КИС / KIS

насколько действенен контроль со стороны руководителя над исполнением принятых им решений.

Уровни управления предприятием часто представляют в виде пирамиды (рис. 2).

Технологическое управление

Информация о технологическом процессе, бизнес-процессах и ресурсах (материальных, финансовых, кадровых и др.)

Рис. 2. Пирамида управления

Выделяют следующие четыре основных уровня управления и соответствующие им системы:

технологический (цеховой) уровень (АСУ ТП, СОД);

оперативный уровень (MES, СОД);

тактический уровень (АСУ П, ИСУ);

стратегический уровень (АСУП, СППР).

Автоматизированная система управления технологическими

процессами (АСУ ТП) представляет собой систему, обеспечивающую автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для управления технологическим объектом в соответствии с принятыми критериями. Технологический объект управления - это совокупность технологического оборудования и реализованного на нем (по соответствующим алгоритмам и регламентам) технологического процесса. В зависимости от уровня АСУ ТП технологическим объектом управления могут быть технологические агрегаты и установки, группы станков, отдельные производства (участки, цехи), реализующие самостоятельный технологический процесс. Функции АСУ ТП подразделяются на управляющие, информационные и вспомогательные [4]. К управляющим функциям относятся автоматическое регулирование (стабилизация) отдельных технологических переменных, логическое управление операциями или аппаратами, оптимальное управление объектом в целом (например, управление участком реакторов) и др. Содержанием информационных функций является сбор, обработка и представление информации. Для решения этих задач применяются SCADA-системы.

10

Системы обработки данных/транзакций (СОД) (в западной литературе также используется термин OLTP - On-line Transaction Processing - технологии, ориентированные на оперативную (транзакционную) обработку данных) предназначены для решения задач управления бизнес-процессами предприятия на оперативном уровне.

Главная функция СОД - регистрация в базе данных и обработка элементарных событий, сопутствующих протеканию бизнес-процессов: приход и расход материальных ценностей на складах и производственных подразделениях, оплата материальных ценностей и оказанных предприятию услуг через банк, ведение табеля учета рабочего времени и т.д. В результате функционирования СОД генерируются стандартные документы - платежные поручения, счета, расходные и приходные ордера и т.п. Задачи, решаемые СОД, носят повторяющийся, регулярный характер, а их временные рамки, как правило, не превышают одногонескольких дней. Эти задачи выполняются непосредственными исполнителями хозяйственных процессов (менеджерами, кладовщиками, администраторами).

Автоматизированная система управления производством (АСУ П)

решает задачи организации производства, включая основные производственные процессы, входящую и исходящую логистику. Осуществляет краткосрочное планирование выпуска продукции с учѐтом производственных мощностей, анализ качества продукции, моделирование производственного процесса. Для решения этих задач применяются MES-системы.

Автоматизированная система управления предприятием (АСУП) и Информационные системы управления (ИСУ) служат для решения задач управления бизнес-процессами предприятия на тактическом уровне, к которому относятся процедуры среднесрочного (от нескольких дней до нескольких недель (месяцев)) планирования, анализа и организации работ. Результаты решения подобных задач предназначены для менеджеров среднего звена – начальников производственных и транспортных цехов, руководителей служб снабжения и маркетинга и т.д. Задачи решаются на основе накопленной базы оперативных данных. Для решения этих задач применяются MRP, MRP II и ERP-системы.

Системы поддержки принятия решений (СППР) предназначены для решения задач управления бизнес-процессами предприятия на стратегическом уровне, т.е. на уровне топ-менеджеров (руководства) фирм, предприятий, организаций, принимающих стратегические долгосрочные решения. На стратегическом уровне рассматриваются вопросы выпуска и продвижения на рынок новой продукции, поиска новых рынков сбыта, выбора источников финансирования, привлечения

11

инвесторов и т.д. Эти решения определяют основные направления деятельности предприятий на длительные периоды (год и более) [1].

Комплексная автоматизация предприятия охватывает также этапы проектирования и производства изделий и обеспечивается совокупностью автоматизированных систем. В эту совокупность входят автоматизированные системы научных исследований (АСНИ), системы автоматизированного проектирования (САПР), автоматизированные системы технологической подготовки производства (АСУПП) и др.

2.2.Методологии и стандарты управления

Воснове построения и использования КИС должна лежать четкая управленческая методология, объединяющая бизнес-стратегию предприятия и информационные технологии. Рассмотрим методологии, концепции и стандарты, принятые на различных уровнях управления, и реализующие их информационные системы.

2.2.1. Технологический уровень

Технологический уровень – это базовый уровень с точки зрения получения информации о технологическом процессе или о совершении и выполнении хозяйственных операций. Здесь же происходит непосредственное управление технологическим процессом. Как было сказано выше, для автоматизации этого уровня используются АСУ ТП, верхний уровень которых чаще всего реализуется на базе SCADA.

SCADA (Sypervisory Control And Data Acquisition System) – система сбора данных и оперативного диспетчерского управления. Термин SCADA эволюционировал вместе с развитием технологий автоматизации и управления технологическими процессами. В 80-е годы под SCADAсистемами чаще понимали программно-аппаратные комплексы распределенного сбора данных и управления. С 90-х годов термин SCADA больше используется для обозначения только программной части человекомашинного интерфейса АСУ ТП.

Основные функции, возлагаемые на SCADA-систему:

1.Сбор информации о контролируемых технологических параметрах от контроллеров нижнего уровня и датчиков.

2.Вторичная обработка принятой информации.

3.Графическое представление хода технологического процесса, а также архивной информации в удобной и понятной для восприятия человека форме, т.е. реализация человеко-машинного интерфейса (HMI/MMI).

12

4.Сохранение принятой информации в архивах.

5.Прием команд оператора и передача их в адрес контроллеров нижних уровней и исполнительных механизмов.

6.Оповещение обслуживающего персонала об обнаруженных аварийных ситуациях с регистрацией действий персонала в аварийных ситуациях.

7.Формирование сводок и других отчетных документов на основе архивной информации.

8.Непосредственное автоматическое управление технологическим процессом в реальном времени в соответствии с заданными алгоритмами.

9.Обеспечение связи с внешними приложениями (СУБД, электронные таблицы и т. д.). В системе управления предприятием такими приложениями чаще всего являются MES системы.

Иногда SCADA-системы комплектуются дополнительным ПО для программирования промышленных контроллеров. Такие SCADA-системы называются SoftLogіс-системами.

Современные SCADA-системы, как правило, являются модульными, состоящими из программных модулей для реализации отдельных функций типовой SCADA системы. Модули в достаточной степени независимы и могут компоноваться в разных сочетаниях для удовлетворения широкого спектра нужд пользователей.

Под термином WebSCADA, как правило, понимается реализация человеко-машинного интерфейса SCADA-систем на основе Webтехнологий. Это позволяет осуществлять контроль и управление процессом через стандартный браузер, выступающий в этом случае в роли тонкого клиента.

Наиболее популярные российские и западные SCADA-системы, имеющие поддержку в России: Trace Mode (AdAstra Россия), Genesis (Iconics США), iFIX (Intellution США), InTouch (Wonderware США).

MicroSCADA-системы предназначены для автоматизации небольших (до 100-150 каналов ввода-вывода) или специализированных объектов. Например, MicroSCADA “Фигаро”.

Все современные SCADA-системы используют для обмена информацией с контроллерами и приборами нижнего уровня стандарт OPC.

Технология ОРС (OLE for Process Control) претендует на новый открытый стандарт взаимодействия аппаратуры и программных средств разных производителей. Стандарт OPC основан на решениях, предлагаемых корпорацией Microsoft. Устройства каждого производителя могут иметь единственный стандартный драйвер, совместимый с OPC (OPC-сервер). При этом приложения, соответствующие спецификации OPC (OPC-клиенты), могут обмениваться данными с устройствами любого производителя.

13

Стандарт OPC разработан международной организацией ОРС

Foundation (opcfoundation.org), членами которой являются более 400 фирм,

работающих в области средств автоматизации и измерительной техники. Основателями организации являются фирмы Fisher-Rosemount, Rockwell Software, Opto 22, Intellution и Intuitive Technology. Первая версия стандарта OPC была выпущена в 1998 г.

Главной целью стандарта ОРС явилось обеспечение возможности совместной работы (интероперабельности) средств автоматизации, функционирующих на разных аппаратных платформах, в разных промышленных сетях и производимых разными фирмами. До разработки стандарта ОРС SCADA-систему нужно было адаптировать к каждому новому оборудованию индивидуально. Существовали длинные списки «поддерживаемого оборудования», сложной была техническая поддержка. При модификации оборудования нужно было вносить изменения во все драйверы, каждый из которых поддерживал протокол обмена только с одной клиентской программой. Число таких драйверов доходило до сотен.

После появления стандарта ОРС практически все SCADА-пакеты были перепроектированы как ОРС-клиенты, а каждый производитель аппаратного обеспечения стал снабжать свои контроллеры, модули вводавывода, интеллектуальные датчики и исполнительные устройства стандартным ОРС-сервером. Благодаря этому стало возможным подключение любого физического устройства к любой SCADA, если они оба соответствовали стандарту ОРС. Большинство ведущих производителей аппаратных средств для промышленной автоматизации уже поставляет OPC-серверы для своих контроллеров. OPC-клиенты имеют возможность получения данных от удаленных серверов OPC по сети.

Стандарт ОРС относится только к интерфейсам, которые ОРСсервер предоставляет клиентским программам. Метод же взаимодействия сервера с аппаратурой (например, с модулями ввода-вывода) стандартом не предусмотрен, и его реализация возлагается полностью на разработчика аппаратуры. Поэтому стандарт ОРС может быть использован не только для взаимодействия SCADА с «железом», но и для обмена данными с любым источником данных, например с базой данных.

ОРС-сервер представляет собой Microsoft COM/DCOM-объект, от которого он отличается только стандартизацией обозначений и специфическими терминами из области промышленной автоматизации. Он может быть разработан на любом из языков программирования: C++, Visual Basic, Delphi и т.д., поддерживающим интерфейсы (interface).

Стандарт ОРС включает следующие основные реализации:

ОРС DA (ОРС Data Access) – спецификация для обмена данными между клиентом (например, SCADA) и аппаратурой (контроллерами, модулями ввода-ввода и др.) в реальном времени;

14

ОРС Alarms & Events (А&Е) – спецификация для уведомления клиента о событиях и сигналах тревоги, которые посылаются клиенту по мере их возникновения;

ОРС HDA (Historical Data Access) – спецификация для доступа к истории процесса (к сохраненным в архиве данным);

ОРС Batch – спецификация для особых технологических процессов, которые не являются непрерывными. В таких процессах выполняется загрузка нескольких видов сырья в определенных пропорциях согласно рецепту, устанавливаются режимы обработки, а после выполнения цикла обработки и выгрузки готового материала загружается новая партия сырья. ОРС-сервер выполняет обмен между клиентом и сервером рецептами, характеристиками технологического оборудования, условиями и результатами обработки;

ОРС XML-DA – набор гибких, согласующихся друг с другом правил и форматов для представления первичных данных с помощью языка XML, web-технологий и сообщений SOAP;

ОРС Unified Architecture – принципиально новый набор спецификаций, который уже не базируется только на DCOM технологии.

2.2.2. Оперативное управление производством

Системы оперативного управления производством связывают воедино технологический и бизнес уровни (тактический и стратегический) управления предприятием в единый информационный комплекс, решая при этом множество важнейших для предприятия задач.

MES (Manufacturing Execution System) – производственная исполнительная система. Системы такого класса решают задачи синхронизации, координируют, анализируют и оптимизируют выпуск продукции в рамках какого-либо производства.

Международная ассоциация производителей и пользователей систем управления производством (MESA International) определила в 1994 году модель MESA-11, а в 2004 году модель c-MES, которые дополняют модели и стандарты управления производством и производственной деятельностью, сформировавшиеся за последние десятилетия, в частности:

Cтандарт ISA95, «Интеграция систем управления предприятием и технологическим процессом» (Enterprise-Control System Integration),

который определяет единый интерфейс взаимодействия уровней управления производством и компанией и рабочие процессы производственной деятельности отдельного предприятия.

15

Стандарт ISA88, «Управление периодическим производством» (Batch Control), который определяет технологии управления периодическим производством, иерархию рецептур, производ-

ственные данные. Основные функции c-MES:

1.RAS (Resource Allocation and Status) – контроль состояния и распределение ресурсов. Управление ресурсами: технологическим оборудованием, материалами, персоналом, инструментами, документами, которые должны быть в наличии для начала производственной деятельности. Обеспечивает детальную историю ресурсов и гарантирует, что оборудование соответствующим образом подготовлено для работы. Контролирует состояние ресурсов в реальном времени.

2.DPU (Dispatching Production Units) – диспетчеризация производства.

Управление потоком производимых изделий по операциям, заказам, партиям, сериям посредством выдачи рабочих нарядов. Диспетчерская информация представляется в той последовательности, в которой работа должна быть выполнена, и изменяется в реальном времени по мере возникновения событий на цеховом уровне. Это дает возможность изменения заданного календарного плана на уровне производственных цехов.

3.DCA (Data Collection/Acquisition) – Сбор и хранение данных.

Взаимодействие информационных подсистем в целях получения, накопления и передачи технологических и управляющих данных, циркулирующих в производственной среде предприятия. Данные могут быть получены с цехового уровня как вручную, так и автоматически от оборудования, в требуемом масштабе времени.

4.LM (Labor/User Management) – Управление персоналом.

Обеспечение возможности получения информации о состоянии персонала и управление им в ежеминутном режиме. Включает отчетность по присутствию и рабочему времени, возможность отслеживания непроизводственной деятельности.

5.QM (Quality Management) – Управление качеством. Анализ данных измерений качества продукции в режиме реального времени на основе информации, поступающей с технологического уровня, обеспечение должного контроля качества, выявление критических точек и проблем, требующих особого внимания.

6.PM (Process Management) – Управление производственными процессами. Мониторинг производственных процессов, автоматическая корректировка либо диалоговая поддержка решений оператора.

7.PTG (Product Tracking and Genealogy) – Отслеживание истории продукции. Отслеживание информации о месте и времени выполнения работ по каждому изделию. Информация может

16

включать отчеты: об исполнителях, технологических маршрутах, комплектующих, материалах, партионных и серийных номерах, текущих условиях производства и т. п. С помощью данной функции появляется возможность в случае позднего обнаружения брака или рекламаций со стороны потребителей продукции найти источник и причины брака, изъять из реализации или отозвать от потребителей бракованную продукцию, произведенную в тот же временной интервал на том же оборудовании.

8.PA (Performance Analysis) – Анализ производительности. Предоставление подробных отчетов о фактических результатах производственной деятельности. Сравнение плановых и фактических показателей.

Функции, выполняемые MES-системами, могут быть интегрированы

сдругими системами управления предприятием. Примеры MES-систем: MES Wonderware (Wonderware США), T-Factory (AdAstra Россия).

2.2.3.Тактическое и стратегическое управление

2.2.3.1.Методология MRP

Вконце 60-х годов прошлого века в связи с ростом популярности вычислительных систем возникла идея их использования для планирования деятельности предприятия. Необходимость планирования была обусловлена тем, что основная масса задержек в процессе производства связана с запаздыванием поступления отдельных комплектующих, в результате чего снижается эффективность производства, а на складах возникает избыток других материалов, поступивших в срок или ранее намеченного срока.

С целью предотвращения подобных проблем была разработана методология MRP (Material Requirements Planning) – планирование потребности в материалах.

Методология MRP базируется на том принципе, что все материалы и комплектующие должны поступать в производство одновременно, в запланированное время, чтобы обеспечить своевременное создание конечного продукта. MRP-система ускоряет поставку тех материалов, которые в данный момент нужны в первую очередь, и задерживает преждевременное поступление других материалов. Основная цель MRPсистемы – формировать, контролировать и при необходимости изменять моменты поступления заказов таким образом, чтобы все требуемые материалы, необходимые для производства, поступали одновременно.

Методология MRP также следует принципам [3]:

если есть потребность в конечном изделии, значит, есть потребность во всех его компонентах;

17

обеспечивать требуемые компоненты как можно позднее, чтобы уровень запасов был минимальным.

Для расчета потребностей в материалах требуется “спецификация” на каждое конечное изделие, время начала и завершения работ, этапы производства и данные о состоянии запасов (чтобы определить, сколько компонентов имеется в запасе или в незавершенном производстве).

Рассмотрим основные понятия методологии MRP.

Материалы (комплектующие) – это все сырье и отдельные компоненты, составляющие конечный продукт.

Статус материала – информация о текущем состоянии материала. Например:

материал есть в наличии на складе;

материал есть на складе, но зарезервирован;

материал присутствует в текущих заказах;

заказ на материал планируется.

Статус материала описывает степень готовности каждого материала быть пущенным в производственный процесс. MRP-программа постоянно отслеживает состояние каждого материала.

Страховой запас материала необходим для поддержания процесса производства в случае возникновения непредвиденных и неустранимых задержек в его поставках.

Спецификация – ведомость материалов.

Потребность в материале представляет собой определенную количественную единицу, отображающую возникшую в некоторый момент времени необходимость в заказе данного материала в течение периода планирования.

Основные элементы MRP-системы представлены на рис. 3.

Рис. 3. Элементы MRP-системы

18

Основные входные элементы MRP-системы:

Описание состояния материалов (Inventory Status File, ISF)

(подсистема учет материальных запасов) является основным входным элементом MRP-программы. В нем должна быть отражена максимально полная информация обо всех материалах, необходимых для производства конечного продукта. В этой подсистеме должен быть описан статус каждого отдельного материала, его запасы, расположение, цены, информация о регулярности поставок, реквизиты поставщиков. К этой же подсистеме принято относить состояние запасов (Stock Requirement List, SRL). Каждая учетная единица должна иметь только одну идентифицирующую запись с уникальным кодом. Идентификационная запись может иметь большое количество параметров и характеристик:

общие данные: код, описание, тип, размер, вес и т.д.;

данные запаса: единица запаса, единица хранения, свободный запас, запас, запланированный к заказу, заказанный запас, признак партии/серии и пр.;

данные по закупкам и продажам: единица закупки/продажи, основной поставщик, цена, сроки и т.д.;

данные по производству и производственным заказам и пр.

Программа производства (Master Production Schedule, MPS)

(производственный график, календарный план производства) отражает потребность в получении тех или иных изделий, которую проявляет потребитель продукции предприятия. Потребность может быть представлена или прогнозом продаж, или уже имеющимися в наличии заказами, или и тем и другим одновременно.

Информация о прогнозах продаж и заказах на продажу является основанием для формирования главного (основного) календарного плана производства MSP, охватывающего все включаемые в план производства номенклатурные позиции. MSP формируется как в объемном, так и в календарном исполнении.

Перечень составляющих конечного продукта (Bills of Material File, BOM) (список материалов) – это перечень материалов и их количество, требуемые для производства некоторого узла или конечного продукта. Таким образом, каждый конечный продукт имеет свой перечень составляющих. Кроме того, здесь содержится информация по технологии его сборки.

MRP-система, анализируя принятую программу производства, определяет количественный состав материалов для каждого периода времени планирования. Материалы, не включенные в производственную программу, но присутствующие в текущих заказах, включаются в планирование как отдельный пункт. На основе программы производства и

19