144

13. Автоматизированные системы управления производственными процессами

13.1. Назначение и область применения

Как было показано ранее, продукция производственного предприя-тия изготавливается последовательностью технологических операций, ре-ализующей технологический процесс. Технологические операции выпол-няются на рабочих местах, оборудованных станками, конвейером, слож-ными агрегатами и т.п. Поэтому АСУТП, решая задачи управления, осу-ществляют управление «железом».

Поддержка реализации технологических процессов на производстве обеспечивается производственным процессом – совокупностью взаимо-связанных процессов труда и естественных процессов, сопровождающих изготовление продукции. В производственном процессе акцент смещается в сторону управления коллективами людей, участвующих в процессе про-изводства.

Руководитель предприятия, решая задачи управления производст-венным процессом, ежедневно озабочен тем:

- Как обеспечить непрерывность производственного процесса, чтобы нужные ресурсы оказывались в нужных местах в нужное время?

- Как повысить производительность производственного процесса, т.е. снизить непроизводительные издержки до теоретического минимума?

- Как управлять качеством выпускаемой продукции?

Для повышения эффективности решения этих проблем и, тем самым, повышения эффективности производственного процесса предназначается АСУ Производственными Процессами (АСУПП).

АСУПП в структуре АИУС по рис.5.2 занимает средний уровень и при полной интеграции осуществляет связь как с АСУТП, так и с АСУ бизнес процессами (рис. 13.1).

АСУ бизнес процессами (ERP-система)

АСУ технологическими процессами

ЕАМ- СИСТЕМА

управления активами, материально-техническим обеспечением,

АСУПП

MES-система: управления производственной деятельностью предприятия

EАМ-система: управления основными произ-водственными фондами предприятия

Рис.13.1. Место АСУПП в структуре интегрированной АИУС

Но возможны и варианты частичной интеграции – либо с нижним, либо с верхним уровнями.

1) Состав АСУПП на рис.13.1 укрупненно показан в виде совокуп-ности MES-системы, предназначенной для решения задач управления про-изводственной деятельностью предприятия, и EАМ-системы, предназна-ченной для управления основными производственными фондами пред-приятия. Причина отнесения ЕАМ к АСУПП состоит в том, что основные производственные фонды частями переносят свою стоимость на конечный продукт и, следовательно, формируют свою составляющую в расчетах эф-фективности производства продукции. При этом, чем более автоматизи-рованным является производство, т.е. чем больше вложено затрат в основ-ные фонды, например, – в станки-автоматы и в конвейеры-автоматы, и чем дороже обходится их эксплуатация, тем больше их составляющая в выходной стоимости продукции и больше их влияние на оценку эффек-тивности производства.

MES и EАМ – это информационные технологии, предназначенные для разработчиков АСУПП. Они методически поддерживают разработки АСУПП на этапах проектирования технического и программного обеспе-чения и позволяют разработчикам прикладных программных средств со-кратить сроки разработки, повысить их качество и надежность, обеспечить перспективу решения задач интеграции в составе АИУС.

2) Объединение АСУПП с АСУТП (см. рис. 13.1) эффективно для тех производств, где диспетчерская служба ярко выражена и связи ее с техно-логическими процессами достаточно велики. Автоматизированная систе-ма, охватывающая как управление технологическими процессами, так и управление производственным процессом в [4] называется АСУОТ– Орга-низационно-Технологического типа. В таких системах АСУТП решают задачи сбора информации о состоянии технологических процессов в реа-льном времени и передачу ее в АСУПП. В АСУПП осуществляется регистрация, хранение и обработка информации в соответствии с целями и задачами своего иерархического уровня управления.

Отметим следующие причины, которые в такой интеграции обеспе-чивают повышение эффективности управления предприятием:

- прибавочная стоимость продукции создается в производственных зо-нах (цехах, участках), поэтому инвестиции в повышение эффективности производственных процессов дают реальную отдачу;

- достоверная и своевременная информация, необходимая для принятия правильных решений, находится в производственных зонах;

- оптимизация управления технологическими процессами способна реа-льно изменить финансовые показатели предприятия; 

- эффективность предприятия в значительной мере определяется эффек-тивностью работы людей в производственных зонах;

- оперативность обнаружения критических и нештатных ситуаций в производственных зонах, оперативность анализа информации для вырабо-тки корректирующего решения;

- возможность достаточно быстрой перестройки производственного процесса при изменении требований со стороны потребителей.

3) Объединение АСУПП с АСУ бизнес процессами (см. рис.13.1) по-зволяет создавать АСУ Производством (АСУП). В этом объединении АСУ ПП представляет на верхний уровень оперативную информацию о реали-зации производственного процесса, а АСУ бизнес процессами использует полученную информацию при решении задач административной и финан-сово-хозяйственной деятельности предприятия. АСУ верхнего уровня соз-дается на принципах ERP-системы. ERP-система предназначена для эфф-ективного решения задач объемного планирования производства продук-ции, снабжения, сбыта продукции, финансов, учета затрат, учета прибыли, подготовки кадров и т.д. и отвечает на вопрос: когда и сколько продукции должно быть изготовлено на относительно большом интервале времени (сутки, недели, месяцы, годы). АСУПП в таком объединении представляет в ERP-систему расчеты производственных расписаний (что, когда в какой последовательности производится), текущие производственные показа-тели, расчеты реальной себестоимости производства продукции. В АСУПП так же решается задача планирования, но не объемного, как в ERP, а опера-тивного, т.е. на достаточно коротких интервалах времени, измеряемых ми-нутами, часами или сутками. Оперируя точной информацией о техноло-гическом процессе, АСУПП результатами оперативного планирования от-вечает на вопрос: как в заданный срок и в заданном количестве выпуска-ется продукция.

Рассмотрим типовой пример реализации в АСУП функций управле-ния (рис. 13.2).

Планирование

Исходные данные

(в том числе план верхнего уровня)

Хпл(t)

Анализ

Выход

Учет

Регулирование

Контроль

ΔХ

Хис(t)

Рис.13.2. Структура подсистемы управления

В структуре подсистемы управления на 13.2 показаны следующие функциональные блоки:

- Планирование – определяет поведения управляемого процесса в бу-дущем в детерминированном виде.

- Учет – определяет фактическое состояние управляемого процесса в дискретные моменты времени.

- Контроль - определяет отклонений между запланированным и фак-тическим состояниями управляемого процесса в дискретные моменты вре-мени.

- Регулирование – корректировка поведения управляемого процесса в дискретные моменты времени с учетом накопленных отклонений.

- Анализ – подведение итогов управляемого процесса за период управ-ления, выявление факторов, повлиявших на степень достижения заплани-рованных результатов. Результаты анализа поступают к лицам, принима-ющим управленческие решения.

- Прогнозирование – определение на будущее вероятностных характе-ристик управляемого процесса (эта функция на рис. 13.2 не показана).

Процесс управления состоит в следующем: на этапе планирования вырабатывается плановая «траектории» процесса Xпл(t) на определенный период времени. Учет в производственных системах состоит в опреде-лении в заданные моменты времени истинного состояния процесса Xис(t). В результате контроля вычисляется отклонение истинного состояния про-цесса от планового ΔХ=Хпл(t)-Xис(t), а регулирование состоит в опреде-лении (формировании) скорректированного плана Xк (t), т.е., по существу, является решением задачи планирования при новых начальных условиях. Компонентами вектор-функции могут быть показатели, характеризующие ход производства, состояние доходов, расходов, мощностей, запасов и т. п.

4) АСУПП в интегрированной АИУС, реализуя связи и с АСУТП, и с АСУ бизнес процессами, способствует улучшению финансовых показате-лей предприятия: повышению отдачи основных фондов, снижению себе-стоимости продукции, обеспечению своевременности поставок, повыше-нию производительности и размера прибыли. АСУПП представляет дан-ные для анализа и принятия наиболее эффективного решения возникаю-щих проблем. Например, для конкретного руководителя таким решением может быть переход на другие источники сырья, изменение графика по-ставок сырья или комплектующих, сокращение ручного труда, расшире-ния масштабов автоматизации технологических процессов.

АСУПП предназначается для повышения качества и оперативности управления производственным процессом путем вытеснения там, где это возможно, «человеческого фактора» из операций, связанных с выполне-нием функций контроля, учета, принятия управляющих решений и со-провождения управляющих воздействий.

На многих предприятиях и до создания АСУ принимались меры для уменьшения зависимости от человеческих ошибок, внедряя для контроля параметров производственного процесса разнообразные автономные уст-ройства, накапливающие данные: считыватели штрих-кодов, сканеры, опе-раторские панели, электронные измерительные приборы и т.д. При внедре-нии АСУ на таких предприятиях ставится задача сбора информации от раз-розненных устройств, концентрации ее в памяти средств вычислительной техники и представления для коллективного использования другими функ-циональными подсистемами. Например, для подсистемы планирования производства чаще всего покупаются считыватели штрих-кодов, позволя-ющие собирать информацию, связанную с выполнением наряд-заказов. Обычно они расставляются в основных точках производственного цеха и используются для регистрации начала и окончания работы операторов и сборочных рабочих. В рамках АСУПП эти данные оперативно поступают в обработку и становятся доступными, например, - для подсистемы, оцени-вающей затраты на производство продукции, для подсистемы учета изго-товленной продукции или для подсистемы, подготавливающей комплекта-цию для сборки. Далее эти данные могут быть переданы руководству цеха, администрации предприятия или инженерным службам для анализа и принятия управленческих решений.