Upload
others
View
9
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
108
СТА 2/2016www.cta.ru
введение
Современные реалии таковы, что предприятия вне зависи-мости от вида деятельности всё чаще сталкиваются с необхо-димостью автоматизации. Большие массивы не всегда струк-турированных данных, требуемые для анализа и принятия ре-шений, в настоящий момент вручную обрабатывать практиче-ски невозможно. Именно поэтому на устах использование та-ких систем автоматизации, как BI (Business Information), ERP(Enterprise Resource Planning), MES (Manufacturing ExecutionSystem) и АСУ ТП (автоматизированные системы управлениятехнологическими процессами) [1]. Совместное применениеподобных систем позволяет выстроить жёсткую вертикальуправления деятельностью предприятия, начиная от автома-тического сбора информации и заканчивая получением свод-ных аналитических отчётов.
Использование данных систем обеспечивает управление ин-формацией в масштабах всего предприятия. В классическойтеории управления [2] выделяют три уровня управления: стра-тегический, тактический и оперативный (рис. 1). Из названияуровней становится очевидным, что каждый из них предна-значен для решения различных видов задач, отличающихся впервую очередь частотой обработки данных. Важно подчерк-нуть, что применение средств автоматизации ведётся по кано-нам указанных уровней.
Проведя анализ литературных источников, посвящённых си-стемам автоматизации, хочется упомянуть содержащую описа-ние OLAP-систем (OnLine Analytical Processing) моногра-фию [3], работу [4], посвящённую ERP-системам, а также кни-ги по MES и SCADA-системам (Supervisory Control and DataAcquisition) [5, 6]. К сожалению, указанные источники содер-жат лишь детальное описание систем автоматизации, а вопросих интеграции не рассматривается. В ряде статей приводится
детальный анализ различия систем автоматизации [7–9], а так-же обзор технических задач, возникающих при реализации си-стем автоматизации [10]. Однако и этого недостаточно для то-го, чтобы чётко сформулировать проблемные области, с кото-рыми необходимо считаться при интеграции подобных систем.
Цель данной работы состоит в анализе задач, возникающихпри интеграции систем автоматизации для построения еди-ной системы управления, обеспечивающей эффективную об-работку информации в рамках предприятия.
Уровни автоматизации предприятия
Ранее указанные системы автоматизации (BI, ERP, MES,АСУ ТП) и уровни управления (рис. 1) можно соотнести(рис. 2). Следуя данным рис. 2, можно сказать, что системывида BI и ERP определяют стратегический уровень управле-ния, MES-системы задают тактический уровень, а АСУ ТП –оперативный. Подобное определение уровней автоматизациидеятельности предприятия встречается в большинстве работ[7, 10, 11]. Анализ проблем, возникающих при интеграции по-добных систем, потребует детального описания каждого уров-ня. Начнём с нижестоящего.
Уровень АСУ ТП и SCADA представляет собой комплекс тех-нических и программных средств, предназначенный для авто-матизации управления технологическим оборудованием напромышленных предприятиях. Выделяют управляющие, ин-формационные и вспомогательные функции АСУ ТП, позво-ляющие регулировать отдельные технологические переменныепроцессов, вести программное управление группой оборудо-вания, технологическими режимами или отдельными участка-ми процессов, а также контролировать и измерять технологи-ческие параметры процессов [12]. Пример графического поль-зовательского интерфейса SCADA-системы дан на рис. 3.
MES-уровень – это автоматизированная система управле-ния производственной деятельностью предприятия, позво-
ляющая в режиме реального времени планировать, опти-мизировать, контролировать и документировать про-
изводственные процессы от формирования заказа довыпуска готовой продукции [13]. Выделяют такие
функции MES-систем, как контроль состояния ираспределения ресурсов, оперативное/детальное
планирование, диспетчеризация производства,управление качеством продукции, производ-
ственными процессами, техобслуживаниеми ремонтом оборудования, а также анализ
производительности [9]. Рис. 4 демон-стрирует пример пользовательского
интерфейса MES-системы.Уровень ERP-систем позволяетреализовать стратегию интегра-
ции логистических (закупки,производство, сбыт), финан-
В записную книжку инженера
Интеграция ERP и MES-систем:взгляд сверху
Дмитрий Степанов
Стратегический уровень
Тактический уровень
Оперативный уровень
ERP-системы
BI-системы
MES-системы
АСУ ТП
BI системыСтратегический уровень
Тактический уровень
Оперативныйуровень
Рис. 1. Уровни управления Рис. 2. Уровни автоматизации деятельности предприятия
108-111 01_Макет 1 22.03.2016 12:14 Страница 108
109
СТА 2/2016 www.cta.ru
в з А п и С н у ю к н и ж к у и н ж е н е р А
совых (дебиторы, кредиторы, банки) и кадровых функций ком-пании, ориентированную на оптимизацию ресурсов пред-приятия посредством специализированного программногообеспечения [14]. ERP-системы в большинстве своём ведут об-работку транзакционных данных и относятся к классу системOLTP (OnLine Transactional Processing). Аналитическая обра-ботка транзакционных данных, собранных средствами ERP-систем, ведётся на уровне OLAP (OnLine Analytical Processing)с использованием автоматизированных BI-систем (BusinessInformation) [3]. Пример OLTP-системыпродемонстрирован на рис. 5.
Совместное использование указанныхуровней автоматизации формирует единуюинформационную среду предприятия(табл. 1). Так, уровень АСУ ТП, ограничен-ный программируемыми логическимиконтроллерами, SCADA-системами и ба-зами данных, позволяет вести сбор и обра-ботку технологических данных в режимереального времени. Обработанная инфор-мация передаётся на уровень MES-системи используется для оперативного управле-ния производством с учётом взаимозаме-няемости и переналадок оборудования.Оперативный план производства данногоуровня соотносится с результатами работыERP-систем по стратегическому планиро-ванию и управлению административно-хо-зяйственными операциями компании.Сводная аналитическая отчётность, полу-ченная на основе транзакционных данныхERP-уровня, определяет финальный шагавтоматизации средствами BI-систем.
проблемные области
интеграции
Описанный процесс взаимодействияуровней интеграции предприятия позво-ляет сформулировать задачи, решение ко-торых необходимо для построения единойинформационной среды. Если рассмотретьработу интегрированной среды ERP, MESи АСУ ТП сверху вниз, то ERP-системыформируют календарный план производ-ства на основе стандарта MRPII (MaterialRequirement Planning). Созданный план,переданный на уровень MES, служит осно-вой для формирования и последующей оп-тимизации производственного расписания.Производственное расписание определяеттехнологические процессы, проводимые иконтролируемые на уровне АСУ ТП. Сле-дует отметить, что возможны различныесценарии объединения систем, включаяполное отсутствие интеграции. В послед-нем случае каждая система будет работатьнезависимо: так, ERP-система будет ис-пользоваться для объёмного планированияи фиксации результатов производства,MES – для объёмного/детального плани-рования и управления производством, аАСУ ТП – для процесса мониторинга.
Сказанное свидетельствует о необходимости чёткого разгра-ничения функциональности систем в случае их интеграции.Например, процесс формирования объёмного плана про-изводства может выполняться как средствами ERP, так и MES-систем, причём и в том и в другом случае есть свои преимуще-ства и недостатки. Так, MES-системы предлагают более совер-шенные, ориентированные на реальное положение дел алго-ритмы создания производственного расписания, в то время какERP используют в качестве базиса MRPII-стандарт тридцати-
Рис. 5. Пользовательский интерфейс ERP-системы SAP ECC
Рис. 3. Графический пользовательский интерфейс АСУ ТП на базе ICONICS GENESIS32
Рис. 4. Графический пользовательский интерфейс MES-компонента SIMATIC IT
Preactor Advanced Planning & Scheduling
© Вс
е пр
ава
на ф
ото
прин
адле
жат
«Си
мен
с АГ
»
108-111 01_Макет 1 22.03.2016 12:14 Страница 109
110
СТА 2/2016www.cta.ru
пятилетней давности. Однако в первом случае требуется боль-шее количество настроек и доработок систем для достижениясоответствия ERP и MES-данных по сравнению со вторым [15].Схожее сравнение можно привести для процессов контроля ка-чества продукции, ремонта оборудования и управления доку-ментами, возможность реализации которых существует в обо-их видах систем (рис. 6).
После определения функционального назначения каждой изсистем решаются задачи по синхронизации используемых дан-ных. Формирование и становление систем автоматизации про-исходило постепенно, поэтому каждая система имеет такую ар-хитектуру, которая позволяет и взаимодействовать с внешнимиинформационными системами, и, наоборот, работать в закры-том от обмена информацией режиме. В любом случае посто-янные и переменные данные систем обрабатываются на каж-дом уровне интеграции. Проблема заключается в том, что по-строение единой системы управления требует синхронизацииданных каждого уровня автоматизации, или, попросту говоря,данные в разных системах должны быть одинаковыми. В про-изводственных процессах данными, подлежащими синхрони-зации, являются номенклатурные позиции, спецификации,технологические карты и прочие объекты, представленныена рис. 7. Интеграция данных затрагивает вопросы сопоставле-ния бизнес-объектов, их признаков и размерностей, кроме то-го, определяется частота и порядок обновления информации.
По большому счёту, всё множество проблем интеграцииERP и MES-систем связано с вопросом разграничения функ-циональности. Задав функциональное назначение систем, не-обходимо обеспечить их объединение: выбрать технологиюинтеграции, задать мастер-систему ведения данных, опреде-лить объекты миграции и правила их сопоставления.
практические способы разрешения
проблем интеграции
Ранее было показано, что существует несколько возможныхвариантов разграничения производственной функционально-сти в ERP и MES-системах. В системах ERP отсутствует воз-можность управления производственными процессами, дан-ные функции присущи исключительно MES, в то время как вERP существует лишь возможность фиксации полученных ре-зультатов производства (табл. 1). Поэтому вопрос разграниче-ния функций систем связан исключительно с процедурамиформирования плана производства и расписаний, которыеможно выполнить как средствами ERP, так и MES-систем. Не-смотря на то что создавать план и расписание производстваможно в обоих видах систем, чаще всего предпочтение от-даётся ERP. Звучит немного парадоксально, ведь именноMES-системы обладают расширенными возможностями фор-мирования производственного расписания, однако в боль-шинстве проектов по интеграции наблюдается именно такаякартина. Как результат, в ERP-системе на основе данных про-даж создаётся план, а затем и расписание производства.
Для обеспечения обмена данными в большинстве ERP иMES-систем реализован стандарт ISA-95 (IEC 62264), вклю-чающий в себя описание объектов, атрибутов и моделей ин-теграции [16]. На практике для синхронизации данных системтребуется разработка интерфейсов обмена, а также использо-вание готовых интеграционных сред. Интерфейс выполняетэкстракцию и трансформацию данных, в то время как среда –передачу обработанных данных в систему получателя. Мастер-системой по ведению основных данных чаще всего назначает-ся ERP: создание, изменение и удаление данных ведётся цент-рализованно в ERP-системе, MES-система только используетэти данные без возможности их изменения. Гармонизация дан-ных позволяет выявить особенности их ведения (тип и размер-ность, количество символов в дробной части), которые закла-дываются и реализуются в процедурах трансформации.
Обмен и хранение переменных данных ведётся по схожей схе-ме, однако их обработка может инициироваться как из ERP, таки из MES-системы. Реализация процессов контроля качествапродукции, ремонта оборудования и управления документамиосуществляется преимущественно в ERP-системе. В большин-стве проектов MES ограничивается функциями, непосред-ственно связанными с производством. Ранее говорилось, чтоинтеграция ERP и MES обеспечивает идентичность данных,представленных на рис. 7. Тогда упомянутое производственноерасписание представляется бизнес-объектом – заказом на про-изводство, который содержит всю необходимую для изготовле-ния продукции информацию, включая даты, статусы и ком-ментарии. Созданные на основе плана производства заказы пе-редаются из ERP в MES-систему. На определённую дату MES-система может содержать несколько заказов, требующих ис-пользования заданного оборудования, именно поэтому на дан-ном уровне существуют механизмы оптимизации загрузки обо-рудования с учётом различных производственных ситуаций. Ти-повая модель интеграции систем представлена на рис. 8.
в з А п и С н у ю к н и ж к у и н ж е н е р А
Таблица 1Характеристики систем автоматизации
Рис. 6. Функциональные возможности ERP и MES-систем
ERP-система
MES-система
Управлениезакупками
Управлениесбытом
Управлениезапасами
Управлениефинансами
Контроллинг
Детальноепланирование
Управлениетехобслуживанием
Управлениекачествомпродукции
Управлениедокументами
Управлениеперсоналом
Контроль состоянияи распределения
ресурсов
Диспетчеризацияпроизводства
Сбор и хранениеданных
Управлениепроизводственными
процессами
Анализпроизводительности
Системаавтоматизации
Горизонтпланирования
Частотаобработки Автоматизируемые процессы Особенности планирования
BI (OLAP) – Ежедневно Получение аналитической отчётности –
ERP (OLTP)Квартал,месяц, неделя
Ежедневное/еженедельноепланирование
Административно-хозяйственныепроцессы
Стратегическое планирование, включая объёмное планирование производствас возможностью фиксации выходных результатов
MESНеделя,смена, час
Планирование в режимереального времени Производственные процессы Оперативное планирование производства с учётом
различных производственных ситуаций
АСУ ТП (SCADA) – Режим работыв реальном времени
Процесс обработки технологическойинформации –
108-111 01_Макет 1 22.03.2016 12:14 Страница 110
заключение
Совместное применение BI, ERP, MES и АСУ ТП позволяетвыстраивать единую систему управления предприятием, в ко-торой каждый уровень интеграции выполняет строго заданнуюфункцию: формирование аналитической отчётности, ведениеобъёмно-календарного планирования, расчёт оптимальногопроизводственного расписания и контроль технологическихпроцессов. Помимо ERP существуют и другие автоматизиро-ванные системы предприятия: SRM (Supplier Relationship Man-agement), CRM (Customer Relationship Management), PLM(Product Lifecycle Management) и SCM (Supply Chain Manage -ment), обеспечивающие управление взаимоотношениями с по-ставщиками и клиентами, а также жизненным циклом продук-ции и цепочками поставок [17].
SCM-системы успешно решают задачи по управлению всейлогистической сетью. Одной из подсистем SCM служит APS(Advanced Planning and Scheduling), отвечающая за оптимизи-рованное производственное планирование. В случае исполь-зования APS-систем схема планирования ресурсов предприя-тия будет включать три уровня: ERP для объёмно-календарно-го планирования, APS для формирования производственногорасписания в масштабах всего предприятия, а также MES длясоздания оперативного плана производства по цехам [18].
Включение APS-систем в контур планирования ресурсов пред-приятия приводит к появлению проблем, которые были про-анализированы ранее. Тем не менее, использование системданного вида представляется перспективным направлениемдальнейшей автоматизации работы производственного пред-приятия. l
литератУра
1. Гвоздева Т.В., Баллод Б.А. Проектирование информационных систем :
учеб. пособие. – Р. н/Д. : Феникс, 2009.
2. Ким Д.П. Теория автоматического управления: линейные системы. –
М. : ФИЗМАТЛИТ, 2003.
3. Лодон Дж., Лодон К. Управление информационными системами : пер.
с англ. Трутнева Д.Р. – СПб. : Питер, 2005.
4. О’Лири Д. ERP системы. Современное планирование и управление
ресурсами предприятия. Выбор, внедрение и эксплуатация : пер. с англ.
Водянова Ю.И. – М. : Вершина, 2004.
5. Андреев Е.Б., Куцевич И.В., Куцевич Н.А. MES-системы: взгляд изнут-
ри. – М. : РТСофт, 2015.
6. Андреев Е.Б., Куцевич Н.А., Синенко О.В. SCADA-системы: взгляд из-
нутри. – М. : РТСофт, 2004.
7. Леньшин В.Н., Куминов В.В. Производственные исполнительные си-
стемы (MES) – путь к эффективному предприятию [Электронный ре-
сурс] // Сайт АСУТП.ру. – Режим доступа : http://asutp.ru/?p=600359.
8. Фролов Е.Б., Загидуллин Р.Р. MES-системы, как они есть или эволюция
систем планирования производства. Часть I [Электронный ресурс] // Сайт
FOBOSMes.ru. – Режим доступа : http://www.fobos-mes.ru/stati/mes-siste-
myi-kak-oni-est-ili-evolyutsiya-sistem-planirovaniya-proizvodstva.-chast-i.html.
9. Фролов Е.Б., Загидуллин Р.Р. MES-системы, как они есть или эволюция
систем планирования производства. Часть II [Электронный ресурс] // Сайт
FOBOSMes.ru. – Режим доступа : http://www.fobos-mes.ru/stati/mes-siste-
myi-kak-oni-est-ili-evolyutsiya-sistem-planirovaniya-proizvodstva.-chast-ii.html.
10. Солдатов С. Интеграция SCADA-систем и систем управления пред-
приятием // Современные технологии автоматизации. – 2016. – № 1.
11. Фролов Е.Б., Загидуллин Р.Р. Оперативно-календарное планирование и
диспетчирование в MES-системах. Часть I [Электронный ресурс] // Сайт
FOBOSMes.ru. – Режим доступа : http://www.fobos-mes.ru/stati/operativno-
kalendarnoe-planirovanie-i-dispetchirovanie-v-mes-sistemah.-chast-i.html.
12. Втюрин В.А. Автоматизированные системы управления технологиче-
скими процессами. Основы АСУТП. – СПб. : ЛТУ, 2006.
13. Нестерова А. MES-системы управления производством. Воспользуйтесь
явными преимуществами [Электронный ресурс] // Сайт АСУТП.ру. –
Режим доступа : http://asutp.ru/?p=600358.
14. Степанов Д.Ю. Анализ, проектирование и разработка корпоративных
информационных систем: аннотация [Электронный ресурс] // Офици-
альный сайт Дмитрия Степанова. – Режим доступа : http://stepanovd.
com/training_erp_1-0ru.html?lang=RU.
15. Лилеев П. Типовые модели интеграции SAP: ERP и MES. Часть 2. Со-
временные подходы к интеграции ERP и MES на металлургических пред-
приятиях // Информационные технологии. – 2005. – № 1.
16. ISA95. Enterprise-Control System Integration [Электронный ресурс] // Ре-
жим доступа : http://isa-95.com/.
17. Степанов Д.Ю. Перспективные направления развития корпоративных
информационных систем на примере программных решений компании
SAP // Аспирант и соискатель. – 2013. – № 6.
18. Фролов Е.Б., Загидуллин Р.Р. Оперативно-календарное планирование
и диспетчирование в MES-системах. Часть II [Электронный ресурс] //
Сайт FOBOSMes.ru. – Режим доступа: http://www.fobos-mes.ru/stati/op-
erativno-kalendarnoe-planirovanie-i-dispetchirovanie-v-mes-sistemah.-
chast-ii.html.
E-mail: [email protected] 111
СТА 2/2016 www.cta.ru
в з А п и С н у ю к н и ж к у и н ж е н е р А
Рис. 7. Объекты синхронизации ERP и MES-систем
Рис. 8. Модель интеграции ERP и MES-систем
– основные данные
– переменные данные
Планпроизводства
Заказ напроизводство
Продукция
Спецификация
Рабочий центр
Технологическаякарта
Продукция
СпецификацияРабочий центр
Продукция
СпецификацияРабочий центр
Технологическаякарта
ERP-система
MES-система
Заказ напроизводство
Заказ напроизводство
Технологическаякарта
Планпроизводства
108-111 01_Макет 1 22.03.2016 12:14 Страница 111