Эффективность автоматизированных систем управления

     Например, на нефтехимическом предприятии имеется такая последовательность вычислений (сверток) показателей: сначала рассчитывается KPI каждого отделения; по известным показателям всех отделений рассчитывается KPI каждого цеха; по значению показателей для цехов вычисляется значение по производствам. На последнем этапе рассчитывается сводный показатель для всего предприятия.

     Для каждого показателя указываются  целевое значение (идеальное значение данного показателя, к которому должны стремиться производственники), границы зон значений (хорошие значения, средние, плохие) и алгоритм свертки (агрегирования).

     Например, ключевой показатель эффективности  сушильного отделения в категории  «качество» — это влажность выходящего полуфабриката. Для определения  этого KPI используется периодически повторяемый  отбор пробы с последующим лабораторным исследованием образца. Целевое значение — такое значение влажности, которое обеспечит соответствие показателя принятой допустимой верхней границе. Например, согласно технологическому регламенту, значение допустимой влажности находится в интервале 0,85–1,15%, оптимальной — 0,95–1,05%, целью является 1%. При недостаточной сушке полуфабрикат направляется на повторную сушку, а значит, предприятие несет дополнительные затраты. При чрезмерной сушке предприятие тоже понесет дополнительные затраты из-за возросшего расхода топлива на сушку.

      Для построения информационной инфраструктуры предприятия, позволяющей контролировать сбалансированные показатели и при этом отвечающей критериям достоверности, оперативности и полноты, необходимо внедрение инструментов, обеспечивающих контроль всего спектра KPI. К таким инструментам относятся различные автоматизированные информационные системы управления на всех уровнях. Эти системы фактически являются набором инструментов по реализации стратегии бизнеса предприятия, достижения поставленных целей. В части контроля финансово-хозяйственных показателей инструментом выступает ERP-система, в части производственных показателей инструментом является MES-система. 
 Очевидным является то, что все инструменты управления (MES, ERP, АСУТП) должны быть интегрированы между собой и органично входить в единую информационную инфраструктуру управления. При этом между всеми системами должны быть определены четкие функциональные и информационные границы.

     Чтобы процесс производства стал контролируемым и управляемым, нужно, по крайней  мере, решить две задачи. Во-первых, необходимо создать систему "измерения", обеспечивающую объективный и оперативный  контроль текущего состояния технологических и производственных процессов и имеющихся в распоряжении производственных ресурсов. Во-вторых, нужен адекватный инструмент управления производственными процессами и ресурсами.

     Для высокой эффективности управления производством необходимо обеспечить соответствующее качество выбранных  средств измерения и управления, качество производственной информации, адекватность системы управления целевой  функции управления и, конечно, качество управленческих решений. Игнорирование любого из этих факторов неизбежно приведет к потере эффективности управления. Естественно, все это справедливо и для других элементов АСУП, однако, для производственного уровня такой подход особенно актуален. Именно здесь можно получить действительно качественную информацию, необходимую и достаточную для принятия управленческих решений. Показателями качества этой информации являются ее оперативность и объективность.

     Оперативность позволяет:

     - своевременно обнаруживать узкие  и проблемные места производства, обеспечивая тем самым возможность  оперативно влиять на процесс;

     - в реальном времени контролировать  загрузку и техническое состояние производственного оборудования;

     - управлять ключевыми показателями  производства не по нормативным  параметрам, а по их реальному  текущему состоянию.

     Достоверность обеспечивает:

     - оптимизацию производственных процессов  на основе их объективного анализа;

     - поддержку заданных производственных  показателей: производительности, качества продукции, себестоимости;

     - исключение человеческого фактора  при решении учетных задач. 

     Решение всех перечисленных задач наиболее актуально для повышения эффективности  производства, однако, требует ответов  на следующие вопросы:

     - целесообразно ли решать эти  задачи с помощью имеющихся  в ERP-системах средств поддержки  производства и интеграции их  с уровнем АСУТП?

     - может быть, это задача нового  класса продуктов, не таких  дорогих, более "легких" во  внедрении и ориентированных  на решение специализированных задач управления производством?

     - на что лучше ориентироваться  в этом случае: на готовые или  заказные системы?

     - с чего начинать создание системы  управления производством?

     Очевидно, что однозначных ответов здесь  быть не может. Я уверен лишь в том, что при серьезном ("целевом") подходе к созданию действительно интегрированной АСУП промышленного предприятия без решения проблем производства уже не обойтись.

     В большинстве реализованных проектов, связанных с созданием интегрированных систем управления промышленным предприятием (во всяком случае, в России) существует целый пласт функций, не покрываемых ни классом ERP, ни классом АСУТП. На условной модели предприятия (см. приложение 3, рисунок 3.1), можно показать, что ERP-системы не обеспечивают оперативного управления производством, ограничиваясь стратегическим планированием, что предопределяет существование значительного функционального разрыва между уровнем ERP и уровнем АСУТП. А именно в этом "неохваченном" информационными технологиями слое оперативного управления производством находится целый класс жизненно важных для предприятия производственных процессов, создающих прибавочную стоимость продукции, и оказывающих значимое влияние на эффективность предприятия в целом.

     Этот  класс задач не нов и хорошо известен. Средства автоматизации этих процессов разрабатывались, в том  числе и в нашей стране, более 20 лет назад и носили название АСУ производственных процессов (АСУПП).

     В настоящее время эти системы  позиционированы в классе производственных исполнительных систем (MES – Manufacturing Execution Systems), ориентированных на информатизацию задач оперативного планирования и управления производством, оптимизации производственных процессов и производственных ресурсов, контроля и диспетчеризации выполнения планов производства с минимизацией затрат. Как и для ERP-систем, в настоящее время в классе MES-систем происходит этап интенсивной разработки формализованной методологии создания и внедрения данного класса производственных систем.

     На  Западе использование MES-систем считается очевидным, и при решении задач комплексной автоматизации предприятия одновременно ищутся решения для трех взаимосвязанных уровней управления: АСУТП, MES и ERP. В России же подобные системы практически неизвестны и игнорирование их необходимой роли, на мой взгляд, является причиной существенных проблем при создании комплексных систем автоматизации промышленных предприятий.

     Функции, реализуемые в MES-системах, аналогичны методам управления в ERP-системах, но только в других временных масштабах и с другими объектами контроля и управления. MES – это автоматизированная исполнительная система производственного уровня, предоставляющая ряд возможностей, которые дополняют и расширяют функции ERP-систем. Используя фактические технологические данные, MES-системы поддерживают всю производственную деятельность предприятия в режиме реального времени. Быстрый результативный отклик на изменяющиеся условия, в комбинации с ориентацией MES на снижение издержек, помогают эффективно управлять производственными операциями и процессами. Кроме того, MES-системы формируют данные о текущих производственных показателях, необходимые для функционирования ERP-систем. Таким образом, MES-система – это связующее звено между ориентированными на финансово-хозяйственные операции ERP-системами и оперативной производственной деятельностью предприятия на уровне цеха, участка или производственной линии.

     Отсюда  следует, что интегрированную автоматизированную систему управления промышленным предприятием можно представить в виде трех взаимосвязанных уровней управления (см. приложение 3, рисунок 3.2).

     При этом каждый уровень выполняет свою основную управленческую функцию:

     - верхний уровень управления предприятием (административно-хозяйственный) решает стратегические задачи, а соответствующая ERP-система обеспечивает управление ресурсами в масштабе предприятия в целом, включая часть функций поддержки производства (долгосрочное планирование и стратегическое управление в масштабе: годовое, квартальное, месячное);

     - средний уровень управления (производственный) решает задачи оперативного управления процессом производства, а соответствующая автоматизированная система обеспечивает эффективное использование ресурсов (сырья, энергоносителей, производственных средств, персонала), а также оптимальное исполнение плановых заданий (сменное, суточное, декадное, месячное) на уровне участка, цеха, предприятия;

     - низшие уровни технологического управления решают классические задачи управления технологическими процессами.

     Надо  отметить, что при передаче части  функций управления от систем ERP в MES-системы  на производственный уровень (руководству  производства, цеха, производственного участка, технологу, начальнику службы эксплуатации, и т.д.), происходит рациональная сегментация контуров управления предприятием в целом.

     При этом каждый контур управления характеризуется  своим уровнем интенсивности  циркулирующей в нем информации, своим масштабом времени и своим набором функций:

     - контур управления уровня АСУТП (технологический) является самым интенсивным по объему информации и самым жестким по времени реакции, которое может составлять секунды и даже миллисекунды. В верхнем уровне слоя АСУТП - в SCADA-системах происходит накопление и обработка большого числа технологических параметров и создается информационная база исходных данных для MES-уровняю;

     - контур управления уровня MES (оперативно-производственный) опирается на отфильтрованную и обработанную информацию, поступающую как от АСУТП, так и от других служб производства (снабжения, технической поддержки, технологических, планово-производственных и т.д.). Интенсивность информационных потоков здесь существенно ниже и связана с задачами оптимизации заданных производственных показателей (качество продукции, производительность, энергосбережение, себестоимость и т.д.). Типовые времена циклов управления составляют минуты, часы, смены, сутки. Оперативное управление производством в этом контуре управления осуществляется специалистами, которые более детально, чем высший менеджмент, владеют производственной ситуацией (руководители производственных цехов, участков, главные технологи, энергетики, механики и др.). В связи с этим должно повышаться качество и эффективность принимаемых решений в пределах делегированных сверху полномочий;

     - контур управления уровня ERP (стратегический) освобождается в этом случае от решения оперативных задач производства и обеспечивает поддержку бизнес-процессов предприятия в целом. Поток информации от производственного блока становится минимальным и включает в себя агрегированную управляющую и отчетную информацию по стандартам ERP с типовыми временами контроля (декада, месяц, квартал), а также "alarm" сигналы, требующие немедленного вмешательства высшего менеджмента предприятия.

     Очевидно, что при комплексной автоматизации  практически любого предприятия  есть потребности в покрытии того или иного набора MES-функций средствами автоматизации. Какими продуктами это  реализуется – вопрос другой, здесь возможны разные варианты. В некоторых случаях могут применяться интегрированные MES-системы, иногда эти функции могут быть реализованы в рамках той или иной функциональности ERP, возможно использование автономных продуктов, реализующих ту или иную MES-функцию. Возможно также и сочетание этих вариантов. Конкретный набор MES-продуктов для данного предприятия, с учетом его специфики и возможностей, обычно предлагают фирмы по MES-консалтингу и системные интеграторы в рамках предлагаемого MES-проекта. Пример технической реализации MES-проекта приведен в приложении 3 на рисунке 3.3.

     Заметим, что автоматизация всех уровней  управления сразу и везде не является обязательной – возможна поэтапная автоматизация предприятия, а в некоторых случаях можно ограничится управлением на уровне MES-системы, дополнив ее учетными средствами автоматизации административно-хозяйственной деятельности предприятия.

     В заключение отметим, что усиление в  последнее время внимания к MES-системам и к классу MES-продуктов не просто дань моде, а насущная потребность  и дополнительная возможность повышения  эффективности и рентабельности промышленных предприятий. Доказательствами этого утверждения служат следующие обстоятельства:

     1. Классификация MES-функций определяет  их четкую ориентацию на достижение  заданных реальных целей повышения  эффективности производства с учетом организационной структуры промышленного предприятия. Широкий набор этих функций и наличие на рынке достаточного ассортимента систем и отдельных продуктов, реализующих эти функции для различных отраслей промышленности, позволяет создавать интегрированные системы, учитывающие конкретный тип, уровень и объем производства данного предприятия.

     2. MES-системы, как правило, уже  интегрированы с источниками  физических данных уровня АСУТП – программируемыми логическими контроллерами (ПЛК), SCADA-системами и базами данных реального времени, с одной стороны, и ERP-системами с другой стороны, что обеспечивает "бесшовную" интеграцию всех уровней управленческой и информационной вертикалей предприятия.