АСУ упаковочного производства

Юрий Степанович Почанин, 2021

В книге рассмотрены интегрированные системы управления предприятиями, состоящие из АСУП, АСУТП и робототехнических комплексов. Рассмотрены 5 уровней управления этих систем. На верхнем уровне управления предприятием описаны системы, используемые концепции МRР – ЕRР. На рабочих местах специалистов используются автоматизированные рабочие места (АРМ) с описанием их видов обеспечения и технических возможностей. На уровне цеха используются системы MES и SCADA . На уровне технологического оборудования, аппаратов задачи управления технологическими процессами решаются локальными системами автоматического управления (САУ) и распределёнными системами управления (РСУ). На уровне ввода-вывода описаны интеллектуальные датчики и исполнительные механизмы, которые используются в упаковочном производстве. Описаны роботы, которые могут применяться для обработки, сортировки сырья, пищевых продуктов и их упаковки. Книга рекомендуется для учащихся средних и студентов высших заведений.

Глава 1. Зарубежная методология создания автоматизированных систем управления предприятием

В конце 60-х годов крупные компании с множеством автоматизированных рабочих мест стали искать способ упростить управление производственными процессами. Первым шагом на этом пути стало появление идеи единой модели данных в масштабе всей организации. Так появилась концепция систем MRP (Material Requirements Planning) (США) — автоматизированное планирование потребности сырья и материалов для производства. Основная концепция MRP состоит в том, чтобы минимизировать издержки, связанные со складскими запасами (в том числе и на различных участках в производстве). В основе этой концепции лежит следующее понятие — Bill Of Material (BOM — спецификация изделия, за которую отвечает конструкторский отдел), которое показывает зависимость спроса на сырье, полуфабрикаты и пр. в зависимости от плана выпуска (бюджета реализации) готовой продукции. При этом очень важную роль играет время. Для того, чтобы учитывать время, системе необходимо знать технологию выпуска продукции (последовательность операций и их продолжительность). На основании плана выпуска продукции, BOM и технологической цепочки осуществляется расчет потребностей в материалах, привязанный к конкретным срокам. Главной задачей MRP-систем является обеспечение наличия на складе необходимого количества требуемых материалов/комплектующих в любой момент времени в рамках срока планирования. Сначала с помощью MRP-систем просто формировался на основе утвержденной производственной программы план заказов на определенный период. Это не вполне удовлетворяло возрастающие потребности предприятий. С целью повышения эффективности планирования в конце 70-х гг. в MRP-системах была реализована идея воспроизведения замкнутого цикла (Cloosed Loop Material Requirment Planning), подразумевающая составление производственной программы и ее контроль на цеховом уровне. К базовым функциям планирования производственных мощностей и планирования потребностей в материалах были добавлены дополнительные функции (например, контроля соответствия количества произведенной продукции количеству использованных в процессе сборки комплектующих, составления регулярных отчетов о задержках заказов, об объемах и динамике продаж продукции, о поставщиках и др. Cозданные в процессе работы модифицированной MRP-системы отчеты анализировались и учитывались на дальнейших этапах планирования, изменяя (при необходимости) программу производства и план заказов, обеспечивая, тем самым, гибкость планирования по отношению к таким внешним факторам, как уровень спроса, текущее состояние дел у поставщиков комплектующих и др. У MRP есть серьезный недостаток. Его суть в том, что, рассчитывая потребность в материалах, мы не учитываем (как минимум) производственные мощности и их загрузку. Поэтому, возникла концепция MRP II (Manufacturing Resource Planing — планирование производственных ресурсов). MRP II позволял планировать все производственные ресурсы предприятия (сырье, материалы, оборудование, персонал и т.д.). Впоследствии концепция MRP II развивалась, и к ней постепенно добавлялись возможности по учету остальных затрат предприятия.

Задачей информационных систем класса MRP II является оптимальное формирование потока материалов (сырья), полуфабрикатов (в том числе находящихся в производстве) и готовых изделий. Система класса MRP II — имеет целью интеграцию всех основных процессов, реализуемых предприятием.

При использовании стандарта MRP II достигнуты следующие результаты:

–получена оперативная информация о текущих результатах деятельности предприятия как в целом, так и с полной детализацией по отдельным заказам, видам ресурсов, выполнению планов;

–использовано долгосрочное, оперативное и детальное планирование деятельности предприятия с возможностью корректировки плановых данных на основе оперативной информации;

–получена возможность решения задач оптимизации производственных и материальных потоков;

–привело к реальному сокращению материальных ресурсов на складах;

–осуществлен контроль за всем циклом производства с возможностью влияния на него в целях достижения оптимальной эффективности в использовании производственных мощностей, всех видов ресурсов и удовлетворения потребностей заказчиков;

–автоматизация работ договорного отдела с полным контролем за платежами, отгрузкой продукции и сроками выполнения договорных обязательств;

–финансовое отражение деятельности предприятия в целом;

–значительное сокращение непроизводственных затрат;

–защита инвестиций, произведенных в информационные технологии;

–возможность поэтапного внедрения системы, с учетом инвестиционной политики конкретного предприятия.

В основу MRP II положена иерархия планов. Планы нижних уровней зависят от планов более высоких уровней, т.е. план высшего уровня предоставляет входные данные, намечаемые показатели и/или какие-то ограничительные рамки для планов низшего уровня. Кроме того, эти планы связаны между собой таким образом, что результаты планов нижнего уровня оказывают обратное воздействие на планы высшего уровня. Если результаты плана нереалистичны, то этот план или планы высшего уровня должны быть пересмотрены. Таким образом можно проводить координацию спроса и предложения ресурсов на определенном уровне планирования и ресурсов на высших уровнях планирования.

Следующим этапом развития методологии создания АСУ является создание системы ERP (Enterprise Resource Planning — Планирование ресурсов предприятия), называемая иногда также планированием ресурсов в масштабе предприятия (Enterprise-wide Resource Planning). В основе ERP лежит принцип создания единого хранилища данных (repository), содержащего всю деловую информацию, накопленную организацией в процессе ведения деловых операций, включая финансовую информацию, данные, связанные с производством, управлением персоналом, или любые другие сведения. Это устраняет необходимость в передаче данных от системы к системе. Кроме того, любая часть информации, которой располагает данная организация, становится одновременно доступной для всех работников, обладающих соответствующими полномочиями. Концепция ERP стала очень известной в производственном секторе, поскольку планирование ресурсов позволило сократить время выпуска продукции, снизить уровень товарно-материальных запасов, а также улучшить обратную связь с потребителем при одновременном сокращении административного аппарата. Стандарт ERP позволил объединить все ресурсы предприятия, таким образом, добавляя управление заказами, финансами и т.д.

Различие между концепциями MRP II и ERP заключается в том, что первая ориентирована на производство, а вторая — на бизнес. Например, такие вещи, как условия кредитования заказчика по отгрузке готовой продукции, попадают в поле зрения ERP, но не MRP II.

Термин «ERP-система» может употребляться в двух значениях.

Во-первых, это—информационная система для идентификации и планирования всех ресурсов предприятия, которые необходимы для осуществления продаж, производства, закупок и учета в процессе выполнения клиентских заказов.

Во-вторых, это—методология эффективного планирования и управления всеми ресурсами предприятия, которые необходимы для осуществления продаж, производства, закупок и учета при исполнении заказов клиентов в сферах производства, дистрибьюции и оказания услуг.

Большинство современных ERP-систем построены по модульному принципу, что дает заказчику возможность выбора и внедрения лишь тех модулей, которые ему действительно необходимы. Модули разных ERP-систем могут отличаться как по названиям, так и по содержанию. Тем не менее, есть некоторый набор функций, который может считаться типовым для программных продуктов класса ERP. Такими типовыми функциями являются:

–ведение конструкторских и технологических спецификаций, которые определяют состав конечного изделия, а также материальные ресурсы и операции, необходимые для его изготовления (включая маршрутизацию);

— управление спросом и формирование планов продаж и производства, эти функции предназначены для прогноза спроса и планирования выпуска продукции;

–планирование потребностей в материалах, что позволяет определить объемы различных видов материальных ресурсов (сырья, материалов, комплектующих), необходимых для выполнения производственного плана, а также сроки поставок, размеры партий и т.д.;

–управление запасами и закупочной деятельностью, что позволяют организовать ведение договоров, реализовать схему централизованных закупок, обеспечить учет и оптимизацию складских запасов и т.д.;

–планирование производственных мощностей, эта функция позволяет контролировать наличие доступных мощностей и планировать их загрузку;

–финансовые функции (функции финансового учета, управленческого учета, а также оперативного управления финансами);

–функции управления проектами.

В мировом масштабе (но не в России!) ERP можно рассматривать как пройденный этап. В развитых странах большинство корпораций внедрило у себя систему такого класса. Авторитетная консалтинговая компания Gartner Group заявила о завершении эпохи ERP-систем в 1999 году. На смену была предложена концепция ERP II — Enterprise Resource and Relationship Processing, управление внутренними ресурсами и внешними связями предприятия. По определению, данному Gartner Group ERP II, — это бизнес-стратегия предприятия, принадлежащего к определенной отрасли, и набор ключевых для данной отрасли приложений, помогающих клиентам и акционерам компаний увеличивать стоимость бизнеса за счет эффективной ИТ-поддержки и оптимизации операционных и финансовых процессов как внутри своего предприятия, так и во внешнем мире — в рамках сотрудничества с другими корпорациями.

Основная идея ERP II заключается в выходе за рамки задач по оптимизации внутренних процессов организации, что позволяют управлять взаимоотношениями с клиентами, цепочками поставок, вести торговлю через Интернет.

Функции систем, которые реализованы в ERP II:

1. Управление взаимоотношениями с клиентами (CRM)

2. Позволяет эффективно управлять контактами с клиентами, рекламными кампаниями, сбытом, проводить маркетинговые исследования. Существует также возможность тарифицировать различные типы контактов и точно оценивать затраты на проведение различных мероприятий.

3.Благодаря интеграции с другими подсистемами появляется возможность сопоставления с результатов маркетинговых кампаний с фактическими данными продаж. Это позволяет повысить координацию работы служб маркетинга, сбыта и снабжения.

4.Сервисным подразделениям система дает возможность организовать эффективное управление послепродажным обслуживанием клиентов. При этом заявки на сервисное обслуживание могут быть инициированы как самими клиентами, так и автоматически, согласно сервисному контракту.

5. Интеграция с подсистемой управления запасами позволяет при приеме заказа на сервисное обслуживание выяснить наличие запасных частей, а в случае их отсутствия определить сроки поступления на склад или зарегистрировать заявку на приобретение. Клиент в любой момент может проследить, как выполнялся заказ и его статус.

Система ERP II позволяет осуществлять электронную коммерцию. Для продвижения своего бизнеса в Интернет необходимо, прежде всего, выстроить и отработать свои бизнес — процессы до открытия Интернет — представительства. Помимо оптимизации рабочих процессов, решения ERP II позволяет создать клиентскую базу, хранить и анализировать данные по предпочтениям. Компания также получают возможность прогнозировать сроки последующих заказов постоянных покупателей и предоставлять более персонализированный сервис, что служит выработке приверженности покупателей к сотрудничеству и установлению длительных отношений с клиентами. Таким образом, использование ERP-систем при ведении электронной торговли позволяет компаниям добиться преимущества по отношению к конкурентам.

Постепенно между MRP II и ERP образовалась промежуточная группа систем, называемая MES (Manufacturing Execution Systems). Она возникла вследствие обособления задач, не относящихся ни к одной из ранее определенных групп. К системам MES принято относить приложения, отвечающие: за управление производственными и людскими ресурсами в рамках технологического процесса, планирование и контроль последовательности операций технологического процесса, управление качеством продукции, хранение исходных материалов и произведенной продукции по технологическим подразделениям, техническое обслуживание производственного оборудования, связь систем ERP и SCADA/DCS. Одна из причин возникновения таких систем — попытка выделить задачи управления производством на уровне технологического подразделения. Но очень быстро выявились недостатки разделения задач планирования и управления производством на два уровня. Опыт показал, что информационная база этих задач должна быть единой. Клиент-серверная технология позволяет разделить клиентские части задач управления и планирования производства на два уровня: предприятия и цеха. Теперь можно использовать общие серверы базы данных и приложений, а клиентские места распределить по цехам и заводоуправлению. Второй путь возникновения систем MES—снизу, от АСУТП. Так произошло отделение тактических задач оперативного управления технологическими процессами от стратегических задач ведения процесса в целом. В частности, в химической, металлургической, пищевой и некоторых других отраслях промышленности можно выделить задачи управления технологическими последовательностями (batch control). Их суть — в обеспечении выпуска продукции в нужном объеме с заданными технологическими характеристиками при наличии возможности перехода на новый вид продукции. Отделились и задачи ведения архива значений технологических переменных с возможностью восстановления производственных ситуаций прошедших периодов и анализа нештатных ситуаций. Появились программы обучения технологического персонала и оптимизации ведения технологических процессов.

На сегодняшний день большое распространение получило использование инструментов электронной коммерции в системах B2C (Business to Customer) и B2B (Business to Business), обслуживающих взаимоотношения предприятий с покупателями (B2C) и между собой (B2B).

Пример B2C-системы — онлайновый интернет-магазин.

По сравнению с использованием традиционных электронных систем обмена данными (Electronic Data Interchange, EDI), рассчитанных на работу в пределах внутренней сети предприятия, работа с применением B2B во многих случаях оказывается выгоднее, особенно для компаний, желающих установить связи с малыми потребителями и поставщиками, но не имеющих возможности поддерживать сложные и дорогостоящие EDI-технологии.

Технологии B2B в настоящее время переживают настоящий бум, который связан с вступлением развитых стран в постиндустриальный период. Во все больших масштабах крупные корпорации стремятся избавляться от производства, оставляя за собой исследования, проектирование, маркетинг и продажи. Производство же размещается на фабриках, расположенных в странах с дешевой рабочей силой, и являющихся независимыми предприятиями-подрядчиками. Понятно, что такая схема ведения бизнеса невозможна без совершенных B2B-систем.

Со второй половины середины 90-х годов широкое распространение получили концепции CRM (Customer Relations Management) и SCM (Supply Chain Management) — управление отношениями соответственно с заказчиками и с поставщиками. Особо преуспела в этом компания Oracle с системой Oracle Applications, которая ориентирована на доступ к приложениям не только из локальной сети предприятия, но и извне через Интернет.

В дальнейшем была разработана система CSRP — Customer Synchronized Resource Planning (Планирование ресурсов, синхронизированное с покупателем), которая охватывает также и взаимодействие с клиентами: оформление наряд-заказа, техзадание, поддержка заказчика на местах и пр. Таким образом, если MRP, MRP-II, ERP ориентировались на внутреннюю организацию предприятия, то CSRP включил в себя полный цикл от проектирования будущего изделия, с учетом требований заказчика, до гарантийного и сервисного обслуживания после продажи. Основная суть концепции CSRP в том, чтобы интегрировать Заказчика (Клиента, Покупателя и пр.) в систему управления предприятием. То есть не отдел сбыта, а сам покупатель непосредственно размещает заказ на изготовление продукции — соответственно сам несет ответственность за его правильность, сам может отслеживать сроки поставки, производства и пр. При этом предприятие может очень четко отслеживать тенденции спроса и т.д.

Корпоративные ресурсы, охватываемые CSRP-системой, обслуживают такие этапы производственной деятельности, как проектирование будущего изделия с учетом специфических требований заказчика, гарантийное и сервисное обслуживание. CSRP это первая бизнес методология, которая интегрирует деятельность предприятия, ориентированную на покупателе, в центр системы управления бизнесом.

При использовании модели бизнеса CSRP, традиционные бизнес-процессы пересматриваются в направлении к обслуживанию покупателей и создании продуктов, удовлетворяющих их потребности. CSRP позволяет построить двунаправленный свободный поток информации между покупателем и производителем.

При реализации ERP-проекта для типового предприятия на первом этапе необходимо выбрать базовую промышленную программно-технологическую ERP-платформу. Таблица 1 знакомит с обзором рынка программных продуктов в классе ERP-систем.

Таблица 1. Обзор рынка программных продуктов

На выбор конкретной платформы оказывают влияние следующие факторы:

–функциональность системы (необходимый набор функций);

–возможность интеграции функций оперативного и бухгалтерского учета с функциями автоматизации процессов принятия решений в управлении;

–масштабируемость системы (максимальное число рабочих мест, распределенность системы, способность к расширению); — стоимость системы (стоимость лицензий, стоимость внедрения и сопровождения);

–объем доработок при внедрении системы;

–гибкость системы (настраиваемость на изменения финансового и налогового законодательств);

–распространенность системы (примеры успешного функционирования системы на предприятиях сходного профиля);

–сервис по сопровождению системы.

В качестве одного из вариантов оптимального решения на основе платформы развертывания корпоративной информационной системы управления и интеграции ее подсистем можно рассмотреть следующее:

–ERP-систему — mySAP.com компании SAP AG;

— СУБД — СУБД промышленного уровня Oracle компании Oracle;

–систему управления документооборотом—Document urn компании Docuinentum Inc.;

–программную систему управления информационной инфраструктурой — OpenView Operations (Hewlett Packard);

–серверную операционную систему—HP-UX компании Hewlett-Packard;

–аппаратно-техническую платформу—серверы компании Hewlett-Packard.

Требования к серверам числу процессоров, оперативной памяти, дисковому пространству — могут быть определены только по результатам обследования, после того как будет определена структура рабочих мест пользователей ERP-системы и других прикладных систем.

Система SAP—это программное обеспечение, при помощи которого можно автоматизировать профессиональную деятельность представителей разных специализаций. Такие приложения «заточены» под конкретную отрасль и существенно упрощают работу в ней и связь с другими структурными единицами. SAP состоит из нескольких функциональных блоков, включает управление, интеграцию и решение всех задач для:

–бухгалтерии и отдела финансов;

–торговли, отношений с клиентурой (системы CRM);

–бюджетирования, казначейства;

–персонала, административной деятельности;

–производства, снабжения, складов, логистики (SCM, EWM);

–рисков и стратегического планирования (GRC);

–системного администрирования, контроля данных и web-сервисов и так далее.