Пупена О.М.
Клименко О.М.
Міркевич Р.М.
Вступ
Аналіз українського ринку [1] показав, що автоматизація виробничих операцій на вітчизняних підприємствах в найкращому випадку досягає 50%. При цьому більшість з цих операцій автоматизовані за принципом дописування функцій на рівні АСКТП, в системах ERP (в кращому випадку) чи бухгалтерських системах типу «1С» (у гіршому). Інші реалізації, що зроблені в програмних продуктах класів MES, EAM/ТОіР, LIMS, важко інтегруються з іншими підсистемами, оскільки у більшості випадків одна з сторін не підтримує стандарт IEC-62264.
Така картина виглядає досить дивною, враховуючи що стандарти IEC-62264 вже з 2000-го року використовуються у всьому світі як єдиний каркас для цифрового підприємства. Ряд експертів вважають [1] ,що не зважаючи на дійсну необхідність і цінність стандартів IEC-62264, їх впровадження лежить у більшій мірі в області компетенцій постачальників інструментального програмного забезпечення класів MOM/ERP аніж інтеграторів. Тоді виникає питання, чи наразі потрібен IEC-62264? Ми вважаємо, що навіть за таких обставин стандарт може принаймні використовуватися для наступних цілей:
1. Враховуючи, що функції MOM можуть бути реалізовані в різних системах керування, зокрема в кінцевих засобах автоматизації (відповідно до ідеології розподіленості в Індустрії 4.0), IEC-62264 наряду з IEC-61512 вказує на правила їх функціональної організації. Це значить, що розробники сучасних I4.0 систем повинні будувати свої системи зі знаннями стандартів, які входять в базові (наприклад, відповідно до RAMI4 [1]). Таким чином, стандарт IEC-62264 можна розглядати не тільки в якості уніфікації обміну між рівнями ERP та MOM/MES, а ще як правила побудови підсистем MOM взагалі.
2. Велика частина виробничників не розуміє призначення систем MOM до їх впровадження. Стандарт дає структуроване бачення функцій MOM, і може слугувати в якості путівника при ознайомленні з ними.
З першого вересня 2019 з подання технічного комітету ТК-185 «Промислова автоматизація» ці стандарти діють на території України [2]-[6]. Вони прийняті методом підтвердження, тобто в англомовному варіанті. Практика прийняття методом підтвердження прискорює використання стандарту з юридичної точки зору, але його дійсне впровадження вимагає розуміння суті розробниками систем. Завдяки проекту aCampus членами ТК-185 перша частина стандарту була перекладена українською мовою, чорнова версія перекладу доступна за посиланням [7]. Представлення функціонування MOM зсередини наведено третій та четвертій частинах цього стандарту, переклад якої ще не зроблений. У даному посібнику функції MOM, які прийнято відносити до MES розглянуті саме через призму цих частин стандартів, що дасть змогу людям, які не обізнані в MES, зрозуміти призначення та організацію її діяльності.
1. Функціональна структура MOM
Виробництво (Manufacturing) – це не тільки процес виготовлення продукції (Production). До виробничих діяльностей також відносяться операції по:
- технічному обслуговуванню устатковання (Maintenance), зокрема ремонти, діагностування і т.п.;
- керуванню якістю (Quality), зокрема проведення аналізів матеріалів, перевірка відповідності стандартам і т.п ;
- керуванню запасами (Inventory), зокрема постачання сировини, логістика і т.п.;
- та інші.
Цими операціями на підприємстві як правило займаються різні служби (підрозділи) і для їх автоматизації часто використовуються різні програмні продукти. Але ці операції взаємопов’язані через спільні ресурси та завдання. Згідно стандарту IEC 62264 для кожної з наведених вище категорій виробничих операцій означена модель діяльностей (функцій). Це означає, що керування кожною з операцій зводиться до виконання наступних взаємопов’язаних діяльностей (рис.1):
- керування означенням проведення операції;
- контроль ресурсів;
- детальний план-графік;
- диспетчерування;
- керування виконанням операції;
- збір даних про операцію;
- стеження за виконанням операції;
- аналіз ефективності оепарції.
Лінії зі стрілками на рис.1 вказують на інформаційні потоки між діяльностями.
Узагальнена модель керування операціями використовується як шаблон для означення аналогічної моделі для керування основним виробництвом (Production), технічним обслуговуванням (Maintenance), контролем якості (Quality) та виробничими запасами (Inventory). Однак цей самий шаблон може бути використаний для інших можливих категорій виробничих операцій або для інших областей діяльності підприємства. Наприклад, такою операцією може бути керування мийкою відокремлено від основного виробництва, за умови що вони керуються окремими службами. Іншим прикладом може бути розділення керування виробничими запасами на логістичні операції для зовнішніх постачань та відправлення, та внутрішньої логістики.
Цикл керування операцією відбувається у наступній послідовності:
- формування інформації про доступні ресурси для виконання операцій за запитом з 4-го рівня;
- отримання з 4-го рівня виробничого замовлення;
- проведення детального планування відповідно до виробничого замовлення, означення операції та доступних ресурсів;
- диспетчеризація робіт відповідно до детального план-графіку;
- керування виконанням робіт;
- збір даних про виконання робіт;
- формування звітності про виконання операції.
Виконання послідовності супроводжується наступними діяльностями:
- аналізом виконаної роботи з метою покращення або виправлення;
- керуванням ресурсами, що використовуються для виконання робіт;
- керуванням означеннями виконуваної роботи.
Показана на рис.1 модель діяльностей, а також деталізація цієї моделі, що означені в частинах 3 та 4 стандарту IEC 62264 не призначені для реального впровадження виробничої інформаційної системи. Вони більше використовуються в якості каркасу для таких систем.
Інформація про ресурси (матеріали, персонал, устатковання та фізичні засоби) може оброблятися в межах будь-якої з чотирьох моделей діяльності виробничих операцій (основне виробництво, технічне обслуговування, контроль якості чи виробничі запаси), представлених у стандарті. Дані для різних ресурсів можуть знаходитись в різних моделях, і у стандарті передбачені структури для обміну цими даними. Таким чином з будь-якої моделі діяльності може бути отримана необхідна інформація про персонал, устатковання, витратні матеріали. Наприклад, інформація про запаси витратних матеріалів, включаючи готову продукцію та сировину, може бути отримана з моделі керування виробничими запасами. У той же час, операції з переміщення матеріалів можуть керуватися діяльністю у моделях основного виробництва, технічного обслуговування, контролю якості та виробничих запасів. Але при цьому, конкретний екземпляр запису про рух витратних матеріалів існує лише в межах однієї моделі діяльності в будь-який момент часу.
Для кращого розуміння діяльностей на рівні MOM в даному посібнику зосередимося тільки на одній категорії виробничих операцій – керування основним виробництвом.
2. Модель керування операціями основного виробництва
На рис.2 показана модель керування операціями основного виробництва. Як зазначено вище, керування операціями основного виробництва – це категорія, що складається з видів діяльностей, безпосередньо пов’язаних з виготовленням продукції. Пояснимо керівні діяльності для цієї категорії операції. IEC 62264-3 означує вісім діяльностей в межах операцій основного виробництва:
- Керування означенням продукту;
- Контроль виробничих ресурсів;
- Детальний план-графік основного виробництва;
- Диспетчерування виробництва;
- Керування виконанням основного виробництва;
- Збір даних основного виробництва;
- Стеження за виробництвом;
- Аналіз ефективності основного виробництва.
Керування означенням продукту. Природно, що для виготовлення продукту потрібна інформація про нього, зокрема: виробнича інструкція, відомості матеріалів та ресурсів. Вона тут більш конкретизована, ніж у бізнес-системі. Виробнича інструкція (Production Rules) застосовується для інструктажу виробничої операції щодо способу виготовлення продукту. У залежності від способу виробництва, це можуть бути, наприклад, майстер рецепти або складальні етапи. При необхідності, ця інформація передається діяльностям нижчого рівня (АСКТП) або персоналу. Тут також проводяться зміни, які необхідні для забезпечення виконання правил місцевого виробництва, наприклад вимоги до пуску та вимкнення.
Контроль ресурсів. Ця діяльність передбачає визначення та надання інформації про плинний та майбутній стан ресурсів, таких як машини, робоча сила, матеріал та енергія. Це потрібно для задач планування та диспетчерування. Контроль ресурсів не передбачає керування ними.
Детальне календарне планування. Бізнес-система (ERP) надає календарний план виробництва, але він має бути адаптований та конкретизований до місцевих умов. Тому для виконання загального плану проводиться детальне календарне планування. Воно використовує конкретні ресурси місцевого рівня (наприклад виробничого майданчику, цеху), враховуючи місцеві потужності. Ця адаптація до місцевих умов необхідна на рівні 3, оскільки системи планування рівня 4 для всього підприємства не має детальної інформації, необхідної для керування виробництвом на необхідному рівні точності. При детальному календарному плануванні також існує можливість порівняння планів з фактичними результатами, які рідко проводяться на рівні 4. Ця діяльність також може об’єднувати або розділяти замовлення, щоб краще відповідати місцевим потужностям.
Диспетчерування основного виробництва. Тут відбувається керування фактичними виробничими потоками, шляхом задіяння конкретного персоналу та устатковання. Це може включати видачу завдань і, залежно від способу виробництва, планування початку партій, виробничих циклів тощо, як зазначено у детальному план-графіку основного виробництва. Тут також можна враховувати умови та задіювати ресурси, які не були заплановані у детальному план-графіку основного виробництва. У цій діяльності також зберігаються статус завдань і можливі непередбачувані умови.
Керування виконанням основного виробництва. Ця діяльність спрямовує завдання на рівень 2 (АСКТП), керує та контролює його виконання шляхом відправлення команд та отримання стану. Також тут доступна інформація з попередніх запусків, яка може використовуватися для локальної оптимізації виробництва.
Збір даних основного виробництва. У цій діяльності збираються дані про технологічні процеси та виробничі запити. Зібрані дані можуть містити показаннями датчиків, статуси приводів, стани подій тощо. Тобто дані, що дозволяють підприємству відстежувати як було виконано виробництво та отримувати відповідну статистику по виробництву у вигляді звітів.
Стеження за основним виробництвом. Інформація про те, як минуло виробництво, повинна бути передана на рівень 4, щоб бізнес-системи змогли оновити календарні плани для відповідності поточній ситуації. Підготовка цієї відповіді від основного виробництва проводиться в процесі стеження. Тут формується узагальнена інформація про фактичне використання персоналу, устатковання та матеріалів у виробництві, а також про фактично вироблений продукт. Ця інформація в формі, означеній першою та другою частинами стандарту. Дані, наведені тут, також використовуються для вдосконалення детального план-графіку основного виробництва.
Аналіз ефективності основного виробництва. Тут здійснюють аналіз результатів діяльності основного виробництва з використанням ключових показників ефективності (KPI). Ці показники можна використовувати для ефективного керування в реальному часі та після-виробничого аналізу.
Детальніше ці діяльності розглядаються у наступних розділах посібника на прикладі однієї з платформ MOM.