Теоретические основы информационных систем. MES-системы

Титульный лист

 

Задание к работе

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

 

 

Глава 1. Теоретические основы информационных систем. MES-системы

1.1 Понятие MES-систем

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

Существует несколько формулировок определения MES систем

1. MES - информационная и  коммуникационная система производственной  среды предприятия (определение APICS)

2. MES - автоматизированная  система управления и оптимизации  производственной деятельности, которая  в режиме реального времени [4]:

• инициирует;
• отслеживает;
• оптимизирует;
• документирует

производственные процессы от начала выполнения заказа до выпуска готовой продукции (определение MESA International).

3. MES - интегрированная информационно-вычислительная  система, объединяющая инструменты  и методы управления производством  в реальном времени.

Отличия MES систем от ERP

Чем отличаются MES системы от ERP-систем, и почему они находятся на разных уровнях информационной структуры? ERP-системы ориентированны на планирование выполнения заказов, т.е. отвечают на вопрос: когда и сколько продукции должно быть произведено? MES системы фокусируются на вопросе: как в действительности продукция производится? и оперируют более точной информацией о производственных процессах.

Рисунок 1 - Информационно-управляющая структура производственного предприятия [4]

 

Главное отличие MES от ERP заключается в том, что MES системы, оперируя исключительно производственной информацией, позволяют корректировать либо полностью перерассчитывать производственное расписание в течение рабочей смены столько раз, сколько это необходимо. В ERP системах по причине большого объема административно-хозяйственной и учетно-финансовой информации, которая, непосредственного влияния на производственный процесс не оказывает, перепланирование может осуществляться не чаще одного раза в сутки.

За счет быстрой реакции на происходящие события и применения математических методов компенсации отклонений от производственного расписания, MES системы позволяют оптимизировать производство и сделать его более рентабельным.

MES системы, собирая и обобщая данные, полученные от различных производственных систем и технологических линий (нижний уровень пирамиды), выводят на более высокий уровень организацию всей производственной деятельности, начиная от формирования производственного заказа и до отгрузки готовой продукции на склады.

MES системы реализуют связь в реальном времени производственных процессов с бизнес процессами предприятия и улучшают финансовые показатели предприятия (cash flow), включая повышение отдачи основных фондов, ускорение оборота денежных средств, снижение себестоимости, своевременность поставок, повышение размера прибыли и производительности.

MES системы формируют данные о текущих производственных показателях, включая реальную себестоимость продукции, необходимые для более качественного функционирования ERP систем.

Таким образом, MES - это связующее звено между ориентированными на финансово-хозяйственные операции ERP-системами и оперативной производственной деятельностью предприятия на уровне цеха, участка или производственной линии.

Ядро интеграции предприятия

Рисунок 2 – Интеграция MES-систем [5]

 

Функции, выполняемые MES-системами, могут быть интегрированы с другими системами управления предприятием, такими как Планирование Цепочек Поставок (SCM), Продажи и Управления сервисом (SSM), Планирования Ресурсов Предприятия (ERP), Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП), что обеспечит своевременное и всеобъемлющее наблюдение за критическими производственными процессами.

• Прибавочная стоимость продукции создается в производственных зонах (цехах, участках), поэтому инвестиции в повышение эффективности производственных процессов дают реальную отдачу.
• Достоверная и своевременная информация, необходимая для принятия правильных решений, находится в производственных зонах.
• Оптимизация управления технологическими процессами способна реально изменить финансовые показатели Вашего предприятия.
• Прибыльность и эффективность Вашего предприятия зависит от людей в производственных зонах, возможности которых многократно усиливаются с помощью MES системы.
• При обнаружении критических и нештатных ситуаций в производственных зонах MES системы быстро анализируют информацию и оперативно предлагают корректирующие решения.
• Именно производственные зоны определяют конкурентоспособность Вашего предприятия, возможность его быстрой переналадки на изменение требований со стороны потребителей.

Функции MES-систем

Используя данные уровней планирования и контроля, MES системы управляют текущей производственной деятельностью в соответствии с поступающими заказами, требованиями конструкторской и технологической документации, актуальным состоянием оборудования, преследуя при этом цели максимальной эффективности и минимальной стоимости выполнения производственных процессов.

Международная ассоциация производителей систем управления производством (MESA) определила одиннадцать типовых обобщенных функций MES систем [6]:

• Контроль состояния и распределение ресурсов (RAS) - Управление ресурсами производства: технологическим оборудованием, материалами, персоналом, документацией, инструментами, методиками работ.
• Оперативное/Детальное планирование (ODS) - Расчет производственных расписаний, основанный на приоритетах, атрибутах, характеристиках и способах, связанных со спецификой изделий и технологией производства.
• Диспетчеризация производства (DPU) - Управление потоком изготавливаемых деталей по операциям, заказам, партиям, сериям, посредством рабочих нарядов.
• Управление документами (DOC) - Контроль содержания и прохождения документов, сопровождающих изготовление продукции, ведение плановой и отчетной цеховой документации.
• Сбор и хранение данных (DCA) - Взаимодействие информационных подсистем в целях получения, накопления и передачи технологических и управляющих данных, циркулирующих в производственной среде предприятия.
• Управление персоналом (LM) - Обеспечение возможности управления персоналом в ежеминутном режиме.
• Управление качеством продукции (QM) - 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.
• Управление производственными процессами (PM) - Мониторинг производственных процессов, автоматическая корректировка либо диалоговая поддержка решений оператора.
• Управление техобслуживанием и ремонтом (MM) - Управление техническим обслуживанием, плановым и оперативным ремонтом оборудования и инструментов для обеспечения их эксплуатационной готовности.
• Отслеживание истории продукта (PTG) - Визуализация информации о месте и времени выполнения работ по каждому изделию. Информация может включать отчеты: об исполнителях, технологических маршрутах, комплектующих, материалах, партионных и серийных номерах, произведенных переделках, текущих условиях производства и т.п.
• Анализ производительности (PA) - Предоставление подробных отчетов о реальных результатах производственных операций. Сравнение плановых и фактических показателей.

1.2 Примеры MES-систем

Рассмотрим краткие характеристики наиболее распространенных MES-систем: PI System, ИУС «Орбита», Plan2 Business Solution, Simatic PCS7, Т-Factory-6.

PI System (Plant Information System) фирмы OSI Software, США - универсальная информационная система сбора, хранения и представления в едином формате данных от различных ПЛК, DSC, SCADA-систем, устройств ручного ввода и пр. PI System поддерживает клиент - серверную архитектуру [6]. Клиентское ПО базируется на ОС Win 9x/NT/2000/XP. Основными компонентами системы являются PI Server - БДРВ с подсистемой обработки данных, PI System имеет свыше 250 интерфейсов для связи с ПЛК, DSC, SCADА-системами. В состав ПО клиентских приложений PI System входят [6]:

• PI DateLink - выводит данные из архива PI System в электронные таблицы MS Excel.
• PI Process Book - построение мнемосхем с параметрами процесса, графиков, диаграмм.
• PI Batch View - просмотр и анализ периодических процессов.
• PI АСЕ - анализ производительности и эффективности процесса в реальном времени.
• PI ACI - создание интерактивных мнемосхем для просмотра любым Web-браузером.
• Sigma Fine - анализ работы измерительных устройств.

Основой обработки и хранения информации данных в РВ являются серверы - MS SQL Server и IndustrialSQL Server.

Система Plan2Business Solution обеспечивает представление технологической информации любому пользователю системы в реальном времени. В семейство Plan2Business Solution входят следующие программные средства [6]:

• Plan2Business Server;
• Plan2NET;
• Plan2Pocket;

Компонент Plan2Business Server, является основой Plan2Business Solution, взаимодействующей со SCADA системами Citect и FIX, базами данных реального времени Oracle и MS SQL Server, используемыми для хранения конфигурационных и технологических данных. Для интеграции с MS Word, Excel, Access, Internet Explorer и др. Используются открытые технологии типа MS ActiveX. В состав Plan2Business Server входят ряд клиентских приложений, настраиваемых в соответствии в требованиями пользователя, в том числе тренды, алармы, данные для встраивания в электронные таблицы.

Кроме того, Plan2Business Server имеет встроенные средства резервирования с возможностью переключения с основного на резервный и средства защиты информации.

Конфигурирование и администрирование Plan2Business Server осуществляется с помощью Plan2Business Server Manager.

Plan2NET на основе Plan2Business Server и используя современные WEB-технологии, способен доставить информацию  пользователю в любой точке  системы. Plan2NET имеет встроенный анализатор тревог для наблюдения за событиями на производстве и их диагностики. Данные выводятся в виде трендов, номограмм, диаграмм или таблиц.

Plan2Pocket предназначен для  доступа к технологической и  оперативной информации с помощью  средств беспроводной связи, основанной  на современных стандартных технологиях.

Simatic PCS7 - интегрированная  система управления процессом  производства фирмы Siemens, Германия.

Отличительные особенности системы [6]:

• Открытая модульная система (используются интерфейсы DDE, ОРС, ODBC, SQL);
• Гибкость и масштабируемость системы;
• Возможность резервирования модулей системы, в том числе ПЛК, сетей, устройств ввода- вывода и системы HMI;
• Соответствие международным стандартам, таким как Ethernet, TCP/IP, ОРС для обмена данными с корпоративным уровнем управления;
• Наличие модульного программного пакета BATCH flexible для автоматизации дискретных рецептурных процессов, сопрягаемого с SAP R/3.

Система обеспечивает горизонтальную и вертикальную интеграцию предприятия - от уровня датчиков до уровня управления предприятием.

Коммуникация в системе Simatic PCS7 основана на стандартах Simatic Net, Industrial Ethernet, Fast Ethernet и PROFIBUS. В качестве ОС используется Win NT. Для настройки системы PCS7 применяется Simatic-менеджер от STEP 7, а в качестве языка программирования по стандарту IEC 61131-3 используется язык SFC. Для разработки интерфейса операторской станции используется графический редактор WinCC.

Система PCS7 оперирует преимущественно с контроллерами Simatic S7-400 с интерфейсом шины PROFIBUS-DP. ПЛК подсоединяется к системной шине через Industrial Ethernet. Для высокоскоростной передачи данных в системах с требованиями безопасности применяется Fast Ethernet (100 Мбит/с) с резервированной кольцевой структурой и физической средой - оптоволокно.

Программное обеспечение Simatic PCS7 включает интерфейс @aGlance и сервер @PCS7@aGlance, обеспечивающий доступ к данным технологического процесса для различных приложений в любое время, в том числе через сети Internet/Intranet.

InfoPlus.21 - информационная система  управления в режиме РВ интегрирована с системой Simatic PCS7.

1.3 Российский разработки MES-систем

Это продукты многолетней работы трех научных центров разработки систем этого класса - из городов Москва (система "ФОБОС", http://www.mesa.ru), Орел (система "YSB.Enterprise.Mes", http://www.orel.ru/jsb) и Уфа (система "PolyPlan", polysoft@ufanet.ru), T-Factory-6 (http://www.adastra.ru/products/overview/MES/).

Несмотря на то, что все три системы предназначены для оперативного управления производством дискретного типа (преимущественно позаказного, мелкосерийного и единичного - заметим, что для массового и серийного производства проще планировать, а потому возможностей ERP часто может хватить) и все реализуют описанные выше возможности, исторически системы ориентируются несколько по-разному.

Так, "ФОБОС" традиционно - на крупные и средние машиностроительные предприятия. "YSB.Enterprise.Mes" выросла из деревообрабатывающей промышленности и ввиду особенностей, изложенных ниже, ориентируется на средние и ниже среднего сектор. Система "PolyPlan" имеет меньший состав функций MES, но позиционируется как система оперативно-календарного планирования для автоматизированных и гибких производств в машиностроении.