Система оперативного планирования и диспетчеризации производства на базе MES HYDRA
Компания «ИндаСофт» имеет более 50 успешных проектов уровня MES в различных отраслях промышленности. При этом в качестве программной платформы для подобных систем используются решения таких известных компаний, как OSIsoft, GE Fanuc, MPDV. Выбор того или иного программного пакета осуществляется в зависимости от типа и специфики производства каждого предприятия и требуемых задач, связанных с повышением эффективности производства в целом.
Автор: Онищенко А. Г.
Источник: ИСУП №3/2008
Компания «ИндаСофт» имеет более 50 успешных проектов уровня MES в различных отраслях промышленности. При этом в качестве программной платформы для подобных систем используются решения таких известных компаний, как OSIsoft, GE Fanuc, MPDV. Выбор того или иного программного пакета осуществляется в зависимости от типа и специфики производства каждого предприятия и требуемых задач, связанных с повышением эффективности производства в целом.
В данной статье пойдет речь о MES-системе HYDRA (компания MPDV, Германия), обеспечивающей выполнение функциональных задач оперативного планирования и оптимизации производства, диспетчеризации производственных процессов, контроля и анализа использования всех ресурсов предприятия (оборудование, персонал, инструмент и т.д.) и позволяющей максимально эффективно организовать производство.
Особенностью данной системы является наиболее полное покрытие функций MES и нацеленность на решение функциональных задач на предприятиях с дискретным или периодическим типом производства.
Система оперативного планирования и диспетчеризации производства на базе HYDRA учитывает в режиме реального времени данные о работе машин и оборудования, информацию о ресурсах и инструментах, поставках сырья и наличии материалов на производственных складах, а также данные о количестве готовой продукции и ее качестве, нагрузки на персонал и его доступности и т.д. (см. рис. 1). Собирая оперативные данные о производстве, становится возможным оптимальное оперативное планирование работы предприятия в целом.
Рис.1 Горизонтальная интеграция производства с HYDRA
Полная интеграция в среду производства является основополагающим принципом для обеспечения эффективной и адекватной работы систем управления на базе HYDRA. При этом предоставляется возможность ввода данных вручную с производственных терминалов или же автоматический сбор информации с промышленных установок, оборудования, контроллеров, весов и прочей периферийной техники. Система комплектуется различными аппаратными средствами сбора данных и вывода необходимой информации (датчики, контроллеры, сканеры, принтеры, штрих-кодовое оборудование, переносные терминалы и др.).
Система обеспечивает управление детальными спецификациями продукции и позволяет вести учет и хранение информации по истории производства каждого изделия/партии, включая данные по использованному сырью, ресурсам, параметрам технологического процесса изготовления изделия / партии.
Вся информация о производстве сохраняется в едином производственном архиве, что позволяет проводить анализ работы предприятия за любые промежутки времени в различных разрезах, и автоматизирует создание производственных отчетов.
Структура системы
Система оперативного планирования и диспетчеризации производства на базе HYDRA состоит из набора функциональных программных модулей, реализующих соответствующие функции по решению задач, связанных с управлением производством, контролем качества продукции и управлением персоналом. Система имеет традиционную клиент-серверную архитектуру (см. рис.2).
Рис. 2 Структура системы
Клиентскими приложениями являются так называемые консоли, которые необходимы для организации АРМ главных специалистов предприятия, а также терминальное программное обеспечение, предназначенное для организации динамического интерактивного диалога с оперативным и обслуживающим персоналом в цехах, ручного и автоматического сбора данных о выполнении производственных заказов, состоянии оборудования, ходе технологического процесса, присутствии и деятельности сотрудников, движении материалов, полуфабрикатов и готовой продукции и т.д. (см. Рис. 3).
Рис. 3. Терминал HYDRA в производственной среде.
Перечень стандартных модулей системы HYDRA представлен в таблице №1.
Таблица №1. Модули MES HYDRA
| Название модуля | Функция |
| ADE | планирование и работа с данными о производственных заказах |
| MDE | работа с данными о состоянии и функционировании оборудования |
| MPL | управления движением материалов и производственной логистики |
| PDV | работа с данными технологического процесса |
| PZE | работа с данными о производственном персонале |
| HLS | оперативное оптимальное планирование выполнения производственных заказов |
| WRM | управление ресурсами и инструментами, включая управление обслуживанием и ремонтами |
| DNC | работа с данными машин с ЧПУ |
| PEP | планирование людских ресурсов для выполнения производственных заказов, в т.ч. с учетом квалификации |
| ZKS | управление и контроль доступом персонала |
| LLE | система прогрессивной оплаты труда |
| CAQ | управления качеством |
Рассмотрим кратко основные функциональные модули системы.
Мониторинг работы оборудования
Стандартный модуль HYDRA MDE (машинные данные) отвечает за сбор информации об оборудовании и дальнейший её анализ. При этом выполняются:
- регистрация и классификация простоев оборудования, их причин и длительности;
- регистрация и классификация потерь продукции;
- расчет наработки оборудования;
- расчет общей эффективности работы оборудования и других ключевых показателей производства (KPI).
Данные об оборудовании могут собираться автоматически (с использованием ОРС, E63, Modbus и т.д.) или посредством ручного ввода.
В рамках решения задачи средствами модуля HYDRA ADE можно осуществлять:
Мониторинг оборудования
- Отслеживание «статуса» машины (состояние, количество, время).
- Графическое отображение парка оборудования.
- Время цикла или такт в зависимости от типа станка.
- Интерактивный график ТОиР с возможностью настройки видов работ и цветовым оповещением.
Анализ работы оборудования и просмотр статистики
- Детализированная оценка простоев, производительности и времени простоев и их соотношения для каждой машины.
- Отчеты по эффективности с привязкой по времени и производительности.
- Определение различных ключевых показателей, таких как OEE (Общая Эффективность работы Оборудования), TPI (Индикатор общей производительности) и MCE (Эффективность операционного цикла).
Организация и планирование работы оборудования:
- Составление графика работы оборудования.
- Определение состояния оборудования, учет производительности и степени надежности.
Модуль позволяет управлять загрузкой оборудования путем планирования производственных заданий по выполнению заказов для каждого ресурса, а также формирует график ремонтов, оптимизацию и прогнозирующее обслуживание, заказы на соответствующие работы и приобретение необходимых запасных частей.
Рис. 4 Мониторинг статуса машины
Рис. 5. Анализ работы группы машин
Сбор данных о заказах и оперативное планирование
Модуль HYDRA ADE выполняет сбор, предоставление и анализ данных, касающихся заказов на изготовление продукции, и обеспечивает их выполнение точно в срок с необходимым качеством.
Модуль обеспечивает проверку выполнимости заказов (на основании доступности оборудования, персонала и материалов), уточнение (изменение) заказов, объединение или разделение заказов, оптимизацию их размещения, приоритезацию и детальное планирование заказов, контроль их выполнения, регистрацию и представление причин нарушений при выполнении заказов, оперативное планирование, а также управление специальными, срочными и тестовыми заказами, формирование последовательности их выполнения и потребности в материалах и многое другое.
Данные для контроля и анализа могут быть получены, как автоматически (из систем верхнего уровня ERP), так и введены вручную (в случае отсутствия таких систем или при отсутствии таких данных). В модуле выполняется автоматическая регистрация и долговременное хранение информации обо всех заказах (как о выполненных, так и о запланированных на будущее).
Используя оперативную информацию о состоянии оборудования, становится возможным осуществлять цеховой контроль и детализированное планирование заказов на основе фактической готовности оборудования.
Рис. 6. Обзор требований к материалам в разрезе выполняемых заказов.
Рис. 7. Текущая информация о заказе
Рис. 8. История выполнения заказа
Управление материалами и логистика
Модуль HYDRA MPL (управление материалами и логистика) отвечает за сбор данных по материалам, сырью и полуфабрикатам и обеспечивает :
- регистрацию информации о партии: начиная с получения сырья и материалов, далее - процесс производства и отгрузка;
- регистрацию приема и выдачи материала со складов;
- ввод используемого сырья, полуфабрикатов и вспомогательных материалов;
- подсчет количества продукции и времени производства партии.
Располагая информацией о наличии сырья, полуфабрикатов, материалов на складах и производственных участках, данный модуль контролирует и анализирует эти запасы и позволяет своевременно их пополнять (для поддержания и увеличения производительности) или уменьшать (для уменьшения издержек) (см. рис.9).
Рис. 9. Материальные ресурсы в HYDRA
Функция управления движением материалов включает в себя контроль наличия и доступности их на внутрицеховых складах и в буферных зонах, контроль качества и сроков годности материалов, блокирование их по качеству, формирование транспортных заказов на перемещение материалов и готовой продукции и др. (рис. 10).
В рамках решения задачи планирования и прогнозирования потребления материалов средствами модуля HYDRA MPL осуществляются:
- расчет запасов на основе плана производства;
- оценка оставшихся запасов в процессе производства;
- отслеживание срока пребывания полуфабрикатов на складе;
- отслеживание текущего статуса партии (в производстве, закончена, проверка качества, погрузка и т.д.);
- анализ истории производства отдельных партий;
- печать сопроводительных документов и ярлыков для маркировки (штрих-код, RFID и т.д.).
Рис. 10. Мониторинг состояния внутрицеховых складов.
Модуль MPL представляет данные о генеалогии продукта. Подробная информация о применяемом сырье, материалах, технологических режимах при производстве, результатах контроля качества и персонале, принимавшем участие в изготовлении, доступна для анализа за любой период по всей выпущенной продукции или по конкретному заказу. Данные могут применяться при работе с рекламациями по поставляемой продукции, а также помогать выявить нарушения технологических процессов на определенных участках производства.
Управление производственным персоналом
Модули управления производственным персоналом включают в себя задачи учета времени работы, контроля доступа, планирования работы производственного персонала с учетом квалификаций и автоматизированный расчет стимулирующей (сдельной) оплаты труда.
В базовые функции HYDRA входит учет работы производственного персонала в разрезе выполняемых заказов и операций, количества произведенной продукции и брака. В систему заносится информация по персоналу, который работает на предприятии, а также календарь работы персонала, типы и продолжительности смен, модели дня и т.д. Таким образом, в любой момент времени можно получить оперативную информацию и отчет по действиям персонала на производстве.
Модули по управлению персоналом предоставляют функции по управлению, учету и планированию человеческих ресурсов. С одной стороны, это контроль доступа и учет реально проведенного времени на предприятии или в производственных цехах (у станка), с другой – планирование и оптимизация рабочего времени персонала, проводимого на производственных участках по отношению к производственным ресурсам (например, планирование времени работы за определенными установками или по доставке сырья из склада на производственный участок).
В системе возможно автоматическое составление различных табелей, расписаний, графиков работы с учетом разнообразных моделей рабочего времени и систем оплаты труда. Предварительно подготовленные данные по использованию рабочего времени могут быть переданы как для отдельных систем расчета заработной платы верхнего уровня, так и в отдельный модуль MES-системы, который сам выполнит такой расчет с учетом данных об эффективности участка производства, на котором работал данный специалист.
Рис. 11. Планирование работы персонала на машинах
Контроль качества продукции
Модуль HYDRA CAQ позволяет проводить анализ данных измерений качества продукции и производить расчеты по заданным моделям в режиме реального времени на основе информации, поступающей с производственного уровня. Возможно создание и индивидуальная настройка графиков проверок продукции по качеству и контроль их выполнения с сохранением результатов таких проверок.
Для контроля качества также используется метод обеспечения качества, базирующийся на непрерывном контроле ключевых параметров процесса производства, сырья и полуфабрикатов, а не только на проверке готовых изделий.
Оптимальное оперативное планирование производства
Одной из главных задач, связанных с обработкой оперативной информации, является оптимальное оперативное планирование работы оборудования в зависимости от различных критериев оптимизации.
Данная задача решается применением модуля HYDRA HLS, которая позволяет автоматически распределить заказы по машинам, группам машин или по рабочим местам. В пределах определенных временных рамок специалист по планированию производственного процесса может установить идеальную последовательность производственных операций в соответствии с заданными критериями и алгоритмами оптимизации, установленными вручную или автоматически. После начала производственного процесса его течение может быть проверено в режиме реального времени.
Формирование планов производства реализуется в табличном или в графическом виде (диаграмма Гантта).
При оптимизации производственного плана выбираются стратегии оптимизации – готовый набор ключевых правил и ограничений, по которым будет пересчитано распределение заказов (максимальный выпуск продукции, максимальное качество, минимальные издержки, минимальное время исполнения заказа и др.). После этого имеется возможность оптимизации по различным критериям и с дополнительными ограничениями (по времени, ресурсам, персоналу и др.).
Рис. 12. Диаграмма Гантта для планирования выполнения заказов.
Таким образом, MES HYDRA обеспечивает полную вертикальную интеграцию между уровнями производства и управления. Она устраняет промежуток между технически-ориентированными системами управления технологическими процессами, парком машин и оборудованием (АСУТП) и более коммерчески-ориентированным миром систем управления предприятием и ресурсами (ERP).
Внедрение системы оперативного планирования и диспетчеризации на базе HYDRA позволяет:
- увеличить прозрачность всех ресурсов в производственной цепочке;
- проводить анализ доступности производственных ресурсов;
- осуществлять более точное планирование срока выполнения заказа;
- осуществлять оптимальное оперативное планирование по различным стратегиям и критериям (время переналадки, минимизация отходов и т.д.);
- уменьшить время простоя оборудования;
- сократить сроки выполнения заказов;
- осуществить оптимальную нагрузку на персонал;
- обеспечить быстрое реагирование на внештатные ситуации.
Эффективное управление производством – задача каждого руководителя. Ориентированная на этот процесс HYDRA учитывает как машины и оборудование, на которых создается готовая продукция, так и все, что связано непосредственно с производством: ресурсы и их планирование, поставки сырья и наличие материалов, количество готовой продукции и ее качество, наличие необходимого инструмента и оснастки, нагрузку на персонал и его доступность и т.д.
Сегодня в мире насчитывается около 800 комплексных инсталляций системы. HYDRA успешно используется, как производственными компаниями средней величины, так и крупными транснациональными корпорациями. Среди пользователей HYDRA такие известные предприятия, как Siemens, Thyssen Krupp, Egger, Bomag, Dunlop, Pirelli, Bosch, Zeiss, Adidas, L’oreal, Unilever, Hero, Knorr, Alcan, Legrand, Coroplast и др.
HYDRA позволяет учитывать скрытый потенциал предприятия, оптимально планировать процесс производства и рационально распределять ресурсы, что приводит к существенным сокращениям затрат, снижению себестоимости готовой продукции и, как результат, к увеличению дохода предприятия.