированных на оп
тимизацию производства.
Представленный материал не является теоретическим, он в значительной мере основан на
многолетнем практическом опыте компании «РТСофт».
Содержание
1. Из истории вопроса.............................................................................................................. 7
2. MES-системы: базовые понятия.........................................................................................12
2.1. Позиционирование, базовые функции и структурные компоненты........................ 12
2.2. А что говорят стандарты?............................................................................................... 16
2.2.1. От SADT к стандартам IDEFx при создании комплексных систем
............. 17
2.2.2. Общие положения ISA-95.................................................................................... 17
2.3. От видов деятельности к производственным процессам и MES............................ 28
2.4. Оценка эффективности промышленных предприятий ............................................ 35
2.4.1. Применение KPI - прямой путь к повышению эффективности
................. 35
предприятия
2.4.2. Оценка эффективности использования производственного
......................39
оборудования на базе ОЕЕ
2.4.3. Управление простоями оборудования .............................................................. 42
2.4.4. Бенчмаркинг - одно из направлений повышения эффективности ............. 46
2.4.5. Управление отклонениями в обеспечении эффективности.......................... 48
Резюме ..................................................................................................................................... 54
3. Системы управления производственными процессами
............................................ 57
в дискретном производстве
3.1. Процессы оперативно-календарного планирования и диспетчеризации ............. 59
3.2. Инструментальные средства создания ИС ................................................................ 67
3.2.1. Назначение системы............................................................................................. 67
3.2.2. Функции системы ................................................................................................. 67
3.2.3. Структура системы ............................................................................................... 69
3.3. COTS-средства................................................................................................................. 72
3.3.1. Реализация функции оперативного планирования ....................................... 72
на базе Preactor FCS/APS
Резюме ..................................................................................................................................... 79
4. Процессы планирования, оперативно-диспетчерского управления
4.2. Оперативно-диспетчерское управление .................................................................... 81
4.2.1. Задача интеграции информационных систем ................................................ 83
4.2.2. Системы диспетчеризации.................................................................................. 87
4.2.3. СКО (система коллективного отображения) в системе................................. 93
диспетчерского управления
4.2.4. Этапы разработки АСОДУ .................................................................................. 96
4.2.5. Типовой подход к созданию АСОДУ ................................................................98
4
MES-системы: взгляд изнутри
4.3. Базовые инструменты для создания технологических
...........................................100
и диспетчерских систем
4.3.1. Системная платформа, или ОС производственного уровня
...................... 104
4.3.2. Коротко о БДРВ .................................................................................................. 111
4.3.3. Модели данных комплексной системы предприятия .................................... 115
4.4. Материальный учет......................................................................................................... 118
4.4.1. Технология применения ..................................................................................... 120
4.4.2. Расчет балансов.................................................................................................. 123
4.4.3. Сравнительные характеристики балансовых систем....................................124
Резюме .................................................................................................................................... 129
5. Процесс контроля качества продукции.......................................................................... 131
5.1. Процесс контроля качества - базовая составляющая .......................................... 131
системы менеджмента качества предприятия
5.2. Существующий уровень автоматизации контроля качества................................. 133
5.3. Информационные системы поддержки процесса контроля качества................ 134
5.3.1. Модули SPC ......................................................................................................... 136
5.3.2. ЛИМС как инструмент создания систем качества........................................ 138
Резюме .................................................................................................................................... 149
6. Процесс управления производственными активами предприятия........................ 150
6.1. О состоянии «как есть» и целях управления производственными активами ... 150
6.2. Процессы управления производственными активами............................................. 151
6.2.1. Процесс ведения НСИ, регламентной и технической документации .... 152
6.2.2. Процесс управления работами по техническому
........................................ 153
обслуживанию и ремонтам
6.2.3. Процесс управления трудовыми ресурсами
(персоналом ремонтных подразделений предприятия)
6.2.4. Процесс управления материальными ресурсами
........................................ 156
6.2.5. Анализ результатов управления производственными активами ............... 157
6.3. Выбор решения: ЕАМ-системы или модули ERP?................................................... 158
6.4. Основные факторы, определяющие сроки и стоимость внедрения .................... 160
6.5. Место ЕАМ-системы в информационном пространстве предприятия................ 161
6.5.1. ЕАМ и АСУТП ....................................................................................................... 161
6.5.2. ЕАМ и системы управления инструментальным хозяйством...................... 162
6.5.3. ЕАМ и CAD\CAM\PDM......................................................................................... 162
6.5.4. ЕАМ и ГИС ........................................................................................................... 152
6.5.5. ЕАМ и CPM/ERP/OLAP ....................................................................................... 152
6.6. Описание существующих решений ............................................................................ 153
6.7. Экономический эффект от внедрения ЕАМ-систем ............................................... 157
Резюме .................................................................................................................................... 158
7. Процесс управления энергоресурсами.......................................................................... 159
7.1. Основные предпосылки создания АСУЭ ПП ............................................................ 159
7.2. Характеристика объекта автоматизации ................................................................... 160
7.2.1. Состав энергооборудования промышленных предприятий ........................ 160
5
СОДЕРЖАНИЕ
7.2.2. Особенности энергооборудования как объекта автоматизации................162
7.2.3. Особенности создания систем энергоснабжения предприятий............... 163
7.3. Цели и функциональные задачи создания АСУЭ ................................................... 163
7.4. Структура АСУЭ и архитектурное решение.............................................................. 167
7.5. Прикладные и расчетные задачи................................................................................168
Резюме ................................................................................................................................... 173
8. Оптимизация процессов производства и процессов
............................................. 175
управления производственными фондами
8.1. Системы оперативной оптимизации производственных процессов .................... 176
8.1.1. Определение стационарного состояния......................................................... 177
8.1.2. Предварительная обработка данных .............................................................. 178
8.1.3. Согласование данных........................................................................................ 178
8.1.4. Оптимизация........................................................................................................ 179
8.1.5. Процедура оперативного моделирования ..................................................... 179
8.1.6. Основа моделирования потоков и последовательности
.............................180
технологических процессов
8.2. Управление техническим состоянием и целостностью ГТС................................... 182
8.2.1. Описание и характеристики процесса управления целостностьюГТС . . 183
8.2.2. Цели и задачи процесса управления целостностью объектов ГТС ........... 188
8.2.3. Структура показателей целостности ГТС....................................................... 192
8.2.4. Организационная поддержка целостности..................................................... 196
9. Смежные системы .............................................................................................................. 206
9.1. Система безопасности................................................................................................. 206
9.1.1. Предпосылки появления систем защиты данных
........................................206
и инфраструктур систем управления
9.1.2. Методология создания систем защиты
9.1.3. Предлагаемое решение .................................................................................... 208
9.2. Система управления строительством и реконструкцией
..................................... 209
высокотехнологичных объектов АСУС ВО
9.3. Система генерации отчетов........................................................................................ 213
9.3.1. Система формирования отчетов .................................................................... 213
9.3.2. Отчетно-аналитические системы .................................................................... 214
Основные источники получения экономического эффекта
....................................... 220
от внедрения MES-систем
Экономика внедрения.......................................................................................................... 221
Литература...................................................................................................................................230
Об авторах...................................................................................................................................238
7
ГЛАВА 1. Из истории вопроса
ГЛАВА 1. Из истории вопроса
Для того чтобы глубже понять обозначенную в названии книги тематику, необходимо сде
лать краткий экскурс в историю автоматизации российских промышленных предприятий.
Эффективной эту автоматизацию, при всем нашем желании, назвать, к сожалению, нельзя.
Известно, что без понимания истории болезни невозможно вылечить больного. Так и в на
шем случае - сначала необходимо выявить причины неэффективного управления россий
скими промышленными предприятиями и только после этого попытаться найти решение,
способствующее улучшению сложившейся ситуации.
Конкретно заниматься созданием интегрированных систем управления промышленными
предприятиями в России начали всего десять лет тому назад. Наиболее широкое обсужде
ние проблемы интеграции АСУТП и АСУП в специализированной периодической прессе
пришлось на самое начало этого века - 2000-2003 гг. Чтобы не отсылать читателя к много
численным журнальным статьям для поиска ответа на вопрос «А в чем, собственно, пробле
ма?», мы взяли на себя эту трудоемкую работу, и вот что получилось.
На рис. 1 представлена типовая иерархическая структура управ
ления промышленным предприятием, характерная для подавля
ющего большинства российских предприятий второй половины
двадцатого века. Система управления была построена по треху
ровневому принципу (можно говорить и о четырех уровнях, если
выделить в качестве самостоятельного уровня объект управле
ния с датчиками (Д) и исполнительными устройствами (ИУ)).
В любой системе управления, построенной по иерархическому
принципу, предполагается движение информации в двух направ
лениях: «снизу вверх» (восходящий поток) и «сверху вниз» (нисхо
дящий поток).
АСУП
АСУТП
САУ
Информация о состоянии объекта автоматизации от различных
Объект управления
датчиков технологического режима или состояния оборудования
(ДИУ)
поступает на автоматические регуляторы (контроллеры) и частич
но в виде управляющих воздействий возвращается на исполни
тельные устройства. На этом уровне замыкаются контуры систем Рис. 1. Типовая иерархическая структура управления
автоматического управления (САУ), а информация о параметрах производственными фон
технологического процесса и состоянии оборудования поступает дами предприятия
выше - на уровень АСУТП. Здесь (в операторной/диспетчерской)
информация отображается на экранах, табло и регистрируется. Оперативный персонал
имеет возможность формировать управляющие воздействия: на регулятор - изменением
задания, на объект - в режиме ручного дистанционного управления исполнительными уст
ройствами.
Вверху, на уровне АСУП (в мировой практике этот уровень управления получил название
ERP - Enterprise Resources Planning, планирование ресурсов предприятия), имеются струк
туры, обеспечивающие финансово-хозяйственную деятельность предприятия в целом, пла
нирование и учет производства.
8
MES-системы: взгляд изнутри
Результатом их деятельности являются планы, задания, регламенты, которые в качестве уп
равляющих воздействий «спускаются» на уровень АСУТП. Вот здесь и возникает главный во
прос: а на базе какой информации все эти задания и планы вырабатывались? Дело в том,
что автоматизированным способом «поднять» оперативную информацию до уровня при
нятия стратегических решений долгое время не удавалось.
Взаимодействие между уровнями АСУТП и АСУП - вертикальная интеграция - базируется на
организации потоков информации от нижнего уровня (датчиков и контроллеров) во внутрен
ние и внешние компьютерные сети предприятия и через них - в административные системы
управления. Данная задача решается путем объединения промышленных и административ
ных сетей. Основная цель вертикальной интеграции - устранение препятствий на пути инфор
мационных потоков между уровнями АСУП и АСУТП для оперативного обмена данными.
На предприятиях автоматизированный обмен информацией часто бывал невозможен по ря
ду причин:
♦ отсутствовали физические каналы обмена данными (ЛВС - локальные вычислитель
ные сети);
♦ при наличии каналов обмена не предусматривалась возможность их стандартизации;
♦ не все технологические процессы были автоматизированы на базе современных про
граммно-аппаратных средств (много устаревших систем, подключение которых к се
ти было проблематичным);
♦ прочие причины.
В результате информация для принятия управленческих решений часто была не только не
оперативной (устаревшей), но и недостоверной (человеческий фактор).
То же самое можно сказать и о горизонтальном взаимодействии (горизонтальная интегра
ция) автономных систем автоматизации технологических и производственных процессов, а
также административных отделений цехового уровня. Не было необходимого обмена дан
ными в реальном масштабе времени между всеми подразделениями основного и вспомо
гательного производства [1].
Ничего удивительного в таком «раздрае» с точки зрения взаимодействия различных подси
стем системы управления предприятием нет. Сначала в Советском Союзе не было соответ
ствующей вычислительной техники, и об использовании ЛВС в управлении речь не шла. По
мере развития научно-технического прогресса автоматизация уровней АСУТП и АСУП ста
ла осуществляться различными коллективами специалистов, подчиненными руководителям
различных служб, автоматизация уровней была плохо скоординирована. Оба направления
не были связаны между собой ни организационно, ни физически, ни информационно. Кро
ме того, автоматизация различных уровней управления строилась на разнородных техниче
ских и программных средствах, не предусматривала возможности стандартизации каналов
обмена информацией между уровнями. Каждый уровень решал свой класс задач, и если
«наверху» не хватало информации для принятия стратегических решений по управлению
предприятием, то ее нехватку восполняли посредством телефонных звонков и записок.
Такое положение дел не могло не сказываться на эффективности функционирования пред
приятий. А промышленные предприятия из государственных постепенно превратились в ча-
ГЛАВА 1. Из истории вопроса
9
стные, и новые хозяева не хотели мириться со сложившейся ситуацией. Вот в начале 90-х го
дов и началось переоснащение предприятий.
Положительные результаты этого переоснащения на уровне АСУТП очевидны: успешно по
шел процесс замены морально и физически устаревших средств автоматизации на совре
менные и надежные микропроцессорные системы (DCS, SCADA). На предприятиях появи
лись специалисты, владеющие компьютерными системами и современными методами уп
равления, специалисты по информационным технологиям (ИТ).
Особенностью АСУТП является то, что эти системы работают с потоками данных, поступаю
щими в реальном масштабе времени, с высокой частотой (периоды опроса порядка секунд
и даже долей секунд) и из большого числа источников (от сотен до десятков тысяч параме
тров). Эта информация хранится в базах данных реального времени (БДРВ) и используется
для оперативного управления технологическим процессом. Но оперативная информация,
успешно используемая в АСУТП, далеко не всегда пригодна для верхнего уровня (АСУП).
Для решения задач автоматизации управления административно-хозяйственной деятельно
стью предприятий (АСУП) в 90-х годах также стали широко внедряться типовые системы уп
равления. По функциональным возможностям все эти системы были неравнозначны. Среди
них имелись и так называемые коробочные продукты, реализующие очень небольшое коли
чество функций (бухгалтерские, складские и т. п.), и мощные системы, способные модели
ровать происходящие на предприятии процессы управления (SAP/R3, Baan, Oracle Business
Suite). Были представлены и системы среднего класса (JD Edward’s, MFG/Pro, SyteLine,
Renaissance, Concorde XAL, SunSystems, «БОСС-Корпорация», «Галактика», «Парус», «Ре
сурс» и др.), способные реализовать достаточно большое количество функций по различ
ным направлениям - финансы, персонал, сбыт.
Особенностью всех этих систем является применение современных реляционных баз дан
ных (РБД), таких как Oracle, Informix, Microsoft SQL Server и других, наиболее хорошо при
способленных для решения задач анализа. На этом уровне нужна в основном предвари
тельно подготовленная, агрегированная информация о технологических процессах, состоя
нии оборудования, расходных показателях (данные типа средних за определенные проме
жутки времени, нарастающим итогом, объемы выработанной продукции и т. д.). Такие дан
ные должны поступать в систему гораздо реже, чем данные реального времени, но они
должны быть оперативными и достоверными.
Что же получилось в результате переоснащения на уровне АСУП? Внедрение в процесс уп
равления современных программных комплексов не принесло ожидаемого эффекта. Ос
новной недостаток таких систем заключался в том, что они изначально не могли оператив
но и адекватно реагировать на реальные проблемы производства, которые возникают на
предприятии. Системы автоматизированного планирования и управления производством
развивались из бухгалтерских систем, которые хорошо выполняют учетную роль, но не по
казывают пути совершенствования производства. А именно эта задача стояла и стоит сей
час перед большинством отечественных предприятий [2].
На практике использование даже таких мощных систем, как SAP R/3, не позволяет решать
задачу управления, а только задачу учета ресурсов. Недостаток оперативной технологиче
ской, диагностической, хозрасчетной информации становится все более актуальным и со-
10
MES-системы: взгляд изнутри
провождается требованием ее обязательного предоставления. Обычно используемый руч
ной ввод (РВ) данных приводит к тому, что данные не являются оперативными, достоверны
ми, поскольку вероятны ошибки при вводе. Минимизация субъективного фактора и повыше
ние оперативности и гарантированности доставки данных диктуют требования предоставле
ния данных в автоматизируемом режиме.
Врезка I
Пользователи информации,
или «Кому все это нужно»?
❖ Управление производством.
❖ Службы контроля.
❖ Технологические службы.
Анализ информационных потоков между систе
мами АСУП и АСУТП показал, что только незна
чительная часть данных АСУТП (от 5 до 10 про
центов) непосредственно может быть актуаль
ной для АСУП. Значительная часть данных уров
ня АСУТП перед подачей на уровень АСУП под
лежит обработке, в частности агрегированию.
❖ Ремонтные службы.
❖ Службы контроля качества.
❖ Операторы оборудования.
❖ Плановые службы.
❖ Бухгалтерия.
Врезка 2
Типовые производственные
задачи
❖ Постоянное повышение качества
продукта.
❖ Повышение объемов производства.
Все это привело специалистов к выводу о том,
что необходим «мост», через который информа
ция могла бы беспрепятственно «перетекать» на
самый верхний уровень системы управления (и
обратно), что и обеспечит вертикальную интегра
цию информационных потоков. Этот же мост сле
дует использовать и для обмена данными между
различными системами автоматизации техноло
гических и производственных процессов и управ
ленческим персоналом цехового уровня (гори
зонтальная интеграция).
❖ Повышение эффективности
производства.
❖ Снижение длительности простоев.
❖ Снижение себестоимости.
❖ Сохранение инвестиций.
Однако одного понимания необходимости такого
моста было недостаточно. Для его практической
реализации требовалось выполнение ряда объек
тивных и субъективных условий. И на стыке веков
стало возможным констатировать, что:
Врезка 3
Управление производством
Цель: Обеспечить выполнение плана в
соответствии с запланированным объе
мом производства, затратами и качест
вом продукции.
Типовые вопросы:
❖ Соответствует ли выпуск плановым
показателям? Где возникают узкие
♦ на многих предприятиях уже создана доста
точная сетевая инфраструктура (сети на уров
не предприятия, стандартные промышленные
шины на уровне АСУТП);
♦ на рынке средств автоматизации уже появи
лись специализированные программные про
дукты различных типов, в том числе и от разра
ботчиков SCADA-систем;
места?
❖ Что является причиной задержек?
❖ Соответствует ли реальная
себестоимость расчетной?
❖ Каковы последние отклонения
производственных показателей?
♦ и самое главное - проявилась заинтересован
ность практически всех служб и руководства
всех уровней управления в оперативном полу
чении объективных технологических данных
(врезка 1).
11
ГЛАВА 1. Из истории вопроса
Часто управленческие решения базируются
на интуиции и опыте. Опыт и интуиция - это
хорошо, но заметное влияние субъективного
фактора на процесс принятия решения дале
ко не всегда гарантирует взвешенное, прове
ренное решение.
Врезка 4
Службы контроля
Цель: Оптимизация процесса, соблюдение
правил техники безопасности.
Типовые вопросы:
❖ Стабилен ли данный контур управления?
Наличие же оперативных технологических
данных как исходной информации позволяет
принять качественные стратегические уп
равленческие решения для многих задач
(врезка 2).
❖ Почему сработал данный
предохранительный механизм?
❖ Каким образом вчерашние изменения
повлияли на сегодняшнюю
производительность?
❖ Почему стан №5 не запускается
Объем и степень доступа к технологической
информации зависят и от типа программного
обеспечения, используемого в управленчес
ких структурах предприятия, и от категории
сотрудников - потребителей данной инфор
мации. На врезках 3-7 указаны цели и типо
вые вопросы различных служб предприятия.
в автоматическом режиме?
Врезка 5
Технологические службы
Цель: Повышение эффективности процесса,
Вопросов у специалистов различных служб
предприятия на самом деле гораздо больше.
Чтобы на них правильно ответить, необходимо
иметь доступ к оперативной и достоверной ин
формации.
❖ Почему перегревается данный насос?
❖ Что явилось причиной подъема
температуры в регуляторе давления?
❖ Каковы параметры процесса при
высоком или низком выходе продукции?
❖ Какова связь между производственными
Вот мы и подошли вместе с читателем к мысли
характеристиками оборудования
о том, что для успешного (эффективного) функ
и стабильностью?
ционирования предприятия тремя существовавшими до недавнего времени уровнями управления (САУ, АСУТП и АСУП) не обойтись. Требу
ется промежуточный (интеграционный) уровень, способный не только объединить информаци
онные потоки предприятия (и вертикальные, и горизонтальные) и создать единое информаци
онное пространство предприятия, но и обеспечить эффективное управление производством.
Врезка 6
Врезка 7
Плановые службы
Бухгалтерия
Цель: Разработка графиков выпуска
Цель: Контроль и минимизация затрат
продукции.
производства.
Типовые вопросы:
Типовые вопросы:
❖ Как соотносится текущий коэффициент
❖ Есть ли доход от выпуска данного вида
загрузки оборудования со средним?
❖ Соблюдается ли график производства?
❖ Каковы минимальные и максимальные
показатели выпуска продукции в час?
❖ Каков фактический объем сегодняшнего
выпуска по сравнению с расчетным?
продукции?
❖ Каков текущий уровень потребления
сырья и материалов по сравнению
с предыдущим месяцем?
❖ Какова структура себестоимости
продукции в этом месяце?
MES-системы: взгляд изнутри
12
ГЛАВА 2. MES-системы: базовые понятия
2.1. Позиционирование, базовые функции и структурные компоненты
В различных источниках этот архитектурный уровень управления называют по-разному. Это
и понятно - конкретно заниматься созданием интегрированных систем управления пред
приятием в России еще только начинают, поэтому отсутствует и единая терминология.
В мировой практике сформировалась и закрепилась идеология MES-систем (Manufacturing
Execution Systems). По определению APICS (American Production and Inventory Control
Society), MES-система - это информационная и коммуникационная система производст
венной среды предприятия. Более развернутое определение дала международная неком
мерческая ассоциация MESA (Manufacturing Enterprise Solutions Association). MES-система это АСУ производственной деятельностью предприятия, с помощью которой в режиме
реального времени осуществляются контроль, документирование, планирование и оптими
зация производственных процессов, от поступления сырья до выпуска готовой продукции [3].
Используя фактические технологические данные, MES-системы поддерживают всю произ
водственную деятельность предприятия в режиме реального времени. Быстрый результа
тивный отклик на изменяющиеся условия помогает эффективно управлять производственными операциями и процессами. Кроме того, MES-системы фор
мируют данные о текущих производственных показателях, необ
ходимые для функционирования ERP-систем. Таким образом,
АСУП
MES-система - это связующее звено между ориентированными
ERP-система
на финансово-хозяйственные операции ERP-системами и опера
тивной производственной деятельностью предприятия на уровне
цеха, участка или производственной линии.
Система управления
производством
MES-система
АСУТП
SCADA, DCS
Системы
автоматического
управления (САУ)
Отсюда вытекает, что комплексную (интегрированную) автомати
зированную систему управления промышленным предприятием
следует представлять в виде четырех взаимосвязанных уровней
управления. Упрощенно структура такой системы показана на
рис. 2.
Традиционно на контроллерном уровне решается задача сбора
данных и управления устройствами низовой автоматики. Незави
симо от типа контроллерного оборудования данные для визуали
зации, формирования управляющих воздействий, подсистемы
алармов, архивирования поднимаются по стандартным протоко
лам реального времени на уровень HMI (Human Machine
Interface - человекомашинный интерфейс) SCADA-систем.
Объекты
управления
(Д, ИУ)
Рис. 2. Структура комплекс
ной автоматизированной
системы управления промы
шленным предприятием
Клиентские конфигурации HMI- и SCADA-приложений на уровне
управления технологическими процессами (АСУТП) позволяют в
реальном времени отслеживать оперативную информацию в от
дельных цехах или участках. Использование однородных подси
стем на всех участках технологического процесса позволяет до
статочно просто объединять данные на уровне управления произ-
ГЛАВА 2. MES-системы: базовые понятия
13
водством (АСУПП) на основе уже выбранного инструментального средства. На практике
«зоопарк» SCADA, DCS, HMI различных производителей систем осложняет задачу интегра
ции технологических данных, но использование стандартных прикладных протоколов реаль
ного времени делает интеграцию возможной. Современные продуктовые линейки и стан
дартные коммуникационные протоколы позволяют предоставить информацию в полном
объеме всем системам и пользователям верхнего уровня.
Производственный контур управления (АСУПП) связан с информационной и коммуникаци
онной средой, отражающей процесс производства на предприятии. Системы этого уровня
не только обеспечивают передачу данных с технологического уровня - уровня управле
ния реальными данными - в модули систем планирования ресурсами предприятия (АСУП),
но и, самое главное, позволяют управлять процессом производства более гибко, умень
шая стоимость производства и увеличивая прибыль.
Основное назначение систем управления предприятием (АСУП) - автоматизация админис
тративно-хозяйственной деятельности предприятия. В такой структуре требования миними
зации субъективного фактора и повышения оперативности и гарантированности доставки
данных выполняются, поскольку предоставление данных реализуется в автоматизируемом
режиме. Таким образом, опираясь на АСУПП, традиционные системы АСУП имеют тенден
цию превращаться, на основе поступающей с производственного уровня информации, из
систем учета административно-хозяйственной и производственной деятельности в средство
реального управления предприятием.
При этом каждый уровень управления характеризуется своей интенсивностью циркулирую
щей в нем информации, своим масштабом времени и своим набором функций.
Контур управления уровня САУ - самый жесткий по времени реакции, которое должно из
меряться долями секунд и миллисекундами. Это и понятно - здесь речь идет об автомати
ческом управлении.
Все остальные уровни системы управления предприятием - автоматизированные, т.е. чело
векомашинные. Тем не менее все они имеют отношение к реальному времени. Уровень
АСУТП - самый интенсивный по объему циркулирующей информации, но менее жесткий с
точки зрения времени по отношению к уровню САУ. Реальным временем на этом уровне яв
ляются секунды, минуты, часы. В SCADA-системах происходит накопление и обработка
большого числа технологических параметров и создается информационная база исходных
данных для вышестоящего производственного уровня. Негарантированное время реакции
на событие в технологическом процессе недопустимо. Различные каналы обмена (и их про
токолы) характеризуются соответствующими приоритетами и определяются ответственнос
тью выполняемых задач (алармы, архивы, работа с таблицами баз данных).
Оперативно-производственный уровень управления (АСУПП) опирается на объективную ин
формацию, поступающую как от АСУТП, так и от других служб производства. Интенсив
ность информационных потоков здесь существенно ниже и связана с задачами оператив
ного планирования и оптимизации заданных производственных показателей (качество про
дукции, производительность, энергосбережение, себестоимость и т. д.). Временные циклы
управления составляют минуты, часы, смены, сутки.
14
MES-системы: взгляд изнутри
Стратегический уровень управления (АСУП) освобождается в этом случае от решения опе
ративных задач производства и обеспечивает поддержку бизнес-процессов предприятия в
целом. Поток информации от производственного уровня становится минимальным и вклю
чает в себя агрегированную управленческую и отчетную информацию с типовыми (штатны
ми) временами контроля день, декада, месяц. Сюда же поступает информация об аварий
ных ситуациях, требующих немедленного вмешательства высшего управленческого персо
нала предприятия [4].
Таким образом, оперативно-производственный уровень призван решать две фундаменталь
ные задачи. Первая задача, назовем ее базовой, - это интеграция информационных по
токов и обеспечение единого информационного пространства предприятия. Вторая за
дача - реализация функций управления процессом производства.
С функциями управления производственными процессами (MES) читателю еще предстоит
познакомиться в последующих разделах. В этом же разделе предполагается подробнее ос
тановиться на решении задачи интеграции.
На рис. 3 представлена обобщенная информационная система управления предприятием.
В общем случае обмен данными между уровнями системы управления по вертикали осуще
ствляется во встречных направлениях.
АРМ специалистов
и руководителей
I
Сервер
РБД
АРМ специалистов
и руководителей
АРМ специалистов
и руководителей
АРМ специалистов
и руководителей
LIMS
PLC
SCADA
DCS
Рис. 3. Обобщенная информационная система управления предприятием
Ручной ввод
ГЛАВА 2. MES-системы: базовые понятия
15
Восходящий поток формируется производственной информацией, поступающей с техноло
гических установок, участков и цехов. В основном эта информация передается автоматизи
рованным способом от действующих АСУТП, созданных на базе систем SCADA и DCS. Ре
зультаты лабораторных анализов формируются в лабораторных информационных системах
(ЛИС, или LIMS - Laboratory Information Management System). Предусмотрен ручной ввод
данных (РВ), которые не могут быть введены в систему автоматизированным способом.
Этот поток данных обеспечивает специалистов и руководителей производственного уровня
сведениями о количественных и качественных показателях переработанного сырья и про
дуктах переработки, технологических режимах и их нарушениях, состоянии технологическо
го оборудования, потреблении реагентов и энергоносителей, затратах труда и т.д. Большая
часть этих данных является входной информацией для системы управления производством.
Этот же уровень обеспечивает передачу необходимых технологических данных в модули си
стем планирования ресурсов предприятия (АСУП).
Нисходящий поток представляет собой производственные задания, графики работы и ре
монтов, технологические регламенты, спецификации на качество вырабатываемых продук
тов и т.п. Это и позволяет управлять процессом производства более гибко, уменьшая его
стоимость и увеличивая прибыль.
Базовый или минимальный набор функций, реализуемый системой, задача которой заклю
чается в интеграции всех уровней вертикали с точки зрения информационного пространст
ва, может быть сведен всего лишь к двум основополагающим функциям:
♦ сбору, унификации, хранению, типовой обработке и предоставлению информации
заинтересованным пользователям;
♦ способности к взаимодействию с источниками данных нижнего уровня, с одной сто
роны, и системой управления верхнего уровня, с другой, для обеспечения «бесшовности» интеграции уровней управления.
Программные продукты, обеспечивающие поддержку интеграционного уровня, можно раз
делить на несколько групп: базы данных, системы представления данных, системы управле
ния производством и веб-технологии.
Вся информация должна быть размещена в едином архиве, так как дублирование данных
не допускается. В данном разделе не рассматривается вопрос, на какой платформе должен
быть создан архив - на платформе базы данных реального времени (БДРВ) или на плат
форме реляционной базы данных (РБД). Возможно и более простое хранилище данных. Вы
бор хранилища данных зависит от многих факторов. С точки зрения интеграции программ
ное обеспечение базы данных должно поддерживать как оперативные каналы обмена дан
ными (снизу), так и транзакционные обмены, свойственные системам АСУП (сверху).
В качестве средства представления данных часто используются SCADA-системы. Этот вы
бор обусловлен целым рядом причин. Здесь и наличие большого количества простых и
сложных графических объектов со средствами анимации, и подсистемы алармов, трендов.
К тому же современные SCADA-системы обеспечивают обмен информацией по стандарт
ным протоколам (ОРС, DDE, OLE, SQL) с другими системами и приложениями.
16
MES-системы: взгляд изнутри
Коммуникационные возможности в автоматизации, как правило, ограниченны. С примене
нием современных веб-технологий коммуникация становится практически неограниченной.
Отпадает необходимость в специальном программном обеспечении для представления
данных - достаточно стандартного браузера. Большинство АРМ на предприятиях создается
на базе веб-технологий. Более подробно с применением веб-технологий в автоматизации
можно познакомиться в одном из последующих разделов.
Выбор инструментальных средств (программного обеспечения) определяется прежде всего
конкретными условиями (сложившейся на предприятии структурой информационных пото
ков, используемым на разных уровнях программным обеспечением, действующими протоко
лами обмена и т.д.), а также потребностями в информации специалистов и руководителей
всех уровней. В зависимости от уже используемых на конкретном предприятии решений, от
понимания руководителями предприятия необходимости инструмента для принятия решений
формируются и другие требования к готовым коммерческим (COTS - Commercial of the Shelf)
продуктам для создания адаптированного к конкретному предприятию инструмента.
Производственные процессы уникальны для каждого предприятия, но подходы к созданию
систем управления этими процессами не столь разнообразны. Все последующие разделы
книги посвящены производственным процессам и их автоматизации. С чего же начать? Ко
нечно, со стандартов.
2.2. А что говорят стандарты?
Для качественного выполнения проектов по созданию автоматизированных систем управ
ления производственными процессами необходимы по крайней мере три следующих блока
стандартов, являющихся предметом детального анализа применительно к производствен
ным системам:
♦ Стандарты и нормативные документы общеинформационного характера, регламен
тирующие терминологию предметной области и описывающие структуру подсистем
и интерфейсы взаимодействия. По сути, они отражают лишь языковой и частично ме
тодологический аспекты моделирования процессов. К таким документам относится
методология SADT (методология структурного анализа и проектирования) [5].
♦ Документы директивного, руководящего или рекомендательного характера, напри
мер ISA-95 (ISA - International Society of Automation) по созданию систем производ
ственного уровня, описывающие терминологию, модели, интерфейсы производст
венных процессов и соответствующих информационно-управляющих систем под
держки этих процессов.
♦ Стандарты и нормативные документы, непосредственно относящиеся к результату, вы
рабатываемому процессом моделирования, а также стандарты, относящиеся к пред
метной области - отраслевые стандарты и стандарты предприятий и корпораций [6, 7].
При создании систем типа MES предлагается руководствоваться всей рассматриваемой ие
рархией документов, регламентирующих (рекомендующих):
ГЛАВА 2. MES-системы: базовые понятия
17
♦ методологию и инструменты моделирования производственных процессов;
♦ основные функции;
♦ распределение функций между MES и другими системами;
♦ объектно ориентированный подход к созданию систем в различных отраслях.
2.2.1. От SADT к стандартам IDEFx при создании комплексных систем
В настоящее время методология SADT получила широкое распространение либо в виде ме
тодологии структурного анализа и проектирования (SADT) компании SofTech, либо как
функциональный вариант в версии IDEFO, IDEF1, DFD.
Широкое применение информационных технологий для решения задач бизнеса резко акти
визировало деятельность по моделированию бизнес-процессов.
Для этого используется семейство стандартов IDEF (Integrated Computer Automated
Manufacturing Definition), идея создания которых родилась в середине 70-х годов в ВВС США
как решение проблемы повышения производительности и эффективности информацион
ных технологий, возникшей при реализации программы ICAM (Integrated ComputerAided
Manufacturing). Часть этого семейства из 14 стандартов, относящихся к методам и техноло
гиям создания моделей сложных систем и проектирования компьютерных систем, имеет не
посредственное отношение к моделированию производственных и бизнес-процессов:
♦ IDEFO (модель функций);
♦ IDEF1 и его расширение IDEF1X (информационная модель и модель данных соответ
ственно);
♦ IDEF4 (объектно ориентированные методы проектирования).
Имеется постановление Госстандарта России № 256-СТ от 02.07.2001 г. о принятии и введе
нии в действие основанных на IDEFO рекомендаций по стандартизации «Р 50-1-028-2001.
Рекомендации по стандартизации. Информационные технологии поддержки жизненного
цикла изделия. Методология функционального моделирования» (в рамках комплекса реко
мендаций по стандартизации в области CALS-технологий) [8].
2.2.2. Общие положения ISA-95
К стандартам и нормативным документам производственного характера относятся и доку
менты Международного общества по автоматизации (International Society of Automation ISA). Широко известен стандарт ISA-95, разработанный совместно с ANSI (American National
Standards Institute - национальный институт стандартизации США). Первая часть стандарта
18
MES-системы: взгляд изнутри
появилась в 1995 году и относилась к дискретному производству. С 2000 по 2005 годы бы
ло опубликовано несколько основополагающих документов этого стандарта под общим на
званием ISA-95 - Enterprise-Control System Integration (интеграция систем управления пред
приятием):
♦ ISA-95.00.01-2000, часть 1: Модели и технологии;
♦ ISA-95.00.02-2001, часть 2: Атрибуты объектной модели;
♦ ISA-95.00.03-2005, часть 3: Модели управления производственными процессами.
Затем последовала серия документов в развитие опубликованных ранее частей стандарта.
Последние версии 1-й и 2-й частей стандарта ISA-95 были опубликованы в 2010 году. Эти
документы и положены в основу настоящего подраздела.
Стандарт ISA-95 определяет терминологию и модели, используемые в интеграции MES-систем. Следует отметить также, что в отличие от стандарта ISA-88 стандарт ISA-95 охватыва
ет и непрерывное производство.
Иерархическая структура системы управления
Стандарт определяет несколько уровней иерархической структуры системы управления.
Эти уровни выполняют различные функции на различных временных отрезках (рис. 4).
Структура системы управления предприятием, предложенная в стандарте, соответствует на
шему пониманию иерархии в управлении (см. предыдущий раздел).
Представленные в стандарте модели описывают большинство функций, выполняемых на
промышленном предприятии. Чтобы выделить для описания только функции или информа
цию, относящиеся к производственному процессу, определены следующие критерии:
♦ Функция обеспечивает безопасность производственного процесса.
♦ Функция обеспечивает надежность протекания производственного процесса.
♦ Функция обеспечивает эффективность функционирования производственного про
цесса.
♦ Функция обеспечивает соответствие нормативным производственным документам.
Обобщенные функции 3-го уровня (MES)
Уровень 3 включает в себя следующие функции и виды деятельности:
♦ Составление отчетов по цехам/зонам, включая переменные издержки производства.
♦ Сбор и хранение данных о выпускаемой цехом/зоной продукции, степени использо
вания оборудования, рабочей силы, сырья, запасных частей и энергоносителей.
19
ГЛАВА 2. MES-системы: базовые понятия
♦ Сбор данных и проведение анализа в соответствии с требованиями инженерных
функций (например, статистический анализ качества, эффективности соответствую
щих функций управления и т. д.).
♦ Функции управления кадрами типа сбора сведений об использовании рабочего вре
мени (длительность, задания и т. д.), составления графиков отпусков, планирования
загрузки, развития, повышения квалификации на рабочем месте и т. д.
♦ Составление подробного плана производства, включая ремонты, транспортирование
материалов и прочие связанные с производством операции.
♦ Планирование мер по снижению издержек цехового уровня в условиях соблюдения
графика производства, разработанного верхним уровнем (административно-хозяй
ственным).
0
Бизнес-планирование
и логистика
Планирование производства,
оперативное управление
предприятия и т.д.
Управление операциями
производства
Диспетчеризация производства,
детализированное планирование
к
производства.
J
Надежность и т.п.
Утверждение основного
плана производства предприятия,
использования материалов,
поставок. Определение уровня
запасов.
Временной диапазон:
месяцы, недели, дни
@ Управление рецептами.
Эксплуатация и оптимизация
процесса производства.
Временной диапазон:
дни, смены, часы, минуты, секунды
0
Дискретное
управление
Мониторинг, автоматизированное
управление процесса производства.
Временной диапазон: часы, минуты,
секунды, миллисекунды
О
Датчики и исполнительные
механизмы, процессы производства
0
Рис. 4. Функциональная модель
Собственно процесс производства
20
MES-системы: взгляд изнутри
♦ Корректировка производственных графиков для компенсации последствий сбоев
производства.
♦ Управление производственной деятельностью.
♦ Управления техническим обслуживанием производственного оборудования.
♦ Управление лабораторией и контроль качества.
Ф Управление движением и хранением материалов.
Ф Преобразование бизнес-ориентированной информации, используемой на 4-м уров
не, в информацию, используемую на 3-м и ниже уровнях.
В стандарте ISA-95 приведено описание дополнительных функций, которые могут быть отнесе
ны как к управляющим функциям уровня предприятия, так и к производственным функциям:
1. Распределение ресурсов и управление включает в себя функциональность управле
ния ресурсами, напрямую связанную с управлением производством. Ресурсы могут
представлять собой оборудование, инструменты, материалы, людские ресурсы, докумен
ты и др. Управление ресурсами может включать также складирование ресурсов, необхо
димых для выполнения производственных планов. Функции данной области управления
позволяют определить готовность оборудования к производству, включая его размеще
ние в требуемом месте. Эти функции ответственны за отображение реального состояния
ресурсов и детальной истории их использования.
2. Диспетчеризация производства включает в себя функциональность управления мате
риальными потоками в форме работ, заказов, партий путем распределения нагрузки
между персоналом или оборудованием. Информация о распределении ресурсов обычно
представлена в виде последовательности, в которой должны быть выполнены работы, и
может меняться в соответствии с реальной ситуацией на производстве. В процессе дис
петчеризации могут меняться производственные планы с соблюдением основных пара
метров на основе информации о текущих возможностях производства.
3. Сбор и хранение информации включает в себя функциональность получения оператив
ных производственных данных, характеризующих производственное оборудование и
процессы. Функции этой области управления ответственны за отображение реального
состояния производственного оборудования и процессов и детальной истории измене
ния производственных данных.
4. Менеджмент качества включает в себя функциональность отображения данных реаль
ного времени, полученных в процессе производства и анализа, для своевременного кон
троля качества продукции и выявления проблем, требующих внимания. На основе предо
ставленной информации возможно своевременное решение возникающих проблем. Ме
неджмент качества включает также статистическое управление технологическим про
цессом и качеством (SPC/SQC - Statistical Process Control/Statistical Quality Control), авто
номный анализ производственных операций и анализ на базе лабораторной информаци
онной системы (LIMS).
ГЛАВА 2. MES-системы: базовые понятия
21
5. Процесс управления производством включает в себя функциональность мониторинга
производства и автоматическое и автоматизированное (предложение операторам решений
для изменения процесса) управление. Процесс включает также выдачу предупреждений
персоналу об изменениях процесса производства, превышающих допустимые границы.
6. Производственное планирование и отслеживание включает в себя функциональ
ность формирования производственного плана и отображения состояния производства и
распределения работ. Информация о состоянии может включать информацию о назна
чении персонала на работу, о материалах, используемых в производстве, о текущих ус
ловиях производства и другую информацию, относящуюся к производству. Функцио
нальность этого вида деятельности позволяет также отслеживать историю использования
каждого материала до конечного продукта, полученного из этого материала.
7. Анализ технических характеристик включает в себя функциональность отображения
поминутной отчетности по результатам выполнения производственных операций и срав
нение плановых показателей с фактическими показателями за прошлые периоды. Ре
зультаты анализа технических характеристик включают такие показатели, как использо
вание ресурсов, доступность ресурсов, время производственного цикла, соответствие
плану, соответствие стандартам. Анализ технических характеристик может включать
анализ статистического управления технологическим процессом и качеством и может
оперировать информацией, полученной в процессе выполнения других функций.
8. Детальное планирование включает в себя функциональность отображения установлен
ных последовательностей приоритетов, атрибутов, характеристик и производственных
планов, связанных со спецификой изделий и технологией производства. При составле
нии детального плана представляется возможным отслеживать параллельную загрузку и
сверхзагрузку оборудования для того, чтобы рассчитать точное время загрузки оборудо
вания и контролировать соответствие регламентам.
9. Ведение документооборота включает в себя функциональность отображения форм до
кументации, характеризующих производственно-хозяйственную деятельность. Формы
могут быть в виде рабочих инструкций, рецептов, программ обработки материалов, отче
тов о работе смены. Предоставляется возможность сравнивать плановые показатели с
фактическими. Инструкции направляются в производство, включая предоставление дан
ных операторам или заданий управляющему оборудованию.
10. Управление персоналом включает в себя функциональность предоставления инфор
мации о персонале с поминутным интервалом. Функции включают отслеживание време
ни работы и присутствия персонала на рабочих местах, сертификацию и позволяют вы
делить непрямые обязанности, выполняемые персоналом, такие как подготовка матери
алов, с целью начисления зарплаты на основе реального времени работы. Используя эту
информацию, можно оптимизировать работу персонала.
11. Управление техобслуживанием производства включает в себя функциональность об
служивания оборудования и производственных инструментов. Функции гарантируют до
ступность оборудования для производства. Предусмотрена возможность составления
графиков периодических и предупредительных ремонтов, предоставление информации
о проведенных ремонтах.
22
MES-системы: взгляд изнутри
Приведенные выше дополнительные функции есть не что иное как 11 типовых обобщенных
функций MES-систем, которые определила Международная ассоциация производителей
систем управления производством (MESA International). Все они вошли в стандарт ISA-95.
Описанное деление функций позволяет на начальном этапе обследования предприятия при
внедрении MES-системы выделить области деятельности, которые могут быть обследованы
достаточно самостоятельно. Тем самым становится возможным поэтапное внедрение MESсистемы, что минимизирует усилия на последующую интеграцию выделенных областей.
Модель информационных потоков
Функциональная модель информационных потоков (потоков данных) представлена на рис. 5.
Толстая пунктирная линия представляет собой границу раздела между функциями 3-го и
4-го уровней иерархической модели. Линии со стрелками обозначают наиболее важные ин
формационные потоки управления производством.
На основе информации о принятых заказах от потребителей вырабатывается производст
венный заказ (1-2), являющийся основанием для разработки плана производства (2-3). Ин
формация о производственных мощностях необходима для подготовки плана (3-2). Расчет
себестоимости продукции производится на базе информация о затратах производства
(3-8). В целях управления отгрузкой плановые показатели должны быть известны на скла
де готовой продукции (2-7). В свою очередь, информация о готовой продукции на складе
необходима для планирования производства (7-2).
Для производства необходимы материалы и энергия (2-4). Запросы на техническое обслу
живание оборудования обеспечиваются информационным потоком (3-10). Информация о
Обработка
заказов (1.0)
Планирование
производства
.
,2-01
/'управление^
материалами и
энергоресурсами
Ч
(4.0)
У
z
Управление
производством
ч
(3-°)
Расчет
стоимости
продукции
(8.0)
Управление
перевозками
(9.0)
Управление
запасами
(7.0)
Обеспечение
качества
(6.0)
Закупки
(5.0)
/ Управление \
техобслуживанием
Ч
(Ю.0)
)
Сбыт
и продажи
ГЛАВА 2. MES-системы: базовые понятия
23
выполнении запроса на техническое обслуживание доводится до сведения заказчика
(10-3). На основе данных о производстве (3-6) осуществляется контроль качества. Резуль
таты этого контроля являются основанием для управления производством (6-3).
Думается, нет необходимости продолжать описание представленных на рис. 5 информаци
онных потоков. В действительности этих потоков гораздо больше. Следует лишь отметить,
что структура модели не отражает организационную структуру предприятия. Речь идет об
организационной структуре функций. Разные предприятия могут распределять функции
между различными структурными подразделениями.
Модель управления производственными операциями
Операции по управлению производством включают в себя деятельность, которая может
быть выполнена физическим оборудованием, человеческими усилиями и информационны
ми системами (рис. 6).
В стандарте действия по управлению производственными операциями разделены на четы
ре основных категории:
♦ управление производственной деятельностью;
♦ управление техническим обслуживанием;
♦ управление качеством;
24
MES-системы: взгляд изнутри
На рис. 6 эти категории (области) управленческой деятельности отмечены цветом (штрихов
кой). Именно эти категории и моделируются в 3-й части стандарта:
1. Модель управления производственной деятельностью включает в себя деятельность по уп
равлению собственно производством (3) и подмножество планирования производства (2).
2. Модель управления техническим обслуживанием включает в себя деятельность по уп
равлению техническим обслуживанием (10).
3. Модель управления качеством включает в себя деятельность по обеспечению качества (6).
4. Модель управления запасами включает в себя деятельность по управлению запасами, в том
числе материалами и продуктами (7), и деятельность по управлению энергоресурсами (4).
Таким образом, на рис. 6 представлены виды управленческой деятельности, отнесенные
стандартом к производственному уровню.
Например, деятельность по управлению техническим обслуживанием включает следующие
функции:
♦ Обеспечение превентивного, предупредительного технического обслуживания.
♦ Обеспечение оборудованием для мониторинга и предупреждения неисправностей,
включая и диагностическое оборудование.
♦ Определение затрат на техническое обслуживание и составление отчетов о затратах
на выполненные работы.
♦ Координация и мониторинг работ по контракту.
♦ Сопровождение затребованного технического обслуживания.
♦ Отчетность о выполненном техническом обслуживании, включая используемые за
пасные части, персонал и расходы.
♦ Координация запланированных работ с операторами и вышестоящим руководством.
♦ Обеспечение выполнения проверок производственного оборудования.
♦ Оказание поддержки при переходе на новую продукцию, которая влечет смену обо
рудования.
♦ Мониторинг и обновление файлов истории технического обслуживания.
Деятельность по обеспечению качества подразумевает реализацию следующих функций:
♦ Тестирование и проверка качества материалов (сырье, конечная и промежуточная
продукция).
25
ГЛАВА 2. MES-системы: базовые понятия
♦ Контроль возможностей оборудования для удовлетворения целей по качеству.
♦ Сертификация качества продукции.
♦ Установка стандартов качества продукции.
♦ Установка стандартов качества для персонала (сертификация и обучение).
♦ Установка стандартов для оборудования контроля качества.
На предприятии могут быть и другие виды деятельности, не рассматриваемые в данном
стандарте.
Следовательно, под категорией можно понимать вид (виды) деятельности, представленный
определенным набором функций, свойственных промышленному предприятию, его техно
логическому процессу.
Настоящий стандарт использует следующую иерархию: категория производственных опера
ций - виды деятельности - набор детальных функций или задач. Типовая модель, представ
ленная на рис. 7, относится к видам деятельности.
Типовая модель распространяется на четыре категории, перечисленные выше.
Данные
о продукции
Возможности
производства
Расписание
производства
Производственные
показатели
Составление
расписаний
Управление
ресурсами
Отслеживание
производства
Анализ
показателей
производства
Диспетчеризация
производства
Управление
данными
о продукции
Сбор данных
Исполнение
производства
Уровень 2.
Управление
технологическим процессом
Рис. 7. Обобщенная модель производственной деятельности для категорий управления производством
26
MES-системы: взгляд изнутри
Структура модели и категории не отражают организационную структуру предприятия, а
представляют собой модель деятельности. Различные предприятия могут возложить обя
занности по категориям, видам деятельности или отдельным функциям на различные орга
низационные группы (подразделения).
Тем не менее такая же модель может быть создана и для других возможных категорий про
изводственных операций.
Из рис. 7 видно, что в рамках категории к производственной деятельности относятся опре
деление ресурсов, данные о продукции, диспетчеризация, отслеживание, сбор данных, ана
лиз, подробное планирование и исполнение управления.
Обобщенная модель производственной деятельности определяет общий контур управления
производством, который начинается с плана-графика. Затем происходит его преобразова
ние в подробный план, в соответствии с которым осуществляется управление выполнением
работ, сбор данных и преобразование собранных данных в ответную информацию.
Типовая модель производственной деятельности и подробные модели, рассмотренные в
стандарте, не предназначены для фактического внедрения в производственные информа
ционные системы. Однако они служат последовательной основой для таких систем. Цель
этих моделей состоит в том, чтобы идентифицировать возможные потоки данных в рамках
производственных категорий.
Овалы в модели указывают на виды деятельности, линии со стрелками указывают на пото
ки информации, которой обмениваются между собой различные виды деятельности. На
рис. 7 отображены не все информационные потоки. В конкретной реализации информация
о любой деятельности может потребоваться любой другой деятельности. Есть информаци
онные потоки и между различными категориями.
При рассмотрении типовой модели речь не идет об организационной структуре системы, о
структуре программного обеспечения или персонала. Модель предназначена для иденти
фикации видов деятельности, для определения ролей, связанных с видами деятельности.
Модель определяет то, что должно быть сделано, а не как это должно быть организовано.
Различные подходы к организации предприятия влекут за собой и различное распределе
ние ролей персонала или систем.
Рассмотренные в стандарте производственные модели являются обобщенными. Разграни
чение ролей (полномочий) между третьим и четвертым управленческим уровнем определя
ет само предприятие исходя из конкретной ситуации: сложившейся на предприятии сетевой
инфраструктуры, ролевых функций специалистов и руководителей, количества работающих
и многого другого. Таким образом, граница между тем, какие из операций по управлению
производством, техническим обслуживанием, качеством и запасами выполняются персона
лом 3-го уровня и персоналом 4-го уровня, не является инвариантной.
Рис. 8 наглядно это подтверждает. На рисунке пунктирные линии А, В, С, D, Е - возможные
линии разграничения ответственности между персоналом 3-го и 4-го уровня управления.
27
ГЛАВА 2. MES-системы: базовые понятия
Данные
о продукции
Возможности
производства
Расписание
производства
Производственные
показатели
Составление
расписании
Управление
ресурсами
Отслеживание
производства
Анализ
показателей
производства
Диспетчеризация
производства
Управление
данными
о продукции
Сбор данных
Исполнение
производства
"*
Оборудование
и техпроцесс. Правила
производства
Операционный
персонал
Оперативная
реакция
Данные об
оборудовании
и процессах
Уровень 2.
Управление
технологическим процессом
Рис. 8. Возможные границы ответственности персонала 3-го и 4-го уровня
Каждому предприятию, решившемуся на внедрение модулей MES-уровня, еще предстоит
определить эти границы в процессе обследования сложившихся информационных потоков.
Даже на однотипных предприятиях эти границы могут быть различными - каждое конкрет
ное предприятие действительно уникально. Но это совсем не означает, что надо отказаться
от поиска унифицированного подхода к автоматизации производственной деятельности.
И эта книга - яркое тому подтверждение. А кто ищет, тот всегда найдет.
Выводы
Стандарт ISA-95 описывает большинство функций, реализуемых при управлении промыш
ленными предприятиями, выстраивает иерархию видов деятельности, участвующих в управ
лении производством.
Модель информационных потоков предназначена для того, чтобы выработать общее пони
мание функций и потоков данных, участвующих в обмене информацией.
Модель управления производственными операциями является формальной и устанавлива
ет общую терминологию для элементов обмена информацией. Все функции сгруппированы
по видам деятельности и категориям.
Обобщенная модель управления производственными операциями определяет стандартный
шаблон, который может быть применен к различным категориям управления.
В стандарте ISA-95 подчеркивается, что ни модель управления производственными опера
циями (категории), ни обобщенная модель производственной деятельности в рамках опре-
28
MES-системы: взгляд изнутри
деленной категории не затрагивают организационную структуру предприятий. Речь идет
лишь об идентификации видов деятельности, об определении ролей, связанных с видами
деятельности, об организации функций, связанных с управленческой деятельностью. Каж
дое предприятие может распределять описанные функции между различными подразделе
ниями в соответствии с организационной структурой.
Цель стандарта состоит в том, чтобы сократить риск, стоимость и ошибки, связанные с вне
дрением систем управления производственными операциями.
Каждый вид деятельности, описанный в стандарте, представляет собой набор действий, вы
полняющихся на производстве в ответ на требования бизнес-уровня. Это значит, что про
граммные продукты класса MES должны иметь модули, способные реализовать функцио
нальность, необходимую для ответа на эти требования.
2.3. От видов деятельности к производственным процессам и MES
Функционирование промышленного предприятия представляет собой реализацию целого ря
да видов деятельности, осуществляемых различными структурными подразделениями. Неко
торые виды деятельности относятся к прерогативе третьего (MES) уровня - управление собст
венно производством, управление техническим обслуживанием, управление качеством и т. д.
Обязанности по реализации различных видов деятельности каждое предприятие возлагает
на структурные подразделения или группы в соответствии со сложившейся организацией.
Каждый вид деятельности представляет собой набор функций, которые реализуются персо
налом в некоторой последовательности (как правило, типовой). Правила реализации функ
ций прописаны в нормативно-регламентной базе.
Итогом осуществления любого вида деятельности является результат, направленный на до
стижение стратегической цели предприятия.
Для реализации контроля за ходом деятельности и полученными результатами руководст
вом предприятия назначаются руководители, которые управляют вверенными им видами
деятельности в случае отклонения полученного результата от заданного.
Из всего сказанного выше вытекает, что каждый вид деятельности предприятия можно предста
вить в виде рабочего процесса, направленного на реализацию определенного набора функций
в соответствии с нормативно-регламентной базой и имеющего целью достижение результата.
Итак, мы вплотную подошли к понятию процессного подхода к управлению. Сегодня уже
можно утверждать, что процессный подход - это та база, которая необходима современной
компании для выживания в условиях обострения конкуренции, для быстрого реагирования
на изменения динамичной окружающей среды.
Наибольшую трудность в понимании, что такое процессный подход к управлению, вызыва
ет само понятие «процесс». В русском языке это слово имеет слишком много значений и от-
29
ГЛАВА 2. MES-системы: базовые понятия
тенков. В терминах стандарта ISO 9000:2000 процесс - это совокупность взаимосвязанных
или взаимодействующих видов деятельности, преобразующая входы в выходы [9].
Это определение носит общий и неконкретный характер. Ситуация проясняется в другом оп
ределении, авторами которого являются М. Хаммер и Д. Чампи [10], создатели технологии
реинжиниринга бизнес-процессов. В соответствии с этим определением, бизнес-процесс это совокупность различных видов деятельности, в рамках которой на входе используется
один или более видов ресурсов и на выходе создается продукт, представляющий ценность
для потребителя.
Не будем утверждать, что это самое удачное определение процесса. Сегодня в периодиче
ской прессе можно найти еще десяток определений. Но в определении М. Хаммера и
Д. Чампи содержатся основные компоненты - виды деятельности, ресурсы и результат, име
ющий ценность для потребителя.
В рамках процессного подхода к управлению, который рассматривает предприятие как си
стему взаимосвязанных процессов (стандарт ISO 9001:2000), понятие бизнес-процесса яв
ляется центральным.
Бизнес-процесс состоит из последовательности операций (функций), которые выполняют
сотрудники предприятия для достижения цели бизнес-процесса. Функция бизнес-процесса,
в свою очередь, может представлять собой отдельный бизнес-процесс. Таким образом, су
ществует некоторая иерархия бизнес-процессов.
Каждый бизнес-процесс должен включать в свой состав целый ряд ключевых понятий (рис. 9):
♦ входы процесса;
♦ выходы процесса;
Под входами процесса понимаются данные о сырье, продукции и т. д., которые преобразу
ются в выходы процесса в ходе его выполнения. Часто выходы одного процесса являются
входами для другого.
Выходы процесса - это информация о продукции или услуге, ради которых существует
процесс.
Потребитель - потребитель результатов процесса, степень удовлетворенности которого
предназначена для оценки эффективности процесса.
Хозяин (владелец) процесса - должностное лицо, несущее ответственность за ход и ре
зультаты процесса. Владелец процесса является обязательным атрибутом бизнес-процесса, поскольку в противном случае процесс будет неконтролируемым.
Владелец процесса - это роль должностного лица. Владельцами производственных про
цессов назначаются в соответствии с организационной структурой главные специалисты и
руководители предприятия. Распределение ролей между должностными лицами, предпи
санное организационной структурой предприятия, представляет собой так называемую
ролевую модель.
Ресурсы выделяются в распоряжение хозяина процесса для его проведения. Они могут
включать в себя как оборудование (производственное, контрольно-измерительное, офис
ное и др.), так и персонал, помещения, транспорт, связь, вспомогательные материалы, фи
нансы, документацию.
Владелец процесса наделяется соответствующими правами. Наряду с этим он, и только он
один, несет ответственность за эффективность процесса - это одно из незыблемых правил
процессного подхода к управлению.
Нормативно-регламентная база - это документы, регламентирующие работу бизнес-процесса, должностные инструкции, методики. На каждую операцию внутри процесса разраба
тывается рабочая инструкция, которая подробно описывает, каким образом осуществляют
ся работы внутри операции, как используется оборудование и программное обеспечение.
Показатели эффективности - характеристики (информация), по которым хозяин процес
са и высшее руководство могут судить о том, насколько эффективно выполняется процесс
и достигаются ли запланированные результаты. В качестве таких показателей выступают
ключевые показатели эффективности (КПЗ).
Образно говоря, процессное управление - это четкое распределение ответственности, ре
сурсов и информации для принятия управленческих решений, прозрачная отчетность на ба
зе ключевых показателей эффективности, а также заинтересованность персонала в резуль
татах своей работы.
В стандартах и периодической прессе закрепился общий термин «бизнес-процесс». Так как
настоящая книга посвящена производственному уровню, то применительно к нему в даль
нейшем речь будет идти о производственных процессах. Они могут быть частью «сквоз
ных» бизнес-процессов предприятия или ограничиваться рамками производственного уров-
ГЛАВА 2. MES-системы: базовые понятия
31
ня. Соответственно, все ключевые понятия бизнес-процессов в равной степени относятся и
к производственным процессам.
Можно выделить несколько основных производственных процессов, свойственных промыш
ленным предприятиям. В соответствии со стандартом ISA-95, к ним относятся: процесс уп
равления собственно производством, процессы управления ресурсами, например управле
ния техническим обслуживанием, процесс управления энергоресурсами и др. Процесс уп
равления производством включает процессы оперативного планирования, диспетчериза
ции, управления качеством.
Этими процессами, естественно, не ограничивается перечень производственных процессов
конкретного предприятия. Специфика предприятий обуславливает и другие виды деятель
ности, а значит, и другие производственные процессы. Количество процессов зависит от
особенностей технологической схемы производства, количества работающих и оргструкту
ры предприятия.
О функциях управления некоторыми видами деятельности (производственными процесса
ми) уже говорилось в предыдущем разделе. А сейчас поподробнее остановимся на управ
лении процессом собственно производством. В соответствии со стандартом ISA-95, функ
ции управления производством охватывают большинство функций, связанных с производ
ственными операциями и управлением.
Функции управления производством обычно включают в себя:
♦ управление процессом преобразования сырья в конечный продукт в соответствии с
планом производства;
♦ осуществление инженерной деятельности и корректировка планов;
♦ предоставление отчетов о выпуске продукции и о затратах;
♦ оценка ограничений производственных мощностей и качества;
♦ самотестирование и диагностика производственного и управляющего оборудования.
Управление производственными операциями - это набор функций управления всеми про
изводствами в пределах завода или цеха:
♦ производство продукции в соответствии с планом и номенклатурой;
♦ отчетная информация по производству продукции и ресурсам;
♦ мониторинг оборудования, измерительной аппаратуры и определение потребности в
техническом обслуживании;
♦ подготовка оборудования для технического обслуживания и его возврат в эксплуата
цию после ремонта;
♦ выполнение диагностики и самодиагностики производственного и управляющего
оборудования;
♦ балансировка и оптимизация производства в рамках завода или цеха.
32
MES-системы: взгляд изнутри
Внимательно ознакомившись с вышеперечисленными функциями, можно обнаружить це
лый ряд функций, свойственных диспетчеризации производства. Таким образом, диспетче
ризация - один из основных производственных процессов в рамках управления производ
ством. Процессу диспетчеризации свойственны все атрибуты производственного процес
са - входы, выходы, показатели эффективности, наличие владельца.
Цель (выход) у каждого производственного процесса своя. Например, для процесса управ
ления техническим обслуживанием целью может быть выполнение планово-предупреди
тельного ремонта в заданный срок и с запланированными затратами, для процесса управ
ления качеством - выпуск продукции, соответствующей стандарту предприятия, и т. п.
Прочитав все вышесказанное по поводу процессного управления, многие читатели могут
задать справедливый вопрос: «Почему предприятия, применяя устаревшие подходы в уп
равлении, не соответствующие требованиям ISO, до сих пор находят сбыт своей продукции
и успешно ведут свой бизнес? Зачем тогда что-то менять в системе управления, например
внедрять процессный подход и другие требования ISO?»
Ответ достаточно прост: в России пока заметное число предприятий находится на одном
(одинаково низком) уровне развития своих систем управления. В этой ситуации прямые кон
куренты, как правило, качественных преимуществ друг перед другом не имеют.
О преимуществах не спорят - так отреагировали западные компании на процессный под
ход к управлению, появившийся около 20 лет назад. Сейчас практически все компании на
иболее развитых стран завершили переход на процессное управление и внедрили системы
класса workflow (управление потоками работ) для интеграции своих ресурсов.
В России процессный подход пока не получил такого широкого распространения. Да, вне
дрение процессного подхода требует пересмотра устоявшихся взглядов на принципы уп
равления, изменения иерархической структуры предприятия, ломки стереотипов. Именно
это обычно и считается причиной тех проблем, с которыми сталкиваются российские
предприятия в попытках перехода на процессное управление. К тому же есть множество
неуспешных примеров его внедрения (30-70 процентов попыток внедрения по различным
данным).
Авторы не ставят перед собой задачу агитации читателя за процессный подход к управле
нию. Каждый решает для себя эту проблему сам. Но если руководство предприятия со
гласно с репликой «Качественная продукция? Зачем? Берут любую!», то ему не надо ло
мать голову над внедрением процессного подхода. В таком случае лучше внедрять сис
тему CRM (CRM - система, нацеленная на совершенствование работы с клиентами, а не
производства).
Процессный подход изначально нацелен на совершенствование производства. Не случай
но одним их основополагающих принципов этого подхода является ориентация на потреби
теля. А сам стандарт ISO 9001:2000, рассматривающий предприятие как систему взаимо
связанных процессов, называется «Системы менеджмента качества. Требования» (рис. 10).
Согласно этому стандарту организация должна:
ГЛАВА 2. MES-системы: базовые понятия
33
1. Выявить процессы, необходимые для системы менеджмента качества и их применения
внутри организации.
2. Определить последовательность этих процессов и их взаимосвязь.
3. Определить критерии и методы, необходимые для обеспечения уверенности в результа
тивности как самих процессов, так и их управления;
4. Обеспечить уверенность в наличии ресурсов и информации, необходимых для поддерж
ки хода реализации этих процессов и их мониторинга.
5. Наблюдать, измерять и осуществлять анализ этих процессов.
6. Проводить мероприятия, необходимые для достижения запланированных результатов и
постоянного улучшения этих процессов.
Рис. 10. Модель системы менеджмента качества, основанная на системном подходе
Применение процессного подхода рассматривается в мире как одно из ключевых условий
успешного функционирования организации, как одна из базовых концепций современного
менеджмента.
Не случайно внедрение процессного подхода является ключевым требованием стандарта
ISO 9001 (п. 1). Считается, что если организации удалось ввести процессный подход по-на
стоящему, то можно сказать, что 90 процентов соответствия требованиям стандарта ISO
9001 уже достигнуто. Все остальное - локальные вопросы, которые могут быть решены вла
дельцами процессов.
Среди преимуществ процессного подхода можно отметить:
♦ Прозрачность процессов за счет их описания и разумной формализации.
♦ Ориентированность на клиента.
34
MES-системы: взгляд изнутри
♦ Нацеленность на результат.
♦ Гибкость, более оперативное принятие решений, проведение инноваций в связи с из
менением внешней среды.
♦ Предоставление возможности руководителям заниматься своими прямыми обязан
ностями - организацией эффективного управления и стратегией развития, а не «те
кучкой».
♦ Стиль управления - делегирование полномочий и наделение ответственностью.
♦ Четкая система единоначалия - один руководитель сосредотачивает в своих руках
руководство всей совокупностью операций и действий по процессу, направленных на
достижение поставленной цели и получение заданного результата.
♦ Возможность построения эффективной системы мотивации, направленной на макси
мальный учет результатов работы.
♦ Не критичность для компании смены работников, поскольку есть механизм переда
чи знаний новым сотрудникам (регламенты бизнес-процессов).
Все это и способствует повышению эффективности, подтвержденной ключевыми показате
лями (КПЗ).
Информация к размышлению. Россия - полноправный член ВТО. Российским предприяти
ям, как производящим продукцию на экспорт, так и целиком ориентированным на нацио
нальный рынок (который уже стал частью международного по общим правилам для стран членов ВТО), уже необходимо подтверждение соответствия своей продукции международ
ному стандарту качества ISO 9001:2000. Всем отечественным предприятиям придется этот
сертификат получать. Кстати сказать, у многих предприятий он уже есть. Но его каждые три
года надо подтверждать. Соответствующий орган находится за границей, поэтому рассчи
тывать на привычный для русского менталитета способ получения и подтверждения серти
фикатов и лицензий не приходится. Но так думают «там», а в России на этот счет есть соб
ственное мнение.
В начале второго раздела (раздел 2.1) MES-уровень рассматривался прежде всего как ин
теграционный. Речь шла о создании единого информационного пространства предприятия.
С этой целью для сбора данных необходимо было организовывать доступ к различным ис
точникам информации, имеющимся на предприятии (SCADA-системам, DCS, контролле
рам, LIMS и т. п.). Для хранения собранных данных и их обработки требовалось ведение ар
хива (БД). Для связи с верхним уровнем (ERP) и другими сторонними системами нужна бы
ла поддержка интерфейсов взаимодействия.
Вышеперечисленные функции, список которых можно продолжить, являются базовыми (не
специализированными) и свойственны производственному уровню в целом. Все это - жела
емая информационная инфраструктура, которую многие предприятия на сегодняшний день
уже имеют. Но это не полноценная MES-система, так как она еще не наделена собственно
производственными функциями.
ГЛАВА 2. MES-системы: базовые понятия
35
Так где же заканчивается оболочка и начинается ядро, обслуживать которое и призваны
MES-системы? Стандарт ISA-95 четко проявил основные функции (производственные про
цессы), входящие в компетенцию MES-систем.
Однако функционал MES очень широк. Нельзя сделать все сразу - надо выделить приори
тетные задачи. С другой стороны, из того перечня одиннадцати функций, что предлагает
ISA-95 (MESA), на предприятиях какая-то часть уже может оказаться реализованной. Одни
функции закрывает ERP-система, другие - собственные разработки.
Да, решать одновременно все проблемы нельзя, но надо, по крайней мере, видеть все по
тенциальные области применения создаваемой системы управления производством. А уви
деть их желательно уже на стадии обследования предприятия. Именнообследование долж
но стать той базой для обоснования подходов и способов решения конкретной проблемы и
обеспечить комплексное видение всей совокупности вопросов, касающихся целесообраз
ности построения MES-системы.
Конкретные задачи, которые нужно в первую очередь решать на уровне MES, во многом за
висят и от специфики предприятия. Для производственных предприятий, а именно о них и
идет речь в книге, часто первостепенными задачами становятся мониторинг и диспетчери
зация.
Поводя итог, следует отметить, что, наряду с интеграционными функциями, третий уровень
иерархической структуры управления предприятием начинает играть полноценную роль уп
равленческого уровня - уровня управления производственными процессами, автоматиза
ции которых и будут посвящены последующие главы книги.
2.4. Оценка эффективности промышленных предприятий
2.4.1. Применение KPI - прямой путь к повышению эффективности
предприятия
Авторы отдают себе отчет в том, что аббревиатура KPI (Key Performance Indicators - ключе
вые показатели эффективности, КПЭ) хорошо знакома большинству читателей. Есть пони
мание и того, что оду этому инструменту можно петь бесконечно. Однако умолчать об этом
чрезвычайно эффективном методе управления в данной книге просто невозможно.
Традиционное измерение эффективности деятельности предприятия, опирающееся только
на финансовые показатели, полученные из систем бухгалтерского учета, устарело и не да
ет полной картины состояния предприятия, не позволяет построить точный прогноз его раз
вития.
В настоящее время наиболее популярной и признанной в мире концепцией управления ре
ализацией стратегии компании является сбалансированная система показателей (ССП,
Balanced Scorecard - BSC). История создания этой концепции уходит в начало 90-х, а ее ав
торами считаются Д. Нортон и Р. Каплан (США).
36
MES-системы: взгляд изнутри
ССП - это механизм последовательного доведения до персонала стратегических факто
ров успеха, целей компании и контроль их достижения через ключевые показатели эффек
тивности. Основной принцип, положенный в основу ССП: управлять можно только тем, что
можно измерить. И КПЗ являются, по сути, измерителями достижимости целей, а также ха
рактеристиками эффективности бизнес-процессов и работы каждого отдельного сотрудни
ка. Поэтому ССП - инструмент не только стратегического, но и оперативного управления.
В концепции ССП определены четыре основных аспекта деятельности компании - четыре
группы стратегических целей, достижение которых оценивается ключевыми показателями
(рис. 11):
♦ финансовая;
♦ клиентская;
♦ внутренние бизнес-процессы;
♦ обучение и развитие.
ФИНАНСОВЫЙ
ОБСЛУЖИВАНИЕ
КЛИЕНТОВ
МЕНЕДЖМЕНТ
Интегральные
показатели
ПРОИЗВОДСТВО
Эффективность,
ПАРАМЕТРЫ
РОСТА
Качество процесса
Рис. 11. Четыре группы стратегических целей ССП
Не углубляясь в теорию ССП, следует лишь подчеркнуть, что среди групп целей совершен
но естественно находится и группа, относящаяся к производству. ССП способствует пред
приятию в оптимизации собственных бизнес-процессов и связывает эти бизнес-процессы со
стратегией, так как эффективность основных бизнес-процессов определяет показателями
эффективности предприятия в целом.
Внедрение ССП помогает предприятию:
♦ «связать» стратегию и тактику - стратегические цели компании с бизнес-процессами
и повседневными действиями сотрудников;
♦ с помощью КПЗ оценивать:
а) результаты деятельности с точки зрения реализации стратегии, достижения стра
тегических целей;
б) эффективность бизнес-процессов, подразделений, включая отдельных сотрудни
ков, а также всего предприятия в целом;
♦ более четко прогнозировать, а при умелом использовании и упреждать возникнове
ние проблем.
ГЛАВА 2. MES-системы: базовые понятия
37
Распределение КПЭ по уровням организационной структуры гарантирует, что деятельность
на каждом уровне компании происходит согласно целям предприятия, определенным руко
водством. Соответствие КПЭ целям предприятия в свою очередь повышает управляемость
организацией в целом.
Итак, КПЭ - это измерители, показывающие степень достижения стратегических и опера
тивных целей предприятия. Однако это и средство для оценки результативности и эффек
тивности бизнес-процессов. Наконец, КПЭ являются также и инструментом измерения ра
боты каждого отдельного сотрудника, создающим, таким образом, эффективную систему
мотивации и стимулирования сотрудников компании.
Основные требования к КПЭ:
♦ ограниченное количество;
♦ единство для всей организации;
♦ измеримость, возможность дать показатель в цифровом выражении;
♦ прямая связь с важнейшими факторами успеха;
♦ подконтрольность, т. е. возможность влиять на факторы;
♦ стимул для сотрудников.
Количество КПЭ должно быть ограниченным (для реальности их выполнения и качества мо
ниторинга). По рекомендации многих специалистов, нужно использовать от 10 до 20 пока
зателей, не более. При большом числе показателей система отчетности становится тяже
лым и неповоротливым инструментом. Кроме того, выбранные КПЭ должны стимулировать
сотрудников на осуществление соответствующих действий.
Основные функции КПЭ:
♦ выявление закономерностей развития бизнеса в целом и отдельных его бизнес-про
цессов;
♦ предоставление менеджменту базы данных для поиска узких мест в бизнесе;
♦ помощь в принятии управленческих решений;
♦ представление в доступной и наглядной форме влияния того или иного процесса на
результат;
♦ оценка работы каждого сотрудника и структурного подразделения;
♦ мотивация людей на достижение результатов;
♦ содействие разработке адекватной системы обучения, направленной на повышение
профессионализма.
38
MES-системы: взгляд изнутри
Система ключевых показателей эффективности - это инструмент информационного обес
печения процесса принятия управленческого решения. Поэтому система КПЭ должна не
только обеспечить расчет показателей в цифровой форме, но и предусмотреть возмож
ность их интерпретации с целью выявления узких мест в производственном процессе.
Внедрение системы КПЭ - процесс достаточно болезненный, требующий не только времени,
но и последовательности, а также уверенности в правильности выбранного шага. Каплан и Нор
тон в своей работе «Сбалансированная система показателей. От стратегии к действию» ука
зывали, что 16 недель - достаточный срок для установления работающей сбалансированной си
стемы показателей с использованием КПЭ. Но в России эти 16 недель часто выливаются в 16 и
более месяцев. А кто-то вообще сказал, что КПЭ - это образ жизни, а не разовое мероприятие.
Основой для разработки КПЭ являются стратегические цели компании и бизнес-модель
(организационная структура и ключевые бизнес-процессы).
Для достижения поставленных целей необходимо решить определенный комплекс задач.
Например, необходимо увеличивать мощности, инвестировать в улучшение технологий, по
вышать качество продукции, изменять ассортимент продуктов, сокращать расходы на сы
рье, снижать трудозатраты, уменьшать управленческие расходы, повышать производитель
ность труда и т. п. Эти задачи и обуславливают конкретные показатели эффективности, ко
торые позволяют идентифицировать изменения в компании и служат подтверждением того,
что цель достигнута.
Для отобранных КПЭ разрабатываются процедура и форматы отчетности.
Выбор системы КПЭ определяется не только стратегическими целями, но и спецификой
промышленного предприятия и его подразделений.
Например, для одного из руководителей верхнего уровня предприятия (завода) - директора
по производству может быть применена следующая система КПЭ: себестоимость производ
ства, производительность труда, использование мощностей, запасы незавершенного произ
водства и готовой продукции, выполнение плана по отгрузкам.
Для нефтедобывающего предприятия стратегической задачей является повышение уровня
добычи нефти, что выражается в повышении дебета скважин, сокращении потерь при добы
че и снижении себестоимости нефти. Поэтому для цеха капитального ремонта скважин
(КРС) устанавливаются КПЭ, которые имеют не только непосредственное отношение к стра
тегическим задачам компании в целом, но и отражают специфику конкретного подразделе
ния. В процессе проведения капитального ремонта скважина «консервируется», соответст
венно, время простоя определяет издержки упущенных возможностей по добыче. Произ
водственная эффективность подземного ремонта определяется приростом дебета в тоннах
на скважину, а экономическая эффективность - в удельной стоимости каждой тонны при
роста дебета как отношение стоимости ремонта к тоннам прироста дебета.
Соответственно, для данного подразделения КПЭ могут иметь следующую структуру:
♦ Общее количество дней простоя скважин (определяет издержки упущенных возмож
ностей).
39
ГЛАВА 2. MES-системы: базовые понятия
♦ Средняя продолжительность ремонта (отношение факт - план).
♦ Удельная стоимость каждой тонны прироста дебета (отношение факт - план).
♦ Количество ремонтов (отношение факт - план).
♦ Средние затраты на ремонт одной скважины (отношение факт - план).
2.4.2. Оценка эффективности использования производственного
оборудования на базе ОЕЕ
Выше уже было сказано, что система ключевых показателей эффективности - это инстру
мент информационного обеспечения процесса принятия управленческого решения. Но вла
дельцам производственных процессов и руководству предприятия важна не сама констата
ция ухудшения того или иного ключевого показателя (например, повышение себестоимости
продукции, понижение производительности труда и т. п.). Для принятия решения требуется
прежде всего знание причин, вызвавших эти ухудшения.
На производственных предприятиях одной из основных причин снижения эффективности
являются потери рабочего времени. Всем понятно, что оборудование функционирует в ус
ловиях, препятствующих повышению эффективности его использования. Часть этих усло
вий объективна: нерабочее время, плановые остановки, потери скорости на вывод останов
ленного оборудования в номинальный режим работы и т. д. Но и здесь могут возникнуть во
просы: а действительно ли все остановки проходили планово или где-то были неплановые
увеличения их длительности или количества? И если были, то в каком месте технологичес
кого процесса, когда и по какой причине?
С другой стороны, случаются неплановые простои, снижение скорости работы технологиче
ского оборудования по причинам нехватки сырья, сбоев в энергоснабжении, дефектов и от
казов оборудования. Сюда же следует добавить и периоды, когда производится брак, так
как эти периоды эквивалентны потерям производственного времени. В результате все это
ведет не только к потерям в объемах производства, растет и себестоимость, так как многие
виды затрат во время простоев и выпуска бракованной продукции остаются [11, 12].
Одним из современных подходов к повышению эффективности работы оборудования явля
ется система ОЕЕ (Overall Equipment Effectiveness - общая эффективность оборудования) -'
Большие потери
Причина
Категория
Примечание
Цель
Поломка
Потеря из-за простоев
Внеплановые простои
Свести к нулю
Настройка
Потеря из-за простоев
Смена и перенастройка инструментов
Минимизировать
Короткая остановка
Потеря скорости
Остановка на время меньше пяти минут
Свести к нулю
Снижение скорости
Потеря скорости
Работа на скорости ниже номинальной
Свести к нулю
Брак при запуске
Потеря качества
Брак на ранней стадии производства
Минимизировать
Брак при производстве
Потеря качества
Брак при обычной работе производства
Свести к нулю
40
MES-системы: взгляд изнутри
система анализа общей эффективности работы оборудования, предназначенная для кон
троля и повышения эффективности производства и основанная на измерении и обработке
конкретных производственных показателей.
Система показателей ОЕЕ базируется на представлении о шести основных причинах сни
жения эффективности оборудования: поломка (отказ), настройка (переналадка), короткая
остановка, снижение скорости работы оборудования, брак при запуске оборудования, брак
при производстве. Эти шесть причин снижения эффективности известны в мире как Six Big
Losses - шесть больших потерь (таблица 1).
Система показателей ОЕЕ в управлении фондами была предложена в конце шестидесятых
годов прошлого века японцем Накадзима, но начала использоваться за пределами Японии
только в конце восьмидесятых.
В структуре ОЕЕ уже заложена методика анализа, которая сводится к поиску проблемных
областей, будь то неоптимальная организация работы оборудования, низкая его производи
тельность или брак получаемой продукции. В результате анализа выявляется причина сни
жения эффективности, на которой необходимо сфокусировать внимание.
ОЕЕ позволяет выявить потери и причины неэффективной работы оборудования. Наличие
достоверных результатов измерения производительности фондов позволяет принимать
взвешенные решения о капитальных вложениях, обеспечивающих более быстрый возврат
инвестиций. На основе данных ОЕЕ делается вывод, можно ли улучшить производитель
ность на существующем оборудовании или же его возможности фактически исчерпаны и
для увеличения производительности необходимо новое [12].
Расчет показателей ОЕЕ
Для анализа эффективности работы оборудования разработана система КПЭ. Анализ эф
фективности берет начало с общего времени работы предприятия (РОТ - Plant Operating
Time). Второй важной составляющей является время плановых остановок (PSD - Planned
Shut Down), т. e. время, которое необходимо исключить из анализа эффективности, по
скольку производство в этот момент остановлено. Разница между общим временем работы
предприятия и временем плановых остановок называется планируемым производственным
временем (РРТ - Planned Production Time):
РРТ = РОТ - PSD
Система ОЕЕ исходит от планируемого производственного времени и анализирует потери
времени с целью их уменьшения или устранения. Существуют три основных категории по
терь: потери на остановки (DTL - Down Time Loss), потери в скорости (SL - Speed Loss) и
потери в качестве (QL - Quality Loss).
Доступность оборудования
Критерий доступности анализирует потери времени от остановок (DTL), включающие в се
бя любые внеплановые остановки: поломки и отказы оборудования, остановки из-за дефи
цита сырья или отсутствия места для складирования. Время переходов также входит в ОЕЕ-
ГЛАВА 2. MES-системы: базовые понятия
41
анализ, так как оно является одной из форм простоя. Совсем устранить время перехода не
возможно, но в большинстве случаев оно может быть сокращено. Рабочее время, оставше
еся после учета остановок, называется операционным временем (ОТ- Operating Time):
ОТ = РРТ - DTL, а критерий доступности (Availability) А = ОТ/РРТ
Производительность
Критерий производительности учитывает потери в скорости (SL), которые включают в себя
все факторы, вызывающие снижение рабочей скорости оборудования по сравнению с мак
симально возможной: износ машин, использование некачественных материалов, непра
вильная подача, неэффективные действия оператора.
Расчет критерия производительности (Performance):
Р = (TP/OT)/IRR, где:
-TP (Total Pieces) - выпуск продукции (фактическое количество единиц продукции,
выпущенное за операционное время ОТ);
- IRR (Ideal Run Rate) - норма производства (теоретически максимальное количест
во продукции, производимое в единицу времени).
Качество
Критерий качества учитывает потери в качестве (QL), которые включают в себя производст
во несоответствующей стандартам продукции.
Расчет критерия качества (Quality):
Q = GP/TP, где:
- GP (Good Pieces) - выпуск годной продукции (фактическое количество единиц год
ной продукции, выпущенное за операционное время ОТ).
Показатель эффективности ОЕЕ представляет собой произведение трех вычисленных ра
нее показателей:
ОЕЕ = A*P*Q
Наблюдение за значением ОЕЕ является отправной точкой анализа. Обнаружив, что значе
ние ОЕЕ отличается от целевого (например, упало по сравнению с предыдущем периодом),
можно определить, что повлияло на это падение. Анализируя значения каждого из трех ко
эффициентов и сравнивая их, например, со значениями за предыдущие периоды, причины
потерь эффективности постепенно локализуются.
Показатель ОЕЕ можно использовать и для сравнения эффективности однотипного обору
дования, например нескольких производственных линий. Лучший показатель в этом случае
42
MES-системы: взгляд изнутри
может стать целью, к которой надо стремиться всем остальным линиям. С помощью этого
показателя возможно и сравнение эффективности работы различных смен, работающих с
одним оборудованием.
Таким образом, показатель ОЕЕ и его составляющие демонстрируют, как с помощью про
стого алгоритма расчета и анализа можно получить ответ на важнейший для руководителя
предприятия вопрос: каким путем можно быстро и значительно увеличить выпуск продук
ции, не вводя дополнительных мощностей. ОЕЕ - это не просто показатель, а методология,
позволяющая находить узкие места.
В международной практике показатель ОЕЕ менее 65 процентов принято считать плохим,
от 65 до 75 процентов - удовлетворительным, более 75 процентов - хорошим (мировые про
мышленные лидеры имеют значения и более 85 процентов). Значения показателей ОЕЕ
лучших мировых производителей приведены в таблице 2.
Таблица 2.
Значения показателей ОЕЕ
лучших мировых производителен
Показатель
Значение
Доступность
90,0%
Производительность
95,0%
Качество
99,9 %
ОЕЕ
85,4%
Из таблицы видно, что даже предприятия, выпускающие продукцию самого высокого каче
ства, имеют большой резерв повышения эффективности производства, влияя на произво
дительность и доступность.
2.4.3. Управление простоями оборудования
Реальный производственный процесс - это десятки и сотни возможных причин потерь ра
бочего времени, а следовательно, и снижения эффективности. Можно, конечно, пробовать
устранить все причины сразу, но до сих пор это никому не удавалось. А вот установить при
чины, вносящие наибольший «вклад» в потери эффективности, вполне возможно. Следст
вие из правила Парето гласит, что 80 процентов потерь производственного времени обус
ловлены 20 процентами причин. В эти 20 процентов попадают и Six Big Losses, рассмотрен
ные выше. И не случайно борьба за эффективность работы оборудования сводится к устра
нению именно этих причин.
Управление простоями (DTM - Downtime Management) заключается в более глубоком анали
зе причин остановки работы оборудования. Фактически задача управления простоями сво
дится к нахождению промежутков времени, когда оборудование не работало или работало с
пониженной скоростью или качеством. Управление простоями и система показателей ОЕЕ
являются близкими задачами и дополняют друг друга. В силу их схожести их часто рассма
тривают в паре, и системы, решающие эти задачи, называют OEE/DTM-системами.
43
ГЛАВА 2. MES-системы: базовые понятия
В соответствии с методикой реализации систем OEE/DTM, анализ эффективности работы
оборудования включает следующие составляющие:
♦ оборудование, работа которого подлежит анализу;
♦ модель времени;
♦ деревья причин;
♦ таблицы состояний;
♦ счетчики и алгоритмы.
Соотношение реального времени производства, в течение которого оборудование может
производить продукцию, и других категорий времени, обусловленных различными потеря
ми производственного времени, представляет собой модель времени (рис. 12).
Приведенная модель времени не является фиксированной, она может быть расширена до
полнительными категориями.
Календарное время 24*365
Нерабочее
Календарное время производства
Плановый
Плановое время
простой
Неплановый
Рабочее время
Время работы с максимальной
скоростью
/
Идеальное время
производства
время
простой
Потери
скорости
Потери
качества
Рис. 12. Модель времени
Дерево причин является детализацией конкретной категории модели времени. В SIMATIC
IT OEE/DTM дерево причин может иметь до четырех уровней иерархии. В таблице 3 приве
ден пример детализации категории времени Простой (уровень 1) одного из типов оборудо
вания.
44
MES-системы: взгляд изнутри
Уровень 1
Состояние
Робота, простой
Уровень 2
Основание
Поломка, настройка
Уровень 3
Причина
Электрическая часть,
Механическая часть
Уровень 4
Детализация причины
Двигатель, ремень
Для каждой единицы оборудования можно создать свое дерево причин, но для предприятий с
большим количеством единиц оборудования рекомендуется использовать типы оборудования.
Таблицы состояний (таблица 4) предназначены для автоматической классификации состо
яния оборудования на основе оперативных данных. Выбор значения уровня происходит из
сконфигурированного ранее дерева причин.
1
Та 6л и ца
Таблица состояний
Значение
Уровень 1
Уровень 2
Уровень 3
Уровень 4
тега
Состояние
Основание
Причина
Детализация причины
0
Остановка
Ожидание
Компонент
Блистер
1
Остановка
Поломка
2
Работа
При мониторинге работы оборудования по изменению значения соответствующего тега бу
дет происходить сканирование таблицы состояний и в базе данных будет сохраняться стро
ка (запись DTM), в которой фиксируется время начала события, время конца события и зна
чения четырех уровней дерева причин.
Счетчики представляют собой переменные, вычисляемые накопительным итогом. Приме
ром счетчиков может являться количество произведенных единиц продукции, количество
остановок оборудования, количество качественных или бракованных единиц продукции.
На основании счетчиков в дальнейшем вычисляются показатели эффективности по различ
ным алгоритмам. В частности, могут быть вычислены уже известные показатели ОБЕ (до
ступность, производительность и качество), некоторые показатели надежности (среднее
время между простоями, среднее время ремонта), некоторые другие показатели.
Реализация функции расчета КПЭ в MES-системе
Реализация функции расчета КПЭ в MES-системе промышленного предприятия позволяет
измерить эффективность производства на всех уровнях управления и связать текущую де
ятельность производственных служб со стратегией развития предприятия.
45
ГЛАВА 2. MES-системы: базовые понятия
ERP
Данные
о продукции
Возможности
производства
Расписание
производства
Производственные
показатели
Составление
расписаний
Управление
ресурсами
Отслеживание
производства
Анализ
показателей
производства
Диспетчеризация
производства
Управление
данными
о продукции
Сбор данных
Исполнение
производства
MES
Управление
технологическим процессом
Рис. 13. Место функций для расчета КПЭ в стандарте ISA-95
Между тем на многих предприятиях, где уже внедрены MES-системы и накоплен значитель
ный массив данных, он зачастую не используется для расчета КПЭ.
На рис. 13 представлены функции MES согласно стандарту ISA-95. Среди этих функций
есть и такие, которые используются для расчета КПЭ, - сбор данных и анализ показателей
производства.
Если исходить из того, что на предприятии уже созданы предпосылки для наращивания
функциональности MES-системы, то есть по меньшей мере уже существует единое инфор
мационное пространство, то задача внедрения системы расчета показателей КПЭ упроща
ется. Правда, система показателей эффективности должна быть предварительно тщатель
но проработана.
Значения рассчитанных КПЭ поступают в общую информационную среду предприятия и на
чинают работать на повышение эффективности. Они могут быть внесены в различные отче
ты, выводиться на АРМ заинтересованных пользователей, владельцев процессов и высше
го руководства. Представление рассчитанных КПЭ - это отдельная тема. На АРМ их можно
представить в виде гистограмм, круговых диаграмм, «спидометров» - полукруглых цветных
шкал со стрелкой и т. п. Пример представления показателей ОЕЕ приведен на рис. 14. Та
ким образом, система КПЭ естественным образом интегрируется в информационную сре
ду MES, а следовательно, и всего предприятия.
46
MES-системы: взгляд изнутри
И последнее. А что же делать предприятиям, на которых полностью отсутствует MES-систе
ма? На этот вопрос существует единственный ответ - начать внедрение MES с создания
информационной среды и построения системы расчета ключевых показателей
эффективности.
Качество
Готовность Производительность
ОЕЕ
Рис. 14. Пример представления КПЭ в виде гистограмм
2.4.4. Бенчмаркинг - одно из направлений повышения эффективности
Термин бенчмаркинг происходит от английских слов bench (уровень, высота) и mark (отмет
ка). Так как русский язык славится своим богатством, то и переводов этого словосочетания
существует множество. Приведем два таких перевода: эталон при сравнении и анализ пре
восходства. В бизнесе бенчмаркинг - это механизм сравнения показателей работы компа
нии с показателями более успешных фирм. По определению Роберта Кэмпа, руководителя
глобальной сети бенчмаркинга (GBN - Global Benchmarking Network), бенчмаркинг - это по
стоянный процесс изучения и оценки товаров, услуг и опыта производства самых серьезных
конкурентов либо тех компаний, которые являются признанными лидерами в своих облас
тях [13].
Таким образом, бенчмаркинг - это искусство обнаружения того, что другие делают лучше,
изучение, усовершенствование и применение их методов работы. Отсюда следует, что бен
чмаркинг можно рассматривать как одно из направлений маркетингового исследования.
В своем развитии бенчмаркинг прошел длительный эволюционный путь: от бенчмаркинга
как реинжиниринга (начало 70-х годов) до стратегического бенчмаркинга как систематиче
ского процесса, направленного на оценку альтернатив, реализацию стратегий и усовершен
ствование характеристик производительности на основе изучения успешных стратегий
внешних предприятий-партнеров.
В международной и отечественной практике имеется достаточно большое количество видов
бенчмаркинга. Не претендуя на широту охвата видов и новизну, предложим в данном раз
деле следующую классификацию (рис. 15).
47
ГЛАВА 2. MES-системы: базовые понятия
Внутренний бенчмаркинг - бенчмаркинг внутри отрасли, фирмы, предприятия, его под
разделений и даже процессов. Нельзя забывать, что бенчмаркинг - эффективный инстру
мент и вне конкурентной среды.
Конкурентный бенчмаркинг - измерение характеристик своего предприятия и их сопос
тавление с характеристиками конкурентов. Для этого необходимо установить своих конку
рентов на рынке, по какому-то признаку ранжировать их, определить собственное положе
ние среди них и выбрать «эталон».
Функциональный бенчмаркинг заключается в сравнении определенной функции (функ
ций) двух или более предприятий того же сектора экономики.
Общий бенчмаркинг предполагает сравнение определенной функции (функций) двух или
более предприятий независимо от сектора экономики.
Бенчмаркинг процесса - это деятельность по изменению определенных показателей и
функциональности процессов для их сопоставления с предприятиями, характеристика кото
рых является совершенной в аналогичных процессах.
Стратегический бенчмаркинг - совмещение процесса бенчмаркинга и методологии стра
тегического планирования с целью выявления уникальных возможностей для завоевания
предприятием конкурентных преимуществ. Исходные данные собираются при помощи лю
бой из четырех возможных стратегий, представленных в левой части.
ВИДЫ БЕНЧМАРКИНГА
В зависимости от того,
с кем проводится сравнение
В зависимости от
параметров сравнения
Рис. 15. Виды бенчмаркинга
Процесс бенчмаркинга включает в себя такие понятия, как объекты исследования, основные
правила анализа, этапы бенчмаркинга, а также подходы к обучению на основе бенчмаркинга.
Выбор объектов исследования определяется самим предприятием и его сотрудниками. Ана
лиз производства применяется к функциям, процессам, стратегиям и т. д. (рис. 15).
48
MES-системы: взгляд изнутри
Единой методики осуществления бенчмаркинга на предприятии не существует. Число эта
пов бенчмаркинга бывает разным, поскольку процесс можно разбить на более мелкие ша
ги. Но базовые принципы бенчмаркинга везде одинаковы:
♦ определение объекта анализа превосходства (цели);
♦ выявление партнеров по анализу превосходства, т. е. поиск лучших предприятий;
♦ сбор информации;
♦ анализ информации;
♦ целенаправленное проведение в жизнь полученных сведений (внедрение) и дальней
шее развитие организации предприятия;
♦ контроль за процессом и повторение анализа.
Следует отметить, что бенчмаркинг, будучи механизмом сравнения показателей работы
предприятий и компаний, подразумевает использование и ключевых показателей эффек
тивности (КПЭ), и показателей эффективности работы оборудования (ОЕЕ), рассмотренных
выше.
Так же как и внедрение КПЭ, бенчмаркинг не разовое мероприятие, а постоянный процесс.
Анализ превосходства - это метод, делающий предприятие «обучающимся*, предприятием,
которое не останавливается на достигнутых результатах.
2.4.5. Управление отклонениями в обеспечении эффективности
Все предыдущие подразделы раздела 2.4 были посвящены эффективности функциониро
вания предприятия, точнее - повышению эффективности. Единственный путь к повышению
эффективности - это управление.
Одним из основополагающих принципов управления является принцип управления по от
клонению (принцип Ползунова - Уатта). Суть этого принципа заключается в том, что управ
ляющее воздействие реализуется только после того, как отклонение уже свершится. Под
отклонением понимается разница между ожидаемым (заданным) значением и реально по
лученным (текущим). Измерив реально полученное значение, вычисляется отклонение, ко
торое и инициирует управляющее воздействие. Таким образом, системы управления по от
клонению - это системы с обратной связью, т. е. замкнутые системы.
В соответствии с этим принципом функционирует большинство САУ (систем автоматичес
кого управления) нижнего уровня. Замыкает систему управляющее воздействие регулято
ра (контроллера). При этом регулятору не нужно знать причины, вызвавшие отклонение, его
«интересует» лишь сам факт его наличия.
На третьем уровне речь уже идет об автоматизированном управлении (в управлении уча
ствует человек). Принцип управления остается тем же: управление по отклонению, но есть
и существенные отличия. Во-первых, замыкает каждый контур управленческое решение,
ГЛАВА 2. MES-системы: базовые понятия
49
принятое человеком (а не регулятором). Во-вторых, нужно не только констатировать откло
нение - ухудшение того или иного ключевого показателя эффективности. Самым важным
здесь является установление причин, вызвавших ухудшение. Тогда управленческое реше
ние (управляющее воздействие) будет направлено именно на устранение причины и эф
фект от такого решения будет положительным.
Обоснованные значения КПЗ обеспечивают достижение стратегических целей предприя
тия. Именно эти обоснованные значения и являются «заданными» для автоматизированной
системы управления.
Подход к эффективности предприятия со стороны КПЗ не является единственным. Ведь
производственное предприятие - это прежде всего дорогостоящее оборудование и люди,
его обслуживающие. Некачественное управление технологическими процессами может
приносить значительные убытки в результате поломок оборудования, несчастных случаев,
незапланированных простоев, производства некачественной продукции и т. п.
Исследования показывают, что объем производственных потерь из-за нештатных ситуаций
составляет на предприятии в среднем 3-8 процентов. Зти цифры соответствуют небольшим
накапливаемым потерям, а не убыткам вследствие крупных аварий и катастроф. В такой си
туации говорить об эффективности не имеет смысла. Так что же делать?
Ниже речь пойдет об управлении алармами, так как создание системы управления алармами - один из наиболее понятных способов повышения эффективности любого промышлен
ного предприятия. Управление алармами - это тоже управление отклонениями, но отклоне
ниями не от регламентных значений, а от предельно допустимых.
Состояние тревоги, аларм (Alarm), - это сообщение, предупреждающее оператора о воз
никновении определенной ситуации, которая может привести к серьезным последствиям и
потому требующее его внимания, а часто и вмешательства. Причины, вызывающие состоя
ние аларма, могут быть самыми разными. Неисправность может возникнуть в системе уп
равления, в контроллерах, в каналах связи, в технологическом оборудовании. Может выйти
из строя датчик или произойти сбой его метрологических характеристик. Параметры техно
логического процесса могут выйти за границы, установленные регламентом, и т. д.
Наступление эпохи микропроцессоров и широкое распространение современных систем уп
равления (DCS и SCADA) упростило подачу сигналов тревоги при любом сбое технологичес
кого процесса, поскольку затраты на это невелики или равны нулю. Почти каждый технологи
ческий параметр стал сопровождаться алармом. Казалось бы, очень хорошо, все параметры
находятся под недремлющим оком автоматики. Но «больше» не всегда означает «лучше».
В результате в настоящее время на большинстве предприятий имеются системы, подающие
ежедневно огромное количество аварийных сигналов и уведомлений, что по меньшей мере
мешает работе, а иногда приводит и к катастрофическим ситуациям [10]. Контроль за воз
растающим числом алармов стал вызывать затруднения даже у опытных работников. А ме
нее опытные не всегда понимают суть каждого аларма и последствия его игнорирования.
Более того, точного назначения того или иного аларма иногда не знают даже инженеры. Да
и проектирование системы алармов часто выполняется без предварительного тщательного
инженерного анализа.
50
MES-системы: взгляд изнутри
Именно эти соображения и послужили поводом для уменьшения числа алармов и предо
ставления операторам расширенных оперативных инструкций по действиям в случае их воз
никновения. Все это и есть предмет разработки системы управления алармами.
Многие специалисты считают фактическим стандартом для систем управления аварийными
сигналами Документ № 191 ассоциации пользователей средств разработки и материалов
(Engineering Equipment and Materials Users’ Association - EEMUA). Полное название доку
мента «Системы аварийной сигнализации: Руководство по разработке, управлению и по
ставке».
Согласно документу EEMUA аварийные сигналы следует формировать только тогда, когда
необходимы ответные действия оператора. Основными показателями системы управления
алармами являются распределение и частота аварийных сигналов, взаимная корреляция,
время реакции оператора и изменения в его действиях в течение определенного интервала
времени (таблица 5).
Таблица 5.
EEMUA
Эталонные показатели
для аварийных сигналов
Нефть
Нефте
Электро
Другие
и газ
химия
энергетика
отрасли
Среднее число аварийных
сигналов в день
144
1200
1500
2000
900
Среднее число попаянных
аварийных сигналов
9
50
100
65
35
Максимальное количепво
аварийных сигналов за Ю минут
10
220
180
350
180
Среднее число аварийных
сигналов за 10 минут
1
6
9
8
5
80/15/5
25/40/35
25/40/35
25/40/35
25/40/35
Распределение по приоритету, %
(низкий, средний, высокий)
Источник: Publication 191 (2009) EEMUA и Matriкоп
В соответствии с рекомендациями Документа № 191 EEMUA средняя частота аварийных
сигналов не должна превышать одного сигнала за 10 минут или не более 144 сигналов в
день (машиностроение). В большинстве отраслей промышленности показатели значитель
но выше и находятся в диапазоне 5-9 сигналов за 10 минут (см. таблицу 5).
На многих предприятиях высокий приоритет установлен для всех аварийных сигналов. Это
неприемлемое решение. Рекомендации EEMUA распределения алармов по приоритету
приведены в таблице 5. В этом случае оператор может отреагировать на те сигналы, кото
рые действительно важны.
ГЛАВА 2. MES-системы: базовые понятия
51
Помимо материалов ассоциации EEMUA по управлению алармами развивается и стандарт
ISA SP18 «Управление системами аварийной сигнализации для обрабатывающих отраслей
промышленности» [14].
Система управления аварийными сигналами должна быть нацелена на оператора, и в стан
дартах этому подходу уделяется большое внимание. Удобное отображение информации с
помощью человекомашинного интерфейса является наиболее существенным аспектом си
стемы управления аварийными сигналами. Сообщение об аларме должно быть сразу же аб
солютно понятным для оператора, так как он единственный, кто реагирует на аварийные
сигналы.
Необходимо больше внимания уделять повышению квалификации операторов производст
ва - такой вывод делают многие специалисты. Инвестиции в операторов так же важны, как
и инвестиции в современные системы управления технологическими процессами.
Управление аварийными сигналами - это постоянный процесс, который никогда не закан
чивается.
Порядок мероприятий по эффективному внедрению системы управления алармами вклю
чает несколько этапов:
1. Организация архивной системы алармов и событий
Фактически это означает, что предприятие должно иметь достаточно развитую информаци
онную инфраструктуру, обеспечивающую единое информационное пространство. С одной
стороны, каждая АСУТП, построенная на базе DCS или SCADA-системы, имеет свой архив
алармов и событий. Но глубина такого архива ограничена, так как база данных АСУТП не
предназначена для хранения больших массивов информации. С другой стороны, необходи
мо обеспечить доступ к архивной информации специалистам и руководителям, а это стано
вится возможным лишь при наличии на предприятии единого централизованного архива
алармов и событий.
Именно этот архив призван обеспечить совершенствование системы алармов и сохран
ность инвестиций благодаря контролю производственных параметров в течение длительно
го периода времени. Операторы используют хранящиеся в архиве данные для качественно
го управления технологическим процессом. Специалистам и руководству архив позволяет
анализировать статистику алармов, вызвавших нештатные ситуации с негативными послед
ствиями. Имея постоянный доступ к статистическим данным по алармам, руководство пред
приятия получает информацию о реальной эффективности системы управления алармами,
а значит, и эффективности всего производства.
Следует подчеркнуть, что работа по созданию системы управления алармами только нача
лась (рассматривается первый этап внедрения). Речь пока идет о статистической обработ
ке алармов и методах представления информации для заинтересованных специалистов и
руководителей.
На рис. 16 показан один из методов: в зависимости от среднего и максимального темпов по
ступления алармов оценивается состояние предприятия. Если параметры алармов лучше по-
52
MES-системы: взгляд изнутри
Перегруженное
Ухудшающееся
Стабильное
Надежное
Прогнозируемое
Рис. 16. Характеристики алармов на предприятии
казателей, рекомендуемых EEMUA, то состояние описывается как прогнозируемое. Если по
казатели совпадают с рекомендованными, то состояние оценивается как надежное. По мере
ухудшения показателей состояние бывает стабильное, ухудшающееся и перегруженное.
2. Разработка принципов управления алармами
Эти принципы представляют собой набор критериев и показателей, согласно которым опре
деляются алармы и измеряется их эффективность. Подробно с этими принципами можно
ознакомиться в Документе № 191 EEMUA [15]. Примеры наиболее значимых критериев при
ведены ниже:
♦ что такое аларм;
♦ распределение приоритетов в зависимости от степени критичности и допустимого
времени реакции;
♦ критерии эффективности алармов и действия по их прекращению.
3. Выявление «главной двадцатки»
Главная двадцатка - это перечень наиболее важных алармов и методов их устранения. При
создании системы управления алармами этот этап очень важен. Список главной двадцатки
может быть создан на еженедельных производственных планерках, заседаниях руководст
ва. Дальнейший регулярный контроль списка позволяет не только снизить число алармов,
но и выявить другие проблемы, связанные с настройкой, выбором датчиков и т. п.
Статистические отчеты по главной двадцатке могут быть представлены в различном виде:
♦ круговыми диаграммами с распределением алармов в процентах;
♦ таблицами с понедельным и общим количеством алармов за определенный период;
♦ временными графиками по наиболее важным алармам и т. п.
53
ГЛАВА 2. MES-системы: базовые понятия
4. Подготовка документации и справочной системы для операторов
Цель этого этапа состоит в переопределении граничных значений (уставок) и приоритетов
алармов, а также в подготовке онлайновой документации для операторов, содержащей опи
сания:
♦ причин возникновения конкретных алармов;
♦ возможных последствий при неправильной реакции на аларм.
Документируются возможные последствия игнорирования каждого аларма, а также времен
ной интервал бездействия оператора, по истечении которого возникают указанные послед
ствия. Приоритеты в зависимости от интервала бездействия и тяжести последствий в соот
ветствии с рекомендациями EEMUA приведены в таблице 6.
Таблица 6.
Приоритеты в зависимости от интервала бездействия и тяжести
w
. .. . А
последствии в соответствии с рекомендациями ttMUA
Максимальный
Несущественные
Средние
Серьезные
последствия
последствия
последствия
Более 45 минут
Низкий
Низкий
Высокий
От 15 до 45 минут
Низкий
Высокий
Аварийный
Менее 15 минут
Низкий
Аварийный
Аварийный
интервал бездействия
В результате всю документацию по алармам можно оперативно просматривать в онлайно
вом режиме веб-средствами, а также в окне оперативного вывода сведений о последнем за
регистрированном аларме.
5. Контроль изменений
Контроль изменений представляет собой систему мониторинга и проверки полномочий для
изменения любых связанных с алармами параметров, в число которых входят граничные зна
чения, уровни приоритетов, режим контроллера и его уставки, а также возможность созда
ния, удаления, запрета и фильтрации алармов для любых производственных параметров.
Наконец, остается нерешенной еще одна задача - где должно располагаться «средство»
подробного информирования оператора о возникшей проблеме и способах ее устранения:
внутри или вне DCS. Категоричных рекомендаций пока не существует, поэтому можно реа
лизовать и тот и другой способ. С учетом того, что быстрота отклика имеет очень большое
значение, реализация в логике DCS часто оказывается наилучшим решением. Часто, но не
всегда!
54
MES-системы: взгляд изнутри
Резюме
Настало время подвести некоторый итог, чтобы не потерять основную цель, преследуемую
данной книгой.
Определено место, занимаемое MES-системами в рамках концепции построения комплекс
ных автоматизированных систем управления производственными процессами. Рассмотре
ние основных положений стандарта ISA-95 позволило выявить функции, свойственные про
изводственному уровню. Вот некоторые из них: детальное планирование производства, дис
петчеризация и отслеживание производства, анализ производительности, учет простоев, от
слеживание качества продукции, управление запасами материалов и готовой продукции,
управление производственными фондами и т. д.
Обоснован процессный подход к управлению, повлекший за собой введение таких важней
ших понятий, как владелец процесса, нормативно-регламентная база, показатели эффек
тивности производства.
Повышение эффективности промышленного предприятия - это та самая «жар-птица», кото
рую желает «поймать» руководитель каждого предприятия. В этой связи рассмотрены пути
повышения эффективности и методы ее оценки, в частности на основе КПЭ. Расчет КПЭ это единственный на сегодняшний день способ понять место предприятия на конкурирую
щем рынке.
Венец всей этой последовательной цепочки - управление производственными процессами
на базе отклонений КПЭ от значений, позволяющих предприятию достичь стратегических
целей.
Логическим завершением изложенных теоретических аспектов построения системы управ
ления производственными процессами является ее автоматизация. Под автоматизацией
подразумевается создание информационно-управляющей системы, способной решать рас
смотренный выше комплекс задач по управлению производством.
Вот тут-то и начинается самое сложное. Брожение умов, вызванное идеей внедрения MESсистем, продолжается уже десять лет, но ясного представления о том, что именно нужно де
лать, у многих пока еще нет.
Подходов, как и в случае со SCADA-системами в середине 90-х, тоже несколько. Тогда при
разработке АСУТП у потребителя было два пути:
1. Разработать свою собственную SCADA-систему с помощью доморощенных Кулиби
ных, благо Россия ими еще не оскудела.
2. Воспользоваться готовыми SCADA-продуктами, широко представленными на миро
вом рынке.
Тогда победил здравый смысл - выбор был сделан в пользу второго пути. Авторы надеют
ся, что разрабатывать свою MES-систему не рискнет даже самый отчаянный руководитель!
А впрочем, для маленьких предприятий не закрыт и этот путь.
ГЛАВА 2. MES-системы: базовые понятия
55
Готовый продукт почти всегда лучше, чем собственная разработка, если он подходит для за
дач, стоящих перед предприятием. Нет смысла, например, пытаться создать свою техноло
гическую базу данных. То, что будет создано, почти наверняка окажется хуже и обойдется
дороже того решения, которое уже много лет успешно конкурирует на открытом рынке.
Но и выбор готовой MES-системы - задача сложная, ни в какое сравнение не идущая с вы
бором SCADA-системы. Риски несоизмеримы - цена вопроса может оказаться слишком вы
сокой!
Тонким моментом здесь является естественное желание заказчика минимизировать расхо
ды на создание MES-системы, с одной стороны, и заранее оценить отдачу от ее использо
вания - с другой. Большинство современных промышленных систем являются модульны
ми, а значит, допускают поэтапное внедрение. Это помогает минимизировать первоначаль
ные затраты, но в этом случае заказчик должен убедиться, что система позволит ему ре
шать различные задачи повышения эффективности производства, даже если на текущем
этапе будет использована лишь часть ее возможностей.
Поэтому можно понять трудности, которые испытывают специалисты и руководители пред
приятий, особенно сейчас, когда на российском рынке есть серьезные системные интегра
торы и серьезные продавцы, но нет явных лидеров. Нужно сравнивать технические решения.
Нужно сравнивать ценовые предложения. Нужно оценить свои силы и силы и опыт систем
ного интегратора.
Здесь надо сразу же оговориться, что речь не идет о разовом внедрении полнофункцио
нальной MES-системы. Такая задача может оказаться непосильной даже для очень крепко
го во всех смыслах слова предприятия. Это тот самый случай, когда стрелять надо не зал
пом, а отдельными, но точными выстрелами.
Так что же все-таки делать? На каком решении остановиться?
Известно, что давать советы - дело неблагодарное. Даже самые проверенные решения мо
гут в определенной ситуации дать сбой. Потому ограничимся рассмотрением двух вариан
тов.
На протяжении последних лет некоторые фирмы, сделав удачное частное решение для кон
кретного производства, совершенствовали свой программный продукт, доводя его до коро
бочного. Ряду фирм удалось создать таким путем решения, которые впоследствии стали
брендами. Но все эти решения можно назвать отраслевыми, так как работают они в кон
кретной отрасли (Aspentech - химическая и нефтехимическая промышленность,
Honeywell - химическая и нефтеперерабатывающяя, Rockwell Automation - сборочное про
изводство, пищевая промышленность, изготовление пластмасс и т. д.).
И в России есть подобные разработки, созданные, как правило, системными интеграторами
для конкретных предприятий.
Второй вариант - решение на базе системной платформы. Системная платформа, с од
ной стороны, может стать прочным каркасом для будущей MES-системы (гарантированная
интеграция с АСУТП, база данных, веб-сервер). С другой стороны, крупные компании добав-
56
MES-системы: взгляд изнутри
ляют к системной платформе широкую линейку продуктов под задачи производственного
уровня. Создав каркас, можно последовательно добавлять к нему MES-компоненты, посте
пенно расширяя функциональный состав строящейся системы. Такой подход позволяет по
строить решение по автоматизации производства в любой отрасли.
Беда всех западных MES - отсутствие учета специфики постсоветских предприятий. Все
программные продукты требуют доводки и адаптации. Поэтому полноценное внедрение
MES сейчас невозможно без участия компании-интегратора.
И еще. Читатель взял в руки эту книгу не для того, чтобы бесконечно знакомиться с теоре
тическими аспектами построения MES-систем. Его интерес, вероятно, более прагматичен приоткрыть дверь в кухню и собственными глазами увидеть, как же готовится это вкусное
блюдо под названием MES.
Не согласиться с этим нельзя. Поэтому несколько следующих разделов книги будут посвя
щены автоматизации ряда производственных процессов, наиболее характерных, по мнению
авторов, для российских предприятий.
ГПАВА 3. Системы управления производственными процессами в дискретном производстве
57
ГЛАВА 3. Системы управления производственными
процессами в дискретном производстве
Все производства с точки зрения технологических процессов в первом приближении мож
но разделить на три типа:
♦ Дискретное производство, в котором исходный материал (сырье) при переработке
в конечный продукт претерпевает более одного передела с прерыванием технологи
ческого процесса. Здесь речь идет о производстве дискретных категорий продукции:
автомобилей, компьютеров, деталей. Дискретное производство характеризуется
большим набором комплектующих, жестким регламентом последовательностей опе
раций, перемещений, доставкой к определенным местам (складам) комплектующих
в запланированном количестве, контролем незавершенного производства. Примера
ми дискретного производства является машиностроение, производство транспорт
ных средств, электроники, промышленного оборудования и др.
♦ Дозирование и смешивание, обеспечивающие ведение рецептов при производстве
продуктов, управление технологическими регламентами по дозированию и отслежи
вание используемого оборудования, его надлежащего состояния, виды простоев. До
зирование и смешивание характерны для пищевых комбинатов, производства фар
мацевтической и химической продукции.
♦ Непрерывное производство представляет собой совокупность непрерывных техно
логических процессов, организованных в виде производственной линии, участка, це
ха или предприятия в целом. Непрерывность производства определяется характером
основной технологии (добыча, транспорт и переработка нефти и газа, производство
электроэнергии и т. п.). Такой тип производства характеризуется сложностью управ
ления технологическими режимами, состоянием оборудования, закупаемыми и по
требляемыми энергоресурсами. К предприятиям с непрерывным производством от
носятся практически все предприятия нефтегазовой отрасли, в значительной части
химические и металлургические заводы, предприятия легкой, деревообрабатываю
щей, горно-обогатительной промышленности и др.
По данным международной ассоциации инженеров-технологов, дискретное производство
существует более чем на 75 процентах промышленных предприятий мира. Даже там, где,
казалось бы, производство носит исключительно непрерывный характер, в качестве вспо
могательных присутствуют дискретные процессы. И именно вспомогательные подразделе
ния, использующие, например, инструментальные или ремонтные участки, часто являются
узким местом, лимитирующим объем выпуска основного продукта.
Для российских предприятий часто бывает характерным наличие двух, а то и всех трех ти
пов производств, так как предприятия реализуют полный производственный цикл.
Поэтому не случайно первая версия стандарта ISA (ISA-88) была разработана для управле
ния производственными процессами, характерными для дискретных производств. Стандарт
ISA-95 охватывает уже и управление процессами непрерывного производства (см. раздел
2.2.2).
58
MES-системы: взгляд изнутри
В соответствии с этими стандартами одним из основных производственных процессов про
мышленных предприятий является процесс оперативного планирования. На российском
рынке автоматизированных систем управления долгое время большинство фирм в лучшем
случае предлагали системы уровня ERP, решающие в основном задачи объемного плани
рования. Специализированные же системы (уровня MES), адаптированные для решения на
иболее значимых для оптимизации дискретного производства задач оперативного планиро
вания и управления производственными процессами, на нашем рынке были представлены
слабо.
Таблица 7.
№
Основные производственные
процессы дискретного производства
Основные процессы
Владелец процесса
Оперативно-календарное планирование
ПВО (планово-экономический отдел)
Оперативно-диспетчерское управление
начальник отдела АСУТП
Материальный учет
Отслеживание качества продукции
ОТК
Управление эффективностью производства
начальник цеха
В таблице 7 в качестве примера представлен перечень процессов дискретного производст
ва, в той или иной степени автоматизированных сегодня на российских предприятиях.
Представленный в таблице 7 перечень является обобщенным и зависит от размера пред
приятия, уровня автоматизации предприятия, зрелости производственного руководства.
Этот перечень производственных процессов, с одной стороны, укладывается в рамки пра
вил структурирования систем управления, в основу которых положен стандарт ISO
9001:2000:
♦ количество процессов в организации напрямую зависит от численности персонала и
структуры организации;
♦ разграничение между процессами целесообразно проводить по границам крупных
структурных подразделений;
♦ разбиение деятельности предприятия на отдельные процессы целесообразно вести с
наложением процессов на структуру предприятия. В этом случае оптимизация коли
чества процессов упрощается.
С другой стороны, в перечне автоматизированных процессов присутствуют процессы опера
тивно-календарного планирования (детальное планирование) и оперативного диспетчер
ского управления. Именно на обозначенных процессах мы остановимся более детально, по
скольку эти две функции определяют MES-систему как систему оперативного характера,
нацеленную на формирование расписаний работы оборудования и оперативное управление
производственными процессами в цеху. Они, как правило, являются информационным яд
ром любой MES-системы.
ГПАВА 3. Системы управления производственными процессами в дискретном производстве
59
Есть и третья сторона этого вопроса: Россия находится лишь на начальном этапе внедрения
систем подобного класса, а это означает, что компании-интеграторы должны быть готовы к
реализации проектов по созданию систем управления производственного уровня, которые
бы обеспечивали более широкий охват производственных функций.
3.1. Процессы оперативно-календарного планирования
и диспетчеризации
Планирование - это определение целей и задач предприятия на определенную перспекти
ву с анализом способов их реализации и ресурсного обеспечения. Создание систем опера
тивно-календарного планирования и диспетчеризации позволяет обеспечить наблюдае
мость, идентифицируемость и управляемость технологических процессов и материальных
потоков, создает условия прозрачности производства.
До создания информационной поддержки производственных процессов планирования,
диспетчеризации важно точно представлять процесс, целевые функции процесса, среди ко
торых:
♦ обеспечение прозрачности выполнения планов с точностью до операции. Для приня
тия оперативных решений принципиально понимание не только наличия отклонения
от плана при производстве разных типов продукции, но и знания, чем вызвано откло
нение;
♦ повышение загрузки оборудования;
♦ формирование управляющих воздействий с возможностью оценки обратной реакции
на них;
♦ повышение качества выпускаемой продукции.
Создание информационно-управляющих систем позволяет метрировать, т. е. оперативно
вычислять параметры, отображающие отслеживаемость процесса производства изделия
пооперационно, измерять загрузку оборудования, контролировать отклонения качества из
делия, такие как геометрические размеры, компонентный состав и т. п., используя SPC.
В оперативном планировании применяются следующие основные методы: объемный, ка
лендарный, а также их разновидности: объемно-календарный и объемно-динамический.
Объемный метод предназначен для распределения годовых объемов производства и про
дажи продукции по отдельным подразделениям и более коротким временным периодам квартал, месяц, декада, неделя, день и час. С его помощью формируются месячные произ
водственные программы основных цехов и планируются сроки выпуска продукции или вы
полнения заказов во всех выпускающих продукцию подразделениях предприятия.
Календарный метод применяется для планирования конкретных временных сроков запус
ка и выпуска продукции, расчета нормативов деятельности производственного цикла и one-
60
MES-системы: взгляд изнутри
режений производства отдельных работ относительно выпуска головных изделий. Данный
метод основывается на использовании прогрессивных норм времени для расчета производ
ственных циклов изготовления отдельных деталей, планируемых комплектов продукции и
выполнения сборочных процессов.
Объемно-календарный метод позволяет планировать одновременно сроки и объемы вы
полняемых работ в целом на весь предусмотренный период времени - год, квартал, месяц,
декада, неделя, день. С помощью этого метода рассчитывается продолжительность произ
водственного цикла выпуска и поставки продукции на рынок, показатели загрузки техноло
гического оборудования и сборочных центров в подразделениях предприятия.
Объемно-динамический метод предусматривает тесное взаимодействие планово-расчет
ных показателей: сроков, объемов и динамики производства продукции. В условиях рынка
этот метод позволяет наиболее полно учитывать объемы спроса на рынке и производствен
ные возможности предприятия.
Одной из задач оперативного планирования является создание на предприятии условий для
скоординированного и ритмичного хода всех производственных процессов с целью поставки на
рынок актуального товара надлежащего качества. При этом подразумевается обеспечение ра
ционального использования производственных ресурсов и максимальное получение прибыли.
Оперативно-производственное планирование тесно интегрировано с диспетчеризацией,
включающей оперативно-производственный учет, контроль и управление выполнением пла
нов посредством устранения отклонений.
На каждом этапе планирования существуют различные критерии качества плана, и поэтому
на каждом этапе используются разные алгоритмы его формирования. На определенных эта
пах необходим расчет плана изготовления комплектующих единиц, входящих в состав гото
вой продукции. При ежедневном планировании важно обеспечить своевременное выполнение
календарного плана. В данном случае предполагается, что производственная программа вы
пуска готовой продукции с расчетом на некоторый горизонт планирования уже существует.
В основе планирования лежит структура планово-учетных единиц, используемых на различ
ных этапах планирования, при анализе составленных планов. Структура планово-учетных
единиц представляет собой иерархическое дерево, на нижнем уровне которого находятся
технологические операции. К планово-учетным единицам верхнего уровня можно отнести
при серийном производстве тип изделия или при индивидуальном производстве - внешний
заказ. Планово-учетная единица верхнего уровня должна удовлетворять ряду требований:
♦ отражать объем заказов на складе готовой продукции;
♦ обеспечивать связи с выполняемыми заказами;
♦ обеспечивать изготовление деталей и сборочных единиц партиями возможно более
крупного размера.
Указанные требования противоречивы, но компромисс достижим, если изготовление про
дукции и производственный учет ведется по партиям изделий и их компонентов, финансо-
ГЛАВА 3. Системы управления производственными процессами в дискретном производстве
61
вый учет и отгрузка продукции осуществляется по заказам. В таком случае планово-учет
ной единицей верхнего уровня устанавливается группа планирования, которая представля
ет собой набор некоторого количества изделий и компонентов, одновременно запускаемых
в производство. Критерием включения в этот набор может быть близкий конструкторский и
технологический состав изделий разных типов. Использование группы планирования в ка
честве базовой планово-учетной единицы позволяет устанавливать достаточно большие
размеры производственных партий, и каждая партия деталей и сборочных единиц изготав
ливается не для одного заказа и даже не на один плановый период, а для обеспечения ус
тановленной группы планирования.
В группу планирования входят партии запуска и партии выпуска изделий и их компонентов.
В одной группе планирования используется только одна партия запуска изделий каждого ти
па. Партий выпуска изделий одного типа может быть несколько. Сроки изготовления партий
выпуска могут относиться к различным планово-учетным периодам. При этом размеры партий
выпуска устанавливаются либо по имеющейся мощности производства, либо по ожидаемой
потребности в продукции для сбыта. Каждая партия выпуска изделий в группе планирования
является планово-учетной единицей, находящейся в иерархии ниже группы планирования и
типа изделия. И партия выпуска в группе планирования может предназначаться для одного
или нескольких заказов, каждый из которых также является планово-учетной единицей.
Но непосредственная связь партий выпуска с заказами не обязательна, поскольку для од
ного заказа могут выполняться несколько партий выпуска и даже несколько групп планиро
вания. Поэтому вводят еще одну планово-учетную единицу, находящуюся иерархически ни
же заказа и называемую производственной спецификацией. Под производственной специ
фикацией понимается некоторый перечень продукции с указанием технологии производст
ва, при этом устанавливается связь между упомянутым перечнем и спецификацией заказа.
Спецификация внешнего заказа может содержать ряд позиций с различными типами про
дукции и различными сроками изготовления этой продукции. Таким образом, под производ
ственной спецификацией понимается набор изделий и запасных частей из спецификации
одного заказа с одинаковой установленной датой поставки. Так же как и для группы плани
рования, в одну производственную спецификацию логично включать изделия разных типов
с близким конструкторско-технологическим составом и компоненты. Количество изделий
каждого вида в одной производственной спецификации не должно превышать максималь
но возможной величины партии выпуска этих изделий.
Описанные выше иерархические связи планово-учетных единиц представлены в таблице 8.
Рассматриваемая таблица представляет собой пример или разновидность главного планаграфика производства, формируемого в ERP-системе. Но по сравнению с типовой формой
плана-графика в ERP в таблице 8 содержится дополнительная информация о партиях выпу
ска готовой продукции и производственных спецификациях заказов, что явно улучшает ка
чество календарного планирования.
Определение размеров партий запуска и выпуска деталей и сборочных единиц в рамках
каждой группы планирования, а также сроков начала и окончания их производства являет
ся главной задачей календарного планирования. Количество объектов в партии запуска
должно быть не меньше количества, необходимого для сборки партии запуска сборочных
единиц, в которую эти объекты входят.
62
MES-системы: взгляд изнутри
Таблица 8.
Группа
Тип
Партия
Дата
планиро
изделия
выпуска
выпуска
Заказ
Производств,
Дата
спецификация
ПО
договору
вания
1
1
(К6547
25.06
4
2
3
15.06
2
2
30.07
4
25.06
3
30.07
1
1
25.06
1
1
20.07
1
25.06
1
10.07
КТ1542
3
1
2
СК8576
КТ2361
1
15.06
СК4751
2
Кол-во
КТ1542
2
30.08
СК4751
3
20.08
СК6547
2
30.08
СК8576
2
15.09
2
4
20.07
5
4
8
20.07
3
1
5
25.06
6
3
6
10.07
3
2
7
10.08
2
5
9
30.08
6
1
10
30.08
4
2
4
11
15.09
4
Плановые сроки изготовления партий изделий рассчитываются по установленным момен
там окончания изготовления партий готовой продукции, а для этого учитываются:
♦ коэффициент интенсивности производства;
♦ плановая трудоемкость на каждом центре изготовления;
♦ количество рабочих смен;
♦ число цехов, количество операций в техпроцессе;
♦ нормативный коэффициент передачи партии с операции на операцию в часах;
♦ нормативный коэффициент передачи партии из цеха в цех в часах;
♦ нормативный коэффициент передачи партии предприятию смежнику в сутках.
Для отслеживания как объемных, так и календарных планов выстраивают процесс диспет
черизации. Под диспетчеризацией производства понимается централизованное руководст
во работой всех подразделений предприятия на основе плана-графика, регулярного контро
ля и учета текущего хода производства. Для реализации функций диспетчеризации в соста-
ГЛАВА 3. Системы управления производственными процессами в дискретном производстве
63
ве планово-диспетчерского отдела создается диспетчерское подразделение, отвечающее
за поддержание бесперебойного хода производства в соответствии с планом запуска-выпу
ска продукции на всех стадиях изготовления.
Основными принципами диспетчеризации являются централизация, плановость, оператив
ность, профилактика отклонений от заданного графика работ.
Централизация означает осуществление контроля из единого центра ПДО и обязательных
распоряжений главного или сменного диспетчера для всех начальников цехов и отделов.
Плановость означает отслеживание исполнения месячных сменно-суточных планов, со
блюдение сроков запуска-выпуска.
Оперативность диспетчерской службы основывается на конкретных действиях руководст
ва, полной осведомленности о состоянии работы в любом звене производства, на постоян
ном контроле хода производственного процесса и принятии незамедлительных мер по уст
ранению возникающих отклонений.
Профилактика отклонений заключается в контроле качества сменно-суточных планов, их
обеспеченности, понимании пропускной способности каждого участка, его слабых сторон.
Оперативный контроль охватывает ежесменный учет сдачи цехами по графику деталей,
сборочных единиц и изделий, состояние межцеховых передач и заделов в производстве,
равномерность хода производства, выявление отклонений и их устранение.
В журнале диспетчерской службы регистрируются все отклонения от плана за смену, новые
срочные задания, сообщения поставщиков о задержке в отправке грузов и разные поруче
ния, которые необходимо выполнить диспетчерской службе.
Исходной информацией для отслеживания бесперебойной работы являются сменно-суточ
ный план, данные оперативного учета исполнения плана, информация об обеспеченности
сменных заданий необходимыми ресурсами, перечень позиций плана, идущих с опереже
нием или отставанием, данные журнала диспетчерской службы. В журнале диспетчер фик
сирует принятые меры, отслеживает планы мероприятий, влияющих на производственный
процесс, например, проведение ремонтных работ.
Столь детальный анализ задач календарного планирования позволяет:
1. Соотнести календарное планирование с предприятием в целом. Вышеупомянутые ко
эффициенты являются усредненными, не учитывающими особенности текущей ситу
ации в части состояния технологического оборудования, проведенных ремонтных и
профилактических работ, уровня квалификации персонала. На уровне ERP-системы
представленный уровень оперативно-календарного планирования вполне достаточен
и соотнесен со сменно-суточным контролем, но существенные ресурсы повышения
производительности труда, снижения издержек находятся на цеховом уровне. Едини
цей контроля на цеховом уровне становится операция, а периодичность планирова
ния определяется часами и минутами. Поэтому трудно переоценить важность цехово
го оперативно-календарного планирования или расписания производства, поскольку,
64
MES-системы: взгляд изнутри
опускаясь на уровень технологии, где задействовано технологическое оборудование
и значительная часть персонала, открываются широкие возможности для оптимиза
ции производства.
2. Формализовать процессы оперативно-календарного планирования и диспетчериза
ции на цеховом уровне в унификации с интерфейсом процессов оперативно-кален
дарного планирования уровня предприятия. Главный план-график производства,
сменно-суточный план для цеха являются основой для построения внутрицеховых
расписаний с привязкой каждой операции к станку, к исполнителю операции, к зака
зу запчастей для выполнения операции;
3. Создать информационную систему, поддерживающую процессы оперативно-кален
дарного планирования и диспетчеризации цехового уровня, предоставляющую в дис
петчерскую службу предприятия в реальном времени данные о состоянии исполне
ния позиций плана, об отклонениях, получать указания из ПДО об объеме незавер
шенного производства.
Оперативно-календарное
планирование
План выпуска
продукции по срокам
и объемам
Департамент
ПЭ
Формирование плана
по срокам и объемам
Утверждение
плана
ПДО
Диспетчеризация,
управление отклонениями
Объемный план
для N цехов
Подготовка объемного
плана для N цехов
Утверждение
ПДО
Контроль выполнения
плана (диспетчеризация)
Расписание
цеха 1...N
Составление расписания
для цехов 1...N
Цех I
Диспетчеризация,
управление отклонениями
Пр-во
цех 1
Пр-во
цех 2
Пр-во
цех N
ГПАВА 3. Системы управления производственными процессами в дискретном производстве
65
В современной производственной деятельности важную роль играет как точное соблюдение
сроков поставки, так и оптимизация ресурсов предприятия, что привело к созданию и ис
пользованию систем APS, реализующих функции детализированного планирования.
На рис. 17 представлен процесс оперативного планирования. Сначала строится объемный
план, далее формируется объемный план для цехов. После формирования объемного пла
на предприятия рассчитывается детальный план для каждого цеха с помощью MES-систе
мы. Детализированный план (расписание) составляется только на цеховом уровне. В ре
зультате на каждое рабочее место формируется задание с указанием сроков начала и
окончания каждой операции.
Взаимосвязь систем MES и ERP состоит в том, что ERP-система формирует объемные пла
ны для цехов, а с помощью MES-системы каждый цех формирует детализированные распи
сания.
В данной системе рассматриваются два контура диспетчеризации: внешний контур, отсле
живающий возможность выполнения заданного объема при существующих временных ог
раничениях на горизонт планирования и сроки выпуска конкретной продукции, и внутрен
ний. Отклонения, появившиеся во внутреннем контуре, могут привести к рассогласованию
во внешнем контуре и, как результат, к коррекции текущего производственного расписания.
И наоборот, отклонения, возникшие при межцеховых взаимосвязях, запаздывании поста
вок, могут также привести к изменению производственного расписания.
На рис. 17 представлены свойства, сопровождающие процесс:
♦ документы в виде согласованных и утвержденных планов (на рисунке выделены се
рым цветом);
♦ роли в процессе или подразделения, отвечающие за выполнение функций (выделе
ны желтым цветом),
♦ подпроцессы диспетчеризации (выделены зеленым цветом).
Задачи составления расписаний работы оборудования относятся к классу сложных комби
наторных задач. ERP-системы в типовом виде не обеспечивают оперативное формирование
детализированных планов для тысяч единиц оборудования, отслеживание всех изменений,
происходящих в цехах и на участках. Эти функции делегируются MES-системам, которые
могут эффективно составлять и корректировать расписания, отслеживать их выполнимость
оперативно и точно.
При формировании объемно-календарных планов важно помнить, что в различных произ
водствах планово-учетные единицы могут быть представлены с различной степенью детали
зации. Часто задача планирования для единичного и мелкосерийного производства сводит
ся к упрощенным задачам планирования серийного производства путем специального груп
пирования ДСЕ (детали и сборочные единицы) и оборудования. Процесс детализированно
го оперативно-календарного планирования включает в себя две функции:
♦ Расчет производственного расписания.
66
MES-системы: взгляд изнутри
♦ Группирование деталей, сборочных единиц и оборудования. Это процедура, с помо
щью которой формируется оптимальная маршрутная технология, являющаяся общей
для однотипных деталей и групп взаимозаменяемых станков. Для таких объединен
ных групп и создается расписание работ. Составление расписания с учетом сгруппи
рованных ДСЕ часто оказывается эффективным и проще реализуемым на практике.
Рассмотренный механизм децентрализованного планирования имеет недостатки, проявляю
щиеся прежде всего при высокой загрузке оборудования. Объемный план в таких условиях
Рис. 18. Схема централизованного процесса
ГЛАВА 3. Системы управления производственными процессами в дискретном производстве
67
может быть выполним, а составить расписание на тех же данных и с тем же горизонтом пла
нирования невозможно, потому что объемное планирование не учитывает предшествование
операций или выполнение операций в соответствии с технологической картой процесса.
Преодолеть недостатки схемы децентрализованного планирования можно за счет замены
функции объемного планирования схемой с использованием APS-систем (рис. 18), поддер
живающих функции детализированного планирования.
Функции APS не претендуют на высокую точность составления плана и не используют до
статочно важные критерии цехового уровня. Но на этом этапе решается задача о сроках вы
пуска той или иной продукции с учетом сроков поставок всей производственной цепочки
«поставщики - предприятие - партнеры - дистрибьюторы». Точность APS-систем вполне до
статочна, чтобы получить план работы всех цехов предприятия на определенный период
времени. APS-системы вводят в свои модели условие предшествования операций. Данный
план спускается на цеховой уровень. Далее рассчитывается более детально план для каж
дого цеха с помощью MES-системы. В результате на каждое рабочее место формируется
задание с указанием сроков начала и окончания каждой операции.
Централизованная модель планирования требует интеграции трех различных типов систем
управления: ERP, APS и MES. Точность таких планов на порядок выше, чем при использо
вании децентрализованной модели.
3.2. Инструментальные средства создания ИС
3.2.1. Назначение системы
Система оперативного управления производственными процессами дискретного производ
ства предназначена для решения следующих производственных задач:
♦ оперативное планирование производства;
♦ диспетчеризация производства;
♦ отслеживание производства;
♦ контроль состояния и распределения ресурсов;
♦ определение продукции;
♦ контроль качества продукции;
♦ анализ эффективности оборудования.
3.2.2. Функции системы
Основными функциями MES являются:
68
MES-системы: взгляд изнутри
В части задач оперативного планирования производства:
♦ составление основного производственного расписания;
♦ корректировка производственного расписания с учетом портфеля заказов, доступ
ности ресурсов (материалов, оборудования, персонала);
♦ прогноз потребностей в материалах, оснастке и трудовых ресурсах,
♦ перепланирование в случае возникновения событий, ведущих к отклонению от ранее
утвержденного расписания.
В части задач диспетчеризации производства:
♦ мониторинг технологического процесса по контрольным точкам (включая сбор ин
формации по ключевым технологическим и режимным параметрам, их отображение
на мнемосхемах в виде таблиц и графиков);
♦ формирование и контроль исполнения сменно-суточных заданий;
♦ формирование и выдача электронных инструкций оперативному персоналу.
♦ отслеживание производственных событий (изменение статуса технологического обо
рудования, начала, окончания производственных операций, события потребления
материалов и их количества);
♦ отслеживание перемещений материалов по операциям и переделам с учетом воз
можности разделения, комбинирования партий;
♦ регистрация ключевых параметров технологических процессов, режимных парамет
ров, их отклонений от заданных уставок;
♦ связывание идентификационных данных продукции с зарегистрированными произ
водственными событиями;
♦ формирование генеалогии продукции и материалов.
В части задач контроля состояния и распределения ресурсов:
♦ расчет и контроль незавершенного производства;
♦ расчет баланса материальных потоков по партиям;
♦ учет и контроль рабочего времени в привязке к оборудованию, партиям.
В части задач контроля качества продукции:
ГЛАВА 3. Системы управления производственными процессами в дискретном производстве
69
♦ регистрация параметров и фактов отклонения технологических параметров от за
данных в спецификациях значений;
♦ возможность анализа исторической информации в табличном виде и в виде трендов
(с привязкой к партии продукции);
♦ связывание информации по результатам лабораторных анализов с идентификацион
ной информацией партии;
♦ оценка количество металлов в продукции на основе данных лабораторных испытаний.
В части задач анализа эффективности оборудования:
♦ учет и анализ загрузки оборудования;
♦ учет и анализ простоев оборудования;
В части задач определения продукции:
♦ ведение информационной модели производства;
♦ ведение спецификаций продукции (количественные и качественные параметры), ба
зы технологических рецептов;
♦ ведение и хранение базы электронных технологических инструкций.
3.2.3. Структура системы
На рис. 19 представлена обобщенная структура системы. Функционально в системе можно
выделить структурные элементы (подсистемы), среди которых:
♦ интеграционный ПЛК;
♦ системная платформа;
♦ подсистема оперативного управления производством:
- оперативное планирование;
- управление материальными потоками;
- управление качеством продукции;
- диспетчеризация, отслеживание операций;
- анализ эффективности производства;
♦ подсистема формирования отчетов.
70
MES-системы: взгляд изнутри
Рис. 19. Обобщенная структура системы управления производством
Интеграционный программируемый логический контроллер (ПЛК) обеспечивает сбор дан
ных от локальных систем уровня АСУТП по имеющимся на текущий момент протоколам, а
также агрегацию поступающих данных от нижестоящих систем, формирование производст
венных событий и передачу преобразованных данных в подсистему оперативного управле
ния производством.
Подсистема ввода-вывода системной платформы обеспечивает сбор данных с уровня
АСУТП. Максимальное количество тэгов с учетом запаса на возможное расширение систе
мы определяется на этапе технического проектирования. Возможно резервирование подси
стемы ввода-вывода и ее функционирование в режиме горячего резервирования.
Подсистема серверов приложений должна обеспечивать информационную интеграцию
всех подсистем создаваемой системы на основе объектной модели производства.
Подсистема архивирования данных обеспечивает архивирование информации, поступаю
щей из подсистемы ввода-вывода, в режиме реального времени. Система предусматривает
ГЛАВА 3. Системы управления производственными процессами в дискретном производстве
71
архивирование необходимого количества тэгов с заданной частотой дискретизации. Макси
мальное количество архивируемых тэгов с учетом запаса на возможное расширение систе
мы и частота дискретизации определяются на этапе технического проектирования.
Подсистема оперативного управления производством обеспечивает выполнение основных
целевых функций системы, описанных в разделе 3.2.2.
Наконец, подсистема формирования отчетов обеспечивает формирование производствен
ных отчетов и доступ к ним через веб-интерфейс.
Состав комплекса технических средств системы
Проектная структура комплекса технических средств уточняется на этапе технического про
ектирования. Базовый комплекс технических средств системы включает:
♦ интеграционный ПЛК;
♦ серверное оборудование;
♦ автоматизированные рабочие места (АРМ);
♦ сеть передачи данных.
В состав серверного оборудования входят серверы приложений, сервер баз данных MES,
сервер архивирования технологической информации Historian, сервер отчетов и сервер вво
да-вывода.
Проектом предусматривается установка АРМ операторов, специалистов и руководителей.
Сеть передачи данных должна входить в существующую корпоративную сеть предприятия
как новый сегмент (подсеть).
Структура и состав программного обеспечения
К числу основных поставщиков инструментальныхсредств для создания систем оператив
но-календарного планирования можно отнести тех, кто десятки лет поставляет на рынки
ERP-системы, поставщиков APS-систем и систем поддержки детализированного планиро
вания расписаний. На рынок систем детализированного планирования цехового уровня ус
тремились как разработчики ERP-систем (например, специализированные модули от SAP),
так и SCADA. Появились также специализированные компании, которые на опыте ERP на
чали создавать «цельные» системы планирования, включающие все уровни планирования,
от объемного до детализированного календарного (PSIPenta).
Ниже представлено краткое описание продуктов компании Preactor, традиционно ориенти
рованных на задачи детализированного оперативно-календарного планирования, включая
APS. Применение подобного класса продуктов предпочтительно там, где внедрена ERP-си
стема с поддержкой функций объемного планирования.
72
MES-системы: взгляд изнутри
В подсистемах диспетчерского управления, управления качеством и т. д. компанией
«РТСофт» используется программное обеспечение ведущих мировых компаний Microsoft и
Wonderware последних версий (см. раздел ниже).
В качестве системного программного обеспечения применяются операционные системы
Microsoft семейства Windows. На серверах используются серверные операционные системы
Windows, на АРМ используются операционные системы Windows ХР Professional.
Базовое программное обеспечение строится на программных продуктах Wonderware и
включает в себя системы управления базами данных Microsoft SQL Server.
В качестве базового программного обеспечения сервера приложений используется
Wonderware Application Server.
В качестве базового программного обеспечения подсистемы архивирования технологичес
кой информации используется Wonderware Historian Server.
Подсистема управления производственными процессами использует в качестве базового
программного обеспечения Wonderware MES.
Для сервера производственной отчетности системы базовым программным обеспечением
является Wonderware Information Server.
3.3. COTS-средства
3.3.1. Реализация функции оперативного планирования
на базе Preactor FCS/APS
Тенденции современного производственного процесса таковы, что компании стремятся со
кращать объемы складских запасов для уменьшения издержек, но в то же время они долж
ны быть готовы удовлетворять спрос во все более короткие сроки. Для достижения этих про
тиворечивых задач компании вынуждены искать способы оптимизации производственного
процесса, например сокращение времени на наладку и переналадку при смене продуктов.
Программное обеспечение Preactor было разработано именно для достижения этих целей:
♦ Расчет производственного расписания загрузки оборудования по различным крите
риям.
♦ Формирование и модификация оперативных производственных планов цеха с уче
том имеющихся межоперационных заделов и текущего состояния технологического
оборудования.
♦ Формирование сменно-суточных заданий на рабочие места цеха.
♦ Формирование оперативных маршрутных карт по всем партиям запуска с контролем
их прохождения по рабочим местам.
ГЛАВА 3. Системы управления производственными процессами в дискретном производстве
73
♦ Формирование и автоматическая коррекция планово-учетного графика изготовления
комплектов деталей.
♦ Представление результатов расчета расписания в виде таблиц текущего состояния
партий запуска, графиков обработки партий деталей.
♦ Расчет времени простоя оборудования и не использования деталей.
♦ Печать внутрицеховых документов: сменно-суточные задания на рабочие места, опе
ративные маршрутные карты, рабочие наряды, планово-учетные графики изготовле
ния изделий и пр.
ПО Preactor было разработано, чтобы улучшить, а не заменить уже действующие системы.
ПО Preactor довольно часто интегрируется вместе с системой планирования ресурсов пред
приятия (ERP), пакетами для бухгалтерского учета, инструментами сбора данных, пакетами
для построения прогнозов и ведения планирования спроса.
Для расчета производственных расписаний на отечественных предприятиях все еще ис
пользуются статические инструменты, такие как сетевые графики и т. п. Но события, внося
щие существенные изменения в расписания, происходят столь часто и в таких количествах,
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 быстро перестает соответствовать действительности и теряет свою акту
альность. Как следствие, уровень организации производства резко падает, снижается его
рентабельность.
ПО Preactor обеспечивает возможность построения детального календарного графика дея
тельности и интерактивную среду для планирования, которая необходима компании для бо
лее гибкого реагирования и осуществления своевременных поставок в условиях меняюще
гося спроса.
Решения Preactor в области оперативного и календарного планирования предлагают компа
ниям возможность контролировать текущую ситуацию и прогнозировать, к каким результа
там приведут принимаемые решения в будущем. Они позволяют отследить текущую загруз
ку, моделируют воздействие непредвиденных обстоятельств на производительность и вре
мя исполнения заказов, а также предоставляют инструментарий для проверки возможных
вариантов до принятия важных решений.
Preactor - это целая линейка продуктов, которые, базируясь на одной технологии, имеют раз
ные уровни функциональности и разные ценовые уровни, так что пользователь может выбрать
ту версию, которая лучше всего отвечает его потребностям и бюджетным ограничениям.
Благодаря единому принципу действия, поддерживаемому всеми версиями, переход от ис
пользования одной версии к другой, более продвинутой, легко осуществим. Разработаны
три основных типа инструментов для текущего и календарного планирования, а именно:
♦ для календарного планирования с ограничениями ресурсов (Finite Capacity
Scheduling Tools - FCS);
74
MES-системы: взгляд изнутри
♦ для планирования загрузки ресурсов (Capacity Planning Tools);
♦ для улучшенного оперативного и календарного планирования (Advanced Planning
and Scheduling Tools - APS).
Рассматриваемый набор инструментов включает Preactor версий 100 FCS, 200 FCS, 300
FCS (рис. 20), которые позволяют алгоритмизировать построение качественных и надежных
календарных графиков производства на периоды от нескольких дней до нескольких меся
цев вперед (рис. 21). Обычно они используются для помощи в принятии повседневных ре
шений для распределения заказов и оперативного реагирования на производственном
уровне.
FCS
100
I
I
FCS
200
I
I
FCS
300
I
I
FCS
400
■
I
FCS
500
I
FCS
I Enterprise
Рис. 20. Семейство продуктов Preactor
Рис. 21. Детализированный план-график
Версия 100 FCS предназначена для небольших компаний с ограниченным бюджетом и
обычно используется отдельно. Эта версия готова к непосредственному применению и име
ет ограниченные возможности дополнительных или специальных настроек.
ГЛАВА 3. Системы управления производственными процессами в дискретном производстве
75
Версии 200 FCS и 300 FCS более гибкие и имеют больший набор опций для сложных прило
жений. Например, в версии 200 FCS предлагаются варианты учета ситуаций, связанных с пе
реналадкой оборудования для перехода на изготовление нового продукта, возможна разбив
ка заказа на партии в зависимости от принимаемых решений по планированию, а в версии
300 FCS предусмотрены множественные ограничения по ресурсам на отдельную операцию.
Версия Preactor 300 FCS также может быть настроена под планирование производительнос
ти. Различные приложения для оперативного и календарного планирования различаются по
своим функциям. Данная версия предназначена для планирования того, что, где и когда про
изводить, основываясь на информации о предполагаемом спросе, наличии готового товара
на складе и принципах заказа комплектующих. В совокупности с информацией о текущих
заказах эти данные являются основой для выработки основного производственного плана.
Версия Preactor 400 APS имеет дополнительные алгоритмы, позволяющие работать даже с
самыми сложными приложениями и при составлении графика деятельности принимать во
внимание не только оборудование, трудовые ресурсы, инструментарий, но и материалы
(рис. 22).
Рис. 22. Составление графика с учетом оборудования, трудовых ресурсов, инструментария
и материалов
Версия имеет несколько встроенных решений, которые позволяют минимизировать время
переналадки при переходе на производство нового продукта, определять предпочтительный
алгоритм действий, находить проблемные места в производственном процессе. Если пред
лагаемые решения не отвечают требованиям пользователя, существует возможность добав
ления специально разработанных функций.
Версия Preactor 400 APS имеет функции автоматического связывания индивидуальных за
казов, например при выполнении окончательной сборки. Часто системы ERP создают про
изводственные заказы для каждого уровня спецификации изделий (BOM, Bill of Materials) и
76
ИИВНЯнНЯИИ
MES-системы: взгляд изнутри
Сравнение версий продуктов семейства Preactor
Функциональные возможности
FPS 300
APS 400, 500
Прямое, обратное и двунаправленное планирование
V
V
Планирование с учетом критериев (приоритеты, даты)
V
V
Возможность ручного управления операциями
V
V
Автоматический выбор альтернативных маршрутов.
Параллельное выполнение операций
V
V
Измерение производительности в разрезе деталей, часов, партий
V
V
Работа с конечными и бесконечными ресурсами,
поддержка сменных календарей
V
V
Автоматический выбор ресурсов внутри группы
V
V
Возможность самостоятельного определения состояния ресурса
(обслуживание, поломка)
V
V
Графические и структурные отчеты
V
V
Диаграмма Ганта, схемы пропоев, контроль исполнения заказов
V
V
Печать сменных заданий, дневных планов
V
V
Настраиваемые пользователем базы данных, меню и отчеты
Возможность интеграции с внешними программами
с помощью ActiveX
V
V
Максимальная длительность операции и интервал задержки между операциями
V
V
Разбиение и объединение партий при загрузке данных из MRP
V
Последовательное и параллельное планирование операций различных заказов
V
Сервер управления цепочками поставок
V
Модуль динамического управления доступностью Материалов
V
Распределенное межзаводское планирование
V
могут объединять производство комплектующих для разных заказов. Версия Preactor 400
APS дает возможность использовать эту информацию и рассчитывать время выполнения
зависимых заказов, основываясь на задаваемых пользователем правилах. Подобные связи
используются в качестве критериев при создании расписания, с тем чтобы, если, например,
продукт, производимый по одному заказу, задерживается, можно было определить послед
ствия для выполнения заказов, которые зависят от него. Эта информация может быть ис-
ГЛАВА 3. Системы управления производственными процессами в дискретном производстве
77
пользована и для создания заказов на поставку комплектующих и для клиентских заказов,
так чтобы все потоки были очевидны. Ниже приведена таблица сравнения функциональных
возможностей программных продуктов семейства Preactor (таблица 9).
Перечень функций для сравнения значительно сокращен авторами для удобства чтения
книги.
Известно, что современные системы, используемые в управлении предприятиями, не могут
существовать сами по себе без связи с другим программным обеспечением. Preactor осно
ван на современных отраслевых стандартах (.NET и MS SQL Server) и поддерживает прак
тически все общепринятые на сегодняшний день технологии интеграции программного
обеспечения: XML-, CSV-файлы, Active X, .NET, SQL Server Integration Services и другие.
3.3.2. Программное обеспечение Wonderware MES
Программное обеспечение Wonderware MES предоставляет предприятиям полнофункцио
нальную систему оперативного управления производством, позволяющую эффективно уп
равлять операциями, отслеживать передвижение и потребление материалов, использова
ние активов и ресурсов.
ПО Wonderware MES 4.0 содержит два модуля, Operations и Performance, совместно реали
зующие полные функциональные возможности MES.
Wonderware MES/Operations помогает производственным компаниям управлять производст
венными операциями, исполнять их и документировать. С его помощью можно фиксиро
вать, контролировать и администрировать такие процессы, как потребление материалов,
управление спецификациями и процедуры исполнения автоматических и ручных операций.
Программное обеспечение Wonderware MES в реальном времени обеспечивает визуализа
цию всего спектра производственных процессов: от планирования и задания параметров до
действительного исполнения производственных операций. В ходе производства можно в ре
альном времени или хронологически отслеживать: расходование материалов и людских ре
сурсов, партии изделий, запасы для текущих работ, выход продукции и готовых изделий, а
также другие важные производственные показатели. Можно создать полное генеалогичес
кое дерево всех производственных операций, которое будет доступно операторам и другим
сотрудникам предприятия.
Гибкость производственных процессов является ключевым условием, но для того, чтобы по
высить ее, владельцу необходимо глубоко понимать свои производственные процессы и
предвидеть возможные события на предприятии. Wonderware MES не только предоставляет
в реальном времени необходимую для повышения гибкости информацию о производстве,
но и выдает ее в нужный момент именно тем сотрудникам, которым она требуется.
Ключевой задачей для многих производителей является повышение согласованности ис
полнения технологических последовательностей. Ее решение начинается с правильной ин
терпретации производственных инструкций и процедур. ПО Wonderware MES/Operations
обеспечивает централизованное конфигурирование и сопровождение этапов и процедур
производства, ведомостей и спецификаций на материалы. Оно позволяет обеспечить более
78
MES-системы: взгляд изнутри
стабильные производственные показатели благодаря принципу использования шаблонов.
Базовые шаблоны могут создаваться группой разработчиков и впоследствии многократно
использоваться инженерами предприятий для быстрого выстраивания производственных
процессов.
ПО Wonderware MES/Operations интегрировано с продуктами Wonderware InTouch и
Wonderware System Platform, что позволяет регистрировать весь массив производственной
информации и предоставлять его оперативному персоналу и другим сотрудникам через ин
туитивный пользовательский интерфейс.
Приложение Wonderware Information Server также интегрировано с системой Wonderware
MES/Operations, что обеспечивает доступ к производственной веб-отчетности через Интер
нет любым заинтересованным сотрудникам. Wonderware Information Server можно настроить
таким образом, чтобы каждый пользователь видел только ту информацию, которая ему не
обходима для повышения эффективности труда.
ПО Wonderware MES/Performance позволяет производственным компаниям тщательно соби
рать все важнейшие данные о производительности оборудования и использовать их для оп
тимизации возможностей своих производственных ресурсов, поддерживая и стимулируя
инициативы «бережливого производства».
Для успешной эксплуатации производственного оборудования нужны высококачественные
актуальные данные о его простоях и эффективности работы. Во многих компаниях монито
ринг простоев и оценка основных причин производственных потерь осуществляются с при
менением бумажных носителей или вообще отсутствуют. ПО Wonderware MES/Performance
интегрируется с существующими системами автоматизации и генерирует высокоточные и
своевременные отчеты о качестве работы оборудования. Кратковременные события, кото
рые в случае бумагооборота обычно вообще не регистрируются, теперь можно системати
зировать в порядке их важности. Эти кратковременные события могут быть причиной значи
тельного процента простоев, но благодаря возможностям их отслеживания, обеспечивае
мым системой Wonderware MES, специалисты теперь могут наглядно оценивать их влияние
на продолжительность простоев и корректировать их последствия. Автоматический кон
троль эффективности оборудования оперативно выявляет эффективно работающие участ
ки и узкие места.
ПО Wonderware MES/Performance позволяет отслеживать неограниченное число возможных
кодов причин простоя оборудования и производить неограниченное число измерений ито
говой эффективности оборудования (ОЕЕ) - одного из наиболее распространенных показа
телей текущей эффективности оборудования. Наглядность показателей КПЭ, отражающих
эффективность использования ресурсов в реальном времени, позволяет операторам при
нимать необходимые меры, а также создает отправную точку для последующего улучшения
производительности.
Продукты Wonderware уровня 1 (рис. 4) будут рассмотрены ниже.
ГПАВА 3. Системы управления производственными процессами в дискретном производстве
79
Резюме
Трудно переоценить процесс оперативно-календарного планирования цехового уровня и,
соответственно, автоматизацию данного процесса для качественной организации и оптими
зации процесса производства. С одной стороны, правильно составленный график позволя
ет прогнозировать выпуск изделий, их объем на заданный период. Маркетинговые и сбыто
вые структуры достаточно уверенно могут работать на рынке. С другой стороны, производ
ственные подразделения, получая конкретный план для каждого рабочего места, должны
достигать его выполнения. Мотивационные схемы в цехах могут обоснованно отстраиваться
от выполнения плана по каждому исполнителю. Учетные данные по результатам исполне
ния плана в сравнении с плановыми являются исходной информацией для совершенство
вания оперативно-календарного планирования, уточнения стандартов, норм.
Важной задачей при внедрении систем оперативно-календарного планирования является
встраивание в существующий на предприятии ландшафт автоматизированных систем. На
предприятии могут быть внедрены системы класса ERP в разном объеме, в каком-то объеме
АСУТП, диспетчерская система АСОДУ, система управления проектами (для проектно ори
ентированных организаций). Значительный объем существующих систем автоматизации ус
ложняет задачу позиционирования и внедрения системы оперативно-календарного планиро
вания, но и результат в виде создания комплексной системы может превзойти ожидания.
80
MES-системы: взгляд изнутри
ГЛАВА 4. Процессы планирования, оперативно
диспетчерского управления и материального учета
Процесс управления производством, ресурсами производства строится по циклу PDCA
(Plan - Do - Check - Act), известной модели непрерывного улучшения процессов:
♦ Планирование. Оцените свои возможности и спланируйте желаемое изменение.
♦ Выполнение. Осуществите запланированные мероприятия и оцените полученное из
менение.
♦ Проверка. Проанализируйте результаты контроля и сделайте выводы.
♦ Действия. Действуйте на основе выводов, сделанных на предыдущем этапе. Если из
менение оказалось успешным, используйте полученный опыт для проведения более
значительных изменений. Если нет, еще раз повторите цикл, но по другому плану.
Цикл PDCA известен также под двумя другими названиями: цикл Шухарта и цикл Деминга.
У. Шухарт впервые описал концепцию PDCA в 1939 г. в своей книге «Статистические мето
ды с точки зрения управления качеством». Идея цикличности, отметил он, отражает ту
мысль, что основой успешного развития предприятия является постоянная оценка практики
управления, совмещенная с готовностью менеджеров поддерживать оригинальные идеи и
отказываться от неудачного опыта. Э. Деминг первым назвал цикл PDCA циклом Шухарта в честь своего наставника и учителя. Э. Деминг пропагандировал использование этого цик
ла в качестве основного способа достижения непрерывного улучшения процессов. Э. Де
минг вдохновил японцев на использование цикла PDCA, и они назвали этот цикл циклом
Деминга.
4.1. Планирование
Повышение эффективности функционирования производства в первую очередь связано с
улучшением методологии и инструментария производственного и инвестиционного плани
рования, решением задач оптимизации производственных планов, отражающих различные
сценарии изменения технологического состояния производства. Для этого используется
сложный математический аппарат, направленный на решение задач линейного и нелиней
ного математического программирования. Структурно коммерческие продукты включают в
себя набор программных модулей, процессоров, библиотек, с помощью которых осуществ
ляется генерация модели в виде матрицы задачи математического программирования, с по
следующей настройкой и формированием выходных отчетных форм. Центровые блоки ин
струментариев обеспечивают соединение моделей отдельных установок в общую модель
производства.
В базе данных содержится полный спектр базовых моделей установок производства в весо
вых и объемных вариантах.
ГЛАВА 4. Процессы планирования, оперативно-диспетчерского управления и материального учета
81
К особенностям таких инструментов следует отнести зависимость от типа непрерывного
производства. Так, для нефтепереработки и нефтехимии широкое распространение полу
чают продукты RPMS (Refinery and Petrochemical Modeling System) от компании Honeywell HiSpec Solutions, PIMS от компании AspenTech и др.
Поскольку мы останавливаемся на более универсальных (не специализированных) продук
товых линейках, то ограничимся таким введением.
4.2. Оперативно-диспетчерское управление
Диспетчеризация своими корнями уходит в далекий 18-й век, когда начался переход от ре
месленного производства к промышленному. По определению, диспетчеризация (от англ,
dispatch - быстро выполнять) - это централизация оперативного контроля и координация
управления производственными процессами с целью обеспечения согласованной работы
отдельных звеньев предприятия или группы предприятий для достижения наивысших техни
ко-экономических показателей.
С годами менялись и расширялись функции диспетчеризации. Но ее главная цель факти
чески не претерпела изменений: целью диспетчеризации по-прежнему остается повышение
эффективности производства. Не изменилась и «платформа», на которой «стоит» система
диспетчеризации - в основе этого процесса всегда была и по сей день остается информа
ция. Только методы и средства ее сбора, передачи и представления с годами существенно
изменились.
Сегодня управление промышленными предприятиями осуществляется иерархической мно
гоуровневой системой. Базовыми функциями любой информационно-управляющей систе
мы являются сбор, унификация, хранение, типовая обработка и предоставление информа
ции заинтересованным пользователям. Поэтому диспетчерское управление производством
предполагает два важнейших аспекта - централизацию и интеграцию.
Слово «централизация» здесь употреблено в смысле полноты информации, необходимой
диспетчеру для реализации своих функций.
Интеграция, как уже известно, предполагает создание единого информационного простран
ства предприятия на базе всеобъемлющей системы мониторинга технологических, хозрас
четных параметров и параметров, характеризующих состояние технологического оборудо
вания.
Технологический уровень многих предприятий уже оборудован АСУТП на базе современных
программно-технических средств - SCADA и DCS. Для автоматизации управления произ
водственно-хозяйственной деятельностью на предприятиях последние годы активно внедря
лись ERP-системы на базе SAP/R3, Oracle Е - Business Suite и т. п.
Основным препятствием при обмене информацией долгое время были интерфейсы между
системами управления нижнего и верхнего уровня. И все это потому, что внизу большое
82
MES-системы: взгляд изнутри
разнообразие программно-технических средств автоматизации, современных, а иногда и
морально устаревших.
Появление на российском рынке специализированных программных продуктов, способных
взять на себя «интегрирующую» функцию, в корне изменило сложившуюся ситуацию. Одно
из таких решений - использование баз данных реального времени для сбора и хранения ог
ромных объемов данных.
Степень важности задач управления производством зависит от периода, которое пережива
ет предприятие. Теоретически решение задачи интеграции должно предшествовать разра
ботке системы управления производством, в частности системы диспетчеризации. Но в си
лу большого количества причин российские предприятия к началу 21-го века оказались на
различном уровне с точки зрения внедрения информационных технологий в автоматизацию
производства. Поэтому практически каждое предприятие выбирает свой путь с учетом со
здавшейся ситуации.
Комплекс программно-технических средств диспетчеризации является информационным
фундаментом всей автоматизированной системы управления производственными процес
сами. Процесс диспетчеризации, координирующий и связывающий воедино весь цикл уп
равления производством, обеспечивает своего рода мост между оперативным управлением
процессом производства и организационно-экономическим управлением деятельностью
всего предприятия.
В этом плане автоматизированная система оперативного диспетчерского управления
(АСОДУ) имеет две базовые компоненты по сбору информации:
♦ Сбор всех оперативных данных в автоматическом или ручном режимах со всех ло
кальных источников в интересах MES- и ERP-систем.
♦ Сбор всех оперативных данных в форматах, ориентированных на диспетчера, в виде
специализированных экранных форм и отчетов.
Наверное, поэтому для большинства российских предприятий задача диспетчеризации и
мониторинга производственного процесса является наиболее востребованной и занимает
первое место в списке задач производственного уровня. Важность процесса диспетчериза
ции подчеркивается и приведенными ниже выдержками результатов обследования одного
из нефтеперерабатывающих заводов.
Из характеристики установки селективной очистки масел
Данные с установки не могут передаваться автоматически в связи с тем, что функциониру
ющая на сегодняшний день система автоматизации не поддерживает передачу данных в
другие приложения, нет связи с локальной вычислительной сетью (ЛВС) завода.
Из характеристики резервуарных парков
Резервуары снабжены уровнемерами, данные с которых отображаются на вторичных прибо
рах. Операторы фиксируют уровень в резервуарах и в ручную, по калибровочным таблицам,
ГЛАВА 4. Процессы планирования, оперативно-диспетчерского управления и материального учета
83
рассчитывают массу продукта, используя плотность и температуру, сообщенные из лабора
тории.
Центральная диспетчерская
В центральной диспетчерской предприятия собираются данные с ряда локальных систем
автоматизации отдельных установок и участков, также каждые 4 часа по телефону переда
ются данные с установок, не оснащенных современными системами автоматизации.
Отчетные документы используются главными специалистами предприятия для оперативно
диспетчерского анализа производства. Однако существует потребность предоставления
информации в смежные процессы.
Планово-экономический отдел
Экономисты вручную в книгах материальных балансов составляют балансы по нефтепро
дуктам всех установок для всех производств.
Баланс ведется за день и нарастающим итогом с начала месяца, с учетом остатков нефте
продуктов и потерь. Сходимость баланса за день проверяется вручную, часто производятся
согласования данных и подгонки. По этим данным составляются оперативные сводки.
В этих выдержках хорошо просматриваются и «оперативность», и «достоверность» информа
ции, на базе которой принимаются управленческие решения. Читатель не может не согла
ситься с нами - так не должно быть!
А как должно быть?
4.2.1. Задача интеграции информационных систем
В книге часто употребляется слово «предприятие». Настало время сделать некоторые уточ
нения. Есть предприятия, у которых технологические объекты удалены от диспетчерских
пунктов на десятки, а то и сотни километров. К таким предприятиям прежде всего следует
отнести предприятия добычи и транспорта нефти и газа. Процесс диспетчеризации на таких
предприятиях обеспечивается многоуровневыми системами, отражающими их организаци
онную структуру. Для межуровнего взаимодействия используется протяженные каналы свя
зи (в том числе и радиоканал). А протяженность каналов связи измеряется километрами и
десятками километров.
Например, диспетчерское управление единой системой газоснабжения (ЕСГ) строится по
четырехуровневому принципу:
♦ ЦПДД - центральный производственно-диспетчерский департамент «Газпрома»;
♦ ПДС - производственно-диспетчерская служба газотранспортных предприятий
(ГТП);
♦ ДП - диспетчерские пункты линейно-производственных управлений (ЛПУ).
84
MES-системы: взгляд изнутри
♦ ДП - диспетчерские пункты компрессорных станций (КС).
Линейно-производственные управления (филиалы ГТП) и есть те самые территориально
распределенные предприятия, в зону ответственности которых входят компрессорные стан
ции (КС), газораспределительные станции (ГРС), крановые площадки и другие объекты.
В нефтедобыче такая иерархия выглядит примерно следующим образом:
♦ ЦИТС - центральная инженерно-технологическая (в том числе и диспетчерская)
служба НГДУ;
♦ ДП - диспетчерские пункты промыслов (цехов);
♦ АСУТП ДНС, КНС, УПН (операторные), телемеханика кустов скважин и т. д.
Для таких предприятий характерен иерархический способ построения информационной
системы. Данные реального времени от АСУТП через коммуникационные серверы подни
маются на интеграционный уровень в базу данных реального времени. Далее часть данных
реального времени и данные, характеризующие расходные показатели и состояние обору
дования, поднимаются на уровень предприятия. Управляющие воздействия верхнего уров
ня на технологические объекты реализуются в обратном направлении через интеграцион
ный уровень.
Построение диспетчерских комплексов по иерархической схеме предлагается рассмотреть
на примере добычи нефти (рис. 23).
АСУТП ДНС,
КНС, ППН,
УПН
Рабочие места
руководства,
специалистов
предприятия
Сервер БД ЦИТС
предприятия
Рабочие места
специалистов
цеха
(предприятия)
Сервер РБД цеха
(предприятия)
АСУТП
коммерческого
узла учета
нефти
Система
телемеханики
узлов скважин
Система
телемеханики
сетевых
районов
Сервер БД
спецприложений
(«Добыча»)
АСУТП
напорного
нефтепровода
Рис. 23. Пример схемы сбора данных для предприятия нефтедобычи
АСУТП узла
учета тепла
ГЛАВА 4. Процессы планирования, оперативно-диспетчерского управления и материального учета
85
В системе просматриваются три уровня: технологический, уровень цеха (промысла) и уро
вень предприятия.
Технологический уровень представлен системами АСУТП различного назначения и выпол
ненных на базе различных аппаратно-программных средств. Среди них могут быть АСУТП
ДНС, КНС, УПН, ЦПС (см. список сокращений), телемеханика кустов скважин, АСУТП энер
гетических объектов и т. п. С коммуникационных серверов этого уровня данные реального
времени «поднимаются» на уровень цеха.
Оперативно-технологический сервер уровня цеха предназначен для сбора оперативных
данных от различных источников технологической информации (АСУТП) и учетной инфор
мации (системы коммерческого и технологического учета), а также их архивирования и аг
регирования. База данных этого уровня представляет собой базу данных реального време
ни (БДРВ).
На уровне предприятия (ЦИТС) - корпоративный сервер на платформе базы данных реля
ционного типа (например, ORACLE). Здесь же - веб-портал, представленный корпоратив
ным информационным сервером. Основная задача этого сервера - обеспечение информа
цией АРМ специалистов и руководителей.
С другой стороны, есть предприятия, технологические объекты которых являются «площад
ными», то есть расположенными компактно на определенной площади. В таком случае и
диспетчерские пункты находятся рядом. К таким предприятиям можно отнести подавляю
щее большинство предприятий перерабатывающих отраслей - нефтепереработки, нефте
химии, фармацевтической, пищевой промышленности, машиностроения и т. д. Для межуровнего взаимодействия в таких случаях используются проводные каналы связи, протяжен
ность каналов - сотни метров, километры.
В этом случае возможны два варианта реализации информационных систем: централизо
ванный или диспетчерский.
Централизованный вариант информационной системы строится по двухуровневому прин
ципу. Первый уровень представлен коммуникационными серверами АСУТП всех заводских
объектов, второй уровень - центральным сервером БДРВ. По направлению информацион
ных потоков и потоков управления централизованная система отличается от иерархической.
Централизованный вариант ориентирован на постоянное сохранение всей технологической
информации на интеграционном уровне. Приложения уровней АСУП и АСУТП используют
данные интеграционного уровня и могут не сохранять на своем уровне даже обработанную
информацию - при необходимости имеется возможность обратиться к данным интеграци
онного уровня. Каналы связи быстры и надежны. Соответствующее приложение, например
бизнес-уровня, всегда может получить результат по известному алгоритму, запросив дан
ные с интеграционного уровня (рис. 24).
Первый уровень представлен коммуникационными серверами АСУТП. Второй уровень сервером БДРВ, сервером приложений и веб-сервером. С одной стороны, уровень комму
никационных серверов обеспечивает связь с РСУ или ИИС по соответствующим протоко
лам, а с другой - связь с базой данных реального времени.
86
MES-системы: взгляд изнутри
Сервер БДРВ - это отказоустойчивый сервер, обеспечивающий непрерывный сбор данных
с коммуникационных серверов. Сервер приложений - сервер, на котором хранятся клиент
ские приложения и копии приложений, установленных на коммуникационных серверах.
Сервер приложений является также местом хранения и сетевой разработки клиентских при
ложений. Клиентские приложения, функционирующие в зоне ЛВС предприятия, автомати
чески должны получать их обновленные версии в случае внесения изменений.
Примечание. Централизованные системы мы уже «проходили» в 70-х годах прошлого века.
Но тогда это понятие относилось к уровню АСУТП и суть его состояла в следующем: все сиг
налы от датчиков технологических параметров установки (от термопар, датчиков давления,
расхода, уровня и других) заводились на управляющую вычислительную машину (УВМ). По
рочность такой системы заключалась в том, что УВМ была крайне ненадежна, да и резер
вировать ее было очень дорого. И количество проводов и кабелей для подключения объек
та управления к машине было огромным (сотни параметров - сотни каналов связи). С по
явлением DCS все встало на свои места: контроллеры, имеющие высокую надежность, при
близились к объекту, и система стала распределенной.
Надежность современных компьютеров не вызывает сомнения, резервирование делает их
практически безотказными. Несколько десятков километров сетевого кабеля тоже «не пе-
Рис. 24. Централизованный вариант построения диспетчерской системы (УПФ - управление
производственными фондами)
ГЛАВА 4. Процессы планирования, оперативно-диспетчерского управления и материального учета
87
регрузят* стоимость проекта. Все это позволяет посмотреть на централизованную структу
ру другими глазами.
Диспетчерский вариант (рис. 25) предполагает, что интеграционные приложения распре
делены по цехам. Такой вариант построения информационной системы можно встретить
прежде всего с явно выраженной хозрасчетной цеховой организацией производства, где
цех как мини-предприятие. MES-решение представлено сервером базы данных и клиент
скими приложениями, реализованными в цехах. А на верхнем уровне имеется база данных
реляционного типа для решения бизнес-задач.
Рабочие места
руководства,
специалистов
предприятия
ERP-подсистемы
Рабочие места
специалистов
цеха
(предприятия)
Сервер РБД цеха
(предприятия)
АСУТП
технологических
переделов
АСУТП
электро
снабжения
Подсистема
качества
(ОТК, ЦЗЛ)
Подсистема
контроля
материальных
потоков
Система
учета
энергоресурсов
АСУТП
Рис. 25. Диспетчерская схема построения
Каждый из этих вариантов имеет право на жизнь - создаваемая информационная система
должна подстраиваться под сложившуюся годами организационную структуру предприятия,
под существующие потоки информации, т. е. под конкретное предприятие. Структура ин
формационной системы может носить и смешанный характер, а степень компромисса меж
ду ними обычно выясняется при реализации конкретного проекта.
4.2.2. Системы диспетчеризации
При построении системы диспетчеризации задача интеграции так или иначе должна быть
решена. Если система диспетчеризации строится на пустом месте, сначала должна быть ре
шена задача интеграции информационных потоков. И только после этого (или параллель
но) решается задача собственно диспетчеризации.
В данном разделе речь пойдет о диспетчеризации как об одном из производственных процес
сов (хотя и очень важном) системы управления. И сразу же встает ряд вопросов: о какой инфор
мации, ориентированной на диспетчера, идет речь и каким образом желательно эту инфор
мацию представить диспетчеру? Ответы на эти и многие другие вопросы предлагаются ниже.
88
MES-системы: взгляд изнутри
Задачи и функции
В силу того что предлагаемая книга не является «отраслевой>, хотя выше и приведены при
меры из нефтегазовой отрасли, в этом разделе имеет смысл говорить лишь об обобщен
ных задачах и функциях, стоящих перед диспетчеризацией.
Внедрение АСОДУ имеет целью повышение эффективности предприятия, лучшее исполь
зование производственных мощностей на основе оперативной и достоверной информации.
АСОДУ может рассматриваться как информационный инструмент для обнаружения источ
ников экономии производственных затрат. Кроме этого внедрение любых технологий авто
матизации позволяет устранить или, по крайней мере, снизить влияние человеческого фак
тора при подготовке и принятии управленческих решений, и на АСОДУ это правило распро
страняется в первую очередь.
Задачами АСОДУ являются:
♦ обеспечение информационной прозрачности;
♦ повышение оперативности управления;
♦ повышение качества информации;
♦ повышение качества управленческих решений;
♦ снижение затрат на обслуживание оборудования;
♦ обеспечение надежности функционирования технологических процессов.
Создание конкретной АСОДУ может преследовать и другие задачи.
К базовым функциям системы диспетчеризации можно отнести:
♦ сбор значений технологических параметров и состояния оборудования со всех
АСУТП и ИИС, входящих в систему управления;
♦ долговременное хранение информации;
♦ предоставление доступа к информации оперативному персоналу (диспетчеру) и
обеспечение веб-доступа к параметрам долговременного хранения на базе АРМ спе
циалистов и руководителей;
♦ информационное взаимодействие с системой управления верхнего уровня.
Целевые функции системы диспетчеризации определяют набор информации, необходи
мой диспетчеру для выполнения своих функциональных обязанностей (в соответствии с ро
левой моделью). К таким функциональным обязанностям в первую очередь можно отнести:
♦ контроль режима работы и состояния технологического оборудования в целом по
предприятию;
ГЛАВА 4. Процессы планирования, оперативно-диспетчерского управления и материального учета
89
♦ управление отклонениями (алармами) с регистрацией управляющих воздействий на
эти отклонения;
♦ ведение утвержденной отчетности.
Но для этого система диспетчеризации (комплекс программно-технических средств) долж
на реализовать широкий набор функций, среди которых:
♦ представление текущего состояния технологических процессов и оборудования в ви
де мнемосхем с возможностью навигации по мнемосхемам в вертикальной и гори
зонтальной развертке;
♦ представление исторических данных в графическом (тренды) и цифровом виде;
♦ регистрация и архивирование текущих алармов, предаварийных и аварийных событий;
♦ отображение возникновения аварийных и предаварийных состояний оборудования;
♦ представление оперативных сводок и журналов алармов;
♦ регистрация действий диспетчерского персонала;
♦ предоставление нормативно-справочной производственной информации;
♦ формирование отчетных документов.
Список функций можно и продолжить. Здесь перечислены лишь функции, свойственные
практически любому программно-техническому комплексу диспетчеризации независимо от
отрасли предприятия, к которой оно относится.
Реально на каждом конкретном предприятии функции диспетчерского персонала, главных
специалистов и руководителей предприятия (ролевые функции) зависят от многих факто
ров - специфика отрасли, размеры предприятия. Именно размерами предприятийопреде
ляются объемы циркулирующей информации и количество работающих там специалистов.
Информационно-технические уровни АСОДУ
Рассмотренные выше структуры информационных систем и базовые функции систем дис
петчеризации позволяют выделить четыре информационно-технических уровня системы
диспетчеризации (рис. 26).
Уровень 1 - локальные системы автоматизации
Данный уровень включает системы автоматизации технологических процессов (АСУТП), си
стемы коммерческого и технического учета энергоресурсов, системы автоматизации вспо
могательных производств, системы телемеханики, системы ручного ввода технологических
данных и др.
90
MES-системы: взгляд изнутри
Прикладное программное обеспечение этих систем решает
задачи сбора первичной информации реального времени с
объектов автоматизации, обеспечивая локальные архивы и ор
ганизуя передачу данных по различным каналам связи в БДРВ
(на оперативно-технологический сервер данных).
В каждой отрасли автоматизация технологических процессов
строится на базе как специализированных средств, так и уни
версальных. Ниже приведен краткий обзор программно-техни
ческих средств локальных систем автоматизации для нефтега
зовой отрасли.
Основными объектами автоматизации в транспорте газа явля
ются газоперекачивающие агрегаты (ГПА), компрессорные це
ха (КЦ), компрессорные станции (КС), газораспределительные
станции (ГРС), газоизмерительные станции (ГИС), крановые
площадки и подземные хранилища газа (ПХГ).
Для создания систем управления этими объектами в послед
ние годы использовался целый спектр программно-техничес
ких средств. Часто применяемые в настоящее время перечис
лены ниже.
Это ПТК ССС (Compressor Control Corporation), МСКУ-4510 и ее
модификации (система «Сервис»), агрегатная и цеховая автоматика серий «Квант» и РИУС
(«Вега-Газ»), система цехового уровня «ПОТОК» («Газавтоматика»), цеховые решения на
платформе SIMATIC S7 производства Siemens, системы телемеханики «Магистраль-2»
(«Газприбоавтоматика»), СТН-3000, СПУРТ для уровня ЛПУ (АТГС).
В добыче газа явно выделяются два типа основных объектов управления: кусты газовых
скважин и установки комплексной подготовки газа (УКПГ). Автоматизация кустов газовых
скважин последние годы решалась в основном на базе систем телемеханики СТН-3000
(АТГС), «Ямбург-Гиперфлоу-ТМ» («Вымпел», «Вира Реалтайм»). Многие АСУТП установок
комплексной подготовки газа созданы на базе программно-технических средств компаний
Siemens, GE Fanuc, Invensys Foxboro, Allen-Bradley и других производителей.
В нефтедобыче для автоматизации удаленных объектов (кустов скважин) долгое время на
ходили применение контроллеры SCADAPack (Control Microsystems). Для автоматизации
площадных объектов (КНС, ДНС, УПН) - контролеры DL (Коуо) и SCADA InTouch интегриро
ванного пакета FactorySuite (Wonderware), контроллеры типа SLC-5, ContolLogix (AllenBradley) и SCADA RSView32 (Rockwell Automation), система DeltaV (Emerson) и другие.
Наконец, автоматизация нефтеперекачивающих станций (НПС) в транспорте нефти в по
давляющем большинстве случаев решалась на базе контроллеров ЭК-2000 («ЭМИКОН») и
контроллеров Quantum (Schneider Electric). При телемеханизации линейной части нефте
проводов нашли широкое применение контроллеры типа ЭЛСИ (ЭЛЕСИ) и контроллеры
MOSCAD (Motorola).
ГЛАВА 4. Процессы планирования, оперативно-диспетчерского управления и материального учета
91
Уровень 2 - база данных (оперативно-технологический сервер)
Собираемые с различных установок и с различной точностью данные сохраняются в одном
или нескольких серверах реального времени. Данные хранятся в сжатом виде и опрашива
ются с высокой скоростью. Для серверов предусмотрен режим резервирования. Современ
ные коммерческие продукты, на основе которых создаются технологические серверы, име
ют интерфейсы к большинству распределенных систем управления (DCS), системам дис
петчерского контроля и сбора данных (SCADA), непосредственно к контроллерам и промы
шленным шинам. Лишь согласованная агрегированная информация, полученная на основе
достоверных оперативных данных с технологического уровня, систем управления качеством
позволяет оценивать деятельность предприятия по выбранному критерию. Значимость ин
формации зависит от ее оперативности.
Кроме этого, оперативно-технологический сервер обеспечивает связь с корпоративной ба
зой данных, например ORACLE, а также обеспечивает программные каналы в систему уп
равления ресурсами предприятия (ERP).
Важно и то, что на информационной базе оперативно-технологического сервера обеспечи
вается и реализация функций диспетчера и специалистов данного уровня.
Уровень 3 - технологический веб-портал
Основное назначение технологического веб-портала:
♦ обеспечение доступа к технологическим данным через Intranet;
♦ обеспечение архива рабочих экранов для различных клиентских приложений.
Уровень 4 - клиентские приложения АСОДУ
Основные пользователи информации:
♦ оперативный персонал цехов;
♦ диспетчерская служба предприятия;
♦ персонал производственного отдела;
♦ главные специалисты предприятия;
♦ руководители предприятия.
Для этого создаются автоматизированные рабочие места пользователей. АРМ - это ком
пьютер с установленным на нем клиентским программным обеспечением. Проектом по со
зданию автоматизированной системы оперативно-диспетчерского управления предусмат
ривается разработка интерфейсов для АРМ диспетчерского персонала, специалистов раз
личных служб и руководителей. При разработке АРМ учитывается специфика рабочих мест,
перечень решаемых на АРМ задач - каждый АРМ должен обладать уникальными функцио-
92
MES-системы: взгляд изнутри
нальными возможностями. АРМ должны предоставлять информацию, располагая которой
руководители и специалисты предприятия могли бы повысить качество управления процес
сом производства.
Специализация АРМ заключается и в ограничении отображаемой информации в соответст
вии с нуждами специалистов и отделов, а также в ограничении прав по воздействию на тех
нологические процессы.
Количество АРМ может насчитывать несколько десятков и ограничивается лишь практиче
ской необходимостью и стоимостью проекта.
В качестве инструментов разработки АРМ операторов, диспетчерских систем различного на
значения могут быть использованы (и часто используются) SCADA-системы, позволяющие
отображать все этапы технологического процесса в объектном виде на основе мнемосхем.
Преимущество SCADA-систем состоит в том, что они предоставляют не только объектно ори
ентированные редакторы с большим количеством графических объектов разной сложности
со средствами анимации для них, но и поддерживают стандартные протоколы обмена с от
дельными технологическими подсистемами и бизнес-приложениями (ОРС, DDE, OLE, SQL).
Помимо SCADA-систем для организации АРМ специалиста инструментом могут быть и
Internet Explorer (веб-технологии), и таблицы Excel, и разнообразные программы просмотра
данных собственной разработки. Выбор инструмента для создания АРМ специалистов и ру
ководителей определяется рядом критериев: оперативностью доступа к данным, формой
представления данных (мнемосхемы, таблицы, графики), ценой инструментальных средств.
Информация должна представляться пользователям в виде видеокадров, выводимых на
дисплей инициативно или по запросу.
Реализация функций диспетчерского персонала, перечисленных выше, обеспечивается ши
роким набором видеокадров. Среди них всегда присутствуют:
♦ видеокадры отдельных технологических узлов;
♦ видеокадры просмотра ретроспективы;
♦ видеокадры сводок алармов и событий;
♦ видеокадры просмотра и корректировки НСИ;
♦ видеокадры, отражающие структуру и состояние системы автоматизации;
♦ набор видеокадров (окон) для реализации команд управления;
♦ видеокадры, обеспечивающие действия по параметризации системы;
♦ видеокадры расчетных задач;
♦ видеокадры регистрации оперативного персонала и многие другие.
ГЛАВА 4. Процессы планирования, оперативно-диспетчерского управления и материального учета
93
Пример отображения информации на экране автоматизированного рабочего места диспет
чера представлен на рис. 27:
1 - кнопка перехода на окно диагностики;
2 - кнопка перехода на окно для работы с отчетами;
3 - кнопка перехода на журнал аварий;
4, 5 - кнопки перехода на мнемосхемы подключенных объектов;
6 - кнопка перехода на главную мнемосхему;
7 - поле регистрации персонала;
8 - рабочая зона;
9 - оперативный журнал, содержащий предупредительные, аварийные и технологические
сообщения.
Рис. 27. Пример экрана в АСОДУ
4.2.3. СКО (система коллективного отображения)
в системе диспетчерского управления
Традиционно в диспетчерских помещениях, кроме компьютерных мониторов, раньше ис
пользовали и настенные табло, выполненные на индикаторах различных типов. Но аналого
вая техника последние десятилетия вытесняется цифровой: на замену традиционным табло
пришли видеостены, соответствующие уровню современных микропроцессорных систем
управления.
94
MES-системы: взгляд изнутри
Среди основных преимуществ видеостены по сравнению с табло можно выделить следующие:
♦ Возможность вывода на экран любой информации от произвольного количества ис
точников.
♦ Возможность масштабировать информацию и оперативно менять сценарий видеопо
каза.
Основное назначение видеостен, как и уходящих в историю табло, - крупномасштабное
отображение информации для коллективного просмотра в диспетчерских центрах различ
ных автоматизированных систем управления.
Видеостена представляет собой единый полиэкран, состоящий из нескольких видеомоду
лей, управляемых специальным контроллером. Модульный принцип позволяет создавать
видеостены сколь угодно больших размеров в соответствии с требованиями заказчика. Су
ществуют видеостены площадью в десятки и даже сотни квадратных метров.
В качестве видеомодулей чаще всего используются так называемые видеокубы (рис. 28).
В последнее время для создания видеостен иногда применяют плазменные и ЖК-панели
специальной конструкции. Плазменные видеостены не предназначены для круглосуточной
работы, и это ограничивает их применение в диспетчерских системах.
Проекционные видеокубы представляют собой закрытые в специальном корпусе системы
обратной проекции. Основные преимущества данных систем заключаются в минимальном
зазоре между изображениями соседних модулей (бесшовность), в круглосуточном режиме
работы и возможности проводить обслуживание без выключения всей системы. К недостат
кам можно отнести значительные габариты и существенную стоимость владения.
Система управления видеостеной строит
ся на базе контроллера видеостены, ко
торый осуществляет прием, обработку,
хранение и вывод на видеостену какойлибо информации.
К основным характеристикам видеокуба
можно отнести размер по диагонали, со
отношение сторон и разрешение. На
рынке в этом плане представлено боль
шое количество решений. Есть кубы с ди
агональю от 40 до 100 дюймов (от 100 до
254 см).
С точки зрения разрешения имеются кубы
с разрешением XGA (1024x768), SXGA+
(1400x1050) и Full HD (1920x1080).
Структура отображения информации на
видеостене зависит от многих факторов, Рис. 28.
Проекционные видеокубы
ГЛАВА 4. Процессы планирования, оперативно-диспетчерского управления и материального учета
95
в том числе и от размеров видеостены (количество кубов). Видеокадры, необходимые дис
петчерскому персоналу для реализации своих функций, были рассмотрены выше. Один из
вариантов размещения информации на видеостене, состоящей из восьми кубов (матрица
4x2), представлен на рис. 29.
Показатели план/факт
выполнения плана
с нарастающим итогом
по продукции
Журнал аварийных
событий
и инцидентов
Обобщенная мнемосхема
технологического процесса по переделам
Контроль
вывода
оборудования
из ремонта
Потоковая схема
(материальный поток)
Рис. 29. Пример расположения блоков информации на видеостене
Кубы, окрашенные зеленым цветом, предназначены для вывода видеокадров, постоянно
представленных на стене. Два куба, окрашенные в желтый цвет, предназначены для вывода
информации по вызову. Следует обратить внимание читателя на куб, расположенный слева в
верхнем ряду. Здесь предполагается выводить показатели производства, в том числе и КПЭ.
Структура системы диспетчеризации представлена на рис. 30. АРМ видеостены подключен
к локальной вычислительной сети и имеет доступ ко всей информации, циркулирующей в
системе. Здесь и данные реального времени, отображаемые на мнемосхемах, и архивные
данные, вызываемые на экран в виде трендов, и расчетные данные для вывода обобщенных
показателей производства.
Комплекс технических средств (видеокубы, контроллер видеостены, АРМ видеостены и
монтажные материалы), а также программное обеспечение (системное, управляющее и
АРМ
видеостены
Контроллер
видеостены
Локальная сеть
Рис. 30. Диспетчеризация с видеостеной
96
MES-системы: взгляд изнутри
прикладное) можно рассматривать в качестве самостоятельного ПТК, который может быть
внедрен в существующую информационную систему предприятия.
Системное и управляющее ПО представляет собой лицензионное программное обеспече
ние и является объектом поставки вместе с аппаратными средствам видеостены.
Прикладное ПО разрабатывается согласно требованиям заказчика и обеспечивает вывод ин
формации на видеостену в соответствии с технологической схемой объекта автоматизации.
4.2.4. Этапы разработки АСОДУ
Работы по созданию автоматизированной системы оперативного диспетчерского управле
ния можно разбить на несколько этапов. При этом на каждом предприятии эти этапы могут
иметь свой уровень детализации в зависимости от собственных возможностей, приоритетов
и текущего уровня автоматизации.
Этап 1
От понимания «как есть» к пониманию «как должно быть»
Начало всех перемен требует объективного понимания исходного состояния. Созданию
АСОДУ должно предшествовать полное и качественное описание уровня технической осна
щенности как отдельных технологических и вспомогательных систем автоматизации, так и
информационных потоков, порождаемых этими системами.
Информация, полученная в ходе детального обследования, послужит исходным материа
лом для формирования предложений по созданию АСОДУ: объем решаемых задач по сбо
ру и архивированию оперативных данных, выбор аппаратно-программной платформы инте
грации, определение числа клиентских мест, решение вопроса о создании центрального
диспетчерского места и т.д.
Этап 2
От разрозненных АСУТП к единой базе оперативных данных
Два последних десятилетия российский рынок систем автоматизации технологических
процессов не испытывал недостатка в программно-аппаратных средствах. Широкий
спектр DCS и SCADA на любой вкус и требования привели к тому, что большинство пред
приятий испытывает сегодня (да и *вчера* тоже испытывало) серьезные трудности, свя
занные с интеграцией этих систем в единый комплекс. Эти трудности обусловлены нали
чием в пределах одного предприятия большой номенклатуры контроллерного оборудова
ния, SCADA-систем, систем телемеханики, программных комплексов диспетчеризации.
Все эти системы вводились в эксплуатацию на большом отрезке времени. Первые систе
мы на базе микропроцессоров внедрялись во времена, когда о стандартах на интерфей
сы взаимодействия только начинали говорить. Тогда еще не было единого представления
о форматах и принципах хранения данных. В результате создалась ситуация, которую
сейчас называют «островами автоматизации». Фактически образовался разрыв в цепочке
автоматизированной доставки оперативной технологической информации с уровня
АСУТП на уровень АСУП.
ГЛАВА 4. Процессы планирования, оперативно-диспетчерского управления и материального учета
97
Процесс объединения подсистем автоматизации включает реализацию целого ряда после
довательно-параллельных шагов, среди которых:
♦ организация мест автоматизированного, а в отдельных случаях и ручного ввода опе
ративной технологической информации по цехам и участкам производства;
♦ организация информационного обмена с существующими системами коммерческо
го и технического учета энергоресурсов (электроэнергия, тепло, пар, газ, вода);
♦ создание базы оперативно-технологических данных;
♦ разработка автоматизированных рабочих мест диспетчеров цехов, участков и произ
водств предприятия.
Особенность технологических данных состоит в том, что они быстро изменяются во време
ни (по сравнению с бизнес-параметрами) и количество их очень большое. Поэтому любая
система, интегрирующая технологические данные, должна обеспечивать скоростной сбор
данных, их максимальное сжатие при сохранении, поддержку каналов обмена по стандарт
ным и нестандартным протоколам. Кроме этого интегрирующая система должна обеспечи
вать каналы передачи агрегированных технологических данных на уровень системы управ
ления ресурсами предприятия (ERP-систем). Роль этой интегрирующей системы и призван
играть оперативно-технологический сервер (база данных реального времени).
Этап 3
От единой базы данных к специализированным клиентским приложениям
АСОДУ рассматривается не только в качестве инструмента, обеспечивающего решение
функциональных задач для диспетчерского персонала. Свои функциональные задачи
должны решать и специалисты различных уровней управления, и руководство. И им тоже
нужна информация.
Данный этап предполагает формирование АРМ специалистов и руководства предприятия в
соответствии с проектом. Кроме этого оперативно-технологический сервер данных, как ин
формационная основа АСОДУ, служит источником данных для корпоративной базы данных,
например ORACLE, а также для системы управления ресурсами предприятия (ERP-систе
ма). На этом этапе следует решить задачу интеграции БДРВ с программными комплексами
уровня предприятия.
Внедрение ПТК «Видеостена* на базе видеостены, описанной выше, можно реализовать и
в два этапа (есть примеры подобного внедрения). Предполагается, что на предприятии уже
существует развитая информационная инфраструктура и задачи интеграции решены.
♦ Монтажные работы аппаратного обеспечения ПТК, установка и конфигурирование
системного ПО, реализация целевого (диспетчерского) набора функций.
♦ Реализация и внедрение базового (интеграционного) набора функций ПТК.
Подобный проект не представляется архисложным, и можно с уверенностью говорить о сро
ках его реализации: 4-6 месяцев.
98
MES-системы: взгляд изнутри
4.2.5. Типовой подход к созданию АСОДУ
В этом разделе обобщен многолетний опыт компании «РТСофт* по внедрению систем дис
петчеризации на предприятиях различных отраслей промышленности. Здесь кратко (кон
цептуально) изложены основные положения (цели, принципы, функции, результаты и ком
поненты системы), которыми компания руководствуется при создании АСОДУ промышлен
ных предприятий.
Назначение АСОДУ
АСОДУ предназначена для автоматизации производственных бизнес-процессов предприя
тия, относящихся к оперативному диспетчерскому управлению. Необходимость в создании
единого центра оперативного управления определяется наличием взаимосвязей и взаимозависимостей между отдельными технологическими процессами (ТП) единого производст
венного цикла. В рамках АСОДУ осуществляется контроль и управление производственным
процессом в режиме реального времени на основе технологических данных, поступающих
с различных цехов и участков предприятия от подсистем АСУТП, систем коммерческого и
технического учета, систем телемеханики основного производства и систем автоматизации
вспомогательных производств. База данных, формируемая АСОДУ, служит источником опе
ративных сводок для руководителей предприятия и специалистов производственных отде
лов.
Основные принципы создания АСОДУ
♦ Открытость - должны быть обеспечены возможности:
- расширения состава функций предоставляемых системой;
- подключения новых источников данных и пользователей;
- организации взаимодействия с новыми системами.
♦ Масштабируемость - должны быть обеспечены возможности наращивания объемов
хранимой и обрабатываемой информации, а также увеличения числа обслуживае
мых систем и пользователей без существенного снижения эксплуатационных харак
теристик системы.
♦ Распределенность - должны обеспечиваться распределенные методы обработки и
хранения информации.
♦ Надежность - обеспечение резервирования на уровне каналов, серверов ввода-вы
вода, серверов БД, серверов приложений, АРМ диспетчеров.
♦ Совместимость со штатными средствами информационной безопасности (межсете
вые экраны, антивирусное ПО).
Базовые компоненты АСОДУ
Системная платформа - это ядро, которое облегчает разработку, развертывание, обслужи
вание и администрирование распределенных приложений промышленной автоматизации.
ГЛАВА 4. Процессы планирования, оперативно-диспетчерского управления и материального учета
99
Центром системной платформы является модель - логическое представление физических
процессов, управляемых и контролируемых программными системами. Данная модель пре
доставляет единое последовательное описание производственной инфраструктуры, постро
енное с использованием понятных терминов и организованное в виде повторно-используе
мых шаблонов. Модель отображает физическое оборудование, способы сбора данных и
формирования алармов, защиту системы и уровни доступа, а также внешние интерфейсы.
Благодаря иерархической объектно ориентированной модели можно выбрать и определить
абстрактное представление реальных систем, их связи и фактическое местоположение.
Сервер приложений, как один из базовых компонентов системной платформы, обеспечива
ет централизованное управление работой приложений в распределенной среде и позволя
ет реализовать бизнес-логику всей системы как единого целого.
База данных реального времени - это хранилище данных о ходе производственного про
цесса, которое обеспечивает высокую производительность и является основой для созда
ния информационных систем управления производством реального времени.
Приложение обеспечивает визуализацию производственного процесса на основе графи
ческого представления данных (мнемосхем).
Технологический веб-портал является набором интегрированных программ, поддержива
ющих удобный механизм получения технологической информации на основе
Internet/lntranet и обеспечивающих необходимый уровень защиты данных.
ERP
АРМ
АРМ
диспетчера специалиста
Уровень
обработки
данных
Уровень
обмена данными
Уровень
формирования
данных (КИПиА)
Видеостена
Диагностический
АРМ
Сервер приложений
(согласование данных,
алармы, скрипты,
безопасность и др.)
Производственная
бд
Сервер ввода-вывода
АСУТП
АРМ
администратора
Веб-сервер
Сервер ввода-вывода
САУ
Локальные автоматизированные системы
Рис. 31. Архитектура АСОДУ
плк
100
MES-системы: взгляд изнутри
4.3. Базовые инструменты для создания технологических
и диспетчерских систем
Возможных решений для создания АСОДУ - множество. Все зависит от того, какие крите
рии выдвигает предприятие к программно-аппаратной платформе для создания системы
управления производством.
Современный подход к управлению предприятием состоит в интеграции разнородных сис
тем, работающих на различных уровнях. На производствах, как правило, работает оборудо
вание от различных поставщиков, и зачастую оно поставляется вместе со специализирован
ными программными комплексами. В этих условиях большинство предприятий сталкивает
ся с проблемами согласования различных платформ, приложений автоматизации, храни
лищ данных.
Отдельный вопрос - межуровневая интеграция систем управления на предприятии, так как
для эффективной работы ERP-систем необходимо, чтобы в систему поступали первичные
данные, отражающие реальное течение технологических процессов.
Итак, первый критерий выбора - обеспечение интеграции с существующими на предприя
тии системами управления. О сохранении ранее сделанных инвестиций заботливый хозяин
думает прежде всего.
Второй критерий - способность выбранных программных средств решать первоочередные
производственные задачи с возможностью наращивания функциональности системы уп
равления.
Минимизация расходов на создание MES-системы - совершенно естественное желание ру
ководства каждого предприятия. Один из путей к достижению этой цели - поэтапное безри
сковое внедрение решений, позволяющих как легкое наращивание функциональности, так
и внесение изменений в уже работающие части. Второй путь - реализация небольшого пи
лотного проекта силами специалистов предприятия и интегратора. Это даст понимание, что
же нужно производственникам, и возможность корректно поставить задачу внедряющей
стороне.
Компетенция и статус компании-разработчика/поставщика - важность этого критерия выбо
ра трудно переоценить. Более того, правильный выбор компании-разработчика - это 70-90
процентов успеха.
Всем вышеперечисленным критериям отвечает системная платформа (System Platform)
Wonderware. Здесь сразу хочется опередить читателя и ответить на законный вопрос: «Почему именно системная платформа? Выше же было сказано, что решений множество*.
Предлагаемое решение, конечно, не является единственным. Но, во-первых, оно действи
тельно отвечает очень многим требованиям к продуктам подобного класса. Во-вторых, вре
мя «коробочных» продуктов, позволяющих заткнуть образовавшуюся брешь в системе уп
равления, подходит к концу. Будущее автоматизации - за системными решениями, позво
ляющими предприятию заглянуть не только в завтрашний день, а гораздо дальше.
ГЛАВА 4. Процессы планирования, оперативно-диспетчерского управления и материального учета 101
Да, решение не из дешевых, но платить за автоматизацию все равно придется, и лучше это
делать один раз, не повторяя ошибок прошлого.
Что же так заинтересовало авторов в системной платформе Wonderware? Ответить можно
одной фразой: ориентированность системной платформы на гетерогенную среду (способ
ность платформы к объединению всех систем автоматизации предприятия) и объектный
подход к реализации решений. Собственно, в этой фразе присутствуют два фундаменталь
ных принципа построения системной платформы.
А теперь все по порядку.
К числу основных отнесем три продукта Wonderware, обеспечивающие интегрированный на
бор сервисов для разработки сбора, обработки и представления производственных данных:
♦ Wonderware Application Server - сервер приложений, ядро системной платформы;
♦ Wonderware Historian - архив производственных данных (БДРВ);
♦ Wonderware Information Server - интернет/интранет-портал предприятия.
Wonderware Application Server (WAS) - ядро системной платформы. Большая часть функ
ционала системной платформы реализована с помощью WAS. Он позволяет существенно
снизить инженерные затраты благодаря использованию объектной модели предприятия и
общему пространству имен. Можно создавать и настраивать многократно используемые и
расширяемые объекты, соответствующие типичному оборудованию предприятия, в соответ
ствии с физической или логической структурой предприятия. Фактически она становится
операционной системой для производственного уровня.
Пространство имен репозитория представляет собой набор уникальных идентификаторов
объектов и атрибутов проекта (рис. 32). Пространство имен и значения каждого из состав
ляющих его идентификаторов определяют приложение сервера приложений. Возможно
развертывание компонентов репозитория, таких как платформы и механизмы, на несколь
ких компьютерах для разделения эксплуатационной нагрузки во время работы.
Основное преимущество пространства имен сервера приложений заключается в том, что
оно позволяет обращаться к данным объектов и процессов сервера приложений посредст
вом скриптов, анимационных ссылок и т. д. с любой рабочей станции в системе без необхо
димости ввода ссылок, указывающих местоположение объекта.
Кроме того, для приложений репозитория предусмотрены функции безопасности, отклю
ченные по умолчанию. Использование функций безопасности обеспечивает для пользо
вателя возможность ограничить спектр действий, доступных другим пользователям. По
желанию роли безопасности, группы безопасности и пользователей можно добавить по
зднее.
После развертывания объекты платформы начинают немедленно поставлять данные серве
ру Wonderware Historian.
102
MES-системы: взгляд изнутри
Сервер Wonderware Historian предназначен для сбора технологической и производствен
ной информации с максимальным разрешением и большой скоростью, которая сочетается
с возможностью извлечения данных стандартными средствами SQL. Одним из важнейших
его достоинств является способность осуществлять компрессию записываемых данных в
реальном масштабе времени.
Репозиторий
Единое пространство имен,
полная конфигурация
Платформа
^^^
Компьютер, распределение нагрузки,
диагностика аппаратных средств
Обработчик
Частота сканирования, порядок
выполнения
Прикладные объектыконтейнеры
\
Устройства верхнего уровня,
имена в контейнере
Объекты приложения
Устройства, внешний
доступ к данным
Рис. 32. Компоненты системной платформы
В состав системной платформы включен также Wonderware Information Server - инфор
мационный веб-портал предприятия для агрегирования и представления производственных
данных. Он позволяет персоналу предприятия просматривать информацию, полученную из
любого приложения Wonderware, а также из других источников данных.
Кроме того, в состав системной платформы входят серверы для связи с внешними устрой
ствами и приложениями (Device Integration Products). Wonderware уделяет большое внима
ние совместимости своих приложений с различным оборудованием и предлагает широкий
выбор специализированных серверов для обеспечения коммуникаций со всеми наиболее
популярными полевыми устройствами. Продукты Wonderware поддерживают технологию
ОРС, позволяющую использовать их практически с любым оборудованием.
Для представления и анализа данных, формируемых в приложениях на базе системной
платформы, а также генерации отчетов предлагается набор клиентских средств. У пользо-
ГЛАВА 4. Процессы планирования, оперативно-диспетчерского управления и материального учета 103
вателей есть возможность выбора клиентского места как по уровню доступа к данным «толстый» или «тонкий» (терминальный доступ, веб-доступ) клиент, так и по форме их пред
ставления - мнемосхемы, табличные формы, графики и т. п.
Появление серверов приложений подобного класса вызвано «распуханием» клиентских
приложений. Они становятся сложнее как для разработки, так и для дальнейшего сопровож
дения. Помимо этого ухудшается и масштабируемость всей системы. Серверы приложений
позволяют решить эти проблемы. Все это в полной мере относится к серверам уровня АСУП
(ERP), построенным по принципу обработки транзакций. Несколько сложнее ситуация с сер
верами АСУТП и АСУПП. К ним предъявляются иные требования:
♦ поддержка сбора данных в режиме реального времени с возможностью обработки
событий с точностью до миллисекунд;
♦ обеспечение возможности не только в режиме обработки транзакций, но и по со
бытиям;
♦ обеспечение возможности обработки больших объемов данных и событий, поступа
ющих асинхронно;
♦ обеспечение детерминированности, т. е. должен быть определенный порядок сраба
тывания компонентов приложения.
До появления платформ предлагались конфигурации на основе SCADA в виде тэг-серверов, которые получали данные от серверов ввода-вывода, проводили предварительное мас
штабирование, обработку, осуществляли контроль на наличие алармов, регистрировали со
бытия и передавали данные для отображения на клиентские станции. Основой тэг-сервера
был SCADA-пакет, например InTouch, Citect и т. д. На клиентских машинах также использо
вались SCADA-клиенты. Эта система удовлетворяла далеко не всем требованиям, перечис
ленным выше.
На первый взгляд, системная платформа очень похожа на обычный тэг-сервер, но на самом
деле она обладает значительно большими возможностями, такими как:
♦ распределенная разработка приложения и, наоборот, возможность редактирования
различных приложений с одного рабочего места;
♦ распределенный режим работы приложения. Управление загрузкой отдельных узлов;
♦ отсутствие ограничений на размер приложения (под размером понимается количест
во тэгов, InTouch имеет ограничение в 60К тэгов);
♦ возможность использования шаблонов при создании объектов приложения;
♦ встроенная система безопасности;
♦ прямой доступ из SCADA к объектам системной платформы;
104
MES-системы: взгляд изнутри
♦ тесная интеграция с БДРВ;
♦ средства диагностики;
♦ поддержка скриптовых функций SCADA и возможность импорта функций из библи
отек, разработанных с использованием технологии .Net;
♦ использование сервисов, предоставляемых системной платформой.
Далее более подробно рассмотрим системную платформу и БДРВ на примере продуктов
SystemPlatform и Historian от компании Wonderware.
4.3.1. Системная платформа, или ОС производственного уровня
Архитектура
Wonderware Application Server состоит из двух групп компонентов (рис. 33). Первая группа
включает в себя компоненты для конфигурирования системы и разработки приложения, та
кие как:
1. Репозиторий Galaxy - база, в которой хранится конфигурационная информация.
2. Среда разработки приложений IDE (Integrated Development Environment).
Вторая группа включает в себя компоненты, образующие непосредственно приложение и
среду исполнения приложения, такие как:
♦ Загрузчик среды ArchestrA (Bootstrap Loader).
♦ Платформа (WinPlatform) - определяет физический компьютер, на котором может
исполняться приложение или часть приложения.
♦ Поток, обрабатывающий в реальном времени скрипты приложения (Application
Engine).
♦ Логические группы объектов приложения (Areas).
♦ Объекты приложения (Automation Objects) - включают базовые компоненты приложения.
♦ Объекты или прокси-компоненты для подключения источников данных (Device
Integration Objects).
В зависимости от назначения узла набор компонентов WAS будет различаться. По функци
ональности узлы можно разделить на четыре вида:
♦ Полнофункциональный Application Server. Предполагается, что на таком сервере ус
тановлена база Galaxy, среда разработки и само приложение исполняется на этом
же узле.
ГЛАВА 4. Процессы планирования, оперативно-диспетчерского управления и материального учета 105
♦ Сервер БД Galaxy - репозиторий конфигурационной информации о приложениях. На
этом узле обеспечивается хранение информации об объектах и настройках приложе
ний WAS (приложений может быть несколько, каждому приложению соответствует
одна база). А также обеспечивается управление системой хранения (резервное ко
пирование и восстановление).
♦ Рабочее место разработчика. Основным компонентом этого узла является ЮЕ-оболочка, из которой, собственно, и осуществляется работа с приложением.
♦ Рабочая станция, на которой запускается приложение InTouchView для визуализации
приложения. При этом приложение InTouch является так называемым view-клиентом,
что означает возможность использовать в качестве сервера ввода-вывода только
Wonderware Application Server.
Поток
Репозиторий
Платформа
Среда разработки
Поток
Платформа
Загрузчик
Среда разработки
Репозиторий
Загрузчик
Загрузчик
Загрузчик
Компьютер с базой
Сервер приложений
репозитория
Рабочая станция
Компьютер
разработчика
Рис. 33. Виды узлов
Приложение
Основным назначением сервера является выполнение приложений, которые представляют
собой набор взаимосвязанных объектов (Application Objects). Именно объектов, а не тэгов,
как это было в традиционных SCADA-системах. Каждый объект - это довольно сложная
структура, включающая набор свойств, динамических и статических атрибутов, а также
скриптов. Разработчик может дополнять набор атрибутов объекта, создавая свои собствен
ные атрибуты. Этот набор различается в зависимости от типа объекта. Следует отметить, что
каждому элементу объекта можно определить права доступа. Для создания объектов ис
пользуются шаблоны (см. ниже).
Иерархия объектов системной платформы представлена на рис. 34.
Первая группа - системные объекты (System Objects). Объекты из этой группы позволяют
структурировать приложение и определяют свойства всего приложения или отдельной части.
Объект Platform (платформа) является ключевым для приложения и соответствует физиче
скому компьютеру в сети, на котором могут исполняться компоненты приложения. Основны
ми функциями объекта являются:
106
MES-системы: взгляд изнутри
Объекты
Системные объекты
Объекты приложения
Объекты интеграции
с устройствами
Платформа
(Platform)
Дискретное
устройство
ОРС Proxy
Логическая группа
(Area)
Аналоговое
устройство
InTouch Proxy
Поток (AppEngine)
Ссылка
на устройство
DDE/SuiteLink
доступ
ит.д.
и т.д.
Рис. 34. Иерархия объектов
♦ расчет статистических параметров работы узла. Значения параметров доступны в ви
де атрибутов объекта;
♦ мониторинг параметров узла (включая системные параметры - загрузка процессо
ра, памяти и т. д.), отслеживание аварийных значений и архивация параметров;
♦ запуск и останов скриптовых потоков (объектов типа AppEngine);
♦ мониторинг состояния скриптовых потоков, перезапуск их в случае зависания или не
корректной работы.
На уровне объектов этого типа определяется, будет ли данный узел аларм-провайдером для
клиентских приложений InTouch.
Объект AppEngine (поток приложения) также один из ключевых объектов приложения WAS.
Этот объект соответствует потоку, который в режиме реального времени с заданным пери
одом обрабатывает объекты приложения (исполняет скрипты, изменяет свойства и атрибу
ты). Как правило, с каждым AppEngine связаны объекты Appication Objects и прокси-компо
ненты ввода-вывода Device Integration, реализующие логику работы приложения. Этих объ
ектов может быть огромное количество, и задачей AppEngine является управление всеми
объектами (загрузка, выгрузка, инициализация и т. д.).
На уровне объектов этого типа осуществляется и управление системой архивации. Здесь
указывается адрес компьютера, на котором будет производиться архивация данных.
Объект Area (логическая группа) - один из самых простых. Основным назначение этого объ
екта является логическая группировка объектов типа Application Objects. В первую очередь
это используется для удобства работы с алармами и событиями, генерируемыми объектами
приложения. Объекты Area используются для мониторинга, квитирования, запрета/разрешения алармов для групп объектов. Второе назначение - структурирование приложения в со
ответствии со структурой автоматизируемого процесса.
ГЛАВА 4. Процессы планирования, оперативно-диспетчерского управления и материального учета 107
Вторая группа - объекты приложения (Application Objects) - предназначена для реализа
ции конкретных элементов приложения и, соответственно, автоматизируемого процесса,
например задвижка, датчик, PID-регулятор и т. д.
Объект AnalogDevice (аналоговое устройство) предназначен для воспроизведения анало
гового устройства ввода-вывода или же для реализации аналогового регулятора.
Объект DiscreteDevice (дискретное устройство) предназначен для моделирования дискрет
ных устройств, имеющих несколько физических состояний.
Объект FieldReference (ссылка на устройство) - достаточно простой объект, предназначен
ный для моделирования в приложении простого объекта для связи с внешним устройством.
Основным атрибутом объекта является его измеренное значение (PV - process value).
Объект UserDefined (определяемый пользователем) - специализированный объект, кото
рый может выполнять две функции.
Первая и основная функция - контейнер для объектов другого типа. В результате можно
получить шаблон сложного объекта, представляющий в виде дерева все составляющие его
компоненты. Это значительно упрощает разработку сложного приложения. Полученный
комплексный объект может быть вложенным. Примером может служить шаблон для резер
вуара, который состоит из емкости (аналоговое устройство), впускной и выпускной венти
ли. Используя возможность создания пользовательского объекта, создаем шаблон с име
нем $Tank, затем создаем шаблоны SVolume (AnalogDevice), $lnlet и $Outlet
(DiscreteDevice). Осталось связать эти шаблоны с шаблоном резервуара $Тапк и добавить
скрипты, задающие логику управления резервуаром. И вот мы получили законченный шаб
лон, готовый к созданию на его основе экземпляров резервуаров (которых может быть до
статочно много на реальном производстве). Подробнее работа с шаблонами будет рассмо
трена позже.
Вторая функция - создание простейшего объекта, не имеющего входов и выходов. Однако
у него могут быть созданы пользовательские атрибуты и добавлены скрипты, как и ко всем
остальным объектам сервера приложений.
Третья группа - объекты интеграции с устройствами (Device Integration Objects) - объе
диняет объекты для подключения внешних источников данных. По своей сути это прокси
компоненты для различных протоколов и устройств. По умолчанию сервер приложений
включает три основных прокси-компонента:
♦ для подключения по протоколам DDE и Suitelink;
♦ для подключения к ОРС-серверам;
♦ для доступа к переменным приложения InTouch. Этот компонент позволяет получить
доступ к словарю переменных InTouch,выбрать необходимые переменные и опреде
лить их как атрибуты компонента. Это позволит в дальнейшем обращаться из прило
жения платформы к переменным SCADA-приложения InTouch. Данные из среды ис
полнения InTouch Window Viewer поступают по протоколу Suitelink.
108
MES-системы: взгляд изнутри
Шаблоны
Шаблоны - это уникальное средство разработки объектной модели, ее строительные блоки.
По определению шаблон - это образец, по которому изготавливают однородные изделия.
В качестве первого символа в именах базовых шаблонов, включенных в инструментарий,
используется символ доллара $. Эти шаблоны недоступны для изменения. Из существую
щих шаблонов (базовых) пользователем могут создаваться новые шаблоны (дочерние).
Имеется возможность встраивать одни шаблоны в другие. Таким образом, шаблоны могут
представлять собой сложные устройства, состоящие из более простых устройств, таких как
датчики, исполнительные устройства (задвижки, краны), насосы. Можно использовать глу
бину до 10 уровней вложенности. Примером сложного шаблона-контейнера может быть тех
нологический аппарат, оборудованный средствами автоматизации, - сепаратор, теплооб
менник, реактор.
На основе шаблонов создаются экземпляры объектов. Экземплярам с датчиков от физиче
ских устройств передаются данные, а оператор в среде исполнения получает всю необходи
мую информацию об объекте управления. Экземпляры используются только в среде испол
нения, в то время как шаблоны - лишь в среде разработки.
Шаблон - это не только графическое изображение, но и набор уникальных атрибутов - логика/сценарии (скрипты) приложения, алармы и события, архивирование, документирова
ние, безопасность (рис. 35). Предусмотрена возможность индивидуальной настройки шаб
лона путем добавления определяемых пользователем атрибутов.
Каждый экземпляр объекта наследует атрибуты от своего шаблона. При изменении значе
ния какого-то атрибута в шаблоне соответствующее изменение произойдет во всех экземп
лярах объектов. Это существенно облегчает обслуживание и обновление приложений.
Ввод/вывод
Графика
Алармы и события
Объект
Логика/скрипты
Исторические данные
Документация
Рис. 35. Объект с готовым набором атрибутов
Безопасность
ГЛАВА 4. Процессы планирования, оперативно-диспетчерского управления и материального учета 109
Как правило, на любом предприятии используются различные модели насосов, кранов, эле
ктродвигателей и т. п. Лучшим решением для разработчика будет создать сначала иерар
хическую структуру производных шаблонов, а затем создать по этим производным шабло
нам экземпляры нужных объектов.
Для каждого параметра или атрибута объекта разработчик может установить различные ви
ды доступа, определяющие доступ к ним специалистов в работающей системе.
Интегрированная среда разработки приложения
Для создания приложений, разработки объектов предназначена интегрированная среда
разработки IDE. Среда позволяет создавать новые шаблоны объектов и на их базе - новые
объекты, редактировать существующие, импортировать и экспортировать объекты, управ
лять размещением объектов в структуре проекта, «привязывать» источники данных.
IDE имеет стандартный для Windows-приложений графический интерфейс пользователя с
набором команд меню, плавающими панелями инструментов и возможностью редактиро
вать несколько объектов одновременно. Объекты распределяются по областям или логиче
ским группам. Логические группы могут быть выстроены в иерархию. При этом допускает
ся вложение одного объекта в другой. В этом случае на уровне родительского объекта бу
дет накапливаться статистика и отслеживаться алармы вложенных объектов. Этот вид наи
более точно и детально отображает моделируемый процесс. Окно среды разработки приве
дено на рис. 36.
Рис. 36. Основное окно среды разработки
В окне для работы с шаблонами (Template Toolbox) отображается список коллекций, со
держащих шаблоны объектов. Здесь же отображается древовидная структура категорий
шаблонов в Galaxy. Окно предназначено для работы с шаблонами объектов: создания но
вых шаблонов, удаления, экспорта и импорта шаблонов. Все шаблоны разбиты на группы и
организованы в древовидную структуру. Разработчик может создавать свои собственные
шаблоны и группы шаблонов. При этом в полной мере используется наследование свойств
родительских объектов.
110
MES-системы: взгляд изнутри
Окно приложения Application Views предназначено для работы со структурой приложения.
Приложение имеет древовидную структуру объектов. При этом в окне приложения можно
выбрать для просмотра один из трех видов его структуры.
Окно Model View позволяет отобразить связи между объектами в соответствии со структу
рой технологического или диспетчерского процесса (далее - технологическая модель). Тех
нологическая модель в общей структуре создается как совокупность сложных единиц обо
рудования, состоящих из более простых механизмов.
Объекты разделены по производственным зонам, в
каждой из которых имеются различные группы техноло
гических устройств, таких как конвейеры, емкости, на
сосы, датчики и прочие механизмы.
Например (рис. 37), имеется производство (MyPlant),
которое состоит из участка по приему сырья (InTake),
непосредственно технологического процесса (Process)
и участка отгрузки готовой продукции (Dispatch).
В свою очередь, Process состоит из двух конвейеров
(Linel и Line2). Щелкнув мышью по строке Linel или Рис. 37. Технологическая модель
Line2, можно вывести на экран оборудование этих ли- предприятия
ний и т. д.
Объекты в окне приложений будут представлены в виде дерева, изображенного на рис. 38.
Окно Deployment View предназначено для отображения структуры объектов в соответствии
с сетевой организацией приложения (каждому узлу соответствует объект Platform).
С помощью этого вида разработчик может определить, на каком узле (компьютере) будет
исполняться объект. Стоит отметить, что иерархия типов объектов для этого вида жестко за
дана. Корневыми узлами могут быть объекты типа платформа, затем располагаются объекты Application Engine - скриптовые пото
ки. Их может быть несколько на каждом
: ^Derivation
S 4jf MyGalaxy
узле. К Application Engine прикрепляются
Я 0 SAppEngine
i
0 AppEngineOOl
объекты Device Integration и Area. На са
5^ {Area
Й Dispatch [ MyPtant.Dispatch ]
S Intake [ MyPiant.Intake ]
мом нижнем уровне располагаются
i $1 Linel [ MyPlant.Process.Lmel ]
: Ф Line2 [ MyPlant.Process.LineJ ]
Automation Objects. Пример такой иерар
MyPlant
$ Process [MyPianLProcess ]
хии представлен на рис. 38.
^ SystemArea
Л-О {FieldReference
->-^ SWinPiatform
; Э pg {NTPIatform
ё
^Deployment
€ gy My Galaxy
; ■ О Unassigned Host
S0AppEngineOOl
Й Dispatch [ Dispatch ]
Й Intake [ Intake ]
;
Linel [Linel]
Line2 [ Line2 |
Й MyPlant
& Process [ Process ]
£| SystemArea
O Unused Base Templates
: - tf {AnalogOevia
j g| {ODESuiteLinkClient
i-^g {DiscreteDevice
И| $ InTouchProxy
JlnTouchViewApp
02 $OPCCIient
? V SRedundantD [Object
i ^O {Sequencer
: Й {SQLData
. Й {Switch
^ {UserDefined
^^ {View-Engine
Окно Derivation View предназначено для
отображения наследственных связей
между шаблонами и экземплярами объ
ектов. Это очень удобно для разработчи
ка, так как одной из ключевых особенно
стей WAS является возможность внесе
ния изменений в шаблон объекта с после
дующим распространением изменений
на экземпляры объектов, созданных на
основе этого шаблона. В этом виде отоб-
ГЛАВА 4. Процессы планирования, оперативно-диспетчерского управления и материального учета 111
ражаются все объекты и шаблоны, включая и неиспользуемые в конкретном приложении.
В этом случае шаблоны относятся к ветви Unused Templates. Пример этого вида изображен
на рис. 38 справа.
Программирование в сервере приложений состоит в написании сценариев, позволяющих ре
ализовать собственно логику работы приложения и в основном предназначено для обработ
ки различных событий, возникающих во время исполнения. Сценарий может быть привязан
к срабатыванию системного таймера или же к срабатыванию конфигурируемых пользовате
лем триггеров, таких как различные логические условия, запуск или останов приложения или
изменения значений атрибутов объектов. Допускаются вложенные вызовы сценариев.
Для программирования используется vb-подобный язык Quick script .Net, он аналогичен
языку QuickScript, используемому в SCADA-системе InTouch, но имеет ряд расширений.
Первое - это система доступа к атрибутам объектов приложения, она соответствует обще
принятой системе для всех современных объектно ориентированных программных сред,
когда через точку указываются имена объектов и затем имена атрибутов.
Второе важное дополнение - это возможность работы с COM-объектами и .Net-библиотека
ми, что расширяет возможности по созданию гибких алгоритмов управления и по использо
ванию готовых программных наработок и решений.
Помимо этого система позволяет импортировать/экспортировать функции из библиотек
InTouch (WDF-файлы).
Все вместе эти особенности делают программирование в среде сервера приложений мощ
ным, гибким, удобным, простым в освоении и доступным большинству программистов. При
этом сохраняется накопленный опыт программирования и наработки в сторонних программ
ных средах (InTouch, MS VisualStudio и т. п.).
4.3.2. Коротко о БДРВ
Можно выделить две категории приложений в БД: оперативная обработка транзакций
(OLTP - Online Transaction Processing) и системы поддержки принятия решений (DSS Decision Support System).
OLTP-системы используются для создания приложений, поддерживающих ежедневную ак
тивность организации. Обычно это критические для деятельности приложения, требующие
быстроты отклика и жесткого контроля над безопасностью и целостностью данных.
DSS-системы поддержки принятия решений, как правило, крупнее, чем OLTP-системы.
Обычно они используются с целью анализа данных и выдачи отчетов и рекомендаций.
Пользователи должны иметь возможность конструировать запросы различной степени
сложности, осуществлять поиск зависимостей, выводить данные на графики и использо
вать информацию в других приложениях типа электронных таблиц, текстовых процессо
ров и статистических пакетов. Еще более широкую поддержку в процессе принятия реше
ний обеспечивают системы оперативной аналитической обработки (OLAP - Online
Analytical Processing).
112
MES-системы: взгляд изнутри
Заводская автоматизация несколько отстает от автоматизации офисной деятельности, при
этом многие технологические и производственные БД основываются на устаревших и до
вольно негибких технологиях. Вместе с тем в производстве существуют насущные потреб
ности как в OLTP-приложениях, так и в DSS-системах. Примерами типичных OLTP-приложений могут служить системы контроля перемещения или системы управления серийным про
изводством и складскими запасами. Характеристиками, аналогичными DSS-системам, об
ладают системы управления производственной информацией.
Как правило, производственному персоналу всегда не хватает информации. Операторам,
специалистам, ремонтному персоналу, начальникам - всем нужен доступ к текущим и ар
хивным производственным данным, статистической и итоговой информации и т. д. Все они
хотели бы иметь какое-то единое средство доступа к информации.
Однако традиционные БД не всегда применимы в системах промышленной автоматизации.
Можно выделить несколько основных ограничений:
♦ Производственные процессы генерируют данные очень быстро. Чтобы хранить произ
водственный архив системы, например с 7 500 рабочими переменными, в БД каждую
секунду необходимо вставлять 7 500 строк. Обычные БД не могут выдержать подоб
ную нагрузку.
♦ Производственная информация не вмещается. Многомесячный архив завода с 7 500
рабочими переменными требует под БД дисковой памяти объемом около 1 ТБ. Сего
дняшние технологии такими объемами манипулировать не могут.
♦ SQL как язык не подходит для обработки временных или периодических данных, ти
пичных для производственных систем. В частности, чрезвычайно трудно указать в за
просе периодичность выборки возвращаемых данных.
Что же такое Historian?
Можно выделить несколько особенностей Historian как программного продукта.
Хранитель производственной архивной информации, включая данные о событиях и со
ответствующих реакциях. Historian представляет БД, в которой учтена скорость поступления
и объемы производственной информации. Он позволяет осуществлять сбор и запись дан
ных в сотни раз быстрее, чем это делают обычные БД на аналогичной платформе, и при
этом еще и занимает значительно меньше дискового пространства.
Historian, будучи интегрированным с системной платформой, способен накапливать при по
мощи серверов ввода-вывода информацию практически от любых измерительных приборов
и устройств сбора данных.
Система управления РБД реального времени, использующая язык SQL. Выступая в ка
честве сервера БД, Historian представляет собой расширение Microsoft SQL Server. При
этом он обеспечивает скорость накопления данных более чем на порядок выше, характери
зуется снижением размеров пространства хранения и реализует расширение языка SQL в
области обработки данных, имеющих временные ярлыки (метки).
ГЛАВА 4. Процессы планирования, оперативно-диспетчерского управления и материального учета 113
Объединение серверов Historian и Microsoft SQL Server незаметно для пользователя. Мож
но сказать, что Historian превращает Microsoft SQL Server в сервер РБД реального времени.
При этом клиенты могут напрямую обращаться к Historian при помощи тех же утилит, кото
рые используются сервером Microsoft SQL Server.
Таким образом, Historian:
♦ Сохраняет некритичную во времени информацию в БД Microsoft SQL Server. Вся тех
нологическая информация сохраняется в специальных таблицах расширения.
♦ Поддерживает пропускную способность, то есть обеспечивает сохранение огромных
потоков информации с высокой разрешающей способностью.
♦ Поддерживает целостность данных, то есть обеспечивает запись больших объемов
информации без потерь.
♦ Добавляет в Microsoft SQL Server свойства сервера реального времени.
На рис. 39 показаны информационные потоки.
С одной стороны, это данные, поступающие из раз
личных источников для сохранения в БД, с другой данные, запрашиваемые потребителями через ин
терфейс SQL-сервера.
Стандартным механизмом поиска информации на
сервере Historian является SQL, что гарантирует до
ступность данных самому широкому кругу прило
жений. В подмножество языка SQL входит расши
рение, служащее для получения динамических
производственных данных из Historian и позволяю
щее строить запросы на базе временных отметок.
Все приложения, работающие с Microsoft SQL
Server, могут также подключаться и к Historian.
Потребители
Стандартный интерфейс
MS SQL Server
' Технологические
<
данные
Конфигура
ционные данные
Используемая в Historian архитектура клиент-сер
Источник
вер позволяет заполнить промежуток между про
мышленными системами контроля и управления
Рис. 39. Информационные потоки
реального времени, характеризующимися большими объемами информации, и открытыми гибкими управленческими информационными си
стемами. Благодаря наличию мощного и гибкого процессора запросов пользователи имеют
возможность осуществлять поиск любой степени сложности для выявления зависимостей и
связей между физическими характеристиками, оперативными условиями и технологически
ми событиями.
Функциональные возможности сервера
Высокопроизводительный сервер. Hisrorian обеспечивает сбор данных в сотни раз бы
стрее, чем любые другие РБД, и сохраняет их на гораздо меньшем дисковом пространст-
114
MES-системы: взгляд изнутри
ве. Многоуровневая клиент-серверная архитектура служит мостом между управленчески
ми и производственными сетями, предоставляя вышележащему уровню всю информацию
в реальном масштабе времени. Опирающаяся на Windows многоуровневая архитектура
представляет собой масштабируемое решение любых пользовательских требований.
Historian может использоваться как в небольших цехах с сотней регистрируемых техноло
гических параметров, так и на крупных промышленных предприятиях с сотнями тысяч па
раметров.
Уменьшение объема хранения. Фактический размер требуемого для хранения производ
ственной информации дискового пространства определяется размером и сущностью опе
раций предприятия, а также интервалом хранения предыстории его функционирования. На
пример, двухмесячный архив предприятия с 4000 параметров, опрашиваемых с периодич
ностью от нескольких секунд до нескольких минут, будет занимать около 2 Мб дискового
пространства. Используемый алгоритм упаковки информации является алгоритмом сжатия
без потерь, сохраняющим высокое разрешение и качество данных.
Достоверная информация. Будучи сервером БД, Historian хранит наиболее полную ин
формацию о производственных процессах. Сервер может накапливать производственную
информацию с высокой разрешающей способностью, получая ее при помощи серверов
ввода-вывода от более чем 600 различных контрольных и регистрирующих устройств.
Конфигурационные параметры, как и вся предыстория модификаций, хранятся в «чисто»
Microsoft SQL таблицах, доступных через SQL. В процессе функционирования предприятия
могут добавляться новые и удаляться существующие параметры, меняться описания и диа
пазоны измерений.
Система регистрации событий. Непрерывные данные наиболее полезны в контексте собы
тий. Событие может представлять собой все что угодно - завершение серии, изменение
значения переменной, операции SQL по вставке, обновлению или удалению, заступление
новой смены либо запуск оборудования и т. д., а также комбинации всего перечисленного.
Historian может различать и соответствующим образом реагировать на события. События
могут инициировать определенные предписанные действия. Например, завершение очеред
ного этапа может приводить к записи конечных значений этапа в таблицу серии, начало но
вой смены может запустить выдачу сменного отчета, запуск двигателя может привести к по
сылке определенного сообщения в ремонтную службу и т.д.
В производственных отчетах, как правило, содержится сводная, или статистическая, инфор
мация. Historian может автоматически обновлять сводные таблицы с заданной периодично
стью, записывая в них средние величины, суммы, а также максимальные и минимальные
значения. Функции копирования облегчают тиражирование сводных данных и информации
о событиях, что особенно важно при принятии различных управленческих решений.
Гибкий открытый доступ. Большая доля производственной информации имеет такие же
характеристики, как и обычные деловые данные. Например, конфигурационные или свод
ные данные. Информация подобного рода поддерживается средствами Microsoft, встроен
ными в Historian, а именно сервером Microsoft SQL Server. А имеющиеся клиентские прило
жения дают пользователям возможность выбирать именно те средства, которые наилучшим
образом позволяют решать поставленные задачи.
ГЛАВА 4. Процессы планирования, оперативно-диспетчерского управления и материального учета 115
Открытая и гибкая база данных. Мощная и гибкая БД Historian поддерживает доступ к ин
формации реального времени, архивным и конфигурационным данным любыми программ
ными средствами. Для хранения информации доступны следующие типы данных:
Клиентские приложения
Состояние. Клиентские программы позволяют решать такие задачи, как частотный анализ,
профилирование, генерация стандартных отчетов, имитация вывода на экран, средства пе
ремещения, просмотра информации на базе браузера, воспроизведения, генерации отче
тов для управляющего персонала, а также инструментарий построения различных графи
ков, диаграмм и схем.
Как уже говорилось, Historian включает в себя возможности традиционных РБД, поскольку
построен на Microsoft SQL Server, добавляя, однако, и уникальные свойства, связанные с ре
гистрацией данных в реальном времени. Со сформированными в реальном времени табли
цами возможна работа по стандартным SQL-запросам
Будучи построенным Microsoft SQL Server, Historian использует все его возможности, в том
числе и такие, как интерфейсы для обмена электронной почтой, Internet Information Server
для публикации данных в Интернете, репликацию и службы дистрибуции для распростране
ния информации в другие приложения баз данных Microsoft SQL Server и Oracle.
Поддерживающие стандартные SQL- или ODBC-приложения. Это и Crystal Report, и
Microsoft Query, и Microsoft ISQL, а также множество других прикладных пакетов типа
Microsoft Access, Excel, Word, Lotus и специализированных статистических и математичес
ких пакетов.
Эти прикладные программы могут разрабатываться в любой популярной среде программи
рования, включая Visual Basic, PowerBuilder и C++.
4.3.3. Модели данных комплексной системы предприятия
Рассмотренная выше технологическая объектная модель является лишь одной из составля
ющих комплексной модели данных предприятия (рис. 40). Каждая из систем комплексной
системы автоматизации предприятия, например ERP, ЕАМ, имеет в основе свою модель
данных. Предметом рассмотрения в рамках каждой из систем являются объекты технологи
ческого процесса с поддерживающей его инфраструктурой, но под специфическим углом
зрения в каждой системе. Например, система диспетчерского оборудования контролирует
параметры технологических процессов с точки зрения отклонений технологических значе-
116
MES-системы: взгляд изнутри
ний от нормы, работоспособность оборудования (выход из строя), обеспечивает расчет клю
чевых показателей в пределах суток о выполнении плана в реальном времени, накопитель
ным итогом и др.
Система планирования поддерживает автоматическое или ручное пооперационное плани
рование, связанное с каждой единицей технологического оборудования.
Система управления производственными фондами для обеспечения надлежащего состоя
ния анализирует техническое состояние технологического оборудования, поддерживает вы
полнение профилактических мероприятий, связанных с оперативным техническим обслу
живанием, выполнением аварийных ремонтов, плановых и капитальных ремонтов.
Основное назначение технологической модели - создание единого пространства имен,
отражающего технологическую структуру предприятия. Единое пространство имен опреде
ляет структуру данных для сбора, архивирования, системы алармов. Архив, структура кото
рого определена единым пространством имен, является единственным источником опера
тивных данных внешней среды.
КПП (KPI) внутренние и внешние
Технологическая модель данных N
Технологическая модель данных 1
Технологическая модель данных
Коммуникационная модель данных
Рис. 40. Обобщенная модель данных
Коммуникационная модель - модель данных, отражающая схему получения данных от
источников (интерфейсы, режимы), структуру информационных потоков для оптимизации и
управления сетевой инфраструктурой.
Описание всех типов данных на предприятии должно включать наименование системы - ис
точника данных, описание группы, функциональное назначение, тип, доступ к этому эле
менту данных со стороны различных групп пользователей.
Создание коммуникационной модели предполагает и создание моделей измерения пара
метров. Модель измерения - это описание способа и режима получения значения выбран
ного параметра от заданного источника (рис. 41).
ГЛАВА 4. Процессы планирования, оперативно-диспетчерского управления и материального учета 117
Основным назначением функциональной модели является описание
структуры данных для систем производственного и бизнес-уровней.
Поэтому модель данных определяется требованиями производст
венных процессов, например процессов управления производствен
ными фондами, управления качеством продукции, качеством про
цесса производства и др. В рамках каждого из перечисленных про
цессов на этапе информатизации разрабатывается собственная ие
рархия объектов (рис. 42), ориентированная на решение задач соот
ветствующих служб предприятия.
Ниже рассмотрен пример формирования функциональной модели
для процесса управления производственными фондами.
Строка доступа
Тип переменной
Режим
Сервера в/в
Протоколы обмена
Интерфейсы обмена
Каналы связи
Стратегической задачей систем управления производственными фон
дами, или ЕАМ-систем, обеспечивающих информационную поддержку Рис. 41. Модель
соответствующего процесса, является переход от плановых ремонтов измерения
оборудования к ремонтам по текущему состоянию. Но для оценки текущего состояния сложно
го оборудования важно, с одной стороны, в реальном времени получать качественную опера
тивную информацию, а с другой - просчитывать инвестиции в фонды, фактические затраты на
обслуживание фондов в структуре себестоимости и т. п., опираясь на архивные данные.
Поступление технологической информации в реальном времени, включая данные от счет
чиков, аппаратуры аварийной сигнализации, диагностические сообщения, определенные в
технологической или коммуникационной модели, позволяет автоматически генерировать
наряды на работу. Таким образом, техническое обслуживание оборудования выполняется в
реальном времени.
Управление качеством
Управление ПФ
продукции
Задачи оперативно-календарного
планирования
Рис. 42. Примеры иерархии объектов производственных процессов
118
MES-системы: взгляд изнутри
Завод ЗАВОД-1 ЛАБ-ЛАБС
Цех ЦЕХ-50 Цех №50 «Установки»
Установка ЦЕХ-50 УСТАНОВКА АЛК Алкилирование
нко
М-Р-0401.001 Насос Р-0401.001 Основной
нко
М-Р-0402.001 Насос Р-402.001 Основной
нко
М-Р-0402.002 Насос Р-402.002 Резервный
В рамках функциональной модели
создается дерево объектов, описы
вающее подлежащее ремонту обо
рудование (рис. 43). Динамические
атрибуты объектов этого дерева свя
зываются с данными технологичес
кой и коммуникационной модели.
Естественной вершиной многоуров
невой
модели данных являются клю
нко М-Р-0401.002 Насос Р-0401.002 Резервный
чевые показатели эффективности
Установка ЦЕХ-50 УСТ. ПРЕДФР. Предфракционирование (КПЭ). Именно эти показатели ха
рактеризуют всю деятельность пред
Рис. 43. Пример иерархии объектов системы управления
приятия, от затрат на производство
производственными фондами
до полученного результата. Ключе
вые показатели эффективности - это та обратная связь, которая замыкает контур управле
ния и инициирует новые управленческие решения. Подробно ключевые показатели эффек
тивности рассмотрены в главе 2.
4.4. Материальный учет
Материальный баланс производства представляет собой математическую модель техноло
гического процесса, а именно количественные взаимоотношения материальных потоков в
процессе их движения и взаимодействия.
На основе данных о состоянии технологического процесса, о потребляемых ресурсах про
изводится учет продукции и расчет периодических потерь предприятия, предоставляются
точные сбалансированные данные для инженерных расчетов и планирования, контролиру
ются реальные потери, контролируется и корректируется процесс управления предприяти
ем путем ежедневного расчета массового баланса, совершенствуется механизм ведения
основных фондов производства.
Часто сведение материального баланса производств выполняется вручную, возникающие
дисбалансы «размываются», исходя из субъективных соображений, по структурным едини
цам и потерям, среди которых можно выделить:
♦ реальные потери в процессе производства, включая отходы в брак, использование
на собственные нужды и др.;
♦ потери из-за неточности измерений, недостаточной точности датчиков, ошибки уче
та продукта при погрузке-разгрузке в процессе транспортировки, т. е. ошибки в из
мерениях параметров процессов являются причиной финансовых потерь. Ошибки
калибровки, дефекты датчиков, неправильно регистрируемые измерения, ошибки
измерений в резервуарах и неучтенные потери при технологическом процессе дела
ют собранные о процессах данные несогласованными и, следовательно, некоррект
ными для анализа (расчет производительности производства, оптимизация техноло-
ГЛАВА 4. Процессы планирования, оперативно-диспетчерского управления и материального учета 119
гических процессов). Используя специальные алгоритмы, балансовая система поз
воляет рассчитывать согласованные измерения, причем параметры должны иметь
минимальное отклонение от действительных значений.
Одним из наиболее эффективных способов улучшить ситуацию в целом, не требующим
больших капитальных затрат, является оперативное слежение за процессом производства,
определение причин и источников возникновения потерь и их устранение. Своевременного
обнаружения потерь в масштабах предприятия можно достичь только благодаря внедрению
современных систем учета и расчета материальных балансов, предоставляющих в едином
обобщенном виде плановую и фактическую информацию о производственных процессах.
Потери на предприятии можно разделить на две группы: реальные и вероятные.
Реальными являются потери в таких физических процессах, как сброс на факел, испаре
ние, различного рода утечки, расход на собственные нужды и т. д. Вероятными потерями яв
ляются погрешности измерения параметров технологических процессов, ошибки калибров
ки датчиков, дефекты датчиков, неправильно регистрируемые измерения, погрешности уче
та получаемого сырья, промежуточных и товарных продуктов, ошибки измерений расходов
продуктов и запасов в резервуарах (ошибки определения средней температуры хранимого
продукта, деформация емкостей под воздействием температур).
Вероятные потери не определяются и не поддаются учету без применения специализиро
ванных алгоритмов согласования измеренных данных. Их базу составляет математический
аппарат согласования данных, основанный на экономико-математическом методе анализа
измерительной информации.
Неточные измерения ведут к рассогласованию данных о процессе и делают их неудобными
для многих видов анализа, включая анализ производительности, оптимизацию технологи
ческих процессов и определение приоритета для текущего ремонта измерительного обору
дования. Неточные и пропущенные измерения требуют их согласования: вычисления неко
торых среднестатистических значений измеренных параметров, удовлетворяющих опреде
ленным ограничениям по точности, величине отклонения от измеренных значений и относи
тельному равенству релевантных параметров.
Основой для расчета балансов и сбора информации является организация учета матери
альных потоков - сырья, полуфабрикатов по узлам производства, где узлами являются про
изводственные установки и хранилища продуктов.
Учет может производиться следующими способами:
♦ измерением объема потоков между узлами (поточные расходомеры);
♦ измерением объема продуктов в хранилищах (например, по высоте взлива);
♦ комбинацией первых двух способов.
Выбор способа измерения зависит от качества измерительной аппаратуры, и именно она
определяет метод учета.
120
MES-системы: взгляд изнутри
Все оперативно полученные данные согласуются путем выполнения следующей последова
тельности операций:
1. Описание технологической схемы процесса с помощью предустановленных графических
объектов, используя графический редактор.
2. Определение источника данных, в котором находятся результаты измерений технологи
ческих параметров.
3. Выбор вида баланса, алгоритма обработки, участка созданной ранее технологической
схемы, интервала времени, по которому должен проводиться расчет.
4. Считывание из источника первичных данных измеренных значений, отбрасывание изме
рений с большими погрешностями.
5. Согласование данных, при котором анализируется класс точности измерительных прибо
ров, используется закон сохранения материальных потоков.
6. Вычисление согласованного баланса и отображение результатов в виде таблиц, диа
грамм, графиков и т. д.
4.4.1. Технология применения
Постановка задачи начинается с построения схемы связей между технологическими объек
тами. Схема может быть представлена в виде графа, вершинами которого являются узлы, а
ребрами потоки. На рис. 44 представлен пример схемы потоков для 4 установок. Для пост
роения схемы должен быть графический интерфейс.
На основе схемы строятся балансовые соотношения. Для нашего примера это:
51=52 + 57
SI - S2 - S7 = О
57 = 56 + 58
S7 - S6 - S8 = О
52 + 58 = S3
S2 + S8 - S3 = О
S3 + S4 = S5
S3 + S4 - S5 = О
Рис. 44. Пример схемы потоков для 4 установок
ГЛАВА 4. Процессы планирования, оперативно-диспетчерского управления и материального учета 121
Систему уравнений можно преобразовать к виду АХ = О
где вектор X = {S1, S2, ..., S8}
1
-1
0
0
0
0
-1
0
0
матрицаА= 0
0
1
0
-1
0
о
0
0
-1
0
1
0
-1
1
0
0
1
1
-1
0
0
0
Для потока необходимо задать измерения и погрешность этого измерения. Ввод измерений
может осуществляться как в ручном, так и в автоматическом режиме.
Модуль должен оценивать материальный, тепловой и компонентный балансы на основе за
ложенных моделей, библиотека которых может дополняться пользователем.
Учитывая, что величины измерений потоков не являются абсолютно точными, т. е.
истинное значение = измеренное значение + погрешность,
необходимо провести согласование данных. Суть согласования данных заключается в поис
ке решения, которое удовлетворяет балансовым соотношениям и минимизирует погреш
ность измерений. Для решения чаще всего используется метод наименьших квадратов, со
гласно которому минимизируется функция:
при условии АХ = 0;
IIX-у I |2=fX(- Yf +...+(Х- Yn)2 - min
где Xj - измеренные данные
Yj - согласованные данные
Графическая интерпретация согласования данных (Data Reconciliation) приведена на
рис. 45. Для наглядности используется схема с 3 потоками. Поток 3 является входящим, а
потоки 1 и 2 - исходящими. Обозначим поток 1 как Х1, поток 2 как Х2, поток 3 как ХЗ. Y1,
Y2, Y3 - измеренные данные потоков 1, 2 и 3 соответственно. Уравнением балансовых со
отношений для данной схемы является:
Х^-Х^О
В качестве решения ищется точка на плоскости Х+Х2-Х3 = 0 наименее удаленная от точки
(Yv Y2, Y3).
Рис. 45. Гсафическая интерпретация согласования данных
122
MES-системы: взгляд изнутри
Учитывая, что погрешность измерений потоков различна, оптимизируемая функция преоб
разуется к виду:
ИХ—У11г= -JX.-y/+...+ -„(X-YJ^min
где ot - погрешность измерений Yj
То есть чем больше погрешность измерения, тем меньший вес имеет это измерение.
Это задача условной оптимизации, для решения которой может быть использован, напри
мер, метод проекции градиента.
Помимо согласования данных модуль должен проводить 3 статистических теста: для анали
за больших ошибок, общий тест измерений и тест измерений главных компонент. Тесты про
водятся исходя из предположения, что величина погрешности измерений имеет нормаль
ное распределение.
Общий тест основан на анализе дисбалансов каждого узла. Дисбаланс рассчитывается как
разница между входящими и исходящими потоками. Если величина погрешности измере
ний имеет нормальное распределение, то функция
Последние комментарии
1 день 49 секунд назад
1 день 4 часов назад
1 день 6 часов назад
1 день 8 часов назад
1 день 14 часов назад
1 день 14 часов назад