Автоматизация адаптивного управления производством на промышленном предприятии

Одним из главных методов решения этой проблемы является применение автоматизации, что приводит к повышению эффективности работы предприятия. Можно выделить различные уровни автоматизации предприятия [2]:

– для руководства – ERP-система (Enterprise Resource Planning) – корпоративная информационная система (КИС), предназначенная для автоматизации учёта и управления. Как правило, ERP-системы строятся по модульному принципу и в той или иной степени охватывают все ключевые процессы деятельности компании, в том числе управление сбытом, закупками, финансами, бухгалтерией, кадрами.

для инженера-технолога – автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП) – комплекс программных и технических средств, предназначенный для управления технологическим оборудованием на предприятиях.

для конструкторов – система автоматизации проектных работ (САПР) – организационно-техническая система, предназначенная для выполнения проектной деятельности с применением вычислительной техники, позволяющая создавать конструкторскую и/или технологическую документацию.

В настоящее время все больший интерес вызывает новый класс систем управления производством – MES (Manufacturing Execution System – производственные исполнительные системы) [3, 4, 5].

Международная ассоциация производителей систем управления производством MESA [6] определяет понятие MES-системы следующим образом: «…Система, состоящая из набора программных и аппаратных средств, обеспечивающих функции управления производственной деятельностью – от заказа на изготовление партии продукции и до завершения производства. Используя своевременные и точные данные, MES инициирует, ведет, реагирует на изменяющуюся ситуацию и составляет отчеты о производственных процессах по мере их протекания. Эта система позволяет обмениваться информацией о производственных процессах с другими инженерными и бизнес-подразделениями предприятия и цепочками его поставок через двунаправленные каналы связи».

MESA определила одиннадцать типовых обобщенных функций MES систем:

Контроль состояния и распределение ресурсов (RAS) – Управление ресурсами производства: технологическим оборудованием, материалами, персоналом, документацией, инструментами, методиками работ.

Оперативное/Детальное планирование (ODS) – Расчет производственных планов, основанный на приоритетах, атрибутах, характеристиках и способах, связанных со спецификой изделий и технологией производства.

Диспетчеризация производства (DPU) – Управление потоком изготавливаемых деталей по операциям, заказам, партиям, сериям, посредством рабочих нарядов.

Управление документами (DOC) – Контроль содержания и прохождения документов, сопровождающих изготовление продукции, ведение плановой и отчетной цеховой документации.

Сбор и хранение данных (DCA) – Взаимодействие информационных подсистем в целях получения, накопления и передачи технологических и управляющих данных, циркулирующих в производственной среде предприятия.

Управление персоналом (LM) – Обеспечение возможности управления персоналом в ежеминутном режиме.

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

Управление производственными процессами (PM) – Мониторинг производственных процессов, автоматическая корректировка либо диалоговая поддержка решений оператора.

Управление техобслуживанием и ремонтом (MM) – Управление техническим обслуживанием, плановым и оперативным ремонтом оборудования и инструментов для обеспечения их эксплуатационной готовности.

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

Анализ производительности (PA) – Предоставление подробных отчетов о реальных результатах производственных операций, сравнение плановых и фактических показателей.

Так как автоматизацию предприятия необходимо производить в различных областях, то целесообразно автоматизировать в первую очередь ту часть, которая приносит основной доход предприятию.

В работе [7] делаются следующие выводы:

Прибавочная стоимость продукции создается в производственных зонах (цехах, участках), поэтому инвестиции в повышение эффективности производственных процессов дают реальную отдачу.

Достоверная и своевременная информация, необходимая для принятия правильных решений, находится в производственных зонах.

Оптимизация управления технологическими процессами способна реально изменить финансовые показатели предприятия.

Прибыльность и эффективность предприятия зависит от людей в производственных зонах, возможности которых многократно усиливаются с помощью MES системы.

При обнаружении критических и нештатных ситуаций в производственных зонах MES системы быстро анализируют информацию и оперативно предлагают корректирующие решения.

Именно производственные зоны определяют конкурентоспособность предприятия, возможность его быстрой переналадки на изменение требований со стороны потребителей.

Таким образом, автоматизацию производственных предприятий целесообразно проводить в первую очередь MES системами.

Однако выбор MES системы и ее внедрение часто затруднены из-за необходимости задания множества различных критериев составления и оптимизации производственных планов. Необходимость постоянной доработки системы под конкретное предприятие при ориентации на мелкосерийное производство оказывается довольно сильным аргументом для поиска новых методов управления планом производства в MES системах.

1.1.3 Современное состояние MES-систем

Среди множества MES-систем наиболее популярными являются Фобос [8, 9, 10], Omega Production [11], YSB.Enterprise.Mes [12], PolyPlan [13], Zenith SPPS [14], T-FACTORY 6 [15], Preactor [16] и отчасти Axapta [17]. Рассмотрим их более подробно.

Одним из модулей российской системы ФОБОС оказывающих наибольшее влияние на построение плана производства, является Оперативное планирование и контроль (ОПК). Данный модуль является ядром интегрированной системы ФОБОС. Оперативное планирование и диспетчерский контроль прохождения заказов осуществляется в системе посредством расчета оптимального производственного плана. В основу расчета и управления планом положен математический оптимизационный аппарат, позволяющий моделировать 100 сценариев по 14 критериям. ФОБОС предоставляет следующую функциональность [18]:

– формирование и коррекция оперативных производственных планов цеха с учетом имеющихся межоперационных заделов и текущего состояния станочной системы;

– расчет производственного расписания загрузки оборудования по различным критериям (100 комбинаций из 14 критериев);

– представление результатов расчета расписания в виде таблиц текущего состояния партий запуска, графиков обработки партий деталей и диаграмм загрузки оборудования;

– формирование сменно-суточных заданий на рабочие места цеха;

– формирование оперативных маршрутных карт по всем партиям запуска с контролем их прохождения по рабочим местам;

– составление и автоматическая коррекция планово-учетного графика изготовления комплектов деталей с контролем готовности каждой партии запуска;

– автоматизированный контроль состояния производственного процесса и имитационное моделирование материальных потоков в цехе (на участке);

– расчет времени простоя оборудования и пролеживания деталей;

– формирование рабочих нарядов на выполненные и текущие технологические операции, контроль процесса выдачи нарядов в соответствии с производственным планом;

– печать внутрицеховых документов: сменно-суточные задания на рабочие места, оперативные маршрутные карты, рабочие наряды, планово-учетные графики изготовления изделий и прочее.

Система ФОБОС предназначена для использования на крупных и средних машиностроительных предприятиях. ФОБОС осуществляет внутрицеховое планирование и управление, традиционно принимая и выдавая входные и выходные данные ERP-системе, которая обычно используется в машиностроении на крупных заводах. Как правило, это тяжелые ERP-продукты, такие как BAAN и SAP, взаимодействие с которыми осуществляется посредством интеграции, хотя в настоящее время ведутся работы и по интеграции с «1СПредприятием». В комплексе с этими системами система ФОБОС способна решать большинство задач крупного предприятия [19].

В модуле оперативно-календарного планирования Omega Production используется эвристический алгоритм формирования плана. Управление качеством плана при использовании эвристических алгоритмов производится через манипулирование параметрами алгоритма. Примеры таких параметров – загрузка оборудования, приоритет партий, точность определения производственных ресурсов и т.д. Для каждого параметра выделяется перечень возможных значений. Пример возможных значений для параметра «загрузка оборудования» – равномерная загрузка, максимальный коэффициент загрузки и т.д. [20].

Расчет производственной программы производится под заданные критерии оптимальности с использованием данных о приоритетах заказов или партий изделий [21].

Параметрами, на которые может влиять сотрудник плановодиспетчерской службы, являются сроки запуска/выпуска как заказов и изделий, так и определенных партий; изменение размеров партий (партия может дробиться для более динамичного процесса производства, или, наоборот, несколько партий могут объединяться в одну); изменение режимов работы как конкретного производственного оборудования и персонала, так и производственного подразделения. Одним из способов управления является манипуляция параметрами исходных данных, которые вводятся в систему на основе экспертных данных [20]. В системе не предусмотрена возможность, когда сама система предлагает значительное улучшение за счет изменения исходных параметров.

В документации на данную систему [21] говорится, что «на основании производственной программы производится формирование заданий по рабочим местам с возможностью отслеживания их выполнения. Система позволяет гибко корректировать производственную программу. Существует ручной режим корректировки и автоматический, который основывается на закрытии нарядов сменных заданий». На основе данного утверждения можно сделать предположительный вывод, что при возникновении непредвиденных ситуаций система может перестраивать план производства, а не просто осуществлять мониторинг за состоянием выполнения заказов.

YSB.Enterprise.Mes возникла в деревообрабатывающей промышленности и ввиду особенностей, изложенных ниже, ориентируется на сектор средних и мелких предприятий. Система YSB.Enterprise функционировала на предприятиях среднего размера и постепенно расширила свои функциональные возможности по сравнению с функциональностью типичной MES-системы, включив в свой состав продажи с формированием портфеля заказов, возможности по управлению складским дефицитом (не только производственного происхождения) и даже бухгалтерию с расчетом заработной платы различными способами. Конечно, уровня полноценной ERP-системы функциональность YSB.Enterprise пока не достигла, тем не менее, имеющихся возможностей может быть достаточно для многих российских предприятий. Такая политика позиционирования системы выбрана из-за того, что предприятия среднего класса и ниже, уже переросшие уровень возможностей системы «1СПредприятие», пока обделены полноценной производственной автоматизацией, т.к. цены на западный и российский софт, ориентированный на серьезное производство, не говоря уже об оптимальном его планировании, пока превышают уровень доступности для большинства компаний, вынужденных значительную часть средств инвестировать в свое развитие [19].

Расширенный спектр функций YSB.Enterprise по сравнению с традиционными MES предоставляет возможности учета дополнительных данных при управлении производством. Так, включение склада позволяет организовать определение приоритетов при запуске заказов в производство, к примеру, при недостаточной обеспеченности покупными материалами или отсутствии предоплаты за заказ [19].

Система PolyPlan имеет меньший набор функций MES, но позиционируется как система оперативно-календарного планирования для автоматизированных и гибких производств в машиностроении. Российская MES-система PolyPlan ориентирована на машиностроительные производства, но, кроме традиционного класса обслуживающих устройств типа рабочих центров (РЦ), оперативно-календарное планирование PolyPlan предполагает формирование расписаний для транспортных систем, осуществляющих перевозку партий деталей между РЦ, для складских устройств приема-выдачи партий деталей и для бригад наладчиков. Ввиду отсутствия явного контура оперативной диспетчеризации PolyPlan стоит несколько дешевле указанных выше систем [19].

Система MES PolyPlan легко адаптируется для управления и неавтоматизированным производством. Ориентированная на машиностроение, она может быть также использована и на этапе маркетинга, – программа позволяет на укрупненных данных определить возможность выполнения портфеля заказов по существующим фондам времени технологического оборудования. При оперативном планировании производства возможно получение нескольких допустимых решений расписания. Чем выше глубина поиска, которая задается пользователем, тем больше время счета, но и тем выше точность построения расписания. Точность «однопроходной» оптимизации, часто используемой в таких задачах, отличается от оптимального решения не более чем на 5-7%, но на порядки экономит время счета [19].