Информационные системы управления производством

Системы управления производственными процессами

Система управления производственными процессами — это специализированное прикладное программное обеспечение, которое предназначено для решения задач анализа, координации, синхронизации и оптимизации выпуска продукции в рамках какой-либо производственной деятельности. MES-системы относятся к классу систем управления уровня цеха.

Выделяют две основные формулировки определения MES-систем:

• 1) определение Американской ассоциации по управлению запасами и производством (American Production and Inventory Control Society — APICS): MES-система — это информационная и коммуникационная система производственной среды предприятия;
• 2) определение Международной ассоциации производителей и пользователей систем управления производством (MESA Inte? national): MESсистема — это автоматизированная система управления и оптимизации производственной деятельности, которая в режиме реального времени выполняет функции инициализации, отслеживания, оптимизации, документирования производственных процессов от начала выполнения заказа до выпуска готовой продукции.

MESA International в 1994 г. разработала модель, которая называлась «MESA-11», а в 2004 г. была создана модель «с-MES», которые дополняют существовавшие ранее модели и стандарты управления производством и производственной деятельностью, сформировавшиеся за последние десятилетия:

• • стандарт «ISA95», «Enterprise-Control System Integration» (интеграция систем управления предприятием и технологическим процессом), который определяет единый для всех интерфейс взаимодействия различных уровней управления производством и компанией, а также различные рабочие процессы производственной деятельности отдельного предприятия;
• • стандарт «ISA88», «Batch Control» (управление периодическим производством), который определяет технологии управления периодическим производством, иерархию рецептур, производственные данные;
• • Open Applications Group, OAG (сообщество открытых приложений): промышленное некоммерческое сообщество, основными целями которого были разработка стандартов бизнес-языков для достижения поставленных целей и продвижение концепции функциональной совместимости между бизнес-приложениями;
• • Supply Chain Operations Reference, SCOR (модель процессов цепочки поставок): связующая модель для управления процессами цепочки поставок, которая охватывает деятельность заказчика и поставщика. SCORмодель описывает различные бизнес-процессы для всех существующих фаз выполнения требований заказчика. Один из разделов SCOR называется «Маке» («Изготовление»), раздел посвящен организации производства.

MESA International определила 11 типовых обобщенных функций MESсистем:

• 1. RAS (Resource Allocation and Status — контроль состояния и распределение ресурсов) — включает в себя управление ресурсами производства: методиками работ, технологическим оборудованием, инструментами, персоналом, материалами, документацией.
• 2. ODS (Operations / Detail Scheduling — оперативное/детальное планирование) — управление расчетами производственных расписаний, которые основаны на приоритетах, характеристиках, способах, атрибутах, связанных с технологией производства и с конкретной спецификой изделия.
• 3. DPU (Dispatching Production Units — диспетчеризация производства) — управление потоком изготавливаемых деталей по заказам, операциям, партиям, сериям посредством рабочих нарядов.
• 4. DOC (Document Control — управление документами) — осуществление контроля содержания и прохождения документов, которые сопровождают изготовление продукции.
• 5. DCA (Data Collection / Acquisition — сбор и хранение данных) — взаимодействие информационных подсистем в целях накопления, получения и передачи управляющих и технологических данных, которые циркулируют в производственной среде предприятия.
• 6. LM (Labor Management — управление персоналом) — предоставление возможности управления персоналом в режиме реального времени.
• 7. QM (Quality Management — управление качеством продукции) — анализ показателей измерения качества продукции в режиме реального времени на основе информации, которая поступает с производственного уровня; обеспечение необходимого контроля качества, определение критических проблем и точек, которые требуют особого внимания.
• 8. PM (Process Management — управление производственными процессами) — осуществление мониторинга производственных процессов, автоматическая корректировка или диалоговая поддержка решений для оператора.
• 9. ММ (Maintenance Management — управление техническим обслуживанием и ремонтом) — управление оперативным и плановым ремонтом производственного оборудования и инструментов для их постоянного поддержания и обеспечения эксплуатационной готовности.
• 10. PTG (Product Tracking and Genealogy — отслеживание истории продукта) — визуализация информации о месте и времени выполнения работ для каждого изделия. Такая информация может включать в себя отчеты о серийных номерах, комплектующих, технологических маршрутах, материалах, переделках, об исполнителях и т. п.
• 11. РА (Performance Analysis — анализ производительности) — предоставление в нужное время подробных отчетов о текущих результатах производственных операций, сравнение и анализ фактических и плановых показателей.

Разработка новой модели c-MES (Collaborative Manufacturing Execution System) — системы совместного управления производственными процессами — была вызвана тем фактом, что за период с 1994 по 2004 г. появились ИС, которые находились на стыке MESи ERP-систем: APS (Advanced Planning & Scheduling) — системы расширенного планирования, которые решают задачи составления оптимизированных производственных расписаний; ЕАМ (Enterprise Asset Management) — системы, которые отвечают за управление ремонтом и техническим обслуживанием; системы электронного документооборота (Docflow).

Современные стандарты автоматизации управления производственным предприятием включают в себя несколько уровней иерархии в структуре информационно-управляющей системы: уровень управления технологическими процессами (SCADA-системы), уровень управления производством (MES-системы), уровень управления предприятием (ERP-системы) (рис. 2.1).

На уровне MES-системы решаются задачи управления по производству продукции, техническому обслуживанию производства, управлению запасами, обеспечению качества; поддерживаются функции обработки заказов (производственных заданий), расчета стоимости продукции, управление поставками, управление отгрузками. Для эффективного функционирования MES-системы на предприятии необходимо ее взаимодействие с корпоративной ИС (ERP). Дело в том, что планирование в ERP-системах осуществляется достаточно продолжительное время, на основе поступающих заказов и прогнозируемого спроса с периодичностью — ежемесячно или раз в квартал. Детальное производственное планирование и исполнение производственных процессов осуществляется в MES-системах практически в реальном времени, измеряемым временем рабочего цикла или смены.

Рис. 2.2. MES-система в составе корпоративной информационной системы.

Метод децентрализованного планирования, характерный для ERP-систем, хотя и применяется на практике, но имеет существенные недостатки. Дело в том, что объемный план, особенно при высокой загрузке оборудования, не всегда выполним с точки зрения расписания его работы. В ERP-системе составляются объемные планы для цехов, а средствами MES-системы каждый цех формирует детализированные расписания. В данной системе управления присутствуют два контура регулирования. Внешний контур отслеживает возможность выполнения объемного плана при существующих временных ограничениях на горизонт планирования и сроки выпуска продукции конкретного наименования, формирующий соответствующую величину рассогласования. Внутренним контуром формируется величина рассогласования, если для того или иного цеха необходим пересчет расписания в случае его невыполнения по тем или иным причинам (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Механизмы планирования в системах ERP и MES.

Современным решением, обеспечивающим формирование пооперационных планов, является компьютерное имитационное моделирование производства и применение компьютерных технологий календарного планирования, основанных на эвристических методах, в основном на схемах ветвления с функциями предпочтения. Схема ветвлений с рандомизацией предпочтений используется для поиска решений и оценки продуктивности функций предпочтения. Параллельно применяется инструментарий оценки сформированного плана и переключения функций предпочтения при изменении производственных ситуаций, что существенно для оперативного управления. Именно благодаря развитым вычислительным алгоритмам и компьютерным технологиям, применяемым в системах планирования этого класса, удается на практике реализовать стратегические инициативы предприятия в области внедрения современных ресурсосберегающих концепций и технологий управления производственными процессами, рассмотренными в параграфе 1.4.

Специализированная аналитика достаточно успешно реализуется также в автоматизированных системах расширенного производственного планирования класса APS.

APS — система расширенного планирования и составления производственных расписаний, которая включает в себя специализированное программное обеспечение аналитического класса, расширяющее возможности ERP в части детализированного производственного планирования и планирования поставок. Функциональность и идеология ERP-систем не отвечает требованиям по управлению поставками (потребности в материалах и производственные мощности планируются отдельно, применяются множественные процедуры перепланирования, поддерживается в основном оперативное внутрифирменное планирование, а также ограниченные аналитические возможности модулей производственного планирования и управления цепями поставок).

Базовыми компонентами APS-систем являются:

• • Sales and Demand Forecasting (прогнозирование сбыта и спроса);
• • Master Production Scheduling & Rough-Cut Capacity Planning (основной производственный план и общее планирование загрузки производственных мощностей);
• • Production Planning & Finite Capacity Scheduling (планирование производства и детальное планирование загрузки производственных мощностей).

Основные черты APS-систем:

• • методическая и техническая сложность; необходимость организации мониторинга на основе данных, поступающих из учетных систем;
• • детальные производственные планы и оперативные производственные расписания;
• • мощный математический аппарат; инструменты сценарного и планфактного анализа.

Основные особенности APS-систем:

• • синхронное согласование планов потребностей в материалах и производственных мощностях;
• • возможности расширения модели данных;
• • интеграция планирования производства в среду планирования поставок.

Перечисленные выше особенности позволяют APS-системам работать отдельно и совместно с существующей информационной средой предприятия (например, интеграция вида ERP — APS — MES) и ориентируют производственный план на потребности конечных потребителей.