MES-cистема Wonderware Factelligence Решаемые задачи и практика внедрения

В статье рассматриваются современные тенденции развития MES-cистем на производствах. Описаны реальные внедрения MES Wonderware Factelligence: на предприятиях «Мясокомбинат Раменский» (Московская обл.) и «Куриное Царство» («Группа Черкизово», г. Липецк)

Компания «Весть», г. Санкт-Петербург 

Место MES в информационной структуре предприятия

Системы класса MES (Manufacturing Execution System, системы оперативного управления производством) завоевывают все большее и большее признание среди информационных систем, внедряемых на промышленных предприятиях. Это обуславливается тем, что MES-системы закрывают информационную брешь между технологическими и бизнес-процессами.

Вы практически не найдете промышленного предприятия, на котором не было бы систем класса АСУ ТП или хотя бы они не были внедрены частично на отдельных участках производства. Эти системы управляют оборудованием, позволяют контролировать его работу, анализировать технологические параметры и т.д. Точно так же практически нет предприятий, которые не использовали бы ту или иную информационную систему для автоматизации своих бизнес-процессов: управление логистикой, складами, расчетами с поставщиками и заказчиками, планирования цепочек поставок.

Эти два типа информационных систем, решая свои очень важные задачи на разных уровнях управления предприятием, слабо взаимодействуют между собой. Отсутствие такого взаимодействия обуславливается тем, что цели, которые достигаются в результате работы этих систем, лежат в разных плоскостях: для АСУ ТП — это контроль технологии, для бизнес-систем (например, ERP) — управление бизнес-процессами предприятия. Таким образом, производство, как таковое, оказывается оторванным от основных информационных потоков, от систем управления бизнесом.

Решения класса MES как раз и связывают воедино системы управления технологическими процессами и бизнес-ориентированные информационные системы, решая при этом несколько важнейших производственных задач.

Задачи, решаемые MES-системами

Прежде чем говорить о проектах внедрения, рассмотрим, какие же задачи решает MES Wonderware Factelligence система.

1_Контроль и управление производственным процессом:

- контроль исполнения производственных заказов; 

- хранение данных об истории изготовления каждой партии произведенной продукции;

- предоставление актуальной информации о незавершенном производстве.

Решение этой задачи позволяет контролировать производственные заказы, выполняемые на производстве, отдельные операции по ним, состояние производственных заданий. В любой момент времени в режиме он-лайн система позволит определить, какая операция, на каком оборудовании выполняется. Причем системой отображается не только технологическая информация (температурные режимы, количество обрабатываемого сырья и т.п.), но и информация, связанная с контролем бизнес-процессов на производстве: обрабатываемые производственные заказы, операции по ним, плановые времена начала/завершения операций и их расхождения с фактом и т.д. Благодаря этому система помогает контролировать и в последствии статистически обрабатывать данные о незавершенном производстве. 

Кроме того, что есть возможность в реальном режиме времени получать необходимые данные, система позволяет сохранять и анализировать историю изготовления партий продукции в привязке к производственным заказам, к технологическим маршрутам, в соответствии с которыми производилась продукция. К каждой партии произведенной продукции привязываются как технологические параметры операции, так и на каком оборудовании операции производились и кем. Эта информация доступна в любое время в удобной форме.

2_Количественный учет на производстве:

- производство продукции и полуфабрикатов;

- потребление материалов;

- учет брака и отходов;

- анализ истории изготовления партий готовой продукции (вхождение партий материалов, компонент и полуфабрикатов в партию готовой продукции).

Возможность вести материальный учет на производстве — одна из важнейших функций MES-системы. Она должна позволять отслеживать материальные потоки в цехах в разрезе партий материалов и полуфабрикатов. На каждой операции в системе ведется учет потребляемых компонент или полуфабрикатов, выхода продуктов и субпродуктов. На рис. 1 приведен пример связки маршрутно-технологической карты и рецептуры изготавливаемого продукта. Благодаря тому, что в систему могут быть занесены нормы выхода по материалам, возможно проводить планфактный анализ коэффициентов выхода. Это имеет большое значение для оценки качества закупаемого сырья. Например, проблема нестандартного сырья широко известна. Благодаря накапливаемой в MES-системе статистике по коэффициентам выхода полуфабрикатов из различных партий сырья можно делать выводы о целесообразности работы с теми или иными поставщиками. Благодаря партионному учету и привязки обрабатываемых партий сырья/полуфабрикатов к конкретному оборудованию или рабочим сменам можно оценивать эффективность их работы по коэффициентам выхода.

Кроме учета выхода полуфабрикатов и субпродуктов на операциях система позволяет вести учет брака и отходов также в привязке к конкретному оборудованию или бригаде, к конкретному производственному заказу, к конкретной партии входящего сырья.

Партионный учет, организуемый в MES-системе, позволяет отслеживать и генеалогию готовой продукции: система показывает, из каких партий сырья и компонент произведена определенная партия готовой продукции. Для того чтобы обеспечить такой партионный учет, необходима разработка и внедрение системы прослеживаемости, которая основана на автоматической идентификации перемещаемых в производстве партий сырья, компонент и полуфабрикатов. Например, это может быть идентификация внутрицеховой тары с помощью штрих-кодов или RFID-меток (технология радиочастотной идентификации). Это обеспечивает автоматический ввод в систему данных о материальных потоках в производстве.

Наряду с количественным учетом в рамках MES-системы ведется и качественный анализ. Качественные параметры полуфабрикатов, готовой продукции также фиксируются и подвергаются статистической обработке. Так как в системе есть информация о технологических параметрах, при которых обрабатывался тот или иной полуфабрикат (например, графики дефростации), можно получать зависимости качественных показателей выпускаемых полуфабрикатов от изменений параметров обработки. Более того, статистически обрабатывая эти данные, MES-система может прогнозировать изменение качественных параметров при отклонении от нормативных параметров обработки. Если брать пример дефростации — это контроль выхода температурного режима за установленные нормативы и прогнозирование изменения качества размороженного сырья вследствие таких отклонений.

3_Управление запасами:

- прием в производство материалов и компонентов;

- отгрузка произведенной продукции на склад готовой продукции;

- материальный учет на внутрицеховых складах.

MES-система контролирует не только внутрицеховые материальные потоки, но и потоки входящего сырья и выходящую из цеха готовую продукцию. При приеме сырья в производство определяется не только его количество и принадлежность к определенной партии, но также оценивается его сортность, целый набор качественных параметров. Эти параметры заносятся с систему как автоматически, так и вручную. 

Точно также контролируется и выпуск из цеха готовой продукции — по количеству и по качественным параметрам. Как при приеме со склада сырья, так и при передаче на склад готовой продукции MES-система может быть интегрирована с системой складского учета. В этом случае данными о партиях сырья и готовой продукции системы будут обмениваться автоматически, что исключит двойной ввод информации.

Задача управления запасами решалась бы не в полной мере, если бы MES не контролировала внутрицеховые склады. Благодаря этой функциональности в любой момент времени система позволяет определять остатки сырья, компонентов, полуфабрикатов и готовой продукции на внутрицеховых складах. Это дает возможность контролировать объем незавершенного производства. При этом может оцениваться количество полуфабрикатов или сырья не только на отдельно организованных складах, но и на каждом экземпляре технологического оборудования. Это важно, например, при необходимости накопления определенного количества произведенного на переделе полуфабриката для передачи его на дальнейшую обработку.

4_Сбор данных о затратах на производство:

- трудозатраты по рабочим сменам, бригадам, сотрудникам;

- учет времени работы оборудования, в том числе анализ простоев и их причин;

- потребленное сырье и материалы.

Как отмечалось выше, одной из функций MES-систем является количественный учет на производстве. Это — одна из составляющих прямых производственных затрат. Кроме того, MES-системы позволяют учитывать и другие составляющие затрат: затраты на работу оборудования и трудозатраты. MES-системы не обладают финансовой информацией непосредственно для расчета производственной себестоимости, однако, они подготавливают количественные данные для этого.

Третья составляющая производственной себестоимости, которую может учитывать MES, — время работы оборудования. Так же как и в случае трудозатрат, время работы конкретного механизма может быть привязано к определенной партии обрабатываемого полуфабриката, производственному заказу или бригаде. В большинстве случаев данные о том, сколько работает или простаивает оборудование, передаются в систему автоматически. 

Говоря об учете времени работы оборудования, необходимо смотреть на функции MES в этом контексте шире. MES позволяет также анализировать информацию и по причинам простоев оборудования. Эта информация обрабатывается в системе, предоставляется в виде графической информации или отчетов и позволяет принимать важные производственные решения, связанные с эффективностью работы и эксплуатации оборудования. Особенно эта функциональность важна там, где процесс с точки зрения технологии относительно прост и полностью автоматизирован. В этом случае эффективность работы оборудования является самым важным фактором, влияющим на производительность труда и на себестоимость продукции. Примером этому могут служить производства, где большая часть технологического процесса — пакетирование или упаковка: упаковка чая, кофе и пр. Важнейшей задачей на таких производствах является обеспечение бесперебойной круглосуточной работы линий, минимизация простоев, что очень сложно осуществлять как без контроля в реальном режиме времени (это может дать и АСУ ТП), так и без анализа причин их возникновения.

Говоря о задаче расчета производственной себестоимости, нельзя не сказать об актуальности получаемых данных. Зачастую расчет производственной себестоимости выпускаемой продукции производится через несколько суток после того, как партия вышла из производства. Благодаря тому, что MES-система собирает данные для этого расчета в реальном режиме времени, они становятся доступны для обработки, как только партия продукции выйдет из цеха. Это позволяет реализовать важнейший для производства механизм управления себестоимостью: появляется возможность мгновенно оценивать ее как в целом, так и отдельные ее составляющие и в случае необходимости вносить коррективы в производственный процесс.

Перечисленные ниже задачи являются следствием задач уже рассмотренных.

- Создание единого информационного пространства как на горизонтальном уровне (на уровне участков производства), так и по вертикали (от АСУ ТП до ERP).

MES позволяет объединить отдельные участки производства, цеха и заводы под единой информационной производственной системой, в которой в едином формате будут описываться и анализироваться технологические и бизнес-процессы предприятия.

С другой стороны, MES организует вертикальные связи между ERP и АСУ ТП для реализации концепции интеграции технологических и бизнес процессов на уровне предприятия в целом. Этим обеспечивается сквозное прохождение информации от датчиков АСУ ТП до финансовых систем предприятия.

- Оперативное представление производственной информации на мнемосхеме.

С помощью этого функционала на мнемосхеме в реальном режиме времени может быть отражена любая  необходимая для контроля производства информация. Это позволяет производственному персоналу моментально оценивать ситуацию в цехах на своем рабочем месте. В отличие от АСУ ТП или SCADA на мнемосхемах MES может отображать данные по обрабатываемым производственным заказам: параметры заказов вплоть до заказчика, под которого делается заказ, номера партий сырья и полуфабрикатов, плановые и фактические времена начала окончания операций и т.п. Благодаря системе идентификации на мнемосхеме в реальном режиме времени можно прослеживать перемещение внутрицеховой тары в производстве с информацией, к какому заказу и партии принадлежит находящийся в ней полуфабрикат.

- Оперативное получение отчетности через web-интерфейс. 

MES может предоставлять данные о ходе производственного процесса в виде отчетов и мнемосхемы в любой точке мира, где возможно подключение к Интернету. Это дает возможность удаленно контролировать производство и быть всегда готовым к принятию верных управленческих решений.

Проекты внедрения

Система Wonderware Factelligence в 2004 году была выбрана компанией «Весть» в качестве MES-решения для продвижения на российском рынке. Система была локализована — интерфейс и документация переведены на русский язык.

И с 2006 года Wonderware Factelligence работает в России. Первым предприятием, где было внедрено это решение, стал комбинат «Продукты питания» (г. Калининград), крупнейший российский производитель замороженных полуфабрикатов, один из лидеров рынка по производству продукции на основе мяса птицы.

Вновь созданное предприятие нуждалось в мощной и гибкой системе управления производством. Перед ней были поставлены следующие задачи:

1_контроль и управление производственным процессом, что подразумевало контроль исполнения производственных заказов, агрегированный сбор данных с производственного оборудования, формирование паспорта на каждую партию произведенной продукции; 

2_количественный партионный учет на производстве произведенной продукции, потребления сырья и компонентов, а также отходов;

3_управление запасами, что включает бизнес-процессы приема в производство сырья и компонентов, отгрузки готовой продукции на склад;

4_сбор данных о затратах на производство (время работы оборудования, количество потребленного сырья и материалов на отдельных операциях); 

5_создание единого информационного пространства на уровне цехов для оперативного получения необходимой информации о производственных процессах, единого документооборота и обмена сообщениями.

Исходя из поставленных задач для реализации проекта была выбрана MES-система Wonderware Factelligence.

Для обеспечения прослеживаемости партий сырья и полуфабрикатов была разработана система идентификации на базе штрих-кодов. Благодаря ей данные о партиях потребляемого сырья и производимых полуфабрикатов автоматически попадают в систему. Обрабатывая эти данные, Wonderware Factelligence отслеживает прохождение партий сырья с начала технологической цепочки до выхода продукции из цеха и дает ответ на один из самых важных вопросов: какие партии сырья вошли в определенную партию готовой продукции.

В рамках проекта была осуществлена интеграция с технологическим оборудованием для получения данных о времени его загрузки, простоях, а также о количестве или весе произведенной продукции. Благодаря встроенным в систему механизмам интеграции на базе OPC эта задача была успешно решена. Там, где невозможно было получать данные с оборудования, используя OPC технологию (например, оборудование не поддерживало ее), специалисты компании «Весть» находили оптимальные инженерные решения для реализации такой интеграции. Данные о количестве выпущенных полуфабрикатов и потребленном сырье собирались и с весового оборудования и таким образом также автоматически попадали в систему.

Система позволяет контролировать температуры в помещениях цехов и технологических установках. Для этого данные о температуре собираются либо непосредственно с технологического оборудования, либо с термодатчиков, размещенных в местах, где контроль был необходим.

Технологические параметры такие, например, как времена обработки или температуры, привязаны к конкретным производственным заданиям, партиям сырья, бригадам рабочих. Это дает возможность не просто собирать и накапливать их, но и проводить их всесторонний анализ, на основании которого можно управлять качеством выпускаемой продукции.

С другой стороны, система Wonderware Factelligence интегрировалась с ERP-системой SAP. Из ERP-системы передается план производства, представляющий собой набор производственных заказов, рецептура и технологические маршруты. Обратно из системы Wonderware Factelligence поступает информация о выполнении запланированных операций, данные о потреблении сырья, выпуске полуфабрикатов и готовой продукции и загрузке оборудования. Это дает возможность работать ERP-системе с актуальными и точными данными.

Внедрение такого решения позволяет предприятию контролировать весь производственный процесс: как технологические параметры (прежде всего температуру в помещениях, времена работы оборудования), так и относящиеся к производственным бизнес-процессам (например, отслеживание состояния производственных заказов). Вся необходимая для эффективного управления производством информация была доступна как в отчетах, так и на мнемосхеме цехов. На мнемосхемах отображалась в реальном режиме времени информация о текущих производственных заданиях (какие задания и на каком оборудовании выполняются, каким производственным заказам принадлежат, требуемое количество, количество уже выпущенного полуфабриката, статусы заданий); показания температур, с выделением точек, у которых показания выходят за допустимые рамки; состояние оборудования технологических линий (например, работает/не работает); информация о сотрудниках, пребывание которых зафиксировано на участке, а также информация о привязке персонала к рабочим центрам.

В настоящее время компания «Весть» ведет два проекта по внедрению MES Wonderware Factelligence: на предприятиях «Мясокомбинат Раменский» (Московская обл.) и «Куриное Царство» («Группа Черкизово», г. Липецк).

Проект на «Мясокомбинате Раменский» находится в стадии завершения. Он уникален тем, что охватывает весь технологический цикл переработки: от забоя скота до упаковки готовой колбасной и деликатесной продукции. Количественный учет сырья и полуфабрикатов в разрезе партий позволит проследить прохождение по технологической цепочке каждой отдельной туши. Данные о материальных потоках в цехах будут заноситься в систему автоматически благодаря разработанной системе идентификации тары и крюков на базе штрих-кода и RFID-технологии. Благодаря функции учета трудозатрат MES Wonderware Factelligence подготовит данные для расчета сдельной зарплаты обвальщиков и жиловщиков. Интеграция с технологическим оборудованием позволит получать данные о его работе автоматически. На рис. 2 приведена схема подсистем сбора производственных данных. В качестве системы управления предприятием используется не ERP-система, а ПО «1С», что тоже делает проект уникальным.

Внедрение на «Курином Царстве» началось недавно. Оно охватывает технологический цикл от поступления живой птицы на комбинат до выпуска готовой продукции. В рамках проекта будет не только внедрена MES Wonderware Factelligence, но и оптимизирована сама система производственного учета. Это позволит предприятию на качественно новом уровне — эффективно и в реальном режиме времени — управлять производством.

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 3(19)_2008

В. Демидов, начальник отдела продаж и маркетинга,

ООО «Весть», г. Санкт-Петербург,

тел.: (812) 702-08-34 

е-mail: marketing@vestco.ru