Опыт компании «ИндаСофт» в создании MES-систем в различных отраслях промышленности

Независимо от того, в какой отрасли работает производственное предприятие: нефтяной, газовой, химической, водной, металлургической или любой другой, главная цель деятельности — получение прибыли и, желательно, максимальной, причем самое сложное — достигать не только локальных краткосрочных побед, но и на протяжении долгого времени поддерживать на самом высоком уровне конкурентоспособность и эффективность производственной деятельности. В статье пойдет речь об опыте компании "ИндаСофт" во внедрении так называемых MES-систем, помогающих максимально эффективно управлять производством самых различных типов: непрерывных, дискретных и смешанных.

Что такое MES?

Прежде всего стоит определиться с терминологией. Существует несколько формулировок MES-систем.

Определение первое: MES — информационная и коммуникационная система производственной среды предприятия (определение APICS).

Определение второе: MES — автоматизированная система управления и оптимизации производственной деятельности, которая в режиме реального времени инициирует, отслеживает, оптимизирует и документирует производственные процессы от начала выполнения заказа до выпуска готовой продукции (определение MESA International).

Не умаляя важность и точность данных определений, позволим себе привести еще одно, выработанное компанией "ИндаСофт" из практического опыта: MES — информационная система, поддерживающая выполнение всех функциональных задач по планированию, контролю, учету и анализу всего производственного процесса на всех его этапах и направленная на достижение максимального экономического эффекта от производственной деятельности.

Функции MES-систем

Отталкиваясь от приведенных выше определений, легко представить функции MES-системы. Международная ассоциация производителей систем управления производством (MESA) определила одиннадцать типовых обобщенных функций MES систем:

• Контроль состояния и распределение ресурсов (RAS)
• Оперативное/Детальное планирование (ODS)
• Диспетчеризация производства (DPU)
• Управление документами (DOC)
• Сбор и хранение данных (DCA)
• Управление персоналом (LM)
• Управление качеством продукции (QM)
• Управление производственными процессами (PM)
• Управление техобслуживанием и ремонтом (MM)
• Отслеживание истории продукта (PTG)
• Анализ производительности (PA)

Определение функций MES-систем, данное MESA, общее и для разных типов производства имеет разные акценты иногда совершенно противоположные. Например, для непрерывного типа производства в основе лежит принцип управления и согласования потоков в реальном времени, и акцент делается на мониторинге технологического процесса и поддержании его стабильной эффективности. В то время как для дискретного производства в основе процесса достижения эффективности лежит принцип управления очередями к рабочим центрам посредством формирования цеховых и межцеховых расписаний и диспетчеризации процесса, которая заключается в отслеживании производственных событий (изменение продукта, событие простоев, потерь, перехода на новый заказ, сырье и т.п.). В итоге каждый тип производства имеет свой характер, свои "болевые точки" и свои "места извлечения дополнительной прибыли", которые предъявляют специальные "отраслевые" требования к функциональным задачам MES-систем.

MES-система для дискретного типа производства

Дискретный тип производства превалирует в машиностроении, приборостроении, легкой и пищевой промышленности, на предприятиях по выпуску мебели, упаковок, в фармацевтике и т.д. Дискретным принято считать такой тип производства, в котором исходный материал (сырье) при переработке в конечный продукт претерпевает более одного передела с прерыванием технологического процесса.

Перед MES-системами в дискретном производстве стоят следующие главные задачи:

• Оперативное планирование и диспетчеризация процессов;
• Финансовый анализ затрат на выполнение процессов.

Остановимся на них подробнее. Оперативное планирование и диспетчеризация процессов. Для расчета производственного расписания на отечественных предприятиях используются такие инструменты, как сетевые графики, бумажные таблицы и доски планирования. Однако события, требующие корректировки расписания, происходят так часто (нехватка инструмента, поломки, отклонения в нормативе на выполнение операции), что сформированный план не соответствует действительности уже спустя несколько часов после начала работы по нему. Особенно это характерно для производств универсального типа, где наравне с множеством возможных путей обработки изделия имеет место крайне широкая их номенклатура. В результате оперативный план, если таковой имеется, очень быстро перестает соответствовать действительности и теряет свою актуальность в среднем по истечении 20% планируемого периода. Как следствие -уровень организации производства резко падает, снижается его рентабельность.

Для цехового управления необходим инструмент, который позволил бы в режиме реального времени осуществлять мониторинг всех важных производственных событий. Помимо отражения текущей производственной ситуации, этот инструмент должен быть высокопроизводительным, чтобы осуществлять многократные пересчеты производственных расписаний в течение смены, чего не позволяют осуществлять алгоритмы ERP систем.

Для решения задачи оперативного планирования в MES-системе строится модель производственного предприятия. Получая сигналы с низового уровня автоматизации и преобразуя их в имеющие смысл производственные события, MES-система отражает текущее состояние производства. Под производственными событиями понимаются выпуск партии изделий, нарушение спецификации, простои, потери, выполнение производственного заказа (рис. 1), история прохождения продукции (рис. 2) по переделам и т.д.

Рис. 1. Список производственных заказов.

Рис. 2. Экран истории прохождения продукции.

В соответствии с текущей производственной ситуацией и ограничениями по ресурсам и срокам, поступающим из бизнес-систем класса ERP, MES-система формирует производственное расписание (рис. 3). Оно наглядно описывается диаграммой Гантта, где каждой операции ставится в соответствие отрезок прямой, длина которого пропорциональна ее длительности. Эти отрезки, именуемые линиями Гантта, располагаются напротив инвентарных номеров основного технологического оборудования в последовательности, соответствующей расписанию. Уже упомянутый механизм диспетчеризации производства обеспечивает своевременную доставку и ввод информации о совершаемых действиях, происходящих событиях и отклонениях от составленного оперативного плана. В результате все процессы, происходящие в цехе, становятся прозрачными. Таким образом, достигается управляемость и идентифицируемость материальных потоков и самого технологического процесса.

Рис. 3. Экран оперативного планирования производства.

Для финансового анализа затрат на выполнение производственных процессов необходимо иметь точное представление о их распределении во времени и по оборудованию. Для этих целей компания "ИндаСофт" успешно переменяет метод Activity Based Costing (ABC), суть которого состоит в том, что расходы предприятия привязываются к точкам его активности. Применительно к производству это означает привязку издержек к конкретным производственным процессам (контроль качества полуфабрикатов и готовой продукции, их транспортировка, технологические операции и операции по переналадке оборудования). В MES-системах строится точная динамическая модель производства, обеспечивающая данные для калькуляции текущих затрат, как в привязке к конкретным рабочим местам, так и в разрезе отдельных выполняемых заказов.

MES-система для непрерывного типа производства

По сравнению с дискретным в непрерывном типе производства компания "ИндаСофт" выделяет следующие функциональные задачи MES-системы:

• Оперативно-диспетчерское управление
• Расчет согласованных материальных балансов
• Мониторинг качества сырья, полуфабрикатов и продукции
• Мониторинг и учет потребления энергоресурсов
• Мониторинг и анализ работы технологического оборудования
• Оперативное планирование производства
• Анализ эффективности производственного процесса

Любая производственная деятельность начинается с оперативного планирования. Под словом "оперативное" понимается суточный и сменный временной горизонт. Рассчитанный месячный план производства принимается "оптимальным" в MES-систему из ERP или специализированных систем. Задача же MES-системы — разбить его на сменные/суточные задания для каждого технологического процесса и передела, отслеживать в реальном времени выполнение месячного плана и осуществлять перепланирование с учетом текущей производственной ситуации.

Оперативно-диспетчерское управление производством — одна из самых главных задач MES-системы в непрерывных производствах. Решая данную задачу, в MES-систему аккумулируются все информационные потоки, характеризующие текущее состояние производственного процесса — данные по приемке сырья и отгрузке продукции, запасы на складах и в резервуарах, текущая загрузка технологических установок и цехов, данные по качеству полуфабрикатов и потребление теплоэнергоресурсов (рис. 4). Компания "ИндаСофт" вкладывает в задачу оперативно-диспетчерское управление следующие функции:

• Контроль нарушений технологических режимов
• Контроль выполнения плана, расчет отклонение факта от плана за смену сутки
• Контроль потребления и распределения материальных и энергетических ресурсов
• Контроль работы технологического оборудования
• Запись и контроль выполнения распоряжений диспетчера
• Учет движения сырья, полуфабрикатов и продукции по производству
• Формирование диспетчерской и производственной отчетности.

Рис. 4. Информационно-технологическая система производства.

Согласование материальных балансов — задача необходимая, прежде всего, для корректировки, перепроверки и "вычищения" измеренных данных. Кроме того, решение этой задачи приносит колоссальный экономический эффект за счет разделения и поиска фактических потерь и потерь вследствие погрешностей измерительных приборов, в том числе и коммерческих. Компания "ИндаСофт" обладает огромным опытом внедрения систем согласования материальных балансов именно в непрерывных типах производства.

Мониторинг качества сырья, полуфабрикатов и готовой продукции — фундаментальная задача MES-системы, без решения которой нельзя говорить о полноценной системе управления производством. Задача включает в себя следующие функции:

· Обработка лабораторных анализов (формирование заданий для лаборантов на базе ГАК, контроль жизненного цикла образцов, ручной и автоматический ввод результатов лабораторных анализов, архивирование и хранение глубокой истории результатов лабораторных анализов)

· Аудит деятельности лаборатории (учет времени работы лаборантов, контроль качества выполнения анализов специалистами лаборатории с использованием карт Шухарта, учёт подготовки и переподготовки сотрудников, складской учёт материалов и реактивов, учёт средств измерения, учёт ГОСТов и нормативов, хранение истории их изменений)

Задача мониторинга и учета потребления энергоресурсов приобретает все большой вес в связи с постоянным ростом цен на энергоносители. Если раньше технологические цеха работали по принципу: "Сколько надо — столько и возьмем (пара, газа, электричества)", то теперь все чаще на предприятиях организуются центры энергосбережения. Функционал MES-системы в части контроля потребления энергоресурсов включает в себя следующие задачи:

• Контроль распределения удельных расходов энергоресурсов
• Расчет энергетических балансов
• Ведение нормативно-справочной информации
• Факторный анализ причин перерасхода энергоресурсов

Задача мониторинга и анализа работы технологического оборудования включает в себя выполнения следующих функций (рис. 5):

• Учет наработки оборудования (моточасы) компрессоров, насосов, колон и др.
• Учет причин простоя оборудования
• Анализ предаварийных состояний оборудования по косвенным признакам
• Передача исходных данных для расчета плана ремонтов в модули бизнес системы

Рис. 5. Мониторинг состояния технологического оборудования.

Решение этой задачи помогает приблизиться к проведению ремонтов и технического обслуживания оборудования "по состоянию", что приносит ощутимый экономический эффект.

Венцом всех перечисленных задач MES-системы является аналитика, проходящая сквозной нитью через все функции MES-системы. В проектах создания MES-систем компания "ИндаСофт" использовала подход к управлению производством на базе ключевых показателей эффективности, позволяющих по нескольким совокупным критериям следить за текущими тенденциями во всех областях производственного процесса.

Заключение

В заключение стоит привести два тезиса:

"Наличие или отсутствие оперативной и достоверной информации о состоянии производства определяется Информационными Технологиями, которые использует предприятие"

"Качество и эффективность информационной поддержки при управлении производством определяется опытом специалистов, внедряющих MES-систему".

Сюч Эрнест Олегович,
Директор по развитию бизнеса ООО "ИндаСофт"

Генаев Арсений Станиславович,
Инженер-разработчик ООО "ИНдаСофт"

ООО "ИндаСофт"
Авторизованный дистрибьютор GE Fanuc и OSIsoft в СНГ и странах Балтии, партнер MPDV.