SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Система оперативного планирования и диспетчеризации производства на базе MES HYDRA

В статье рассматривается MES-система HYDRA в контексте применения ее для выполнения функциональных задач оперативного планирования и оптимизации производства, диспетчеризации производственных процессов, контроля и анализа использования всех ресурсов предприятия. 

ООО «ИндаСофт», г. Москва

IndaSoft.png


Компания «ИндаСофт» имеет более 50 успешных проектов уровня MES в различных отраслях промышленности. При этом в качестве программной платформы для подобных систем используются решения таких известных компаний, как OSIsoft, GE Fanuc, MPDV. Выбор того или иного программного пакета осуществляется в зависимости от типа и специфики производства каждого предприятия и требуемых задач, связанных с повышением эффективности производства в целом.

В данной статье пойдет речь о MES-системе HYDRA (компания MPDV, Германия), обеспечивающей выполнение функциональных задач оперативного планирования и оптимизации производства, диспетчеризации производственных процессов, контроля и анализа использования всех ресурсов предприятия (оборудование, персонал, инструмент и т.д.) и позволяющей максимально эффективно организовать производство.

Особенностью данной системы является наиболее полное покрытие функций MES и нацеленность на решение функциональных задач на предприятиях с дискретным или периодическим типом производства.

Система оперативного планирования и диспетчеризации производства на базе HYDRA учитывает в режиме реального времени данные о работе машин и оборудования, информацию о ресурсах и инструментах, поставках сырья и наличии материалов на производственных складах, а также данные о количестве готовой продукции и ее качестве, нагрузки на персонал и его доступности и т.д. (рис. 1). Собирая оперативные данные о производстве, становится возможным оптимальное оперативное планирование работы предприятия в целом. 

pic1.jpg

Рис. 1. Горизонтальная интеграция производства с HYDRA

Полная интеграция в среду производства является основополагающим принципом для обеспечения эффективной и  адекватной работы систем управления на базе HYDRA. При этом предоставляется возможность ввода данных вручную с производственных терминалов или же автоматический сбор информации с промышленных установок, оборудования, контроллеров, весов и прочей периферийной техники. Система комплектуется различными аппаратными средствами сбора данных и вывода необходимой информации (датчики, контроллеры, сканеры, принтеры, штрих-кодовое оборудование, переносные терминалы и др.). 

Система обеспечивает управление детальными спецификациями продукции и позволяет вести учет и хранение информации по истории производства каждого изделия/партии, включая данные по использованному сырью, ресурсам, параметрам технологического процесса изготовления изделия/партии. 
Вся информация о производстве сохраняется в едином производственном архиве, что позволяет проводить анализ работы предприятия за любые промежутки времени в различных разрезах, и автоматизирует создание производственных отчетов.


Структура системы

Система оперативного планирования и диспетчеризации производства на базе HYDRA состоит из набора функциональных программных модулей, реализующих соответствующие функции по решению задач, связанных с управлением производством, контролем качества продукции и управлением персоналом. Система имеет традиционную клиент-серверную архитектуру (рис. 2). 

pic2.jpg

Рис. 2. Система с традиционной клиент серверной архитектурой

Клиентскими приложениями являются так называемые консоли, которые необходимы для организации АРМ главных специалистов предприятия, а также терминальное программное обеспечение, предназначенное для организации динамического интерактивного диалога с оперативным и обслуживающим персоналом в цехах, ручного и автоматического сбора данных о выполнении производственных заказов, состоянии оборудования, ходе технологического процесса, присутствии и деятельности сотрудников, движении материалов, полуфабрикатов и готовой продукции и т.д. (рис. 3).

pic4.jpg

Рис. 3. Терминал HYDRA в производственной среде


Перечень стандартных модулей системы HYDRA представлен в таблице 1.

Таблица 1. Модули MES HYDRA

pic3.jpg

HYDRA работает со стандартизированными конфигурируемыми интерфейсами, что позволяет легко интегрировать ее в существующую IT-среду. Неотъемлемой частью системы являются проработанные интерфейсы к ERP-системам, которые обеспечивают получение производственных заказов из ERP, передачу в ERP уточненных заказов, предоставление данных о выполнении заказов, загрузку из  ERP статических данных (мастер-данных) о персонале, оборудовании, материалах и др., обмен информацией о текущей стоимости заказа и затратах с центрами затрат (cost-центрами) и многое другое. 

Рассмотрим кратко основные функциональные модули системы. 


Мониторинг работы оборудования
 
Стандартный модуль HYDRA MDE (машинные данные) отвечает за сбор информации об оборудовании и дальнейший ее анализ. При этом выполняются:
- регистрация и классификация простоев оборудования, их причин и длительности; 
- регистрация и классификация потерь продукции;
- расчет наработки оборудования;
- расчет общей эффективности работы оборудования и других ключевых показателей производства (KPI).

Данные об оборудовании могут собираться автоматически (с использованием ОРС, E63, Modbus и т.д.) или посредством ручного ввода.

В рамках решения задачи средствами модуля HYDRA ADE можно осуществлять: 
- мониторинг оборудования:
- отслеживание «статуса» машины (состояние, количество, время) (рис. 4);
- графическое отображение парка оборудования;
- время цикла или такт в зависимости от типа станка;
- интерактивный график ТОиР с возможностью настройки видов работ и цветовым оповещением.

pic5.jpg

Рис. 4. Мониторинг статуса машины


pic6.jpg

Рис. 5. Анализ работы группы машин

- анализ работы оборудования и просмотр статистики:
- детализированная оценка простоев, производительности и времени простоев и их соотношения для каждой машины;
- отчеты по эффективности с привязкой по времени и производительности;
- определение различных ключевых показателей, таких, как OEE (общая эффективность работы оборудования), TPI (индикатор общей производительности) и MCE (эффективность операционного цикла).
- организация и планирование работы оборудования:
- составление графика работы оборудования; 
- определение состояния оборудования, учет производительности и степени надежности.

Модуль позволяет управлять загрузкой оборудования путем планирования производственных заданий по выполнению заказов для каждого ресурса (рис. 6, 7, 8), а также формирует график ремонтов, оптимизацию и прогнозирующее обслуживание, заказы на соответствующие работы и приобретение необходимых запасных частей.

pic7.jpg

Рис. 6. Обзор требований к материалам в разрезе выполняемых заказов


pic8.jpg

Рис. 7. Текущая информация о заказе


pic9.jpg

Рис. 8. История выполнения заказа


Сбор данных о заказах и оперативное планирование

Модуль HYDRA ADE выполняет сбор, предоставление и анализ данных, касающихся заказов на изготовление продукции, и обеспечивает их выполнение точно в срок с необходимым качеством.

Модуль обеспечивает проверку выполнимости заказов (на основании доступности оборудования, персонала и материалов), уточнение (изменение) заказов, объединение или разделение заказов, оптимизацию их размещения, приоритезацию и детальное планирование заказов, контроль их выполнения, регистрацию и представление причин нарушений при выполнении заказов, оперативное планирование, а также управление специальными, срочными и тестовыми заказами, формирование последовательности их выполнения и потребности в материалах и многое другое.

Данные для контроля и анализа могут быть получены, как автоматически (из систем верхнего уровня ERP), так и введены вручную (в случае отсутствия таких систем или при отсутствии таких данных). В модуле выполняются автоматическая регистрация и долговременное хранение информации обо всех заказах (как о выполненных, так и о запланированных на будущее). 

Используя оперативную информацию о состоянии оборудования, становится возможным осуществлять цеховой контроль и детализированное планирование заказов на основе фактической готовности оборудования.


Управление материалами и логистика

Модуль HYDRA MPL (управление материалами и логистика) отвечает за сбор данных по материалам, сырью и полуфабрикатам и обеспечивает:
- регистрацию информации о партии: начиная с получения сырья и материалов, далее — процесс производства и отгрузка;
- регистрацию приема и выдачи материала со складов;
- ввод используемого сырья, полуфабрикатов и вспомогательных материалов; 
- подсчет количества продукции и времени производства партии. 

Располагая информацией о наличии сырья, полуфабрикатов, материалов на складах и производственных участках, данный модуль контролирует и анализирует эти запасы и позволяет своевременно их пополнять (для поддержания и увеличения производительности) или уменьшать  (для уменьшения издержек). 

Функция управления движением материалов включает в себя контроль наличия и доступности их на внутрицеховых складах (рис. 9) и в буферных зонах, контроль качества и сроков годности материалов, блокирование их по качеству, формирование транспортных заказов на перемещение материалов и готовой продукции и др.

pic10.jpg

Рис. 9. Мониторинг состояния внутрицеховых складов

В рамках решения задачи планирования и прогнозирования потребления материалов средствами модуля HYDRA MPL осуществляются:
- расчет запасов на основе плана производства;
- оценка оставшихся запасов в процессе производства; 
- отслеживание срока пребывания полуфабрикатов на складе; 
- отслеживание текущего статуса партии (в производстве, закончена, проверка качества, погрузка и т.д.);
- анализ истории производства отдельных партий;
- печать сопроводительных документов и ярлыков для маркировки (штрих-код, RFID и т.д.).

Модуль MPL представляет данные о генеалогии продукта. Подробная информация о применяемом сырье, материалах, технологических режимах при производстве, результатах контроля качества и персонале, принимавшем участие в изготовлении, доступна для анализа за любой период по всей выпущенной продукции или по конкретному заказу. Данные могут применяться при работе с рекламациями по поставляемой продукции, а также помогать выявлять нарушения технологических процессов на определенных участках производства. 


Управление производственным персоналом

Модули управления производственным персоналом включают в себя задачи учета времени работы, контроля доступа, планирования работы производственного персонала с учетом квалификаций и автоматизированный расчет стимулирующей (сдельной) оплаты труда.

В базовые функции HYDRA входит учет работы производственного персонала в разрезе выполняемых заказов и операций, количества произведенной продукции и брака. В систему заносится информация по персоналу, который работает на предприятии, а также календарь работы персонала, типы и продолжительности смен, модели дня и т.д. Таким образом, в любой момент времени можно получить оперативную информацию и отчет по действиям персонала на производстве.

Модули по управлению персоналом предоставляют функции по управлению, учету и планированию человеческих ресурсов. С одной стороны, это контроль доступа и учет реально проведенного времени на предприятии или в производственных цехах (у станка), с другой — планирование и оптимизация рабочего времени персонала, проводимого на производственных участках по отношению к производственным ресурсам (например, планирование времени работы за определенными установками или по доставке сырья из склада на производственный участок).

pic11.jpg

Рис. 10. Планирование работы персонала на машинах

В системе возможно автоматическое составление различных табелей, расписаний, графиков работы с учетом разнообразных моделей рабочего времени и систем оплаты труда. Предварительно подготовленные данные по использованию рабочего времени могут быть переданы, как для отдельных систем расчета заработной платы верхнего уровня, так и в отдельный модуль MES-системы, который сам выполнит такой расчет с учетом данных об эффективности участка производства, на котором работал данный специалист.

 
Контроль качества продукции
 
Модуль HYDRA CAQ позволяет проводить анализ данных измерений качества продукции и производить расчеты по заданным моделям в режиме реального времени на основе информации, поступающей с производственного уровня. Возможны создание и индивидуальная настройка графиков проверок продукции по качеству и контроль их выполнения с сохранением результатов таких проверок. 

Для контроля качества также используется метод обеспечения качества, базирующийся на непрерывном контроле ключевых параметров процесса производства, сырья и полуфабрикатов, а не только на проверке готовых изделий.

Оптимальное оперативное планирование производства 

Одной из главных задач, связанных с обработкой оперативной информации, является оптимальное оперативное планирование работы оборудования в зависимости от различных критериев оптимизации. 

Данная задача решается применением модуля HYDRA HLS, который позволяет автоматически распределить заказы по машинам, группам машин или по рабочим местам. В пределах определенных временных рамок специалист по планированию производственного процесса может установить идеальную последовательность производственных операций в соответствии с заданными критериями и алгоритмами оптимизации, установленными вручную или автоматически. После начала производственного процесса его течение может быть проверено в режиме реального времени. 

Формирование планов производства реализуется в табличном или в графическом виде (диаграмма Гантта, рис. 11). 

pic12.jpg

Рис. 11. Диаграмма Гантта для планирования выполнения заказов

При оптимизации производственного плана выбираются стратегии оптимизации — готовый набор ключевых правил и ограничений, по которым будет пересчитано распределение заказов (максимальный выпуск продукции, максимальное качество, минимальные издержки, минимальное время исполнения заказа и др.). После этого имеется возможность оптимизации по различным критериям и с дополнительными ограничениями (по времени, ресурсам, персоналу и др.). 

Таким образом, MES HYDRA обеспечивает полную вертикальную интеграцию между уровнями производства и управления. Она устраняет промежуток между технически-ориентированными системами управления технологическими процессами, парком машин и оборудованием (АСУ ТП) и более коммерчески-ориентированным миром систем управления предприятием и ресурсами (ERP).

Внедрение системы оперативного планирования и диспетчеризации на базе HYDRA позволяет:
- увеличить прозрачность всех ресурсов в производственной цепочке;
- проводить анализ доступности производственных ресурсов;
- осуществлять более точное планирование срока выполнения заказа; 
- осуществлять оптимальное оперативное планирование по различным стратегиям и критериям (время переналадки, минимизация отходов и т.д.);
- уменьшить время простоя оборудования; 
- сократить сроки выполнения заказов;
- осуществить оптимальную нагрузку на персонал;
- обеспечить быстрое реагирование на внештатные ситуации.

Эффективное управление производством — задача каждого руководителя. Ориентированная на этот процесс HYDRA учитывает, как машины и оборудование, на которых создается готовая продукция, так и все, что связано непосредственно с производством: ресурсы и их планирование, поставки сырья и наличие материалов, количество готовой продукции и ее качество, наличие необходимого инструмента и оснастки, нагрузку на персонал и его доступность и т.д.

Сегодня в мире насчитывается около 800 комплексных инсталляций системы. HYDRA успешно используется, как производственными компаниями средней величины, так и крупными транснациональными корпорациями. Среди пользователей HYDRA такие известные предприятия, как Siemens, Thyssen Krupp, Egger, Bomag, Dunlop, Pirelli, Bosch, Zeiss, Adidas, L'oreal, Unilever, Hero, Knorr, Alcan, Legrand, Coroplast и др.

HYDRA позволяет учитывать скрытый потенциал предприятия, оптимально планировать процесс производства и   рационально распределять ресурсы, что приводит к существенным сокращениям затрат, снижению себестоимости        готовой продукции и, как результат, к увеличению дохода предприятия.


Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 3(19)_2008

А.Г. Онищенко, руководитель отдела MES-систем,
ООО «ИндаСофт», г. Москва,
тел.: (495) 580-70-20,  
е-mail: info@indusoft.ru