Информационные системы в промышленности — общие понятия, определения, термины

В современном мире мы наблюдаем стремительное развитие информационных технологий, проникающих в различные сферы деятельности. Развитие промышленных предприятий, достижение успехов в бизнесе, связанных с созданием и реализацией продукции и услуг, в наш век невозможны без использования информационных технологий. Далее мы приведем основные понятия и термины, используемые для описания информационных систем в производственных процессах.

24 июня 2013
Источник - LIMS & MES: Сборник статей, 2008

Типы производственных процессов

Принято разделение по типу производственных процессов на: дискретное и непрерывное, или процессное.

Непрерывное производство (Process-Costing) / процессное - это совокупность непрерывных технологических процессов, организованных в виде производственной линии, участка, цеха или предприятия в целом; диктуется характером технологии. К ним относятся предприятия пищевой, химической, фармацевтической, целлюлозно-бумажной, металлургической промышленности, энергетика, и др. Непрерывное производство характеризуется тем, что продукция в этом случае воспринимается как единой целое, и не имеет смысла раскладывать его на составные единицы в процессе производства.

Дискретное производство — тип производства, в котором исходный материал (сырье) при переработке в исходный продукт претерпевает более одного передела с прерыванием технологического процесса. К этому типу относится и позаказное (Job-Order-Costing) производство, характеризующееся тем, что предприятие изготавливает различные виды продуктов, которые могут быть выражены в количестве штук или подразделены на более или менее мелкие серии. Каждый продукт или серия продукции может быть выделена по свойственным им признакам. Дискретный тип производства превалирует в машиностроении, приборостроении, легкой промышленности, на предприятиях по выпуску мебели, упаковок.

Причина классификации производственных процессов по признаку позаказное-непрерывное заключается в том, что это предопределяет технику измерения производственных издержек, применяемую предприятием. При позаказном производстве можно измерять количество материала и рабочего времени, затраченных на изготовление отдельного продукта или серии. При непрерывном производстве невозможно измерить затраты на отдельные продукты, и потому расчет направлен на исчисление затрат за период.

Под автоматизацией управления понимается применение программных средств, которые используются для решения задач управления на всех этапах и во всех сферах деятельности компании.

Информационно-управляющая структура производственного предприятия 

MES-пирамида

На рис. приведена информационно-управляющая структура производственного предприятия (по данным MESA International, Manufacturing Enterprise Solutions Association — Международная ассоциация производителей систем управления производством, www.mesa.org). Представленная выше пирамида дает схематическое представление о структуре информационной системы автоматизации промышленного предприятия, разделенной на четыре уровня:

  • на первом уровне находятся АСУТП;
  • на втором уровне MES-системы;
  • на третьем уровне — ERP-системы;
  • на верхнем уровне находятся OLAP-системы.

АСУТП — автоматизированные системы управления технологическими процессами;

MES — (Manufacturing Execution System) — исполнительная система производства, автоматизированная система управления производства, информационно-вычислительная система. Системы такого класса решают задачи синхронизации, координируют, анализируют и оптимизируют выпуск продукции в рамках какого-либо производства в режиме реального времени.

ERP - (Enterprise Resource Planning) — Система планирования ресурсов предприятия. Основное назначение ERP — управление финансовой и хозяйственное деятельностью предприятия. ERP-система работает на самом верхнем уровне в иерархической лестнице систем управления, она затрагивает основные аспекты всех элементов производственной и торговой деятельности предприятия.

OLAP — (On-Line Analytic Processing) — Оперативный многомерный анализ данных. Аналитическая обработка в реальном времени, технология обработки информации, включающая составление и динамическую публикацию отчетов и документов. Используется аналитиками для быстрой обработки сложных запросов к базе данных. Служит для подготовки бизнес-отчетов по продажам, маркетингу, в целях управления, т.н. — data mining — добыча данных (способ анализа информации в базе данных целью отыскивания аномалий и трендов без выявления смыслового значения записей).

Рассматривая данную пирамиду, можно представить себе передачу информации по всем ступеням иерархи системы. Из производственной зоны (АСУТП) информация поступает к MES-системам, проходит стадию обработки, а затем уже обработанная информация поступает к MES-системам, проходит стадию обработки, а затем уже обработанная информация поступает в ERP-системы, и далее — на уровень высшего менеджмента предприятия (OLAP). 

O ERP-системах 

ERP-системы имеют модульное устройство. Существующие в настоящее время ERP-системы можно разделить на два класса:

  • системы, предназначенные для управления бизнесом (то есть процессами, в которые вовлечен продукт, уже прошедший производственную фазу);
  • системы, рассчитанные на управление производством. 

Модель управления предприятием может базироваться на различных концепциях в зависимости от специфики деятельности организации и принятой стратегии: 

EAM (Enterprise Asset Management) — система, предназначенная для управления основными фондами. Когда производственные средства эксплуатируются в течение достаточно продолжительного срока и регулярно подвергаются ремонту, определяющим становится прогнозирование производственной загрузки и амортизации. Оба названных фактора непосредственно влияют на техническое оснащение производства и затраты, необходимые для осуществления технического обслуживания и проведения капитального ремонта;

BSC (Balanced Scorecard) — так называемая сбалансированная система показателей. Позволяет оценивать деятельность подразделений корпорации одновременно в нескольких измерениях;

ABC (Activity Based Costing) - процессно-ориентированные метод распределения накладных издержек. Основой данной технологии является то, что накладные издержки включаются в себестоимость продукции по мере их возникновения, а не локализуются после завершения производства или реализации по видам продуктов. Крайне важным процессом является отслеживание физического переноса накладных издержек, при котором внимание акцентируется на источниках возникновения затрат и их обоснованности;

EVA (Economic Valued Added) - система управления, основанная на определении и учете экономической добавленной стоимости. Ориентирована на сравнение экономического эффекта от вложения средств в тот или иной перспективный проект с отдаче от альтернативных вложений. 

O MES-системах

MES-системы много моложе ERP-систем.

Организация ISA определила стандарты, определяющие структуру MES-приложений и их интеграцию в IT-архитектуру компании, независимо от поставщика MES-системы. Стандарт ISA S95 «Enterprise-Control System Integration» определяет уровни модели, описывающей взаимодействия между ERP, MES и уровнем автоматизации производства. Стандарт поддерживают ведущие поставщики MES-систем. Стандарт ISA S88 «General and Site Recipe Models and Representation» определяет модели для batch (рецептурных) задач в таких отраслях промышленности, как пищевая, фармацевтическая, химическая.

Положения работы MES-систем включают в себя:

  • Активация производственных мощностей.
  • Отслеживание производственных мощностей.
  • Сбор информации, связанной с производством, от:
    • Систем автоматизации производственного процесса,
    • Сенсоров,
    • Персонала,
    • Программных систем.
  • Отслеживание и контроль параметров качества.
  • Обеспечение персонала и оборудования информацией, необходимой для начала процесса производства.
  • Установление связей между персоналом и оборудованием в рамках производства.
  • Установление связей между производством и поставщиками, потребителями, инженерным отделом, отделом продаж и менеджментом.
  • Реагирование на:
    • Требования по номенклатуре производства,
    • Изменение компонентов, сырья и полуфабрикатов, применяемых в процессе производства,
    • Изменение спецификации продуктов,
    • Доступность персонала и производственных мощностей.
  • Гарантирование соответствия применимым юридическим актам, например, нормам Food and Drug Administration (FDA) США. 

Функции MES-систем 

Наряду с приведенным выше определением системы MES приведем следующие: Согласно определению AMR Research — термин MES (Manufacturing Execution System) — это высокоавтоматизированная система контроля производственных процессов и управления ими. По определению APICS (American Production and Inventory Control Society) MES — это информационная и коммуникационная система производственной среды предприятия. 

Международная ассоциация производителей систем управления производством (MESA International) определила 11 типовых обобщенных функций MES-систем: 

1. RAS — (англ. Resource Allocation and Status) — Контроль состояния и распределения ресурсов: управление ресурсами производства, технологическим оборудованием, материалами, персоналом, документацией, инструментами, методиками работ.

2. ODS - (Operations / Detail Scheduling) — Оперативное / Детальное планирование: расчет производственных расписаний, основанный на приоритетах, атрибутах, характеристиках и способах, связанных со спецификой изделий и технологией производства.

3. DPU - (Dispatching Production Units) — Диспетчеризация производства: управление потоком изготавливаемых деталей по операциям, заказам, партиям, сериям, посредством рабочих нарядов.

4. DOC - (Document Control) — Управление документами: контроль содержания и прохождения документов, сопровождающих изготовление продукции, ведение плановой и отчетной цеховой документации.

5. 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.

6. LM - (Labor Management) — Управление персоналом: обеспечение возможности управления персоналом в ежеминутном режиме.

7. QM - (Quality Management) — Управление качеством продукции: анализ данных измерений качества продукции в режиме реального времени на основе информации, поступающей с производственного уровня, обеспечение должного контроля качества, выявление критических точек и проблем, требующих особого внимания.

8. MM - (Maintenance Management )- Управление производственными процессами: мониторинг производственных процессов, автоматическая корректировка либо диалоговая поддержка решений оператора.

9. PM - (Process Management) — Управление техобслуживанием и ремонтом: управление техническим обслуживанием, плановым м оперативным ремонтом оборудования и инструментов для обеспечения их эксплуатационной готовности.

10. PTG - (Product Tracking and Genealogy) - Отслеживание истории продукта: визуализация информации о месте и времени выполнения работ по каждому изделию. Информация может включать отчеты: от исполнителях, технологических маршрутах, комплектующих, материалах, номерах партий и серий, производственных переделках, текущих условиях производства и т.п.

11. PA - (Performance Analysis) — Анализ производительности: предоставление подробных отчетов о реальных результатах производственных операций. Сравнение плановых и фактических показателей.

По состоянию на 2004 год функции, относящиеся к составлению производственных расписаний (ODS), управлению TO и ремонтами (MM), а также цеховому документообороту (DOC), были исключены из базовой модели MESA-11. Разработка новой модели Collaborative Manufacturing Execution System (c-MES) была вызвана тем фактом, что за прошедшее время (с 1994 по 2004 гг.) появились информационные системы, находящиеся на грани MES и ERP, реализующие данный функционал: 

Функции c-MES-систем 

1. RAS (англ. Resource Allocationand Status) — Контроль состояния и распределение ресурсов.

2. DPU (англ. Dispatching Production Units) — Диспетчеризация производства (Координация изготовления продукции).

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

4. LUM (англ. Labor/User Management)- Управление людскими ресурсами.

5. QM (англ. Quality Management) — Управление качеством.

6. PM (англ. Process Management) — Управление процессами производства.

7. PTG (англ. Product Tracking & Genealogy) — Отслеживание и генеалогия продукции.

8. PA (англ. Performance Analysis) — Анализ эффективности. 

SSTD

SSTD — Единая система решения корпоративных задач. 

1. APS — Advanced Planning & Scheduling — Расширенное планирование производственных задач. Решает задачи составления оптимизированных производственных расписаний. Некоторые специалисты не склонны отделять APS от MES, считая, что встроенный в MES APS-модуль является ядром MES-системы.

2. EAM - Enterprise Asset Management — Отвечает за управление ТОиР (Техническое обслуживание и ремонт).

3. Docflow — Система электронного документооборота. 

Отличие MES-систем от ERP-систем, интеграция этих систем 

Как показано выше, MES-системы и ERP-системы находятся на различных уровнях информационной структуры. Это связано со следующим различием в их основных функциях:

  • MES-системы реализует оперативное планирование, т.е.решают вопросы о том, как в заданный срок и в заданном количестве выпускается продукция.
  • ERP-системы реализуют объемное планирование, т.е. решают вопросы о том, когда и сколько продукции должно быть изготовлено.

Следует заметить, что в ERP-системах слишком велик объем информации административного и финансового плана, поэтому перепланирование не может производиться часто, это возможно не чаще одного раза в сутки. Многие ведущие производители ERP-систем уже ввели в свои продукты модули планирования производства, тем не менее, скорость их реакции на изменение требований производства все же мала, и не позволяет оптимизировать планы по большому количеству параметров.

В то же время, MES-системы, в большей степени интегрированные с низшим производственным уровнем и владеющие обширной производственной информацией, позволяют скорректировать или полностью пересчитать план в течение рабочей смены столько раз, сколько это необходимо.

Таким образом, MES-системы позволяют оптимизировать производство и сделать его более рентабельным за счет быстрой реакции на происходящие события, а также применения математических методов компенсации отклонений от плановых заданий.

Именно поэтому MES-системы являются связующим звеном между ориентированными на финансово-хозяйственные операции ERP-системами и оперативной деятельностью предприятия на уровне цеха, участка и т.п.

Тем не менее, провести четкое разграничение областей эффективного использования MES — и ERP-систем достаточно сложно. Большинство экспертов считают, что управление производством опирается на решение четырех задач:

  • формирование объемно-номенклатурного плана;
  • баланс производственных мощностей;
  • составление производственных расписаний;
  • группирование оборудования и детале-сборочных единиц. 

Первые две задачи достаточно эффективно решаются с помощью ERP, а две последние — MES. 

Интеграция между этими системами направлена на установление связей между процессами планирования производства, имеющими место и на уровне предприятия, и на уровне производства. Она также предусматривает возможность передачи детальных производственных планов, сводок и отчетов в существующие на предприятии информационные системы.

MIS — (Management Information System) — Система информационного обеспечения управления. Средства MIS позволяют интегрировать информацию, необходимую для принятия управленческих решений.

SCM — (Supply Chain Management) — Управление цепочками поставок. Технологии SCM автоматизируют весь цикл: «поставщик» — транспорт- производство — хранение — распространение — заказчики», что дает возможность предприятию доставлять необходимый товар в нужное место точно в срок и с минимальными издержками.

CRM — (Customer Relationship Management) — Управление взаимоотношениями с клиентами. Технологии CRM автоматизируют все этапы работы с клиентами: от рекламной кампании и первого контакта с потенциальным заказчиком до послепродажной поддержки и гарантийного обслуживания.

SSM — (Sales & Service Management) — Управление сбытом и обслуживанием.

P/PE — (Product and Process Engineering) — Проектирование производственных процессов и продуктов.

e-business — (электронный бизнес) — Средства электронного бизнеса позволяют взаимодействовать с поставщиками и заказчиками через Интернет. Это особо важно в условиях нашей страны, когда многие участники бизнес-операций географически удалены друг от друга.

SCADA — (Supervisory Control and Data Acquisition) — диспетчерское управление и сбор данных.

Под термином SCADA понимают инструментальную программу для разработки программного обеспечения систем управления технологическими процессами в реальном времени (АСУ ТП) и удаленного сбора данных (телемеханика). Реже термин SCADA-система используют для обозначения программно-аппаратного комплекса сбора данных (телемеханического комплекса).

HMI — (Human Machine Interface) — человеко-машинный интерфейс. Отображение информации на экране монитора в понятной для человека форме.

SCADA-системы позволяют разрабатывать АСУ ТП в клиент-серверной или в распределенной архитектуре (DCS — Distributed Control System — распределенная система управления).

Термин SCADA эволюционировал вместе с развитием технологий автоматизации и управления технологическими процессами. В 80-е годы под SCADA-системами понимали любые программно-аппаратные комплексы сбора данных реального времени. В 90-х годах термин SCADA больше используется для обозначения только программной части АСУ ТП. В некоторых странах синонимом SCADA является HMI, хотя данный термин сужает функциональные возможности SCADA-систем.

В России больше распространены SCADA-системы отечественного производства.

BI - (Business Intelligence) — Бизнес Аналитика — Под этим понятием чаще всего подразумевают программное обеспечение, созданное для помощи менеджеру в анализе информации о своей компании и её окружении. Это ПО, специально разработанное, чтобы помочь понять, что является движущей силой предприятия, и предсказать влияние текущих решений на будущее. BI включает аналитику, сбор информации для принятия решений и аналитические технологии. Современные BI-системы способны обеспечивать поиск в базах данных, используя технологии наподобие нейронных сетей и деревьев решений, с поиском сильных связей и примеров, которые человеку практически невозможно обнаружить, и преподносят их руководству, чтобы они могли выбрать верный курс.

Начать обсуждение


UP-PRO в сетях