Автоматизированные системы управления производствами.

Для данного класса систем различают две разновидности автоматизированных систем: АСУ крупными цехами или отдельными производствами и АСУ основным производством предприятия в целом.

В первом случае ОУ является производственные процессы, реализующие как организационно-технологические, так и оперативно-производственные задачи управления подразделением (цех, производство). Данная разновидность АСУ производствами получила значительно меньшее распространение по сравнению с АСУ технологическими процессами или предприятиями (АСУП).

Ко второй разновидности АСУ рассматриваемого класса относятся системы, в которых ОУ является все основное производство предприятия, а сами АСУ называются автоматизированными системами оперативно-диспетчерского управления (АСОДУ) – область их применения шире.

Комплекс АСОДУ предназначен для организации сбора, обработки, архивирования и для представления данных, поступающих с различных цехов и участков предприятия, различных подсистем АСУТП, систем коммерческого и технического учета, систем телемеханики основного производства и систем автоматизации вспомогательных производств. База производственных технологических данных служит источником оперативных сводок для руководителей предприятия, главных специалистов и отделов производственно-технической службы.

В общей структуре предприятия отдельные производства или крупные цехи и их совокупность, образующая основное производство предприятия, занимают промежуточное положение между технологическими подразделениями нижнего уровня – агрегатами и установками и организационно-хозяйственными подразделениями верхнего уровня –функциональными отделами и службами. Поэтому рассматриваемые АСУ производствами относятся к среднему уровню в общей иерархии управления предприятием и являются связующим звеном между АСУТП и АСУП.

В зависимости от вида и объемов производства конкретные формы реализации систем среднего уровня управления различаются для разных групп предприятий. На крупных производственных объединениях, отнесенных к первой группе промышленных предприятий, это сложные многоуровневые системы, в структуре которых средний уровень образуется соответствующими АСУ отдельными производствами, а на верхнем – для оперативного управления всеми производствами предприятия создается ЦАСОДУ. Для оперативного управления основным производством предприятия средней мощности целесообразна организация относительно простых АСОДУ. Для третьей группы предприятий с агрегатами большой мощности (АБМ) необходимо совместное решение вопросов управления отдельными агрегатами и всем основным производством предприятия, т.е. создание интегрированной системы оперативного управления.

Таким образом, особенности автоматизированной системы, создаваемой для управления производствами, определяются характером производственных процессов, местом этих систем в общей структуре управления предприятием и спецификой решаемых ими задач по оперативному управлению производством.

Задачи, решаемые в АСУ производствами.

1. сбор информации, централизованный контроль, расчет технико-экономических показателей.

2. оперативная координация работы нижестоящих звеньев производства, т.е. агрегатов, установок и цехов для АСУ отдельных производств и самих производств или цехов для АСОДУ;

3. решение задачи распределения принятого производственным отделом плана выпуска продукции (и, соответственно, необходимых ресурсов) между нижестоящими элементами производства;

4. задачи коррекции, учитывающие изменения показателей (параметров отдельных элементов), характеризующих процесс производства продукции (внутренние и внешние возмущения, действующие на объект).

К задачам координации и распределения относятся:

· определение сроков проведения ремонтов основного технологического оборудования;

· определение заданий отдельным подразделениям предприятия в виде конкретных значений материальных и энергетических потоков.

Таким образом, в результате решения задач распределения и координации вырабатываются управляющие воздействия, реализующиеся на нижнем уровне с помощью АСУТП. Наполнение данными АСОДУ осуществляется различными подсистемами АСУТП, системами коммерческого и технического учета, системами телемеханики основного производства и системами автоматизации вспомогательных производств. Таким образом, Комплексы АСОДУ выступают в качестве «информационного моста» между экономическими оценками с бизнес-планами и технологическими производственными показателями.[http://technoserv.ru]

Цели внедрения АСОДУ:

· Совершенствование оперативного управления и учета основной производственной деятельности предприятия;

· Снижение затрат на организационное взаимодействие производственных структур;

· Обеспечение информационной прозрачности производственной деятельности;

· Повышение производительности труда и снижение затрат на обслуживание оборудования;

· Более эффективное использование производственных мощностей;

· Повышение качества продукции и качества управленческих решений;

· Повышение уровня безопасности, надежности и безаварийности технологических процессов;

· Обеспечение производственного уровня единой автоматизированной системой оперативного управления.

Основные задачи АСОДУ:

· сбор и хранение информации о соответствующих объектах контроля и управления;

· представление информации в виде оперативных отчетов, отражающих текущее состояние объектов;

· многомерное представление информации для анализа, моделирования объектов и процессов для специалистов по прогнозированию и планированию;

· автоматизация процесса актуализации, администрирования и архивирования хранимых данных;

· единая система на основе WEB-технологий;

· интеграция с MES-системами.

Данные, «наполняющие» АСОДУ
Оперативные (динамические данные)	Статистические
· Значения технологических параметров; · Состояние продукции; · Статусные значения состояния контрольно-измерительной аппаратуры и систем автоматизации; · Объем и качество потребляемых энергоресурсов и т.д.	· Данные о текущем состоянии основного и вспомогательного технологического оборудования, запасах инструментов и сырья; · Расчетные параметры и сводки, наработки оборудования на отказ и т.д.
Базы данных
СУБД РВ	СУБД (реляционные)

Характеристики АСУ производствами.

Рис. 6 – Упрощенная схема функций АСУ производствами (средний уровень): ОтП – отдельное производство; ОсП – основное производство.

Для АСУ производствами также можно выделить информационные, управляющие, вспомогательные и функции связи с АСУ соседних по иерархии уровней управления.

К информационным функциям относятся сбор информации, ее первичная обработка, централизованный контроль, расчет технико-экономических показателей, анализ производственных ситуаций и состояния основного технологического оборудования, а также оперативный учет и составление отчетности о деятельности производственных подразделений. При этом для информационных функций АСУ производствами характерны:

· более сложные системы сбора информации с территории (распределенность), рассредоточенность элементов нижестоящего уровня для передачи в пункт ее обработки;

· централизованный контроль, охватывающий значения основных параметров межцеховых и межпроизводственных материальных и энергетических потоков;

· функции расчета разнообразных ТЭП, включая вычисление сложных обобщенных показателей производства;

· функции по диагностике, анализу производственных ситуаций и состояния технологического оборудования.

К управляющим функциям следует отнести решение основных задач по распределению и координации, касающиеся производственной, а в ряде случаев, и организационно-технической деятельности на отдельных, наиболее важных участках производства (например, выдача рекомендаций диспетчеру).

Функция связи с вышестоящим уровнем управления, обязательная для всех АСУ, приобретает особо важное значение в АСОДУ. Отрабатывая задания производственного отдела, диспетчер предприятия осуществляет непосредственную связь планирования с управлением, «соединяя» задачи организационно-экономического и оперативно-производственного характера.

Отдельные виды обеспечения для АСУ производствами аналогичны указанным для АСУ ТП (установками).

MES – системы.

MES-системы (концепция MES) – следующее за АСОДУ, универсальное «поколение» систем управления производством.

Система MES (Manufacturing Execution System) - это система управления производством, которая связывает воедино все бизнес-процессы предприятия с производственными процессами, оперативно поставляет объективную и подробную информацию руководству. Кроме того, система MES проводит анализ и определяет наиболее эффективное решение проблемы - например, для конкретного руководителя таким решением может быть переход на другие источники сырья, внедрение систем автоматизации в определенные точки технологического процесса, изменение графика поставок или сокращение ручного труда.

По определению APICS (American Production and Inventory Control Society) MES - это информационная и коммуникационная система производственной среды предприятия. Более развернутым является определение, принятое в некоммерческой ассоциации MESA (Manufacturing Enterprise Solutions Association), объединяющей производителей и консультантов-внедренцев MES-систем:

MES - это автоматизированная система управления производственной деятельностью предприятия, которая в режиме реального времени:

· планирует;

· оптимизирует;

· контролирует;

· документирует производственные процессы от начала формирования заказа до выпуска готовой продукции.

Основные функции MES

Системы MES определяются как совокупность программных функций, отличающихся от функций систем планирования ресурсов предприятия (ERP), автоматизированного проектирования и программирования (CAD/CAM) и автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУТП).

1. Контроль состояния и распределение ресурсов

2. Оперативное/Детальное планирование

3. Диспетчеризация производства

4. Управление документами

5. Сбор и хранение данных

6. Управление персоналом

7. Управление качеством продукции

8. Управление производственными процессами

9. Управление производственными фондами (техобслуживание)

10. Отслеживание истории продукта

11. Анализ производительности.

Основное отличие MES от других систем.

Одно из главных отличий MES от ERP – это управление производственными процессами в реальном времени, т.е. осуществление «ежеминутного» контроля состояния производственного процесса.

Информационная деятельность производственного предприятия заключается главным образом в переработке информации больших объемов, которая, как правило, не является критической ни с точки зрения времени обработки, ни с точки зрения техники безопасности. Десятиминутное опоздание обработки заказа для бизнеса существенной роли не играет.

Однако существует весьма ощутимая разница между требованиями к управлению информацией предприятия и требованиями к оперативному управлению производственными процессами. Очень часто время реакции на событие характеризуется жесткими временными соотношениями (задержка в 10 мс может послужить причиной поломки оборудования и сбоя процесса) и требованиями к технике безопасности.

Кроме того, MES заполняет и другие пробелы, свойственные ERP-системам на производственном уровне.

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

Следовательно, интегрированную автоматизированную систему управления промышленным предприятием можно представить в виде трех взаимосвязанных уровней управления (рис. 8):

Рис. 7 – Три уровня управления интегрированным предприятием.

При этом каждый уровень выполняет свою основную управленческую функцию:

· верхний уровень управления предприятием (административно-хозяйственный) решает стратегические задачи, а соответствующая ERP-система обеспечивает управление ресурсами в масштабе предприятия в целом, включая часть функций поддержки производства (долгосрочное планирование и стратегическое управление в масштабе: годовое, квартальное, месячное);

· средний уровень управления (производственный) решает задачи оперативного управления процессом производства, а соответствующая автоматизированная система обеспечивает эффективное использование ресурсов (сырья, энергоносителей, производственных средств, персонала), а также оптимальное исполнение плановых заданий (сменное, суточное, декадное, месячное) на уровне участка, цеха, предприятия;

· низшие уровни технологического управления решают классические задачи управления технологическими процессами.

Надо отметить, что при передаче части функций управления от систем ERP в MES-системы на производственный уровень (руководству производства, цеха, производственного участка, технологу, начальнику службы эксплуатации, и т.д.), происходит рациональная сегментация контуров управления предприятием в целом (рис.9).

Рис. 8 – Сегментация контуров управления предприятием.

При этом каждый контур управления характеризуется своим уровнем интенсивности циркулирующей в нем информации, своим масштабом времени и своим набором функций:

· контур управления уровня АСУТП (технологический) является самым интенсивным по объему информации и самым жестким по времени реакции, которое может составлять секунды и даже миллисекунды. В верхнем уровне слоя АСУТП - в SCADA-системах происходит накопление и обработка большого числа технологических параметров и создается информационная база исходных данных для MES-уровня.

· контур управления уровня MES (оперативно-производственный) использует отфильтрованную и обработанную информацию, поступающую как от АСУТП, так и от других служб производства (снабжения, технической поддержки, технологических, планово-производственных и т.д.). Интенсивность информационных потоков здесь существенно ниже и связана с задачами оптимизации заданных производственных показателей (качество продукции, производительность, энергосбережение, себестоимость и т.д.). Типовые времена циклов управления составляют минуты, часы, смены, сутки. Оперативное управление производством в этом контуре управления осуществляется специалистами, которые более детально, чем высший менеджмент, владеют производственной ситуацией (руководители производственных цехов, участков, главные технологи, энергетики, механики и др.). В связи с этим должно повышаться качество и эффективность принимаемых решений в пределах делегированных сверху полномочий.

· контур управления уровня ERP (стратегический) освобождается в этом случае от решения оперативных задач производства и обеспечивает поддержку бизнес-процессов предприятия в целом. Поток информации от производственного блока становится минимальным и включает в себя агрегированную управляющую и отчетную информацию по стандартам ERP с типовыми временами контроля (декада, месяц, квартал), а также "алармовые" сигналы, требующие немедленного вмешательства высшего менеджмента предприятия.

Очевидно, что при комплексной автоматизации практически любого предприятия есть потребности в покрытии того или иного набора MES-функций средствами автоматизации. Какими продуктами это реализуется - вопрос другой, здесь возможны разные варианты. В некоторых случаях могут применяться интегрированные MES-системы, иногда эти функции могут быть реализованы в рамках той или иной функциональности ERP, возможно использование автономных продуктов, реализующих ту или иную MES-функцию. Возможно также и сочетание этих вариантов. Конкретный набор MES-продуктов для данного предприятия, с учетом его специфики и возможностей, обычно предлагают фирмы по MES-консалтингу и системные интеграторы (www.mesa.org, www.mesa.ru) в рамках предлагаемого MES-проекта. Пример технической реализации MES-проекта приведен на рис. 10.

Рис.9 – Вариант реализации MES-проекта на производстве

Автоматизация всех уровней управления сразу и везде не является обязательной - возможна поэтапная автоматизация предприятия, а в некоторых случаях можно ограничиться управлением на уровне MES-системы, дополнив ее учетными средствами автоматизации административно-хозяйственной деятельности предприятия.

ПРИМЕРЫ MES – систем:

Wonderware Factelligence (USA); Simatic IT (Siemens, Germany); T-Factory (AdAstra, РФ); PI System (OSI); Business FLEX (Honeywell); MES-T2 2007 (РФ) – для управления электростанциями.