MES-системы в дискретном производстве

УПРАВЛЕНИЕ

Руслан Будник, Вячеслав Куминов

Дискретным принято считать такой тип производства, в котором исходный материал (сырье) при переработке в конечный продукт претерпевает более одного передела с прерыванием технологического процесса.

По данным Международной ассоциации инженеров-технологов, такое производство существует более чем на 75% промышленных предприятий мира. Даже там, где, казалось бы, выпуск продукции носит исключительно непрерывный характер, в качестве вспомогательных присутствуют дискретные процессы. Часто именно вспомогательные подразделения, использующие их, такие, как инструментальные или ремонтные участки, являются "узким местом", лимитирующим объем выпуска основного продукта.

Дискретный тип производства превалирует в машиностроении, приборостроении, легкой промышленности, на предприятиях по выпуску мебели, упаковок, в фармацевтике.

Что такое MES-система и её отличие от ERP

Как определяет международная ассоциация производителей и поставщиков MES-решений (MESA International, www.mesa.org), MES (Manufacturing Execution Systems) - это интегрированная информационно-вычислительная система, объединяющая инструменты и методы управления производством в режиме реального времени.

Используя данные уровней планирования и контроля, MES-системы управляют текущей производственной деятельностью в соответствии с поступающими заказами, требованиями конструкторской и технологической документации, актуальным состоянием оборудования, преследуя при этом цели максимальной эффективности и минимальной стоимости выполнения производственных процессов.

Рис. 1. Динамическая модель производства в системе Preactor (Англия)

Чем отличаются MES-системы от ERP-систем и почему они находятся на разных уровнях информационной структуры? Первые реализуют оперативное планирование и, оперируя точной информацией о технологических процессах, отвечают на вопрос: как в заданный срок и в заданном количестве выпускается продукция, а вторые ориентированы на объемное планирование, т. е. отвечают на вопрос: когда и сколько продукции должно быть изготовлено.

Но все-таки главное их отличие друг от друга заключается в том, что MES-системы, работающие исключительно с производственной информацией, позволяют скорректировать либо полностью пересчитать план в течение рабочей смены столько раз, сколько это необходимо. В ERP-системах из-за большого объема административно-хозяйственной и учетно-финансовой информации, которая непосредственного влияния на процесс не оказывает, перепланирование может осуществляться не чаще одного раза в сутки.

MES-системы позволяют оптимизировать производство и сделать его более рентабельным за счет быстрой реакции на происходящие события и применения математических методов компенсации отклонений от плановых заданий.

MES - единый источник производственной информации

MES-системы, собирая и обобщая данные, полученные от различных производственных систем и технологических линий, выводят на более высокий уровень организацию всей деятельности предприятия, начиная от формирования заказа и заканчивая отгрузкой готовой продукции на склады. Они также реализуют связь в реальном времени производственных процессов с бизнес-процессами и улучшают финансовые показатели компании (cash flow), включая повышение отдачи основных фондов, ускорение оборота денежных средств, снижение себестоимости, своевременность поставок, повышение размера прибыли и производительности.

Рис. 2. Финансово-экономический анализ производства в MES-системе "Фобос" (Россия)

Кроме того, эти системы формируют данные о текущих показателях (в частности, о реальной себестоимости продукции), необходимых для более качественного функционирования ERP-систем.

Таким образом, MES - это связующее звено между ориентированными на финансово-хозяйственные операции ERP-системами и оперативной деятельностью предприятия на уровне цеха, участка или линии.

Компания "РТСофт" (www.rtsoft.ru) на протяжении последних пяти лет занималась интеграцией уровней АСУП и АСУ ТП через импорт данных с технологического уровня в бизнес-системы. В результате аналитической работы, обследования предприятий и изучения итогов реализации проектов в компании открылось бизнес-направление "Информационные технологии реального времени", которое ставит своей целью выработку предложений по автоматизации технологических процессов, таких, как системы оперативного управления (MES-системы), системы контроля и учета энергоресурсов (АСКУЭ), системы оперативно-диспетчерского управления (АСОДУ), системы управления технологическими процессами (АСУ ТП), программно-технические комплексы (ПТК). При этом каждая система характеризуется своими уровнем интенсивности циркулирующей в ней информации, масштабом времени и набором функций, но задача у всех общая - собирать, регистрировать, накапливать, обрабатывать и передавать информацию на более высокий уровень. Любая из этих систем разрабатывается под конкретный класс пользователей, в зависимости от выполняемых функций и решаемых задач (от руководителей высшего звена до рядовых специалистов), а следовательно, обеспечивает их именно той информацией, которая необходима для решения стратегических, тактических и оперативных задач.

При таком подходе к взаимодействию подсистем предприятия внедрение MES-системы на производстве позволяет добиться заданной степени интеграции всех данных о его работе для решения управленческих задач.

Задачи MES-систем в дискретном производстве

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

· оперативное планирование и диспетчеризация процессов;

· финансовый анализ затрат на выполнение процессов;

· оперативное перепланирование c учетом реального текущего состояния производства.

Остановимся на них подробнее.

Оперативное планирование и диспетчеризация процессов. Для расчета производственного расписания на отечественных предприятиях либо используются статические инструменты, такие, как сетевые графики, бумажные таблицы, доски планирования, либо вообще никакие инструменты не применяются. События, вносящие существенные изменения в расписание, происходят столь часто и в таком количестве, что возможности статического инструмента, и тем более человека, не позволяют учитывать их в полном объеме и поддерживать расписание в оптимальном состоянии. В результате оперативный план, если таковой имеется, очень быстро перестает соответствовать действительности и теряет свою актуальность в среднем по истечении 20% планируемого периода. Уровень организации производства резко падает, снижается его рентабельность.

Для внутрицехового управления производственными процессами необходим инструмент, который обеспечит учет всех происходящих событий в режиме реального времени (online). Этот инструмент должен отражать достоверную картину текущего состояния производства, а также обладать возможностью многократной корректировки и расчета расписаний в течение рабочих смен.

Рис. 3. 14 критериев расчета производственного расписания в системе "Фобос"

Для решения задачи оперативного планирования в MES-системах строится динамическая компьютерная модель производства. Она реализует непрерывное имитационное моделирование движения материальных потоков внутри цеха в соответствии с технологическими маршрутами. Производственное расписание наглядно описывается диаграммой Ганта, где каждой операции ставится в соответствие отрезок прямой, длина которого пропорциональна ее длительности. Эти отрезки, именуемые линиями Ганта, располагаются напротив инвентарных номеров основного технологического оборудования в последовательности, соответствующей расписанию. Встроенный механизм диспетчеризации производства обеспечивает своевременную доставку и ввод информации о совершаемых действиях, происходящих событиях и отклонениях от составленного оперативного плана. Производственное расписание поддерживается в оптимальном состоянии за счет непрерывной компенсации отклонений методом коррекции либо полного перерасчета. В результате все процессы, происходящие в цехе, становятся прозрачными, достигается "прозрачность", управляемость и идентифицируемость материальных потоков производства в соответствии с требованием международных стандартов (рис. 1 и рис. 2).

Финансовый анализ затрат на выполнение производственных процессов. Для вычисления реальной себестоимости продукции необходимо проводить детальный финансово-экономический анализ производства. Широко распространенным на Западе методом анализа источников издержек и создания прибавочной стоимости является так называемый АВС-анализ, или Activity Based Costing (функционально-стоимостной анализ). Суть этого метода состоит в том, что расходы и доходы предприятия привязываются к точкам его активности. Применительно к производству это означает привязку издержек и созданной прибавочной стоимости к конкретным инвентарным номерам технологического оборудования и реализуемым производственным процессам. Осуществить такой анализ, имея приблизительное представление о распределении процессов во времени и по оборудованию, невозможно. В MES-системах строится точная динамическая модель производства, обеспечивающая подробную калькуляцию текущих затрат как в привязке к конкретным рабочим местам, так и в разрезе отдельных выполняемых заказов.

В общем случае расчет производственного расписания является сложной математической задачей. Для ее решения разрабатывается система критериев расчета и оптимизации планов, на базе которой создается соответствующий алгоритмический аппарат. Эвристические алгоритмы расчета являются ядром MES-систем и охраняются авторским правом.

Рис. 4. Пример планирования с учетом ремонта оборудования в системе "Фобос"

Применяемый в MES-системах аппарат расчета производственных расписаний дает возможность учесть взаимосвязь всех элементов оперативного плана, обеспечить выбор альтернативных технологических маршрутов и адаптировать управление материальными потоками к текущему заказу. Вычислительное ядро MES-систем позволяет в полной мере задействовать мощность современных компьютеров для решения данной задачи.

Здесь нелишним будет добавить, что в части, касающейся управления производством, системы класса MES отличаются от ERP-систем тем, что в MES-системах расчет производственных расписаний строится на базе множества критериев. В системах ERP/MRP планирование, как правило, ведется по одному критерию, в MES-системах таких критериев может быть более десятка: например, в системе "Фобос" (Россия) их четырнадцать (рис. 3), в системе Preactor (Англия) - восемь. Минимально возможное количество критериев, отграничивающее MES-систему от систем других классов, - два. Различные комбинации критериев позволяют рассчитывать десятки вариантов планов, использовать их как средство моделирования производственных процессов и выбирать наиболее эффективный сценарий выполнения текущего плана.

Оперативное перепланирование c учетом реального текущего состояния производства. Слабость большинства систем автоматизированного планирования (ERP, MRP) заключается в том, что ресурсы производства оцениваются ориентировочно либо вообще считаются неисчерпаемыми. Разбивая заказы на части и рассчитывая дату начала их изготовления, эти системы, увы, не учитывают доступность ресурсов в конкретный момент времени. Ведь абстрактное наличие ресурса вовсе не означает его доступность для выполнения каждого заказа в каждый момент времени. Таким образом, расписание, составленное без учета информации о фактическом состоянии ресурсов производства, не соответствует действительности и не может быть выполнено.

Одним из основных принципов, положенных в основу рассматриваемых систем, является принцип конечного планирования ресурсов. Суть данного принципа заключается в том, что ресурсы (как основные, так и дополнительные) всегда ограниченны и выполнение работ планируется только тогда, когда достоверно известно, что ресурсы доступны.

Так, помимо незапланированного выхода станков из строя и влияния других неожиданных воздействий, изменяющих доступный объем ресурсов производства, в цехах существует регламент проведения профилактических ремонтов оборудования. С помощью MES-системы можно смоделировать текущую ситуацию, проиграть несколько сценариев ее развития и добиться такого расписания, при котором профилактический ремонт оборудования минимальным образом скажется на своевременности выполнения плана (рис. 4).

Другим примером принципа конечного планирования является система учета вторичных ограничений ресурсов в программном комплексе Preactor. Эта система формируется на этапе построения логической модели производства. В процессе описания основного технологического оборудования с каждым инвентарным номером связываются какие-либо ограничения, оказывающие или способные оказать влияние на его доступность или характеристики работы. В качестве вторичных ограничений может выступать предел потребления электроэнергии, необходимость присутствия оператора на определенных рабочих местах, наличие специфической оснастки и т. п. В дальнейшем при планировании и коррекции расписаний система будет отслеживать доступность и объем использования вторичных ограничений. В случае превышения или нехватки ресурсов система прежде всего проинформирует об этом диспетчера, а затем предложит принять либо отклонить условия этого варианта плана.

Результаты использования MES-систем

Что дает использование систем класса MES? Мировой опыт показал высокую эффективность таких систем, выразившуюся в значительном улучшении финансовых показателей предприятий. Вот лишь часть из них:

· на 15% повышается производительность;

· на 45% увеличивается коэффициент загрузки оборудования;

· на 30% уменьшается объем незавершенного производства;

· на 40% снижаются объемы материально-производственных запасов;

· на 60% улучшается соблюдение сроков поставки.

Срок окупаемости проекта внедрения MES-системы измеряется неделями, а ее преимуществами можно пользоваться годами.

В заключение хотелось бы сказать, что внедрение таких систем на российских предприятиях позволяет добиться большей эффективности производства и за счет этого сделать серьезный шаг к повышению конкурентоспособности предприятия на рынке.

Дополнительную информацию по MES-системам можно найти на сайте www.mesa.ru.