Постановка задачи интеграции

Основная цель интеграции различных подсистем на предприятии создание единого информационного пространства предприятия для объективной и оперативной оценки текущей ситуации, оперативного принятия оптимальных управленческих решений, ликвидации, наконец, информационных и организационных барьеров между управленческим и технологическим уровнями.

Существующие в настоящее время локальные (автономные) подсистемы, основанные на многообразных программно-технических решений, не охватывают всех функциональных областей управления. Продолжение практики создания автономных подсистем без единой стратегии объединения их в единое информационное пространство приводит к тому, что быстро возрастает количество используемых для обмена данными интерфейсов, в том числе и нестандартизованных, образующих наиболее дорогостоящие и ненадежные узлы информационных потоков.

С точки зрения ориентированного на производство предприятия, выгодность или убыточность бизнеса определяется величиной добавочной стоимости, вносимой в продукт при его производстве. Данные, хранящиеся во внутрицеховых системах, по своей природе уже содержат все закономерности и взаимосвязи, которые можно использовать для оптимизации процесса повышения добавочной стоимости. Доступ к этим данным жизненно необходим всем структурам предприятия, ответственным за эффективное преобразование этой добавочной стоимости в прибыль.

Одной из основных задач, требующих интеграции всех систем предприятия, является необходимость создания, хранения и обеспечения доступа ко всем типовым моделям продукции и технологических процессов (например, рецептам или технологическим картам).

Создание в рамках предприятия единого хранилища сведений о продукции, процессах и прочих производственных данных снижает степень дублирования информации и обеспечивает стандартизацию всей деятельности предприятия. Вследствие чего снижается уровень издержек производства, повышается качество продукции и, как правило, ускоряется оборот капитала. Кроме того, достигнутая стандартизация обеспечивает возможность оперативного внедрения на предприятии всех современных технологических достижений.

Интеграция будет приобретать все большее значение как одно из средств объединения управляющих приложений с цеховыми системами. Она предоставляет верхнему звену управления предприятием возможности по обработке данных в таких задачах, как моделирование и проигрывание производственных процессов, а также выступая в роли средства планирования, контроля и оптимизации внутрицеховых операций

Объединение офисных функций с внутрицеховыми операциями далеко не тривиальная задача, учитывая разнородность используемых систем на нижнем уровне. Офисные функции более ориентированы на обработку документов и исполняются с такими временными интервалами, как часы, дни, недели и даже месяцы, в то время как технологическое управление производством характеризуется большим числом параметров, получаемых от уникальных процессов, оборудования и систем, время реакции которых измеряется миллисекундами. Различие в типах данных и скорости их передачи у различных систем предприятия требует постоянного накопления, обработки и анализа этой информации. Приводит к необходимости создания между офисными приложениями и системами управления технологическими процессами промежуточных накопителей и преобразователей информации.

С другой стороны, на тех предприятиях, где системы автоматизации изначально создавались с учетом особенностей технологии процессов и представляли собой продуманный подход к выбору решений, базовая информационная инфраструктура для интеграции уже создана. И хотя эта база пока не оптимальна и не достаточно полна, для реализации открытого и упрощенного доступа к технологической информации она уже пригодна. В нее входят такие компоненты, как имеющиеся на предприятии сети Ethernet, технологии открытого доступа к информации, стандартные промышленные шины на уровне цеховой автоматики. Это те необходимые стартовые условия, с которых можно начинать горизонтальную и вертикальную интеграцию предприятия.

Причем с ростом уровня интеллекта устройств цеховой автоматики степень сложности задач интеграции будет только возрастать. Накапливаемые такими устройствами объемы данных будут возрастать и одновременно иметь определяющее значение для принятия решений в самых различных задачах: оптимизация процессов, техническое обслуживание, повышение качества и т.д.

Инструмент интеграции, при правильном его использовании, предоставляет возможность доступа управленческого аппарата ко всей оперативной информации о текущей ситуации на заводе в целом и на каждом участке, в каждом подразделении в отдельности. Эту информацию могут получать и обрабатывать все задействованные в процессе управления предприятием, его отдельными подразделениями и участками лица, которые на основе этой информации могут выявить и контролировать все возможные источники повышения эффективности предприятия.

Что же еще, кроме повышения производительности, может дать использование на административном уровне цеховой информации с точки зрения снижения затрат, повышения эффективности производственного процесса и конкурентоспособности выпускаемой продукции?

1. Снижение себестоимости.

За счет постоянного контроля ключевых технологических и производственных параметров, определяющих себестоимость продукции, могут быть обнаружены и устранены, например: источники непроизводственных потерь энергетических и трудовых ресурсов, простои оборудования, перерасход сырья, завышение нормативов трудозатрат и т.п. На каждом предприятии эти источники в принципе известны, но их количественные оценки, которые при их обнаружении легко считаются, могут оказаться настоящим откровением для руководителей и могут с лихвой покрыть создание автоматизированной информационной системы, призванной их ликвидировать.

2. Повышение качества продукции.

Обеспечение текущего контроля качества на всем цикле производства продукции позволит избежать таких ситуаций, когда брак выявляется только на завершающей стадии производства или еще хуже на складе готовой продукции. И чем раньше лица, принимающие решения, будут знать о нарушении качественных показателей, тем меньше будут возможные издержки от потери качества. Кроме того, наличие такого оперативного контроля позволяет в течение длительного времени поддерживать стабильно заданное качество, т.е. обеспечивать регулируемый выпуск однородной продукции.

3. Оперативный переход на новый вид продукции.

Ключевым моментом здесь становится время перенастройки оборудования на другие технологические циклы и режимы. Здесь поможет электронный доступ к базам данных, где хранятся технологические карты и рецепты для каждого вида выпускаемой продукции, а также алгоритмы их адаптации на конкретный тип имеющегося технологического оборудования.

В ряде случаев важно в соответствии с текущей конъюнктурой рынка обеспечить оперативный переход от одного вида продукции к другому.

4. Формирование технологического паспорта изделия

Выполнение требования по предоставлению производителем индивидуального технологического паспорта на поставляемое изделие становится все более актуальным, особенно при экспорте продукции. В этом случае подразумевается, что все циклы, этапы, условия и режимы переработки исходного сырья и материалов до конкретного продукта должны накапливаться и прикладываться при отгрузке именно к данному изделию, а не другому. Для этого наряду с информацией о технологических процессах необходимо в темпе с производством получать данные с автоматизированных систем маркирования, взвешивания, контроля качества, транспортирования, складирования и отгрузки продукции.

5. Предупреждение аварийных ситуаций

Эту задачу можно решить с помощью создания средств диагностики и мониторинга основного технологического оборудования как наиболее подверженного аварийным ситуациям и горизонтальной интеграции этих средств в единую информационную систему предприятия. Экономический эффект от прогнозирования и предупреждения или даже снижения последствий серьезных поломок оборудования и аварий невозможно оценить в деньгах. К сожалению, прямые убытки можно подсчитать только после того, как эта авария произойдет. Вторая составляющая эффекта, достигаемого внедрением диагностических систем, это экономия средств на ремонт и эксплуатацию технологического парка за счет перехода от системы планово-предупредительного ремонта оборудования к обслуживанию по его фактическому состоянию.

Вероятно, самое неожиданное в процессе интеграции то, что на первых этапах приходится иметь дело в основном не с техническими и программными средствами, а с людьми. Это определяется тем, что успех интеграции основывается на точных и всеохватывающих требованиях, которые определяются не формальными расчетами, а обычным и старомодным образом: в процессе контактов с работниками предприятия. Прежде чем начинать процесс интеграции, специалисты всех основных производственных подразделений и участков должны составить специальный перечень требований (рис. 1), состоящий из следующих четырех основных компонентов:

- Описание технологического процесса простое последовательное описание способа выпуска продукции производственными мощностями;

- Описание информационных потоков перечень требуемых сведений и описание пользовательских интерфейсов, необходимых для сбора и предоставления информации.

- Описание функций обслуживания руководство по ремонту и поддержанию оборудования в рабочем состоянии. Кого необходимо уведомить в случае поломки оборудования? Каким образом? Какие ресурсы необходимо иметь в наличии для своевременного проведения ремонта?

- Описание функций оператора описание характера участия технологического персонала в производственном процессе. Для каких систем нужны операторы? Сколько? Какие действия они выполняют?

Рисунок 1 – Перечень требований

После описания, анализа и определения всех этих параметров данный перечень требований превратится в фундамент для реализации последующих этапов процесса интеграции.

Проектировщики будут пользоваться им для разработки технической и рабочей документации и спецификаций оборудования, заводскому начальству он будет нужен как исходный документ для последующих ревизий, контроля изменений и оценки стоимости системы. На его основе могут быть определены легко идентифицируемые задачи моделирования и тестирования. Но самое главное, что он позволит наглядно сформулировать ожидания руководства, поставить четкую цель, определить пути ее достижения и разработать план прохождения этого пути. Работа по плану означает отсутствие неприятных сюрпризов. Хотя на данном этапе не рассматриваются конкретные технические и программные решения, необходимо учитывать, что наступит момент, когда в интеграционные требования надо будет включать и технические вопросы. Непосредственно перед этим руководители предприятия вновь должны свериться со своими целями. Как уже было сказано вначале, мало кто может позволить себе начать все с нуля и заново перестроить свое предприятие. Всем остальным нужен подробный технический план-график (рис. 2). В значительной мере этот план-график, как и перечень требований, определяет цели и сроки выполнения процесса интеграции.

Рисунок 2 – Технический план-график

В целом, существуют всего три основных элемента, жизненно необходимых для органично интегрированной архитектуры предприятия: информационные серверы, сети и средства визуализации. Информационные серверы это те устройства, которые являются концентраторами, объединяющими между собой различные системы предприятия и обеспечивающими тем самым горизонтальную интеграцию. Сети необходимы для вертикальной интеграции, так как именно они обеспечивают распространение информации по всему предприятию. А средства визуализации это тот инструмент, посредством которого операторы, диспетчеры и руководители предприятия и получают представление о том, что происходит на контролируемых и руководимых ими участках.

После выбора информационных компонентов, систем телекоммуникации и средств визуализации начинается последний этап: интеграция в физическом смысле. Развертыванием, тестированием и опытной эксплуатацией займутся инженеры и программисты. По завершении этого этапа и окончании процесса интеграции начинается работа по оптимизации производственных и технологических операций, повышению производительности и улучшению хозяйственных показателей организации.

И хотя абсолютно все элементы процесса интеграции играют важную роль, составление перечня требований и разработка технологического плана, наиболее трудные в формулировании и осуществлении шаги. Поскольку цели интеграции у каждого предприятия не похожи друг на друга, аналогичным образом будут различаться и требования, формулируемые к задачам интеграции. Это делает почти невозможным унификацию и стандартизацию предлагаемых технических решений при практическом создании интегрированной системы АСУП/АСУТП.

Предлагаемый в данном проекте подход направлен на целевое создание комплексной информационной поддержки деятельности ОАО «RONEe`S», соответствующей современному уровню развития информационных технологий.

Типы интеграции

Для интегрирования информации основного технологического и вспомогательного производства необходимо объединение разнородных подсистем в единую систему мониторинга и диспетчеризации технологических и производственных процессов.

Для создания единой информационной системы необходимо решить такие задачи, как:

1. Горизонтальная интеграция – обеспечение информационного взаимодействия между существующими автономными подсистемами технологического уровня. Основными компонентами таких подсистем являются следующие:

- объединенное промышленными шинами контроллерное оборудование, для обеспечения информационного взаимодействия с которым используются драйверы или серверы ввода вывода;

-SCADA-приложения, уже обеспечивающие сбор технологических данных с контроллерного уровня, информационное взаимодействие с которыми можно обеспечить, используя механизмы COM (DCOM), DDE (NetDDE), частнофирменные протоколы, если обмен осуществляется между SCADA-приложениями одного производителя;

- стандартные настольные программы (Excel, CrystalReports, Word); обмен информацией с данными приложениями может осуществляться на базе OLEAutomation-объектов, SQL-запросов, DDE-протокола;

- таблицы баз данных; добавление, удаление, модификация текущих записей в таблицах возможна с помощью языка SQL-запросов (драйверы ODBC, OLE DB).

Данные, которые поступают с технологического уровня, отличаются тем, что быстро изменяются во времени (по сравнению с бизнес-параметрами) и потому объем их, получаемый в единицу времени, огромен. Из этого следует, что подсистема, интегрирующая технологические данные, должна обеспечивать скоростной сбор данных, сжатие данных при сохранении, поддержку каналов обмена по вышеуказанным протоколам. Причём интегрирующие подсистемы должны не только поддерживать обмен с технологическим уровнем, но и обеспечивать передачу технологических данных на уровень ERP-систем. Существенно то, что большинство данных реального времени мало полезно в бизнес-приложениях. Поэтому на бизнес-уровень должны подниматься технологические данные, предварительно обработанные интеграционной подсистемой.

2. Вертикальная интеграция. В общем случае целью вертикальной интеграции является передача технологических данных на уровень бизнес-приложений. В полном объеме на этом уровне решаются следующие задачи:

- обеспечение хранения оперативных данных (данных реального времени) в объеме, оптимальном для конкретного предприятия. Именно эти данные, назовем их realtime-данные, должны стать источником обрабатываемой информации, в том числе востребованной в бизнес-приложениях, системах управления ресурсами предприятия;

- формирование данных, отражающих динамику и последовательность технологического процесса производства продукта от сырья до товара. Называются эти данные продуктовыми или product-данными. Программное обеспечение, ориентированное на решение таких задач, относится к классу MES (Manufacturing Executive Systems), или систем управления производством. В качестве входных данных в MES-системы поступают параметры сырья, выходными параметрами является полная характеристика (например, технологический паспорт) полученного товара(ров);

- формирование данных, отражающих структуру и состояние фондов (активов) предприятия, прежде всего, основных фондов, с помощью которых реализуется технологический процесс. Называются они данными поддержки или maintenance-данными. Программное обеспечение, ориентированное на отслеживание и сопровождение основных фондов производства, относится к классу EAM (Enterprise Assets Management) cистем.

Следует заметить, что realtime-данные часто являются основой формирования количественных значений product- и maintenance-данных.

С технической точки зрения, горизонтальная интеграция предполагает объединение между собой всех автономных систем автоматизации технологических и производственных процессов, а также административных отделений цехового уровня в единую информационную сеть. Что обеспечивает необходимый обмен данными в реальном масштабе времени между всеми подразделениями основного и вспомогательного производства. С производственной точки зрения, это означает учет каждого шага производственного процесса от прибытия сырья, например машины с контейнером с виноградом, до отъезжающего к заказчику грузовика с готовой продукцией ящиками с вином. Что дает горизонтальная интеграция, проще всего понять на примере ее полного отсутствия, т.е. на примере предприятия с не связанными между собой технологическими и производственными процессами.

Предположим, что непрерывные и дискретные процессы рассматриваемого завода виноматериалов охвачены раздельными сетями передачи информации, которые управляются не связанными друг с другом контроллерами (хотя физически они находятся под одной и той же крышей). В этой широко распространенной ситуации левая рука не знает, что творит правая, и обе в результате страдают от последующей несогласованности действий. Например, в случае сравнительно длительной поломки укупорочной машины непрерывный процесс, как правило, продолжает упорно выдавать на-гора готовый продукт, большую часть которого через некоторое время приходится утилизировать, после чего останавливать оба процесса до устранения неисправности.

Горизонтальная интеграция позволяет устранять подобные изолированные действия путем объединения всего производственного цикла в единую согласованно действующую систему. Все устройства автоматики имеют между собой информационную связь и могут регулироваться и настраиваться без особых усилий. Однако это совсем не означает, что в каждый момент времени вся производственная система функционирует с максимальной эффективностью. Это задача вертикальной интеграции.

Вертикальная интеграция базируется на организации потоков информации от нижнего уровня (датчиков и контроллеров технологического оборудования) во внутренние и внешние компьютерные сети предприятия и через них в административные системы управления. Данная задача решается путем объединения промышленных и административных сетей. Основная цель вертикальной интеграции устранение препятствий на пути информационных потоков между уровнями АСУП и АСУТП с целью оперативного обмена данными.

Поскольку производственные мощности часто разобщены и из-за одновременного, как правило, использования разнородных систем, возникают различные промежуточные слои, тормозящие передачу информации. Вертикальная интеграция устраняет эти препятствия, передавая оперативные сведения технологическому и административному персоналу в различных подразделениях предприятия. Это значит, что оператор теперь может сидеть у компьютера, например, в диспетчерской и контролировать с его помощью загрузку тех или иных производственных линий.

Преимущества горизонтальной и вертикальной интеграции очевидны. В первую очередь повышение производительности. Благодаря объединению производственного оборудования и возможности получать любую интересующую информацию в любой момент времени, специалисты гораздо быстрее могут устранять узкие места, препятствующие эффективному производству. Во-вторых, появляется возможность производить больший объем готовой продукции. Если все оборудование работает более эффективно, можно достичь и более высокой производительности всего предприятия.

Непосредственный доступ к оперативной информации представляет собой источник сведений теоретически с неограниченными возможностями. Можно немедленно получить ответы на такие вопросы, как: какие участки предприятия выбились из графика? у какой линии максимальная производительность? Более того, эти сведения можно использовать для улучшения параметров процесса, например: Для обеспечения постоянной работы линии пакетирования необходимо увеличить объем загрузки . Или: Необходимо отрегулировать линии В и С, чтобы они по производительности сравнялись с линией А .

Рисунок 3 – Обобщённая схема интегрированной информационной системы предприятия

Интеграционный уровень отвечает за реализацию таких функций, как:

- поддержка каналов обмена между технологическими подсистемами и ERP-системами;

- определение и хранение на интеграционном уровне технологических данных; в максимальном варианте это регистрация всех технологических данных, что чаще всего и осуществляется, и только после некоторого эксплуатационного периода определяются требуемые данные;

- определение структуры product-данных, описание технологического маршрута продукта, отслеживание карты передела (движения) продукта;

- формирование maintenance-данных.