Основные функции MES

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

Ассоциация MESA определила 11 основных функций MES, которые представлены в таблице 1.

И так функции, реализуемые в MES-системах, аналогичны методам управления в ERP-системах, но только в других временных масштабах и с дру­гими объектами контроля и управления. MES - это автоматизированная испол­нительная система производственного уровня, предоставляющая ряд возмож­ностей, которые дополняют и расширяют функции ERP-систем. Используя фактические технологические данные, MES-системы поддерживают всю про­изводственную деятельность предприятия в режиме реального времени. Быст­рый результативный отклик на изменяющиеся условия, в комбинации с ориен­тацией MES на снижение издержек, помогают эффективно управлять производ­ственными операциями и процессами. Кроме того, MES-системы формируют данные о текущих производственных показателях, необходимые для функцио­нирования ERP-систем. 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.

Системы класса MES нашли широкое распространение в странах с разви­той рыночной экономикой сравнительно недавно, в России количество пред­приятий, использующих эти системы, тем более невелико.

Необходимо учитывать, что автоматизация цехового уровня производства в MES-системе требует от предприятия усилий, которые должны быть направ­лены как на внедрение, так и на дальнейшее поддержание работы системы.

При внедрении MES-системы работы сотрудников предприятия и кон­сультантов меньше или соизмерима с внедрением ERP-системы. Объективно в MES автоматизируются меньше сфер деятельности предприятия (бизнес-процессов), чем в ERP-системе. При использовании MES, на цеховом уровне, вероятно понадобится больше реорганизаций, чем при внедрении ERP. Чтобы воспользоваться таким преимуществом MES, как актуальное производственное расписание на протяжении всей сиены, необходимо оперативно вносить факти­ческие данные об исполнении операций, поломках оборудования и прочих со­бытиях в цехе, влияющих не выполнение плана. Если решено актуализировать план работы каждые 15 минут, то это означает, что фактические данные за прошедшие 15 минут должны быть внесены в систему. В случае ERP в столь оперативном отражении фактов нет необходимости, поскольку перепланирова­ние будет проведено после окончания рабочей смены.

Как уже было сказано, и MES и ERP системы решают приблизительно одинаковые задачи только в разных масштабах: ERP - объемно-календарное планирование, использующее средне- и долгосрочный период времени; MES - оперативное планирование на краткосрочный период времени (минуты, часы). И здесь перед предприятием встает вопрос, какую систему выбрать для реали­зации. Понятно, что наиболее благоприятным было бы внедрение систем обоих типов, но у большинства предприятий не хватит финансовых и людских ресур­сов на одновременную реализацию двух проектов. Поэтому начинать придется с одного, следовательно, предприятие по-прежнему перед выбором. Фирмы, продвигающие соответствующий программный продукт представят большое количество аргументированных доводов и критериев в пользу своей системы, поэтому руководителю предприятия необходимо взвесить все «за» и «против».

В качестве попытки найти объектный критерий для выбора можно со­слаться на результаты исследований Gartner Group, которые позволяют свя­зать экономический эффект от внедрения ERP-систем (в данном случае SAP R/3) с масштабом предприятия, на котором это внедрение проводится.

На рис. 16.1 приведена диаграмма, иллюстрирующая эту зависимость на основании статистических данных по западным промышленным предприятиям.

На основании этих данных можно заключить, что для автоматизации предприятий с объемом производства менее 10 млн. долларов в год внедрение ERP-системы не даст существенного экономического эффекта. На таких пред­приятиях для автоматизации организационного уровня производства в первую очередь необходимо внедрять MES-систему (то есть выбрать более «легкое» в финансовом отношении решение).

Для предприятий с объемом производства от 10 до 100 млн. долларов в год эффективность внедрения ERP - системы составляет 10-30%.

Решение о том, с чего начинать (ERP или MES) должно приниматься индивидуально, однако учитывая средний размер предприятия, большую стоимость внедрения ERP - системы и больший экономический эффект от автоматизации цехов и участков посредством MES, предпочтительно начать с MES, по­сле чего внедрять ERP.

Для предприятий с объемом производства более 100 млн. долларов в год целесообразно начинать автоматизацию организационного уровня производст­ва с ERP - системы, после чего в производственных подразделениях внедрять MES.

Интегрированную автоматизированную систему управления промыш­ленным предприятием можно представить в виде трех взаимосвязанных уров­ней управления (рис.16.2)

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.

Каждый контур (ERP, MES, АСУТП) 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 происходит накопление и обработка большого числа техноло­гических параметров и создается информационная база исходных данных для MES-уровняю.

- контур управления уровня MES (оперативно-производственный) опирается на 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. Один из вариантов реализации MES-проекта на производстве представлен на рис. 16.3.

Примеры MES-систем

Рассмотрим краткие характеристики наиболее распространенных MES-систем: PI System, ИУС «Орбита», Plan2 Business Solution, Simatic PCS7, Т-Factory-6.

PI System (Plant Information System) фирмы OSI Software, США - уни­версальная информационная система сбора, хранения и представления в еди­ном формате данных от различных ПЛК, DSC, SCADA-систем, устройств руч­ного ввода и пр. PI System поддерживает клиент - серверную архитектуру. Кли­ентское ПО базируется на ОС Win 9x/NT/2000/XP. Основными компонентами системы являются PI Server - БДРВ с подсистемой обработки данных, PI Sys­tem имеет свыше 250 интерфейсов для связи с ПЛК, DSC, SCADА-системами. В состав ПО клиентских приложений PI System входят:

- PI DateLink - выводит данные из архива PI System в электронные таблицы MS Excel.

- PI Process Book - построение мнемосхем с параметрами процесса, графиков, диаграмм.

- PI Batch View - просмотр и анализ периодических процессов.

- PI АСЕ - анализ производительности и эффективности процесса в реальном времени.

- PI ACI - создание интерактивных мнемосхем для просмотра любым Web-браузером.

- Sigma Fine - анализ работы измерительных устройств.

ИУС «Орбита». Информационно-управляющая система «Орбита» разра­ботана компанией «ПЛК Системы», относится к классу MES - систем и предна­значена для непрерывных и непрерывно-дискретных производств преимущест­венно в горнодобывающей, металлургической, химической, нефтегазовой от­раслях промышленности, а также в теплоэнергетике. В системе использованы программные продукты корпорации Wonderware (InTouch, Active Factory, SuiteVoyager, InSQL, MS SQL, MS Excel) и пакет Avantis.

Система включает разнообразные базы данных знаний - регламентов вы­полнения и учета производственных операций, имеет модульную структуру, базируется на концепции рациональной автоматизации для конкретного пред­приятия с достигнутым уровнем автоматизации.

Система «Орбита» состоит из следующих функциональных модулей:

- «ЖДЖ» - информационно-диспетчерская система железнодорожного цеха.

Характер информации: сведения о незавершенном производстве на путях и о потоках сырья и продукции.

- «Хим. анализы» - информационная подсистема химической лаборатории.

Характер информации: сведения о химических и физических параметрах материалов.

- «ТЭП» - контроль технико-экономических показателей. Характер инфор­мации: текущие и плановые значения технологических и технико-экономических показателей.

- «Балансы» - ведение балансов для анализа производства. Характер инфор­мации: динамика дебалансов и факторов, их образующих.

- «НЗП» - мониторинг незавершенного производства. Характер информа­ции: динамика изменения незавершенного производства и факторов, ее об­разующих.

- «Резервуары» - мониторинг резервуарного парка. Характер информации: сведения о незавершенном производстве на складах, их входах и выходах.

- «Метрология» - планирование, учет, ремонт, поверка средств измерения и контроля. Характер информации: сведения о состоянии действующих при­борах и ходе ремонтных и поверочных работ.

Основой обработки и хранения информации данных в РВ являются сер­веры - MS SQL Server и IndustrialSQL Server.

Система Plan2Business Solution компании О Technologies. Plan2Business Solution обеспечивает представление технологической информации любому пользователю системы в реальном времени. В семейство Plan2Business Solution входят следующие программные средства:

- Plan2Business Server;

- Plan2NET;

- Plan2Pocket;

Компонент Plan2Business Server, является основой Plan2Business Solution, взаимодействующей со SCADA системами Citect и FIX, базами данных реаль­ного времени Oracle и MS SQL Server, используемыми для хранения конфигу­рационных и технологических данных. Для интеграции с MS Word, Excel, Ac­cess, Internet Explorer и др. Используются открытые технологии типа MS ActiveX. В состав Plan2Business Server входят ряд клиентских приложений, на­страиваемых в соответствии в требованиями пользователя, в том числе тренды, алармы, данные для встраивания в электронные таблицы.

Кроме того, Plan2Business Server имеет встроенные средства резервиро­вания с возможностью переключения с основного на резервный и средства за­щиты информации.

Конфигурирование и администрирование Plan2Business Server осуществ­ляется с помощью Plan2Business Server Manager.

Plan2NET на основе Plan2Business Server и используя современные WEB-технологии, способен доставить информацию пользователю в любой точке сис­темы. Plan2NET имеет встроенный анализатор тревог для наблюдения за собы­тиями на производстве и их диагностики. Данные выводятся в виде трендов, номограмм, диаграмм или таблиц.

Plan2Pocket предназначен для доступа к технологической и оперативной информации с помощью средств беспроводной связи, основанной на современ­ных стандартных технологиях.

Simatic PCS7 - интегрированная система управления процессом произ­водства фирмы Siemens, Германия.

Отличительные особенности системы:

- Открытая модульная система (используются интерфейсы DDE, ОРС, ODBC, SQL);

- Гибкость и масштабируемость системы;

- Возможность резервирования модулей системы, в том числе ПЛК, сетей, устройств ввода- вывода и системы HMI;

- Соответствие международным стандартам, таким как Ethernet, TCP/IP, ОРС для обмена данными с корпоративным уровнем управления;

- Наличие модульного программного пакета BATCH flexible для автомати­зации дискретных рецептурных процессов, сопрягаемого с SAP R/3.

Система обеспечивает горизонтальную и вертикальную интеграцию предприятия - от уровня датчиков до уровня управления предприятием.

Коммуникация в системе Simatic PCS7 основана на стандартах Simatic Net, Industrial Ethernet, Fast Ethernet и PROFIBUS. В качестве ОС используется Win NT. Для настройки системы PCS7 применяется Simatic-менеджер от STEP 7, а в качестве языка программирования по стандарту IEC 61131-3 используется язык SFC. Для разработки интерфейса операторской станции используется гра­фический редактор WinCC.

Система PCS7 оперирует преимущественно с контроллерами Simatic S7-400 с интерфейсом шины PROFIBUS-DP. ПЛК подсоединяется к системной шине через Industrial Ethernet. Для высокоскоростной передачи данных в систе­мах с требованиями безопасности применяется Fast Ethernet (100 Мбит/с) с ре­зервированной кольцевой структурой и физической средой - оптоволокно.

Программное обеспечение Simatic PCS7 включает интерфейс @aGlance и сервер @PCS7@aGlance, обеспечивающий доступ к данным технологического процесса для различных приложений в любое время, в том числе через сети Internet/Intranet.

InfoPlus.21 - информационная система управления в режиме РВ интегри­рована с системой Simatic PCS7.

Система «T-Factory-б» компании AdAstra Research Group (Россия).

Программный продукт T-Factory-б предназначен для автоматизации биз­нес-процессов. T-Factory-б относится к классу MES-систем и призван решать задачи учета производственных затрат, сырья и энергии, учета простоев обору­дования, расчета себестоимости продукции и др. задачи. Достоинством систе­мы является ее интеграция со SCADA-системой Trace Mode б, при разработке которых используется технология автопостроения.

Разработка проекта АСУ ТП со SCADA-системой Trace Mode 6 служит ее основой ее интеграции с MES-системой T-Factory-б. Модули T-Factory-б обес­печивают управление производственными заданиями (функции MES-систем) и управление человеческими ресурсами (HRM). Модуль ЕАМ обеспечивает учет и техническое обслуживание, получение и анализ информации об отказах обо­рудования, учет затрат энергоресурсов. Модуль HRM контролирует кадровый состав предприятия, организационные структуры предприятия, цеха, участка, позволяет грамотно планировать трудовые ресурсы для выполнения конкрет­ных задач.

Наиболее ответственным в системе является MES-модуль, в котором ин­тегрируется вся информация от АСУ ТП и модулей ЕАМ и HRM. Модуль MES позволяет рассчитать сроки выполнения заказов и корректировать их в режиме реального времени, рассчитать и корректировать себестоимость продукции, рассчитать необходимые для выполнения задания ресурсы (материальные, фи­нансовые, кадровые), а также обеспечивает передачу информации в ERP-систему предприятия.

Для хранения данных о ходе технологических и производственных про­цессов используется единая СУБД реального времени SIAD6. Предусмотрено «горячее» резервирование серверов БД защита от несанкционированного дос­тупа. Данные о технологическом процессе поступают в T-Factory-6 из МРВ Trace Mode 6, а с верхнего бизнес-уровня - от операторских станций, Web-серверов, по GSM-каналам.

T-Factory-6 содержит бесплатную инструментальную среду для разработ­ки и проверки полнофункционального проекта (до покупки лицензии с ограни­чением времени непрерывной работы).