MES-системы - это компьютеризированные системы, используемые в производстве для отслеживания и документирования преобразования сырья в готовые изделия. Они предоставляют информацию, которая помогает принимающим решения лицам понять, как можно оптимизировать текущие условия на заводе, чтобы улучшить выпуск продукции. MES работают в режиме реального времени, чтобы обеспечить контроль над несколькими элементами производственного процесса (например, входы, персонал, машины и службы поддержки).
Как это работает?
Системы единого управления MES могут работать в нескольких функциональных областях: управлении определениями продуктов в течение их жизненного цикла, планировании ресурсов, выполнении заказа и диспетчеризации, анализе производства и управлении временем простоя для общей эффективности оборудования (OEE), качества продукции или отслеживания материалов и т. д.
Такая система создает «встроенную» запись, фиксируя данные, события и результаты производственного процесса. Это может быть особенно важно в регулируемых отраслях, таких как продукты питания и напитки или фармацевтические препараты, где может потребоваться документация и подтверждение процессов, событий и действий.
Идея MES может рассматриваться как промежуточный шаг между системой планирования ресурсов предприятия (ERP) и контрольным и сборочным управлением (SCADA) или системой управления технологическими процессами.
В начале 1990-х годов были созданы отраслевые группы, такие как MESA (International-Manufacturing Enterprise Solutions Association), чтобы регулировать сложность и дать рекомендации по исполнению MES Systems.
Преимущества
Эти системы помогают создавать безупречные производственные процессы и обеспечивают обратную связь с требованиями в режиме реального времени. Кроме того, они предоставляют всю важнейшую информацию в одном источнике. Другие преимущества успешного внедрения MES-систем могут включать в себя:
- Сокращение количества отходов, их переработку и уничтожение, в том числе в более короткие сроки.
- Более точный сбор информации о затратах (например, работа, простои и инструменты).
- Увеличение времени безотказной работы.
- Внедрение безбумажной работы.
- Сокращение излишков за счет ликвидации инвентарных запасов в каждом конкретном случае.
Разновидности MES
Широкое разнообразие систем MES возникло с широким использованием собранных данных для определенной цели. Дальнейшая их разработка в течение 1990-х годов привела к увеличению их функциональности. Затем Ассоциация производственных предприятий (MESA) внедрила определенную структуру, определив 11 функций, которые ограничили область применения MES. В 2000 году стандарт ANSI/ISA-95 объединил эту модель с эталонной моделью Purdue (PRM).
Была определена функциональная иерархия, в которой исполнительные MES находились на уровне 3 между ERP на уровне 4 и контролем процесса на уровнях 0, 1, 2. С момента публикации третьей части стандарта в 2005 году деятельность на уровне 3 была разделена на четыре основные операции: производство, качество, логистика и техническое обслуживание.
В период с 2005 по 2013 год дополнительные или пересмотренные части стандарта ANSI/ISA-95 более подробно определили аппаратный состав MES-систем, охватывая способы внутреннего распространения функций и обмена информацией как внутри, так и снаружи.
Функциональные области
На протяжении многих лет международные стандарты и модели расширили сферу применения этих инструментов с точки зрения их деятельности. Обычно назначение и функции MES-систем включают в себя следующее:
- Управление определениями продуктов. Это может включать в себя хранение, контроль версий и обмен данными с другими системами, такими как правила производства продукции, спецификация, подсчет ресурсов, контрольные точки процесса и качественные данные, каждая из которых сосредоточена на определении способа создания продукта.
- Управление ресурсами. Это может включать в себя регистрацию, обмен и анализ информации о ресурсах, направленных на подготовку и выполнение производственных заказов, которые возможны и доступны.
- Планирование (производственные процессы). Эти действия определяют график производства в виде набора заказов на выполнение для удовлетворения производственных требований, обычно получаемых из планирования ресурсов предприятия или специализированных передовых систем планирования, обеспечивают оптимальное использование местных ресурсов.
- Отправка производственных заказов. В зависимости от типа производственных процессов это может включать в себя дальнейшее распределение партий, прогонов и заказов на выполнение работ, выдачу их рабочим центрам и адаптацию к непредвиденным условиям.
- Выполнение производственных заказов. Хотя фактическое выполнение осуществляется системами управления технологическими процессами, MES может проводить проверки ресурсов и информировать другие системы о ходе производственных процессов.
- Сбор данных о производстве. Эта функция MES включает в себя сбор, хранение и обмен данными процесса, состояния оборудования, информацию о материалах и журналах производства либо в картотеке, либо в реляционной базе данных.
- Анализ производительности производства. Это получение полезной информации из необработанных собранных данных о текущем состоянии производства. Они включают в себя обзоры работы (WIP) и производительности за прошедший период (такие как общая эффективность оборудования или любой другой подобный показатель).
- Производственный трек и трассировка. Это регистрация и извлечение связанной информации для того, чтобы представить полную историю продаж, заказов или оборудования. Данная область имеет особенно важное значение для производств, связанных со сферой здравоохранения. Это, например, выпуск фармацевтических препаратов.
- Оцифровка полных данных из журналов в интерфейс цифровых устройств с помощью функции блокировки редактирования, а также вывод данных из SCADA в общий банк данных.
Связь с другими системами
Система управления производством MES интегрируется с ISA-95 (предыдущая модель модели Purdue, «95») с множественными отношениями и связями. Совокупность систем, действующих на уровне 3 ISA-95, можно назвать средствами управления производственными операциями (MOMS). Помимо MES, обычно существует система управления информацией о лаборатории (LIMS), управления складами (WMS) и компьютеризированная система управления обслуживанием (CMMS).
С точки зрения MES возможными информационными потоками являются:
- в LIMS: запросы на тестирование качества, образцы проб, данные статистических процессов;
- из LIMS: результаты качественных испытаний, сертификаты продуктов, результаты тестирования;
- в WMS: запросы на материальные ресурсы, определение материалов, поставки продуктов;
- из WMS: доступность материалов, поэтапные партии материалов, отгрузка продукта;
- в CMMS: оборудование, работающее с данными, его назначение, запросы на обслуживание;
- из CMMS: ход технического обслуживания, возможности оборудования, график обслуживания.
Связь с системами уровня 4
Примерами систем, действующих на уровне 4 ISA-95, являются управление жизненным циклом изделия (PLM), планирование ресурсов предприятия (ERP), управление взаимоотношениями с клиентами (CRM), человеческими ресурсами (HRM), система исполнения процессов (PDES).
С точки зрения систем MES, примерами возможных информационных потоков являются:
- к PLM: результаты производственных испытаний;
- из PLM: определение продуктов, счета операций (маршруты), электронные рабочие инструкции, настройки оборудования;
- к ERP: результаты производственной деятельности, произведенные и потребляемые материалы;
- от ERP: планирование производства, требования к заказу;
- в CRM: отслеживание информации;
- из CRM: жалобы на продукт;
- к HRM: эффективность персонала;
- от HRM: навыки персонала, доступность персонала;
- к PDES: результаты испытаний;
- из PDES: определение производственного потока, определение экспериментов (DoE).
Во многих случаях системы Middleware Enterprise Application Integration (EAI) используются для обмена сообщениями между MES и Level 4. Общее определение данных, B2MML, было определено в стандарте ISA-95, чтобы связать MES с вышеуказанными системами уровня 4.
Связь с системами уровня 0, 1, 2
Системы, действующие на уровне 2 ISA-95, - это диспетчерский контроль и сбор данных (SCADA), программируемые логические контроллеры (PLC), распределенные системы управления (DCS) и системы пакетной автоматизации. Информационные потоки между MES и этими системами управления процессами примерно одинаковы:
- к PLC: рабочие инструкции, рецепты, установки;
- из PLC: значения процесса, аварийные сигналы, скорректированные контрольные точки, производственные результаты.
Большинство систем MES включают в себя возможность подключения в рамках предлагаемого ими продукта. Прямая связь данных оборудования завода устанавливается путем синхронизации с Часто данные сначала собираются и диагностируются для управления в реальном времени в распределенной системе управления (DCS) или диспетчерского контроля и сбора данных (SCADA). В этом случае MES подключаются к этим системам уровня 2 для обмена данными по этажам завода.
Промышленным стандартом для подключения к элементам производства является OLE для управления технологическими процессами (OPC). Но в настоящее время промышленный стандарт начал переходить на OPC-UA. Современные совместимые с OPC-UA системы не обязательно будут работать только в среде Microsoft Windows, они рассчитаны на запуск в GNU/Linux или других встроенных системах. Это снижает стоимость систем SCADA и делает их более открытыми с надежной безопасностью.
Производственные компании используют MES-системы на рынке для отслеживания сырья по заводскому пути до конечного состояния. При правильном использовании эта система может уменьшить количество отходов, обеспечить более точное отражение затрат, увеличить время безотказной работы и сократить потребность в некотором инвентаре. Существует несколько основных фактов, которые каждый должен знать о производственных системах исполнения.
Они управляют определениями продуктов
Любой опытный управляющий знает, что даже малейшее изменение материала может полностью изменить законченное состояние продукта. Недостаток или излишек способен повлечь серьезные изменения в качестве продукта. Все это может привести к дополнительным затратам.
Основные функции систем MES позволяют активно отслеживать компоненты, составляющие ваш продукт. Они дают вам возможность назначать жесткие параметры для вашего производственного оборудования, что в конечном итоге сокращает количество отходов и экономит деньги.
Они адекватно оценивают производственные ресурсы (с некоторой помощью)
Как упоминалось выше, системы класса MES могут определять точное количество материала, необходимого для создания продукта, что позволяет создать четкое определение изделия и поддерживать его целостность. Кроме того, вы всегда будете иметь представление о том, каковы ваши ресурсы на производстве. Эта категория включает в себя все: от учета физических материалов до знания количества обслуживаемых машин или наличия рабочей силы, необходимой для завершения работы. MES в сочетании с системой APS (Advanced Planningand Scheduling) имеют возможность реально прогнозировать даты завершения выпуска продукта на 100 % всех ресурсов, которые у вас есть при раздаче.
Они могут быть интегрированы с другими производственными системами
В одиночку системы исполнения производства часто имеют возможность планировать производственные процессы, но на уровне «бесконечной емкости» и, следовательно, технически могут работать как автономное программное обеспечение для планирования. Тем не менее они, как правило, функционируют лучше при использовании в сочетании с другим программным обеспечением для обработки производства, таким как APS, так что конечные ограничения могут также отражаться для более точного и оптимизированного планирования.
APS определяет производственный график как набор рабочих заказов для удовлетворения производственных требований, обычно получаемых от планирования ресурсов предприятия (ERP), что в свою очередь помогает в основном использовать ресурсы.
Они обеспечивают анализ эффективности производства
После того как продукт начал прокладывать себе путь на производстве, MES может создавать отчеты на основе текущего его состояния. Незавершенное производство, различные показатели за прошедший период и все другие данные эффективности можно отслеживать с помощью этой системы.
Отслеживание производственных данных
Когда продукт, наконец, вышел из производственной линии, MES отслеживает все данные относительно него и сохраняет их для дальнейшего использования. Более того, система не только предоставит вам организованный цифровой журнал ваших данных о продукте, она также сможет объединить эти сведения для будущих отчетов. Независимо от внутренних или внешних целей, у вас будут текущие обновленные данные о скорости процессов вашего производства, что в конечном итоге поможет получать больше прибыли.
В сочетании с MES может быть невероятно полезна для любого управляющего, который хочет увеличить время и скорость производства. Адекватное управление ресурсами, планирование производства и отслеживание продукции позволят любой компании увеличить производство и сократить количество отходов как умелым, так и расчетным образом.
MES и APS - вместе или по отдельности?
Прежде чем осуществлять обзор MES-систем, следует понять, как они взаимодействуют с другими подобными инструментами. Так, APS (Advanced Planning & Scheduling) - это собственная программная категория, такая как ERP или MES. APS охватывает стратегическое, тактическое и оперативное планирование. Последний, оперативный вариант использования много раз рассматривается как ядро APS. Здесь планирование - это разработка конечной цели на ежедневной основе. Суть его состоит в том, чтобы разработать возможные планы по минимизации чрезмерных запасов и сократить сроки выполнения заказа. Существует множество поставщиков систем APS, которые вы можете найти в наши дни.
С другой стороны, система MES выполняет команды и контролирует. Существует программное обеспечение MES как без каких-либо функций планирования, так и с ограниченной функциональностью. В любом случае возможности не такие обширные, как в чистом программном обеспечении APS. В ежегодном «Обзоре продуктов MES» доля функциональности FCS с программным обеспечением MES увеличивается. Поскольку оно является транзакционным ПО, довольно сложно реализовать все обширные функции планирования в этом контексте. Планирование и прогнозирование требуют моделирования различных сценариев и не должны автоматически влиять на выполнение задач.
При плотной интеграции систем MES и APS (в виде замкнутой петли) все богатые функциональные возможности APS используются без каких-либо ограничений. Если эта система поддерживает многосайтовое планирование и мощный Интернет, вся цепочка поставок может быть спланирована, выполнена и контролироваться в режиме реального времени - глобально без географических ограничений. Например, при запуске операции (рабочей фазы) в Китае планировщик в США может видеть в режиме реального времени выполнение заказа. Также продавец может войти в приложение MES/APS через Интернет и просмотреть, когда продукт будет отправлен клиенту, без телефонных звонков и писем.
MES и MOM: в чем разница?
Терминология может сбивать с толку в индустрии программного обеспечения, особенно если вы только начинаете изучать данный вопрос. К сожалению, это наблюдение справедливо для ПО в промышленности и производстве. На протяжении многих лет использовалось множество разных систем, но путаницу вызывают только 2 аббревиатуры:
- MES - система исполнения производства.
- MOM - управление производственными операциями.
Чтобы понять разницу между ними, необходимо провести сравнительный анализ систем MES (PDF-таблицей) и MOM. Можно выделить их сходства и различия в ходе описания.
Как уже было указано выше, MES была впервые использована AMR в 1990-х годах, вытеснив систему Computer Computing Manufacturing (CIM), впервые принятую в конце 1980-х. Это произошло до того, как были установлены многие стандарты в этой отрасли (такие как ISA-95), и, конечно же, намного раньше, чем ERP укоренилась в качестве основной IT-магистрали для большинства глобальных производственных компаний.
Многие ранние системы MES были специально построены замкнутыми. Из-за этого им не хватало гибкости, необходимой для адаптации к меняющимся потребностям бизнеса. Это привело к тому, что многие ранние реализации имели очень длительные расчеты и часто создавали процесс реализации, который, казалось, не имел конца. По этим причинам при внедрении в производство система MES изначально заработала репутацию в качестве дорогостоящего и рискованного инструмента, который часто не достигал первоначальных целей ROI.
В то же время большая работа продолжала проводиться в сфере автоматизации промышленности, и появился ряд стандартов пакетного уровня (таких как ISA-88 и ISA-95). В них был определен термин «Управление производственными операциями» (MOM). В этой системе были определены подробные виды деятельности и бизнес-процессы, включая производство, качество, обслуживание и инвентаризацию.
Развитие MOM
Новые рыночные условия привели к появлению разработчиков, желающих ребрендировать и отделиться от продуктов прошлого, а именно от MES. Многие из них приняли термин MOM и сослались на свои предложения в качестве нового решения. Они предложили гибкость и масштабируемость, необходимые для того, чтобы система смогла стать настоящим корпоративным приложением, в том числе:
- архитектура на основе настраиваемой и расширяемой платформы;
- стандартизованная интеграция с ERP;
- интеграция на основе стандартов с промышленной автоматизацией;
- стандартизованная модель данных о производстве;
- широкие возможности - модель, визуализация, оптимизация, обновление и согласование производственных бизнес-процессов во всем мире;
- управление событиями - способность собирать, обобщать, анализировать и реагировать на производственные события в реальном времени.
Несмотря на эту тенденцию, прежние разработки не были забыты. Ведущие поставщики MES не стали отказываться от своего продукта. Вместо этого они перепроектировали свои системы и наделили их возможностями, не уступающими функциональности MOM.
Итак, в чем же различие?
Сегодня аббревиатура MOM обычно относится к бизнес-процессам, а не к программному обеспечению. Обозначение «Платформа MOM» (MOM Solution) чаще всего используется для дифференциации от более старых решений MES и имеет возможности, перечисленные выше.
MES по-прежнему используется в большинстве случаев. Иногда она может иметь аналогичные возможности с MOM, но, в отличие от нее, развивается более быстрыми темпами.
Примеры MES
В России сегодня лидируют три такие системы. Все они разработаны для лучшего управления производством, но рассчитаны на мелкосерийную его разновидность. В то же время отличия между ними присутствуют.
MES-система «ФОБОС» применяется на средних и относительно крупных машиностроительных производствах. Ее основными функциями выступают внутрицеховое управление и планирование. Она обязательно интегрируется с ERP-системой (или «1С: Предприятием»), перенаправляет в нее все полученные данные.
YSB.Enterprise была создана для деревообрабатывающей промышленности. К тому же она имеет некоторые особенности, из-за которых она больше подходит для небольших предприятий (таких, где уже недостаточно только 1С). MES-система имеет слишком мало специфических и необходимых функций для полноценной работы, но при этом в ней присутствуют дополнительные опции, в том числе управление продажами и бухгалтерией.
PolyPlan обладает еще меньшим набором функций MES, но при этом преподносится как инструмент оперативно-календарного планирования в сфере машиностроения (для гибких и автоматизированных производств). Стоимость MES-системы этого типа самая низкая.
Исполнения и управления (MES) традиционно связывают ERP (и другие бизнес-системы) и контроль и мониторинг потока данных на заводах. Расшифровка MES (аббревиатуры) в переводе на русский язык дословно звучит как «система производственного управления». По сути, они выступают как операционные системы управления установкой. Были разработаны и развиваются в контексте «умного» производства, промышленной трансформации и сквозного управления производственными операциями.
Системы управления производством сегодня для исполнения более важны, чем когда-либо. Цифровая установка интеллектуального производства основана на данных и превращает всю собранную и агрегированную информацию в бизнес-ценность. Например, это может быть выполнено путем улучшения управления активами, инвентаризацией и материалами, получения информации о производственных процессах для лучшего принятия решений, управления производительностью и качеством. Осуществляются эти шаги путем координации производственной деятельности.
Измерение ценности и преимуществ (количественных и качественных), полученных в результате использования MES-системы, сегодня важнее, чем когда-либо.
Системы производственного управления - не новое изобретение. Как и многие развивающиеся информационные системы, они изменялись с течением времени, так как появились новые технологии (например, облачные хранилища и IoT).
По своей сути, Manufacturing Execution System - это сотрудничество между производственным планированием и способом организации производства. Если сравнить этот процесс с нервной системой, то MRP можно рассматривать как мозг, а MES - как нервную систему.
Состоит MES из нескольких аспектов:
- предоставление работникам информации, необходимой для начала и исполнения производства;
- предоставление руководству обзора хода выполнения производственных заказов;
- управление качеством;
- сбор статистики для анализа эффективности производства.
Что же такое MES?
Довольно часто MES рассматривается как набор датчиков или детекторов. Они должны собирать данные автоматически и отправлять их куда-либо. На самом деле это упрощение. Понятие Manufacturing Execution System намного шире. Эта система перемещает информацию между производственным планированием и исполнением в обоих направлениях, а датчики собирают только данные. Кроме того, технические средства не представляют или не анализируют собранную информацию.
Конечно, датчики могут быть интегрированы в MES-систему, но они не являются основной ее частью. Информация может быть собрана многими способами, которые дополняют и проверяют друг друга.
ERP и MES
Хотя многие программные пакеты ERP для предприятий малого и среднего бизнеса утверждают, что они полностью подходят для производства, на самом деле это верно только в определенной степени. Они могут содержать модули, которые обычно полезны для большинства предприятий, например управление запасами (резервами) или CRM. Но, если они не сосредоточены на производстве, они не включают в себя системы производственного исполнения.
Напротив, MES - это с самого начала программное обеспечение для планирования ресурсов, которое фокусируется на производителе. Из-за этого и в дополнение к модулю планирования производства оно обычно содержит особые условия, позволяющие организовать производственный процесс в цехах. Обладающий специальным интерфейсом с увеличенным размером текста, который может работать на компьютерах, планшетах и других переносных устройствах, MES - это удобный способ для сотрудников получать задания и сообщать о достигнутых результатах. Отчетная информация сразу же становится доступна руководству (что означает прогресс в производстве), и в реальном времени можно увидеть показатели эффективности, в том числе OEE (общая эффективность оборудования).
Наличие фактической информации и ее использование позволяют повысить эффективность, увеличить скорость реакции, улучшить процессы и удовлетворенность клиентов.
Что это значит?
Исходя из вышеизложенного, полное и исчерпывающее определение MES-системы звучит следующим образом. Это автоматизированные компьютеризированные системы, применяемые в производстве с целью отслеживания и фиксации преобразования сырья в готовую продукцию. Эти инструменты собирают и предоставляют информацию, способную помочь в принятии решений о том, как возможно оптимизировать имеющиеся условия на производстве, чтобы сделать выпуск продукции эффективнее. MES всегда функционируют в режиме реального времени, и это позволяет поддерживать контроль одновременно над несколькими частями производственного процесса (к примеру, персонал, входы, оборудование и службы поддержки).
MES способны функционировать в нескольких производственных областях одновременно:
- планировании ресурсов;
- управлении использованием продуктов на протяжении их жизненного цикла;
- выполнении заказа и связанной с ним диспетчеризации;
- анализе производства и, соответственно, управлении временем простоя, позволяющем повысить общую эффективность оборудования (OEE);
- отслеживания материалов и управления качеством и т. д.
Существует три подхода к выбору системы MES, которые обязательно нужно учесть. Они выглядят следующим образом. Вы можете применять внутренние ресурсы внутри своего объекта, выбрать аутсорсинг для сторонней компании с опытом автоматизации и разработки программного обеспечения или же приобрести проверенное, под ключ, долгосрочное решение от компании, которая специализируется на производственных системах исполнения.
Внутренние ресурсы
Этот вариант имеет чрезвычайно низкую вероятность успеха. Внутренние ресурсы могут показаться наименее дорогостоящим решением, но они займут большую часть вашего времени и в конечном итоге окажутся весьма дорогими. В худшем случае, существующем на практике, компания разрабатывала свою собственную систему более 10 лет и использовала труд более ста сотрудников. В результате получился не совсем работающий проект, инструменты которого были настолько устаревшими, что невозможно было найти разработчиков с необходимым 10-летним набором навыков. В этом варианте люди могут обладать огромными знаниями конкретных требований к оборудованию, но обычно не имеют необходимого опыта для понимания архитектуры, разработки и интеграции системы перспективного мышления.
Компания с автоматизацией и разработкой программного обеспечения
Компании этой категории могут обладать талантливыми людьми и опытом в производственной среде, однако в целом у них нет реальной способности выполнять и масштабировать долгосрочное решение. Они могут собрать и разработать решение MES, но при этом они обладают ограниченным опытом в создании инструментов автоматизации. Все примеры MES-систем, созданных по такому заказу, как правило, являются одноразовыми попытками, которые не имеют объективной перспективы для обеспечения полной отдачи. Знания об особенностях изменения и расширения конкретной системы обычно принадлежат одному или двум людям, что ограничивает долгосрочную жизнеспособность решения. Они, как правило, разрабатываются и сдерживаются возможностями инструментария уровня автоматизации. Недостатки MES-систем такого уровня заключаются в том, что они не создаются с использованием передового подхода к разработке программного обеспечения.
Решение «под ключ» от проверенной компании
Лучшая MES - это архитектура, разработанная и интегрированная экспертами. Так, некоторые крупнейшие компании задокументировали системы качества разработки программного обеспечения, строгие процедуры тестирования, передовые знания в области ПО, широкую базу установки и глубокое понимание ряда производственных мощностей. Данные производители, руководствуясь многолетними стремлениями производить самые лучшие продукты в своей области знаний, конструируют продукты, готовые к постоянному совершенствованию.
Стоимость, которую клиент платит за такое решение, обеспечивает непревзойденную отдачу от инвестиций (ROI). Кроме того, зачастую такие производители не только в полной мере соблюдают стандарты MES, но и являются новаторами. Получая регулярно новые версии программного обеспечения, клиент всегда выигрывает от ключевых разработок в области функций и технологий. По сути, это единственный вариант, который гарантирует, что предприятие получит самые лучшие технологии, и, следовательно, это даст наилучшее соотношение цены и качества в долгосрочном прогнозе.
В чем же преимущества MES?
Надлежащая реализация такой системы повышает эффективность производственной организации. До появления компьютерных систем MES состояла из рукописных диаграмм и графиков с буферами обмена, проверяющими уровни запасов. Она дает правильную информацию в нужное время, подсказывая руководству завода, как оптимизировать текущие условия для улучшения выпуска продукции. По существу, эта система отслеживает производственный процесс из фазы сырья до получения готового продукта.
Сегодня в компьютеры загружают MES на большинстве заводов, предлагая исследовать обширные данные и анализ, ранее недостижимые с помощью традиционных методов. Она представляет множество ценных качеств для производителей. Основные из этих преимуществ MES-систем стоит рассмотреть подробно.
Подсчет затрат становится более точным
С использованием MES различные затраты, такие как работа, отходы, время простоя и техническое обслуживание, записываются в реальном времени прямо из цехов. Руководящие команды, в свою очередь, используют эти данные для оценки нерентабельных бизнес-моделей и могут сразу же работать над ценообразованием и новыми проектами. Поскольку другие системы также используют эти данные, MES позволяет вашей компании повысить производительность на всех производственных объектах.
Сокращение отходов и уровня перегрузок
Функции MES-системы позволяют точно анализировать производственные линии и готовые изделия. Поэтому она обнаруживает любые несоответствия или аберрации на этих линиях, немедленно останавливая их, чтобы ограничить количество некачественных продуктов и потраченного впустую материала.
Уменьшение времени простоя
Благодаря использованию MES, становится возможным генерировать реалистичные графики производства. Задачи MES отлично справляются с этой функцией, отслеживая количество и качество инвентаря, сырья и деталей. Это позволяет сэкономить время, затрачиваемое на повторное конфигурирование расписаний, в то время как часть производства работает непрерывно. Благодаря этому, становится возможным включить планирование персонала в эту программу, эффективно используя доступные ресурсы.
Сокращение расходов
Благодаря использованию MES, становится возможным логически упорядочить все операции. Это происходит потому, что руководство компании получает подробный отчет обо всех продуктах, материалах, времени и трудозатратах, необходимых для завершения работы. Этот процесс в конечном итоге позволяет сократить расходы или высвободить персонал из действующих производственных линий.
Сокращение излишков
Хранение излишков запасов требует определенных затрат. Кроме того, оплата производственных излишков, транспортировки, хранения и контроля за этими товарами может оказаться слишком дорогой. MES будет постоянно обновлять инвентарные записи, указывая на все излишки в подробностях. Это означает, что все отделы по закупкам, доставке и расписанию будут постоянно в курсе того, что доступно в каждом учреждении и что им нужно заказать.
Очевидно, что MES делает больше, чем просто отслеживает количество продуктов, сходящих с производственных линий. Повышение эффективности работы предприятия начинается с точных записей о ходе работы, использовании материалов и затратах времени. MES-системы выполняют эту задачу с легкостью и точностью.
Какой можно сделать вывод?
Исходя из вышеизложенного, MES - это комплексная система, которая контролирует все действия, происходящие на производстве. Ее работа начинается с различных заказов со стороны клиентов и заканчивается анализом систем ППМ, основного графика и других источников планирования. Все это позволяет производить продукцию наиболее эффективным, недорогим, целесообразным и качественным способом.
Почему невозможно просто создать график заказов из ERP?
Современное производство представляет собой сложную, постоянно меняющуюся среду. Планирование должно учитывать уровень вариации, который обычно выходит за рамки традиционных систем - MRP, Master Scheduling и т. п. MES рассматривает и контролирует наиболее важные детали данного процесса.
Непредсказуемые производственные ситуации могут включать в себя:
- поломки машин;
- отсутствие распланированного рабочего дня;
- изменение времени, требуемого на выполнение работ;
- время очистки и обслуживания оборудования;
- изменение сроков доставки;
- проблемы с качеством товара;
- альтернативные планы работы;
- измененный список деталей;
- наличие или отсутствие транспорта;
- наличие качественных ресурсов;
- изменения для минимизации времени процесса, настроек.
Поэтому необходимо предоставлять нужные инструменты и важную информацию всему персоналу каждого производственного цеха, чтобы продукты производились максимально оптимально. Хорошая производственная система работает в режиме реального времени, позволяя планировщикам реагировать на немедленную дисперсию на цехе. MES также отвечает на все изменения немедленно, позволяя помочь принять более быстрые решения по таким вещам, как калькуляция затрат, снижение качества и поздние поставки. Это практически основа для всего, что происходит в цехах.
Интеграция с закрытым контуром
Еще одна критическая характеристика MES - это способность интегрироваться с подобными системами. Это не только устранит бессмысленный круговорот собранных данных, но и позволит внести необходимые корректировки для приближения окружающих систем к реальности. Например, критическая информация из цеха необходима для обновления других элементов системы ERP, таких как инвентаризация, калькуляция и закупка. Время установки может улучшаться с использованием новых методов, используемых в цехе, и их необходимо загружать в ERP для будущего использования. Это обеспечит лучший сбор информации при консультировании клиентов с прогнозируемыми датами поставки по новым заказам или же даст понимание о рекомендуемой стоимости при принятии решений о ценах. Информация о состоянии цехов отобразит реальную ситуацию, позволяющую внести коррективы, необходимые для постоянного обновления других бизнес-систем.
Требования к MES следующего поколения
Исследования показали, что многие рассматривают MES прежде всего как инструмент для решения проблемы устранения человеческих ошибок и обеспечения того, чтобы статистика была полной.
Помимо глобального обзора, MES следующего поколения должна обеспечивать видимость всей цепочки поставок. Улучшение прогностического обслуживания также является частью оптимизации производственных процессов. Согласно данным обзора, программное обеспечение должно предоставлять инструменты, позволяющие промышленности стать проактивной и в конечном итоге прогнозировать качество продукции.
Эти возможности в настоящее время либо не существуют в MES, либо не являются удобными для пользователя. Однако технологии развиваются с каждым днем, и вполне возможно, что эти пожелания станут реальностью.
Что же имеется в настоящее время? Обзор MES-систем, существующих сегодня, позволяет строить довольно положительные прогнозы. Они вполне справляются со всеми поставленными задачами.
Что используется сегодня?
На сегодняшний день в России лидируют три системы управления производством (MES). Каждая из них была разработана для более эффективного управления. Однако рассчитаны они на мелкосерийный тип, хотя различия между ними имеются. В целом, этот рейтинг может быть представлен так.
В России MES-система «ФОБОС» является очевидным лидером и используется на средних и не очень крупных производствах, чаще машиностроительных. Ее главными функциями представлены внутрицеховое планирование и всестороннее управление. В обязательном порядке она должна быть интегрирована с ERP-системой (либо «1С: Предприятием»), поскольку она построена так, чтобы обмениваться данными с другими продуктами. Недостатком можно назвать только то, что внедряется на небольших предприятиях.
YSB. Enterprise разработана специально для деревообрабатывающей промышленности. Кроме того, она обладает некоторыми особенностями, ввиду которых она применима только для некрупных организаций. MES-система обладает небольшим количеством необходимых и специализированных функций для полной организации работы. Однако она при этом оснащена некоторыми дополнительными опциями, включающими в себя ведение бухгалтерии и управление продажами. Недостатком является тот факт, что программа имеет узкую специализацию.
Система PolyPlan оснащена еще более скромным функционалом MES. Однако на рынке она представлена в качестве инструмента оперативно-календарного планирования, предназначенного для отрасли машиностроения. Изначально она разрабатывалась для автоматизированных и гибких производств. Главное преимущество - это самая недорогая MES-система на сегодняшний день, поэтому она является довольно востребованной.
Целесообразность внедрения такой системы диктует и ситуация на рынке. Ужесточаются требования госрегулирования и крупных клиентов (в особенности в каучуковом бизнесе), касающиеся прослеживаемости производимых партий продукции, продолжается рост энерготарифов, усиливается конкуренция. В этой связи задачи эффективного управления себестоимостью производства и сокращения издержек становятся приоритетными для сохранения конкурентной способности продукции. MES дает возможность решить эти проблемы. Система предоставит предприятиям набор инструментов, позволяющих более эффективно управлять производством, а корпоративному центру - оперативную информацию для проактивного принятия решений. BASF, DuPont, Ineos и другие лидеры мировой нефтехимии внедрили и развивают у себя MES-системы, расширяя их функциональность для охвата всего операционного менеджмента.
Что такое MES?
MES нужна для автоматизации производственного менеджмента. Эта система консолидирует в режиме on-line массив данных, поступающих с АСУ ТП, узлов учета и автоматизированных рабочих мест (АРМ) ручного ввода. Прикладные модули системы оперируют всем объемом информации, накопленным в базе данных. Таким образом, происходит обобщение и перевод в удобную для анализа форму всей информации по предприятиям.
При этом MES и ее подраздел LIMS (содержит лабораторную информацию, информацию по контролю качества и т.д.) обеспечат необходимыми данными внедряемую систему ERP, систему управления цепочками поставок и производственную систему. Так, ПСС задействует ряд показателей, позволяющих оценить эффективность производства (ключевой среди них - время полезной работы). MES поможет их рассчитать, избавляя команду от рутинных действий по сбору и обработке цифр, более того, значительно ускоряя эту процедуру, поскольку данные с производственных площадок приходят в режиме реального времени, в удобной стандартной форме. Для ERP и управления цепочками поставок MES передаст данные производственного учета с нижнего уровня (узлы учета и АСУ ТП).
Вообще, вся необходимая для планирования информация становится доступной и однозначно интерпретируемой. Создается единое информационное бизнес-пространство предприятий и дирекции, содержащее актуальную информацию по технологии, энергопотреблению и качеству.
Модули системы
База данных реального времени служит для сбора информации с систем управления технологическим процессом, автоматизированных узлов учета и прочих источников оперативных данных о производстве. В базе крупных предприятий хранятся сотни тысяч параметров и событий. История изменения каждого параметра архивируется как ежесекундно обновляемый временной ряд. К этим данным можно обратиться через приложения, например: технологический мониторинг (о котором ниже) позволяет построить график и ретроспективно увидеть, как меняется конкретный параметр в заданный период. К сохраняющимся в базе данным можно обратиться спустя годы.
Технологический мониторинг и диспетчерское управление - эти модули оперируют всем объемом информации, накопленным в базе данных, позволяя пользователю «держать руку на пульсе» производственного процесса. Для диспетчера предприятия MES сводит с разрозненных заводских систем управления всю информацию в одно «окно», давая обзор состояния предприятия в реальном времени. Диспетчер видит движение сырья, полуфабрикатов, готовой продукции. Он получает тревожные сообщения, показывающие, где ситуация отклоняется от нормальной, и может моментально отреагировать на риск возникновения внепланового простоя или любого другого инцидента. Единая система облегчает координацию между цехами, позволяет ввести функцию «единой диспетчерской» на предприятии.
Первичный производственный учет. Этот модуль автоматизирует создание отчетности. Сегодня на предприятиях производственная отчетность формируется вручную. В этом участвуют десятки специалистов. Автоматизация исключает человеческий фактор, включая в отчет прозрачные и непротиворечивые данные. Всегда есть возможность увидеть, какие исходные данные стоят за каждой цифрой в отчете. Модуль увязывает системы планирования с фактическим состоянием производства. Выполнение плана контролируется в режиме реального времени.
Модуль анализа эффективности производства и энергоснабжения позволяет выявлять зависимости между параметрами технологического процесса, а также установить основные факторы, которые влияют на эти параметры. Так, посмотрев статистику работы установки за несколько лет, технолог может определить оптимальный расход пара для выпуска продукта целевого качества. MES предоставляет технологам и специальные программы, облегчающие установление расходных норм и оптимального режима. Например, связав производственные и энергетические параметры, можно оптимизировать энергопотребление, производя при этом те же объемы продукта того же качества.
Материальный и энергетический баланс . Уже первичный производственный учет позволяет уменьшить ошибки в передаче данных и локализовать потери. Квинтэссенцией производственного учета является сведение согласованного материального и энергетического баланса. Нынешние методы согласования баланса основаны на ряде приближенных расчетов и не позволяют получить достоверных значений по каждому объекту предприятия. К тому же отсутствует прозрачный и объективный механизм распределения общезаводских потерь между цехами и установками, а это мешает идентифицировать потери в месте их возникновения. Задача в том, чтобы обнаружить источники и причины потерь. Планирование и мониторинг потребления энергоресурсов организуются по тому же принципу. MES собирает данные в on-line, агрегирует их и показывает фактическую ситуацию по энергопотреблению. По консервативным оценкам, правильное применение всех модулей MES (вместе с техническим приборным учетом энергоресурсов, грамотными управленческими процессами и системой мотивации энергосбережения) даст сокращение потребления на 3-5%. Это 1-1,5 миллиарда рублей в год по всем предприятиям СИБУРа.
MES уже в СИБУРе
Уже сейчас в дирекции углеводородного сырья каждые 2 часа данные с 24 узлов учета попадают в MES, и каждые сутки сводные показатели загружаются в ERP. В дирекции пластиков и оргсинтеза мониторят с помощью MES выпуск и качество продукции «Сибур-Химпрома». В дирекции синтетических каучуков на «Тольяттикаучуке» также активно используются данные АСОДУ, а топ-менеджеры «Воронежсинтезкаучука» даже попросили вывести данные из системы АСОДУ (оперативного диспетчерского управления) на свои iPad.
Есть предприятия, которые еще до начала корпоративной программы пытались внедрить у себя MES. Это «Сибур-Химпром», «Воронежсинтезкаучук», «СибурТюменьГаз», «Юграгазпереработка», «Тольяттикаучук», «ПОЛИЭФ». В первую очередь, внедрялись самые простые, базовые модули MES. Однако локальное внедрение на каждом отдельном предприятии менее эффективно, чем корпоративная система. А главное, важно внедрять MES вместе с ERP, ПСС и другими корпоративными проектами, которые позволят раскрыть весь ее потенциал.
В рамках корпоративной программы разработано целевое видение функции «Эффективность производства». Определены требования к системам и уровню интеграции, выбраны IT-платформы. Подраздел LIMS внедряется на «Томскнефтехиме», «Тобольск-Нефтехиме», «Тольяттикаучуке» и «Тобольск-Полимере». Разработана дорожная карта внедрения MES/LIMS по всей компании. Первую очередь внедрения предполагается завершить к 2015-му, а вторую - к 2017 году.
Проектируется типовое MES-решение для предприятий СИБУРа. При этом краткосрочные проекты-ускорители внедряются уже сейчас, что позволяет сократить время внедрения MES и продемонстрировать ее работу на реальном производстве. Скажем, на площадке «Сибур-Химпрома» сейчас внедряется модуль «первичный производственный учет». В дальнейшем он будет использован для демонстрации работы системы. Это позволит быстрее получить обратную связь от будущих пользователей и опробовать типовые решения.
О пользе автоматизации
Директор функции «Обеспечение информационной инфраструктуры производственных бизнес-процессов» Лев Бондаренко.
Мы активно обсуждаем с предприятиями необходимость автоматизированного сведения материального баланса для повышения эффективности. Поднимать эффективность невозможно без систем контроля за операционной деятельностью (например, важно отслеживать соблюдение расходных норм, величины безвозвратных потерь). Мы предлагаем руководству предприятий усилить контроль за этими показателями: «Есть проблема с потерями? Есть проблема с нормированием? Вот инструмент, который поможет». По нашему опыту, люди сначала относятся к новому инструменту осторожно, а потом жить без него не могут - настолько привыкают к тому, что любая информация по любому производственному объекту доступна на кончике пальца. Причем этот инструментарий востребован на всех уровнях: от базового уровня производственных смен до высшего руководства компании. Сейчас на площадки пришло ощущение, что заказчиком MES/LIMS, прежде всего, выступают они сами. И нам очень важно, чтобы люди не разочаровались. Мы собираем пользовательские требования, проводим глубокие интервью, выясняя, что именно хотят от MES. Эта информация ляжет в основу типового решения - стандарта MES для СИБУРа. Причем в некоторых исключительных случаях (например, в случае процесса «сортировка брикетов по партиям» на производстве каучуков) мы можем для пользы дела немного отступить от стандарта.
Директор по производству дирекции синтетических каучуков СИБУРа Сергей Полонянкин.
Когда я работал на «Тольяттикаучуке», ежедневно пользовался системой оперативного диспетчерского управления (АСОДУ), которая была установлена на производстве бутилкаучука. В системе меня интересовала температура полимеризации, сухой остаток, количество аппаратов в работе, уровень в парках. Все это я мог отслеживать со своего компьютера. Я мог посмотреть, как отработала ночная смена, каковы актуальные параметры в системе, в чем проблемы, если они есть. Это лучше, чем кого-то спрашивать: человек может не понять вопрос или быть недостаточно компетентным, кто-то постесняется или даже побоится сказать правду. А в автоматизированной системе все видно, информация корректна, объективна, представлена в виде графиков. Видны тренды. Я был очень доволен и сейчас выступаю за то, чтобы эта система, хоть она и недешевая, была установлена на других производствах предприятия. Точно могу сказать, что внедрение MES позволит более эффективно вести процессы, постоянно отслеживать наши затраты и объективно, адекватно и более оперативно реагировать на отклонения, которые возможны в работе.
Технический директор «СибурТюменьГаза» Алексей Бикетов.
Внедрение автоматизированной диспетчерской системы было обусловлено необходимостью оперативного получения производственных показателей работы предприятий в режиме оn-line. С внедрением автоматической центральной диспетчерской (АЦД) диспетчеры освободились от рутинной работы по сбору информации по телефонам, факсам и ручного ведения режимных листов. На видеопанели в центральной диспетчерской в Нижневартовске в реальном времени отображается информация по основным производственным показателям работы предприятий «СибурТюменьГаза». А когда диспетчеру доступна самая свежая информация, качество принятия решений повышается в разы. В текущем году реализована автоматическая передача данных по переработке сырья и выпуску готовой продукции из АЦД в ERP СИБУРа, что значительно сократило время занесения информации и риски искажения при ручном вводе.
Егор Соколов, Анастасия Дроздова, Геннадий Метан
В статье приводится пример внедрения MES системы управления производством на промышленной площадке АО «Диэлектрические кабельные системы» (ДКС) в Твери с использованием промышленных компьютеров IFC .
В июле этого года компания ДКС запустила проект по внедрению MES системы (Manufacturing Execution System). Современная автоматизированная система управления и оптимизации производства в режиме реального времени разработана и реализована компанией «Л-КЛАСС» на основе программы «Технокласс» с использованием промышленных компьютеров IFC «ФАМ-Электрик».
На сегодняшний день компания ДКС выпускает более 27 тыс. наименований различной продукции. Это и кабеленесущие системы, и электротехническое оборудование, и изделия для рынков кондиционирования, отопления и водоснабжения. Начиная с 2001 года бизнес компании увеличился примерно в 44 раза. В 2010 году он вырос на 58%, в 2011 г.— на 51%, в 2012 г. — на 29%, в 2013 г. — на 24%.
«Каждый год мы растем примерно в два раза быстрее электротехнического рынка в целом, «отъедая» доли у конкурентов и осваивая смежные ниши благодаря выпуску новых продуктов», — отмечает директор по маркетингу ДКС Дмитрий Абрамов .
Внедрение MES системы было необходимо для поддержания высоких темпов развития, оптимизации производства в условиях усиливающейся конкурентной борьбы.
Система MES, в которой реализованы функции управления производством охватывает 56 производственных линий. В единую сеть объединены промышленные контроллеры, специальные терминалы с промышленными компьютерами IFC, в том числе мобильные, сканеры магнитных карт, измерительные приборы (электронные штангенциркули), весовое оборудование, серверы OPC, базы данных и ПК.
Система MES получает от системы управления ресурсами ERP плановые заказы и спецификации. Исходя из них формируются конкретные цеховые заказы, которые поступают к средствам контроля и сбора данных. Последние, в свою очередь, передают оперативные данные о статусе производственной линии, количестве продукции и брака, параметрах изделий, сведения о персонале.
IFC-615RF: всё включено
«Эти шкафы сделаны и собраны в соседнем цехе «Система-5». В каждом установили промышленный компьютер . С помощью пропуска оператор входит в оболочку MES-системы», - рассказывает Сергей Середин , технолог АО «Диэлектрические кабельные системы».
Шесть идентичных терминалов со считывателем, wi-fi роутером и т.д. находятся в цехе №2, где производят гофрированную трубу на основе ПВД/ПНД и ПВХ для электропроводки, а также двустенную трубу для канализации, электроэнергии и дренажа. Там же изготавливают обычную жесткую трубу на основе ПВХ. Терминалы закупали исходя из количества производственных процессов, расположенных в цехах производства ДКС.
Также пять стационарных терминалов находятся в цехе №1, где производят кабель-каналы и перфорированный короб.
Еще 24 стационарных терминала установлены на производстве ДКС «Система-5», где производятся металлические лотки (сеточные, перфорированные). Там же есть цех по производству шкафов и участок сборки пластиковой продукции и аксессуаров. На каждые две линии «Система-5» приходится один процесс терминал с промышленным компьютером IFC.
15" промышленный панельный компьютер с процессором Atom D525 (2 ядра) 1.8 ГГц имеет дисплей с разрешением 1024x768 и резистивный сенсор. Он полностью готов к работе, так как уже установлены жесткий диск и оперативная память. По фронтальной плоскости имеет пылевлагозащиту IP65.
«Мы остановились на , потому что они универсальны. Их можно использовать практически для любых задач. Есть дополнительные входы-выходы, а проблема такая же, как у всех компьютеров: с ними нужно бережно обращаться», - говорит Олег Протопопов , начальник группы КИПиА АО “Диэлектрические кабельные системы”.
Китайская компания IFC - это профессиональный производитель промышленных панельных компьютеров, работающий на рынке более десяти лет. Она динамично развивается, и качество ее продукции непрерывно повышается.
«На российском рынке RF является наиболее технологичной и оптимальной серией панельных компьютеров, - говорит Денис Мельников , начальник отдела автоматизации ООО «ФАМ-Электрик», эксклюзивного дистрибьютора компьютеров IFC в России.
«Чувствительный яркий резистивный сенсорный дисплей, двухъядерный процессор D525 1,8 ГГц, 2 Гб оперативной памяти, 32 Гб SSD (твердотельный жесткий диск) - это отличные параметры для промышленных панельных компьютеров в серии RF», - добавляет он.
Во всех компьютерах уже установлены SSD, и оперативная память. Также в комплект поставки включены крепежные элементы и блок питания на 12 VDC. Панельные компьютеры RF полностью готовы к работе с момента их получения. При этом можно установить любую из операционных систем - Windows XP, Windows 7, Linux Ubuntu.
«На первый взгляд панельный компьютер напоминает монитор в промышленном исполнении, однако, это не так. В довольно компактном корпусе глубиной до 90 мм находится полноценный компьютер с сенсорным монитором», - отмечает Денис Мельников .
Панельные компьютеры оснащены двумя-четырьмя последовательными портами RS232, одним аппаратным портом RS-485, что важно для подключения периферийных устройств к панельному компьютеру (нет необходимости использовать переходники USB-RS232, либо USB-RS485). Также панельные компьютеры IFC оснащены двумя портами Ethernet.
«В случае с компанией АО «ДКС» для нас было важно, чтобы было достаточное количество USB-разъемов, выбор установки операционной системы, наличие драйверов, а также вопрос цены. Она вполне приемлемая по сравнению с аналогами», - говорит Олег Протопопов .
Производство под контролем
Подключение терминалов к серверу осуществляется по сети WI-FI, информация на сервер поступает с контроллеров каждой производственной линии. На дисплее промышленного компьютера IFC отображаются статус машины, фиксируется время простоев и скорость производства, а также есть возможность анализа работы линии в течение смены в виде диаграмм. Контроллер передает параметры оборудования в реальном времени.
«У нас есть перечень сигналов с экстркудера, с гофратора и т.д. Если заданные условия сигналов присутствуют, значит, все работает. Если не хватает, то это настройка, простой или авария в зависимости от того, какие условия отсутствуют», - поясняет Сергей Середин .
Также с помощью промышленного компьютера можно посмотреть скорость производства. Каждые 15 минут можно вывести диаграмму, контролируя, таким образом, технологический процесс и анализируя его. Исходя из этого, планово-экономический отдел готовит плановые заказы и направляет начальникам смены. Они их анализируют и далее передают в цех, где их принимают в работу.
На терминале отображается код продукции, требуемое количество готовой продукции, плановое время выполнения заказа, в которое она должна быть изготовлена. Также можно посмотреть какой сотрудник взял в работу тот или иной заказ, его табельный номер.
Кроме того в промышленный компьютер можно ввести параметры контроля качества и эскизы готовой продукции, которые потом потребуются для анализа качества выпускаемой продукции. Если потребуется какая-либо документация по продукции, или же инструкции, к примеру, как правильно настраивать намотчик, как запускать экструдер, на терминале присутствует техническая документация. Таким образом, терминал - это емкая база данных, которая постепенно заполняется и используется. А основная роль оператора - полный контроль выпускаемой продукции, своевременная фиксация возможных неисправностей для более корректного анализа производительности и устранения их в дальнейшем.
«Насколько корректно будет предоставлена информация оператором, настолько в дальнейшем мы сможем провести анализ процесса производства и в дальнейшем предпринять действия»,- говорит Сергей Середин .
Человеческий фактор
У каждого сотрудника, который работает с MES системой, есть своя учетная запись, где он с помощью считывания с карты входит в промышленный компьютер. Доступ есть у директоров производства, начальников смены и операторов, которые работают на производственной линии.
Информации о плановых заказах, коде продукции, количестве, дате исполнения, и производственной линии достаточно начальнику смены для того, чтобы определиться с количеством сотрудников на процессе/участке и грамотно распределить трудовые мощности. Также для начальников смены создаются задачи в задаче «статус-машин», где собирается необходимая информация: реальный статус машины в данный момент, скорость линии, код продукции, которая сейчас производится, сотрудники, работающие на линии, которые выполняют тот или иной заказ, фиксируются возможные аварии, простои или брак.
«По сути, это управление цехом в реальном времени, - говорит Сергей Середин . - Мы можем увидеть, что появилась авария, предпринять корректирующие действия, чтобы ее устранить, оповещаются заинтересованные службы главного механика и главного энергетика, тем самым быстрее устранив неполадку или аварию».
В рамках MES системы управления производством действует модуль «ТОиР» (техобслуживание и ремонты), который позволяет более точно и качественно планировать техническое обслуживание и учитывать ресурс оборудования.
Анализ эффективности производства осуществляется по комплексному показателю общей эффективности оборудования - Overall Equipment Effectiveness или сокращенно OEE. Он рассчитывается исходя из информации о доступности линии, скорости ее работы и качестве продукции. OEE позволяет оценить производительность линии и сделать привязку к премии сотрудника.
«Система MES - это огромный анализатор, в котором есть все, - говорит Сергей Середин . - Это универсальная программа, которая включает в себя огромный спектр возможностей».
«Мы постоянно модернизируем и вносим что-то новое в ПО, которое установлено в терминалах на производственных площадках, чтобы сменному персоналу было удобно и понятно работать. Все делается для удобства сотрудников», - добавляет он.
MES как она есть
Несмотря на то, что внедрение MES системы управления производством состоялось на предприятии всего несколько месяцев, показатели уже существенно улучшились. Согласно данным, которые приводит Андрей Беляков, директор производственного департамента ДКС, по сравнению с прошлым годом на 2,8% снизилось время простоев, внешние рекламации сократились на 44%, а производительность выросла на 8,8%.
Также, по словам Андрея Белякова, при росте эффективности на 2-6% планируется, что период окупаемости проекта составит от нескольких дней до нескольких месяцев. Он рассчитывает, что фактическое повышение будет варьироваться от 5 до 10%.
«Я не представляю крупных производств, где все до сих пор на бумаге, - говорит Сергей Середин . - Внедрение MES не только повышает рейтинг компании, но и задает принципиально новый, высокий стандарт производства».
В статье рассматривается огромный проект, в котором участвовало несколько компаний: создание и внедрение системы MES на заводе «Воронежсинтезкаучук», производящем синтетические каучуки и термоэластопласты (ТЭП). Показано, как MES-система позволяет улучшить бизнес-процессы на предприятии.
Журнал «ИСУП», г. Москва
MES-системы
Статьи о системах MES в нашем журнале появились несколько лет назад, но большого развития эта тема тогда не получила. В какой-то момент даже показалось, что сами системы MES плохо приживаются в нашей промышленности. Однако им тогда просто не пришло время. Сегодня мы расскажем об одном внедрении, благодаря которому удалось значительно повысить эффективность производственных процессов на одном из крупнейших российских предприятий по производству синтетического каучука.
Начнем с главного: что такое MES? Это своеобразное промежуточное звено между системами планирования производства (ERP) и системами управления самим технологическим процессом (АСУ ТП).
Технологический процесс на каждом предприятии уникален, и тем не менее сходство есть: на всех заводах давно уже правят бал АСУ ТП разнообразного типа, начиная с PLC и заканчивая мощными РСУ. В то же время, на любом предприятии существует уровень, в фокусе внимания которого находится заказчик – потребитель вырабатываемой продукции. Здесь планируются производство и логистика, прогнозируются продажи и контролируются затраты. Уже 15–20 лет назад для помощи в работе на этом уровне тоже использовались автоматизированные системы ERP (от англ. Enterprise Resource Planning – «планирование ресурсов предприятия»).
Между уровнями технологического процесса и планирования производства всегда циркулировало огромное количество бумажных отчетов, которые писали обходчики, операторы, инженеры, диспетчеры и другие сотрудники. Велись бумажные журналы, составлялись отчеты в Excel-таблицах, распечатывались режимные листы из АСУ ТП, все эти отчеты бесконечно дублировались и кочевали из кабинета в кабинет. Отдельной сложной работой, отнимающей много времени, являлось сведение материальных балансов. Однако постепенно, позже, чем на других уровнях, и здесь начала происходить автоматизация «бумажного» ручного труда. Стали появляться программы-приложения, написанные для анализа и обработки данных, связанных с технологическими процессами. Они получили общее название MES.
Сегодня MES (от англ. Manufacturing Execution System – «система управления производственными процессами») уже не отдельные приложения, а комплексная система, объединяющая производство (рис. 1). С помощью MES пользователи могут получать информацию обо всех производственных операциях, которые ведутся на предприятии. Происходит это в режиме времени, максимально приближенном к реальному. А это позволяет сделать производство прозрачным и принимать управленческие решения с большой скоростью и мобильностью.
Рис. 1.
Модули MES
Особенно востребованы системы MES на предприятиях с многоуровневыми технологическими процессами, которые зависят от множества факторов: температурного режима, давления, энергопотребления и др.
Именно таким и является воронежское предприятие группы СИБУР «Воронежсинтезкаучук». Поэтому в 2012 году в целях повышения эффективности производственных процессов на производственной площадке в Воронеже стартовал масштабный проект по внедрению системы MES.
Чтобы представить себе масштаб производства на заводе в Воронеже, сделаем небольшое отступление. Как известно, в нефти содержится попутный газ (ПНГ), который отделяется от нее во время переработки. На протяжении многих лет этот газ просто сжигали, однако есть у ПНГ и другое, куда более эффективное, применение: производство полимеров, окружающих нас изо дня в день. Всё – от пластиковых окон до медицинских инструментов, от бутылок с минералкой до автомобильных запчастей – является продуктом многоступенчатой переработки попутного нефтяного газа.
Ключевым сырьем для производства синтетического каучука является бутадиен, который, в свою очередь, также производится из ПНГ. На воронежскую площадку СИБУРа бутадиен поступает из Тольятти, а также из Тобольска, с предприятий «Тольяттикаучук» и «Тобольск-Нефтехим» соответственно.
Уже в Воронеже с помощью многочисленных технологических операций бутадиен подвергают обработке, получая на выходе не только синтетический каучук, но и термоэластопласты (ТЭП) – материалы, сочетающие в себе достоинства пластмассы и резины. Основным сегментом применения первого является автомобильный сектор, вторых – строительство.
Внедренная на воронежской промышленной площадке СИБУРа система MES позволяет отслеживать весь технологический процесс, начиная от стадии приемки сырья до отгрузки готовой продукции на склад.
Программная платформа GE Proficy
Для построения MES требовалась программная платформа. Выбор пал на продукт компании General Electric.
GE, огромная корпорация, которую когда-то, 138 лет назад, основал сам Томас Эдиссон, всю свою историю была известна как производитель электрооборудования: компрессоров, турбин, подстанций, холодильников, медицинских установок и огромного числа другого «железа». Однако в последние годы у компании изменились амбиции: теперь она самым активным образом занимается разработкой программного обеспечения: корпорация твердо намерена войти в топ‑10 ведущих мировых разработчиков софтверных решений.
Одним из этих решений является программный продукт Proficy, который с успехом используется для построения MES-систем во всем мире.
Учитывая специфику внедрения на «Воронежсинтезкаучке», GE предстояло определить, что именно нужно заказчику для построения шаблонного решения. Используя собственную методологию, с помощью программы Enterprise Architect специалисты компании GE перевели требования заказчика в цифровой вид и создали сценарии их использования. Эта методология позволила избежать любых разночтений между специалистами со стороны СИБУРа и разработчиками программного продукта. Так был создан шаблон MES-системы, в котором были учтены все пожелания заказчика.
Предприятие «Воронежсинтезкаучук»
Кратко познакомим читателя с первым предприятием группы, на котором предстояло внедрить MES-систему. «Воронежсинтезкаучук» производит синтетические каучуки с 1932 года. До 1992 года в качестве сырья для производства каучука использовался этиловый спирт, но позже завод перешел на технологию, в основе которой лежит переработка поступающего на предприятие бутадиена. Бесперебойные поставки сырья с других предприятий группы СИБУР позволяют воронежской площадке выстраивать долгосрочные отношения с клиентами. Важность этого фактора сложно переоценить: немалая доля предприятий по производству синтетических каучуков в стране была закрыта именно по причине нехватки сырья.
Как уже упоминалось выше, на заводе производят не только синтетический каучук (использующийся главным образом для изготовления шин), но и термоэластопласты – ТЭП, вещества, совмещающие в себе свойства пластмассы и резины. Поэтому клиентский портфель завода включает в себя как производителей автомобильных шин (Michelin, Bridgestone, Pirelli, Yokohama и др.), так и компании, поставляющие продукцию для строительной отрасли.
На отдельном производстве «ТЭП‑50» изготавливается сырье для мягкой кровли, герметиков, клеев. Также продукция установки «ТЭП‑50» нашла широкое применение в автодорожном строительстве. Полимерно-битумные вяжущие, получаемые из термоэластопластов, позволяют существенно повысить износостойкость верхнего слоя дорожного покрытия и в целом продлить срок эксплуатации дорожного фонда. Отметим, что воронежская площадка СИБУРа является единственным в России производителем ТЭП. Более 80 % термоэластопластов, потребляемых внутри страны, производится в Воронеже.
«ИндаСофт» – интеграция системы
В 2012 году для внедрения MES-системы на воронежском заводе пригласили российскую компанию-интегратора «ИндаСофт». Во-первых, потому что основное направление ее деятельности – внедрение MES «под ключ». А во‑вторых, потому что специалистами «ИндаСофт» для этой задачи разработаны программные продукты, соответствующие российским реалиям и законодательству, включенные в Реестр российского ПО:
- система сведения материального баланса (I-DRMS);
- система учета энергоресурсов (I-EMS);
- система диспетчерского управления (I-DS/P).
Компанией «ИндаСофт» было выполнено свыше 100 проектов на разных предприятиях, однако со спецификой каучукового производства довелось столкнуться впервые. Дело в том, что в этом производстве очень сложный учет: в синтетические каучуки входит огромное число компонентов, а кроме того, в производстве участвуют 19 энергоресурсов.
Рис. 2.
Интеграция MES с SAP
Вот почему заказчик поставил перед интегратором задачу: не просто внедрить систему MES, но и совместить ее с системой SAP, автоматизирующей работу бухгалтеров, финансовой, кадровой и других служб. Эта система внедрялась на заводе «Воронежсинтезкаучук» параллельно. С помощью интеграции MES и SAP предстояло решать задачи, связанные со сравнением плана и факта производства, передачей технических заказов, результатами испытаний, проблемой остатков, согласованием выработки потребления материалов и ресурсов.
Для задач по интеграции MES с другими системами, внедренными на заводе (SAP и LIMS), был выбраны программные продукты GE Digital. Однако с самого начала была осуществлена интеграция MES с АСУ ТП – реализован модуль диспетчеризации.
Рис. 3.
Мнемосхема в диспетчерской, отражающая технологические процессы, протекающие на предприятии
Уже в 2014 году диспетчер предприятия видел все производство на мониторе (рис. 3): какие линии функционируют и какие стоят, насколько эффективно идет работа. Раньше диспетчер узнавал эту информацию по телефону: ему звонили операторы и другие сотрудники, обслуживающие АСУ ТП, и отчитывались о том, что происходит. Таким образом, информация диспетчера зависела от сотрудников, приходилось всю ее фиксировать в бумажных журналах, а принятие решений отнимало много времени. Теперь информация поступает в режиме, максимально приближенном к реальному времени, непосредственно с датчиков АСУ ТП. И звонки теперь идут в обратном режиме: диспетчер звонит оператору и указывает, что у него недостаточно эффективно работает линия или наблюдается какая-то неисправность. Решения принимаются очень быстро. Кроме того, полностью отпала необходимость заполнять бумажные журналы, что освобождает от ненужного труда и исключает человеческую ошибку, ведь вся информация о технологическом процессе поступает в MES автоматически.
Здесь следует указать отдельно, что связь между АСУ ТП и системой MES односторонняя. В MES-систему поступает информация о протекании технологических процессов из разных АСУ ТП завода, но обратно через сеть никакая информация и никакие управляющие сигналы в АСУ ТП поступить не могут. Обратная связь осуществляется только через людей: например, по тому же телефону. Это важно в первую очередь из соображений безопасности.
Рис. 4. В операторной установки «ТЭП‑50»: на стене – видеоинформация из цеха; на мониторе оператора – мнемосхема рабочего процесса
Однако самая «горячая пора» в работе над внедрением MES наступила во второй половине 2014 года. К лету были написаны все необходимые приложения, подготовлено все необходимое оборудование. До нового года оставалось шесть месяцев. За эти полгода необходимо было внедрить систему, потому что с 1 января наступает новый финансовый год и MES должна была вступить в работу параллельно с SAP. Это рекордное по скорости внедрение было выполнено в срок.
Как это работает
Проект по внедрению MES на воронежской площадке СИБУРа действительно уникален, поскольку именно здесь впервые в России удалось интегрировать две системы – MES и SAP. Благодаря интеграции появилась возможность максимально оперативно сводить материальный баланс завода. Данные об остатках готовой продукции на складе обновляются в MES и транслируются в SAP ежедневно.
Поясним на наглядном примере: как только кладовщику приходит часть партии каучука, он фиксирует это событие в компьютере. Информация сразу вносится в систему и отправляется в SAP, где ее тоже видят.
Также эта партия отправляется в лабораторию на контроль качества. У синтетических каучуков может быть многообразный состав. Разным клиентам нужен разный каучук. Качество партии фиксируется сотрудниками в лабораторной системе LIMS, оттуда эта информация попадает в MES, которая сортирует готовую продукцию под конкретного заказчика. Ежемесячно происходит большое количество сортировок, поэтому ясно, что автоматизация значительно облегчила, ускорила и оптимизировала рабочий процесс. Кроме того, теперь можно оперативно отгружать продукцию клиенту, не храня ее на складе.
На основе всех полученных данных раз в сутки проводится сведение материального баланса, а также сведение экономического баланса – исключительная ситуация для нашей промышленности, где сведение балансов бывает раз в месяц и требует очень больших трудозатрат. Сегодня сведение балансов на «Воронежсинтезкаучуке» стало очень удобной функцией, которая необходима компании.
Такое же сведение баланса происходит по каждому энергоресурсу.
И все эти данные (подчеркнем – достоверные данные!) в режиме реального времени могут видеть все сотрудники предприятия разного уровня: инженеры, диспетчеры, начальники подразделений, генеральный директор и др.
Отметим ключевые бизнес-результаты внедрения MES и интеграции SAP/MES:
- получение в SAP (через MES) первичных данных с приборов учета с аудируемым изменением;
- прозрачный алгоритм формирования агрегированных и согласованных показателей работы завода по измеренным данным;
- доступ к первичным измерениям АСУ ТП на всех уровнях управления производством, контроль качества данных АСУ ТП;
- единый достоверный набор данных для формирования оперативной отчетности, все службы предприятия получают данные из единого источника;
- единый источник данных по качеству, автоматическая передача данных в MES и SAP ERP для паспортизации;
- оперативный контроль параметров безопасного и эффективного ведения технологических режимов из любого места.
