ПРЕСС-ЦЕНТР

На стыке экономики и технологии

PCWeek 4/2005

А.Трубицын

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

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

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

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

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

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

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

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

  1. Первая и главная оперативный контроль состояния и распределения ресурсов: технологического оборудования, материалов, персонала, документации, инструментов и т. п. На первый взгляд налицо пересечение с задачами, выполняемыми ERP-системами, но здесь ключевое слово оперативный, означающее характерный масштаб времени, измеряемый минутами.
  2. Оперативное планирование, включающее в себя детальный расчет производственных расписаний с учетом приоритетов, характеристик и способов, связанных с особенностями изделий и технологией их изготовления. Изменяющиеся условия могут требовать перерасчета расписаний по нескольку раз в день.
  3. Диспетчеризация производства, обеспечивающая управление потоком выпускаемых деталей по операциям, заказам, партиям и сериям.
  4. Управление документами, сопровождающими изготовление продукции, и ведение плановой и отчетной цеховой документации.
  5. Сбор и хранение данных. Это неотъемлемая обязанность любой ИС, и MES-системы тут не исключение взаимодействуя с другими ИС предприятия, они занимаются сбором, накоплением и передачей технологических и управляющих данных, циркулирующих в производственной среде предприятия. Документация может храниться в течение всего времени жизни и эксплуатации изделия. Например, внезапно могут понадобиться данные для ответа на вопрос, почему изделие, которое должно было "лететь куда надо", отправилось совсем не туда. Вместе со сбором и хранением данных решается еще одна задача (ее значение особенно подчеркивается зарубежными производителями MES) организация безбумажного документооборота.
  6. Оперативное управление персоналом с характерным временем генерации нового задания за минуты. Ситуация на предприятии может меняться очень быстро: только сегодня станок работал и вот уже требует неотложного ремонта. Что делать токарю, пока идет ремонт? Исходя из изменившейся обстановки, MES-система должна сформировать для него новое задание, с тем чтобы обеспечить наиболее рациональное выполнение спущенного плана.
  7. Анализ данных об изменениях качества продукции в режиме реального времени на основе информации, поступающей с производственного уровня, обеспечение контроля качества, выявление критических точек и проблем, требующих особого внимания.
  8. Мониторинг производственных процессов, автоматическая корректировка либо диалоговая поддержка решений оператора.
  9. Управление техническим обслуживанием, плановым и оперативным ремонтом оборудования и инструментов, обеспечивающее их готовность к эксплуатации.
  10. Визуализация информации о месте и времени выполнения работ по каждому изделию, включающей данные об исполнителях, технологических маршрутах комплектующих, материалах, номерах серий и партий, переделках, текущих условиях производства и т. п.
  11. Предоставление отчетов о реальных результатах производственных операций. Сопоставление плановых и фактических показателей.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Компания Название системы Сайт Область применения
Aspen Technology (приобретена корпорацией Honeywell в конце 2004 г.) Aspen MES www.aspentech.com, www.aspentech.ru Управление промышленной деятельностью нефтеперерабатывающих компаний
Bigston Information Technologies Bigston MES www.bigston-it.com Контроль сборки на заводах бытовой электроники
Bizibit NV Bizibit Suite www.bizibit.com Автомобильная, аэрокосмическая, металло- и деревообработка, фармацевтика, производство пластмасс, пищевая и текстильная промышленность
Broner Metals Solutions Broner MES www.bronermetals.com Металлургия
Brooks Automation FACTORY works www.brooks.com Универсальная система для дискретного производства
Brooks Automation PROMIS www.brooks.com Полупроводниковая и точная электронная промышленность
Camstar Systems InSite www.camstar.com Фармацевтика, производство медицинского оборудования, полупроводниковая и электронная промышленность
CIMNET Factelligence www.cimnetinc.com Широкий круг задач
Citect Pty CitectIIM Solutions www.citect.com Горнодобывающая, автомобильная, пищевая промышленность и энергетика
Datasweep Advantage www.datasweep.com Производство медицинского оборудования
De Clercq Engineering B.V.B.A Objective www.dcesite.com Автомобильная, электронная, пищевая, текстильная промышленность, металлообработка, станкостроение, производство оборудования для атомных станций
Elan Software Systems XFP www.elansoftware.com Фармацевтическая и косметическая промышленность
GE Fanuc Proficy www.gefanucautoma Универсальная система
Honeywell Business.Flex PKS www.acs.honeywell.com Система широкого профиля
Honeywell Optivision PKS www.acs.honeywell.co Бумажно-целлюлозная промышленность
Honeywell POMS www.poms.com Производство продукции для здравоохранения и фармацевтики
IBASEt Solumina www.solumina.net, www.ibaset.com Аэрокосмическая и оборонная промышленность
Kratzer Automation AG IntraFACTORY www.kratzer-automation.com Универсальная платформа создания решений под заказчика
Lighthouse Systems Shopfloor-Online www.lighthousesystems.com Пищевая промышленность, упаковка товаров, фармацевтика, автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность, электроника и производство пластмасс
Mesteс Mesteс www.mestec.co.uk Дискретное производство с большим объемом ручного труда
Optal OPTAL-mes www.optalmes.co.uk Широкий круг задач
OSI Software PI Systems www.osisoft.com Нефтеперерабатывающие и химические заводы, целлюлозно-бумажные комбинаты, крупные электростанции и энергосистемы, городские службы
PEC info MWare www.mware-mes.com Сборка бытовых устройств, осветительных приборов и гальванических элементов
Preactor Preactor www.preactor.com Оперативное планирование в пищевой промышленности, расчет расписаний в аэропортах
Prodac Systems PRODAC MES www.prodacsystems.com Автоматизация непрерывных процессов в пищевой промышленности