Современные реалии таковы, что предприятия вне зависимости от вида деятельности все чаще сталкиваются с необходимостью автоматизации. Большие массивы не всегда структурированных данных, требуемые для анализа и принятия решений, в настоящий момент вручную обрабатывать практически невозможно. Именно поэтому на устах использование таких систем автоматизации, как BI (Business Intelligence), ERP (Enterprise Resource Planning), MES (Manufacturing Execution System) и АСУ ТП (Автоматизированные Системы Управления Технологическими Процессами) . Совместное применение подобных систем позволяет выстроить жесткую вертикаль управления деятельностью предприятия, начиная от автоматического сбора информации и закачивая получением сводных аналитических отчетов.
Использование данных систем обеспечивает управление информацией в масштабах всего предприятия. В классической теории управления выделяют три уровня управления: стратегический, тактический и оперативный (рис.1). Следуя названиям уровней, становится очевидным, что каждый из них предназначен для решения различных видов задач, отличающихся в первую очередь частотой обработки данных. Важно подчеркнуть, что применение средств автоматизации ведется по канонам указанных уровней.
Проведя анализ литературных источников, посвященных системам автоматизации, хочется упомянуть монографию Лодона Дж. и Лодона К., содержащую описание OLAP-систем (OnLine Analytical Processing) , работу О’Лири Д., посвященную ERP-систем , а также книги Андреева Е., Куцевича И. и Синенко О. по MES и SCADA-системам (Supervisory Control and Data Acquisition) . К сожалению, указанные источники содержат лишь детальное описание систем автоматизации, но вопрос их интеграции не рассматривается. В ряде статей приводится детальный анализ различия систем автоматизации , а также обзор технических задач, возникающих при реализации систем автоматизации [10]. Однако и этого недостаточно для того, чтобы четко сформулировать проблемные области, с которым необходимо считаться при интеграции подобных систем. Цель данной работы состоит в анализе задач, возникающих при интеграции систем автоматизации для построения единой системы управления, обеспечивающей эффективную обработку информации в рамках предприятия.
1. 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, системы вида BI и ERP определяют стратегический уровень управления, MES-системы задают тактический уровень, а АСУ ТП – оперативный. Подобное определение уровней автоматизации деятельности предприятия встречается в большинстве работ . Анализ проблем, возникающих при интеграции подобных систем, потребует детального описания каждого уровня. Начнем с нижестоящего.
Уровень АСУ ТП или SCADA представляет собой комплекс технических и программных средств, предназначенный для автоматизации управления технологическим оборудованием на промышленных предприятиях. Выделяют управляющие, информационные и вспомогательные функции АСУ ТП, позволяющие регулировать отдельные технологические переменные процессов, вести программное управление группой оборудования, технологическими режимами или отдельными участками процессов, а также контролировать и измерять технологические параметры процессов . Пример графического пользовательского интерфейса SCADA-системы дан на рис.3.
MES-уровень задает автоматизированную систему управления производственной деятельностью предприятия, позволяющую в режиме реального времени планировать, оптимизировать, контролировать и документировать производственные процессы от формирования заказа до выпуска готовой продукции [13]. Выделяют такие функции MES-систем, как контроль состояния и распределения ресурсов, оперативное/детальное планирование, диспетчеризация производства, управление качеством продукции, производственными процессами, техобслуживанием и ремонтом оборудования, а также анализ производительности . Рис.4 демонстрирует пример пользовательского интерфейса MES-системы.
Уровень ERP-систем позволяет реализовать стратегию интеграции логистических (закупки, производство, сбыт), финансовых (дебиторы, кредиторы, банки) и кадровых функций компании, ориентированную на оптимизацию ресурсов предприятия посредством специализированного программного обеспечения [. ERP-системы в большинстве своем ведут обработку транзакционных данных и относятся к классу систем OLTP (OnLine Transactional Processing). Аналитическая обработка транзакционных данных, собранных средствами ERP-систем, ведется на уровне OLAP (OnLine Analytical Processing), с использованием автоматизированных BI-систем (Business Intelligence) . Примеры OLTP и OLAP-систем продемонстрированы на рис.5, 6 соответственно.
Совместное использование указанных уровней автоматизации формирует единую информационную среду предприятия (табл.1). Так, уровень АСУ ТП, заданный программируемыми логическими контроллерами, SCADA-системами и базами данных, позволяет вести сбор и обработку технологических данных в режиме реального времени. Обработанная информация передается на уровень MES-систем и используется для оперативного управления производством с учетом взаимозаменяемости и переналадок оборудования. Оперативный план производства данного уровня соотносится с результатами работы ERP-систем по стратегическому планированию и управлению административно-хозяйственными операциями компании. Сводная аналитическая отчетность, полученная на основе транзакционных данных ERP-уровня, определят финальный шаг автоматизации средствами BI-систем.
2. Проблемные области автоматизации предприятия
Описанный процесс взаимодействия уровней интеграции предприятия позволяет сформулировать задачи, решение которых необходимо для построения единой информационной среды. Если рассмотреть работу интегрированной среды ERP, MES и АСУ ТП сверху-вниз, то ERP-системы формируют календарный план производства на основе стандарта MRPII (Material Requirement Planning). Созданный план, переданный на уровень MES, служит основой для формирования и последующей оптимизации производственного расписания. Производственное расписание определяет технологические процессы, проводимые и контролируемые на АСУ ТП уровне. Следует отметить, возможны различные сценарии интеграции систем, включая полное ее отсутствие. В последнем случае каждая система будет работать независимо: так, ERP-система будет использоваться для объемного планирования и фиксации результатов производства, MES – объемного/детального планирования и управления производством, а АСУ ТП – все того же процесса мониторинга.
Вышесказанное свидетельствует о необходимости четкого разграничения функциональности систем в случае их интеграции. Например, процесс формирования объемного плана производства может выполняться как средствами ERP, так и MES-систем. Причем и в том, и в другом случае есть свои преимущества и недостатки. Так, MES-системы предлагают более совершенные, ориентированные на реальное положение дел алгоритмы создания производственного расписания, в то время как ERP используют в качестве базиса MRPII-стандарт тридцатипятилетней давности. Однако в первом случае требуется большее количество настроек и доработок систем для достижения соответствия ERP и MES-данных по сравнению со вторым [15]. Схожее сравнение можно привести для процессов контроля качества продукции, ремонта оборудования и управления документами, возможность реализации которых существует в обоих видах систем (рис.7).
Определив функциональное назначение каждой из систем, решаются задачи по синхронизации используемых данных. Формирование и становление систем автоматизации происходило постепенно, поэтому каждая система имеет такую архитектуру, которая позволяет и взаимодействовать с внешними информационными системами, и, наоборот, работать в закрытом от обмена информацией режиме. В любом случае основные и переменные данные систем ведутся на каждом уровне интеграции. Проблема заключается в том, что построение единой системы управления требует синхронизации данных каждого уровня автоматизации. Или, попросту говоря, данные в разных системах должны быть одинаковыми. В производственных процессах, основными и переменными данными, подлежащими синхронизации, являются номенклатурные позиции, спецификации, технологические карты и прочие объекты, представленные на рис.8. Интеграция данных затрагивает вопросы сопоставления бизнес-объектов, их признаков и размерностей, кроме того, определяется частота и порядок обновления данных.
По большому счету, все множество проблем интеграции ERP и MES систем связано с вопросом разграничения функциональности. Задав функциональное назначение систем, необходимо обеспечить их интеграцию: выбрать технологию интеграции, задать мастер-систему ведения данных, определить объекты миграции и правила их сопоставления.
3. Практические способы разрешения проблем интеграции
Ранее было показано, что существует несколько возможных вариантов разграничения производственной функциональности в ERP и MES системах. В системах ERP отсутствует возможность управления производственными процессами, данные функции присущи исключительно MES, в то время как в ERP существует лишь возможность фиксации полученных результатов производства (табл.1). Поэтому вопрос разграничения функций систем связан исключительно с процедурами формирования плана производства и расписаний, которые можно выполнить как средствами ERP, так и MES-систем. Несмотря на то, что создавать план и расписание производства можно в обоих видах систем чаще всего предпочтение отдается ERP. Звучит немного парадоксально, ведь именно MES-системы обладают расширенными возможностями формирования производственного расписания, однако в большинстве проектов по интеграции наблюдается именно такая картина. Как результат, в ERP-системе на основе данных продаж создается план, а затем и расписание производства. Для обеспечения обмена данных в большинстве ERP и MES-систем реализован стандарт ISA95 (IEC 62264), включающий в себя описание объектов, атрибутов и моделей интеграции. На практике для синхронизации данных систем требуется разработка интерфейсов обмена, а также использование готовых интеграционных сред. Интерфейс выполняет экстракцию и трансформацию данных, в то время как среда – передачу трансформированных данных в систему получателя. Мастер системой по ведению основных данных чаще всего назначается ERP: создание, изменение и удаление данных ведется централизовано в ERP-системе, MES-система только использует эти данные без возможности их изменения. Гармонизация данных позволяет выявить особенности их ведения (тип и размерность, количество символов в дробной части), которые закладываются и реализуются в процедурах трансформации. Обмен и хранение переменных данных ведется по схоже схеме, однако их обработка может инициироваться как из ERP, так и MES-системы. Реализация процессов контроля качества продукции, ремонта оборудования и управления документами ведется преимущественно в ERP-системе. В большинстве проектов системы MES рассматривается и ограничивается функциями, непосредственно связанными с производством. Ранее говорилось, интеграция ERP и MES обеспечивает идентичность данных, представленных на рис.8. Тогда ранее упомянутое производственное расписание представляется бизнес-объектом заказ на производство, который содержит всю необходимую для изготовления продукции информацию, включая даты, статусы и комментарии. Созданные на основе плана производства заказы, передаются из ERP в MES-систему. На определенную дату MES-система может содержать несколько заказов, требующих использование заданного оборудования, именно поэтому на данном уровне существуют механизмы оптимизации загрузки оборудования с учетом различных производственных ситуаций. Типовая модель интеграции систем задается рисунком ниже (рис.9).
Заключение
Совместное применение BI, ERP, MES и АСУ ТП систем позволяет выстраивать единую систему управления предприятием, в которой каждый уровень интеграции выполняет строго заданную функцию: формирование аналитической отчетности, ведение объемно-календарного планирования, расчет оптимального производственного расписания и контроль технологических процессов. Как известно, помимо ERP существуют следующие автоматизированные системы предприятия: SRM (Supplier Relationship Management), CRM (Customer Relationship Management), PLM (Product Lifecycle Management) и SCM (Supply Chain Management), обеспечивающие управление взаимоотношениями с поставщиками и клиентами, жизненным циклом продукции и цепочками поставок . SCM-системы успешно решают задачи по управлению всей логистической сетью. Одной из подсистем SCM служит APS (Advanced Planning and Scheduling), отвечающая за оптимизированное производственное планирование. В случае использования APS-систем схема планирования ресурсов предприятия будет включать три уровня: ERP для объемно-календарного планирования, APS для формирования производственного расписания в масштабах всего предприятия, а также MES для создания оперативного плана производства по цехам . Включение APS-систем в контур планирования ресурсов предприятия непременно приводит к проблемным областям, проанализированным выше. Тем не менее, использование систем данного вида представляется перспективным направлением дальнейшей автоматизации работы производственного предприятия.
Источник: https://stepanovd.com/science/article/34-2016-1-erpmes