Интегрированная система MES

Где же кончается  оболочка и начинается ядро, обслуживать  которое и призваны MES-системы? В чем же их функциональность и почему ныне она так привлекает руководителей производств? Давайте разберемся.

Не затрагивая вопросы  автоматизации на аппаратном уровне, т.е. на уровне так называемых SCADA систем (управление счетчиками, датчиками  и прочими приборами и оборудованием), MES концентрируют свои усилия на поддержке  плановой и организационной составляющих самого производственного процесса. А именно ключевыми процессами для них являются следующие (более детально о функциях MES Вы можете почитать, к примеру, на http://www.mesa.ru).

1.   На базе внешней потребности в производстве продукции (полученной на основе заказов клиентов, планов продаж и т.д.), а также предыдущих производственных программ с учетом многообразных нюансов и специфики производства на конкретном предприятии, о которых речь пойдет ниже, автоматически формируется детальное оптимизированное производственное расписание работ, операций для станков, оборудования, персонала. Разумеется, с автоформированием всей необходимой для осуществления работ документацией — производственных программ, нарядов, лимитно-заборных карт, таблиц и диаграмм загрузки оборудования и др.

2.   В ходе непосредственной реализации производственных программ осуществляется полное диспетчирование всех операций и их результатов (как положительных, так и отрицательных — брака, задержек и др.), потока изготавливаемых деталей по операциям, заказам, партиям, сериям, работоспособности оборудования и др.

3.   При выявлении отклонений от запланированных программ в силу объективно сложившейся ситуации на производстве, при появлении новой внешней потребности (заказов и др.) производится оперативное перепланирование с коррекцией всех составляющих.

Отметим, что сегодня  в странах Запада в MES вкладываются немалые деньги: по данным аналитической  компании Frost & Sullivan мировой рынок MES достиг $1,2 миллиарда в 2003 году и вырастет к 2010 году до $2,51 миллиардов. Западный хозяин хорошо знает, где именно создается прибавочная стоимость и образуются основные издержки на его предприятии, см. популярную карикатуру из Wall Street Journal:

Подпись под рисунком: Председатель правления: «Наконец-то мы нашли источник повышения производительности труда — это Фрэд, он работает в цехе»

В чем же отличие  от «управления производством», реализованного в некоторых ERP-системах, спросит  читатель. А отличия, как и черт, часто кроются в деталях, принципиальных для правильной работы производства. Во-первых, не все ERP-системы способны осуществлять планирование производства, многие, громко декларируя об управлении, останавливаются исключительно на учетных функциях.

Далее, системы, позиционирующие  себя как удовлетворяющие стандартам MRP, MRPII (управление ресурсами) и включающие функции планирования, делают это  укрупненно, без учета всех необходимых особенностей производства. Так, планирование часто осуществляется на уровне цехов и участков, как правило, в виде объемных планов, так как особенности заложенного способа планирования не позволяют дойти до уровня операций на конкретном оборудовании и конкретных рабочих местах. А ведь каждая единица оборудования может иметь свой собственный график работы, свои особенности по ограничениям загрузки, мощности и т.д., индивидуальные планы ремонтных работ и непредвиденные поломки.

Такое укрупненное  планирование часто приводит к недопустимым на производстве ошибкам — оказывается, что сформированные план не выполним на нижнем уровне из-за перекрытия, наложения  производственных операций по времени  для некоторых станков. А значит, такой план будет неизбежно сорван.

Среди наиболее важных особенностей планирования для многих предприятий необходимо выделить необходимость  учета взаимозаменяемых станков, способных  выполнять одинаковые операции. Отсутствие учета этой специфики в ERP-системах не дает возможности осуществить  распараллеливание критичных операций и в итоге к неоптимальному графику производства.

Кроме того, ERP-системы  не осуществляют должного диспетчирования производственных процессов, довольствуясь лишь фиксацией его выходных результатов.

Стоит ли говорить, что MES системы позволяют корректировать либо полностью пересчитывать производственное расписание и все необходимые  для оперативной работы данные в  течение рабочей смены столько  раз, сколько это необходимо. В  то время как перепланирование в ERP может быть целесообразно не чаще одного раза в сутки. И это не случайно. Дело в том, что формирование детальных  производственных расписаний с учетом всей необходимой специфики и  на требуемом уровне детальности  — сложнейшая вычислительная задача, как по количеству вычислений (разумеется, если предприятие производит не 3 вида продукции на 3-х станках), так  и по сложности вычислительных алгоритмов. Решить ее «на коленке», как и  «на бумажке» — слишком трудоемко (а оптимально решить подчас просто невозможно). А для разработчиков  систем проблему представляет осуществить  этот расчет за обозримое для производства время, ведь если программа зависнет на часы, то зачем она тогда нужна? Не зря разработчики MES-систем, о  которых речь пойдет ниже, вышли  из академической науки и пол жизни посвятили таким разделам математики, как исследование операций и теория расписаний.

В настоящее время  на рынке существует много различных  программных продуктов, которые  декларируют, что они умеют планировать  производство, составлять производственные расписания. Поэтому еще хочется  обратить внимание читателя на один принципиальный момент. При анализе программ крайне желательно поинтересоваться, в соответствии с какими критериями составлено производственное расписание, без этого Вы не сможете  судить, насколько оно Вас удовлетворяет, насколько такой способ планирования подходит Вашему конкретному предприятию. Когда скрываются критерии планирования, а такое, увы, нередко встречается, то это вызывает определенную настороженность. Такие «продавцы», как правило, боятся прямых тестовых сравнений, и стоит  задуматься, а реализованы ли эти  критерии вообще.

Рис. 1. «ФОБОС»: Интерфейс  системы оперативного управления производством. Критерии составления производственных расписаний (в комбинациях — 100 вариантов).

Российские передовики MES-производства

Ниже речь пойдет о трех прогрессивных отечественных  разработках, имеющих полное право  носить гордое имя MES, и их некоторых  внутривидовых отличиях. 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).

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.

В целом, системы  функционально очень близки, а  их разработчики — опытные специалисты  в области управления производством, так что несмотря отличия в  позиционировании, системы могут  быть адаптированы под различные  отраслевые особенности дискретного  или сводимого к дискретному  типу производств.

Некоторое же отличие  систем в следующем. «ФОБОС» осуществляет внутрицеховое планирование и управление, традиционно принимая и отдавая  входные и выходные данные ERP-системе, которая обычно внедрена в машиностроении на крупных заводах. Как правило, это «тяжелые» ERP-продукты, такие  как BAAN и SAP, взаимодействие с которыми осуществляется посредством интеграции, хотя сейчас ведутся работы и по интеграции с «1С-Предприятием». В комплексе с этими системами «ФОБОС» способен покрыть большинство задач крупного предприятия.

Рис. 2. «ФОБОС»: Диаграмма  Гантта загрузки оборудования — типичный MES интерфейс.

Система «YSB.Enterprise», напротив, работая с предприятиями сектора пониже, вынуждена была расширить свои функциональные возможности «вправо и влево» от MES, включив в себя продажи с формированием портфеля заказов, возможности по управлению складским дефицитом (не только производственного происхождения) и даже бухгалтерию с расчетом заработной платы многообразными способами. В настоящее время идут разработки по созданию модуля управления закупками. Конечно, до уровня полноценной ERP функционал системы пока не дорос, тем не менее имеющихся возможностей может быть достаточно для многих российских предприятий. Такая политика позиционирования разработчиками системы выбрана ввиду того, что предприятия среднего и ниже класса, уже «выросшие из штанишек» 1С, пока обделены полноценной производственной автоматизацией — цены на западных и российский софт, включающий хоть сколько-нибудь серьезное производство, не говоря уже об оптимальном его планировании, пока зашкаливают за уровень доступности для большинства компаний, вынужденных значительную часть средств инвестировать в свое развитие.

Рис. 3. «YSB.Enterprise.Mes»: Пример расчета производственного расписания.

Расширенный спектр функций «YSB.Enterprise» по сравнению с традиционными MES дает возможности учета дополнительных данных при управлении производством. Так, включение склада позволяет организовать определение приоритетов при запуске заказов в производство. К примеру, при недостаточной обеспеченности покупными материалами или отсутствии предоплаты за заказ.

Российская MES система  «PolyPlan» тоже ориентирована на машиностроительные производства. Но кроме традиционного класса обслуживающих устройств типа рабочие центры (РЦ), оперативно-календарное планирование «PolyPlan» предполагает формирование расписаний для транспортных систем, осуществляющих перевозку партий деталей между РЦ, складских устройств приема-выдачи партий деталей и бригад наладчиков. Ввиду отсутствия явного контура оперативного диспетчирования стоимость «PolyPlan» несколько ниже, по сравнению с ценами на указанными выше системами.

Рис. 4. «PolyPlan»: Оперативное календарное планирование гибких автоматизированных производств.

Система MES «PolyPlan» легко адаптируется для управления и неавтоматизированным производством. Ориентированная на машиностроение, она может быть также использована и на этапе маркетинга, — программа позволяет на укрупненных данных определить возможность выполнения портфеля заказов по существующим фондам времени технологического оборудования. При оперативном планировании производства возможно получение нескольких допустимых решений расписания. Чем выше глубина поиска, которая задается пользователем, тем больше время счета, но и тем выше точность построения расписания. Точность «однопроходной» оптимизации, часто используемой в таких задачах, отличается от оптимального решения не более чем на 5-7%, но на порядки экономит время счета.

Рассказывает Евгений  Борисович Фролов, главный конструктор  системы «ФОБОС», доктор технических  наук, профессор, заведующий лабораторией Исполнительных производственных систем Института конструкторско-технологической  информатики РАН (ИКТИ РАН): «По существу, если составлять с помощью компьютеров  оптимальные производственные расписания и иметь возможность в случае необходимости оперативно осуществлять их коррекцию, то можно гарантированно повысить скорость исполнения заказов. Опыт показывает, что часто можно  выполнить весь месячный план всего  за 20 дней. Оптимизация материальных потоков позволяет на 10 дней, т.е. на 30% сократить время выпуска изделий! А увеличение скорости прохождения производственных заказов в 1,5 раза позволяет также снизить и объем НЗП приблизительно на 25%».

В связи с такими впечатляющими цифрами надо заметить, что экономическая эффективность  внедрения ERP-систем во многих случаях  туманна и расплывчата, и по этому  поводу не смолкают споры специалистов. Напротив, для MES такая эффективность  рассчитывается довольно точно (даже 10% ускорение производственной деятельности за счет оптимизации, расшивки узких  мест и увеличения пропускной способности  вкупе с уменьшением накладных  затрат при сокращении сроков —  это не шутки), и примеры расчетов убеждают, показывая их быструю окупаемость.

Сахават Юсифов, главный разработчик YSB.Enterprise.Mes: «Нормальная организация и автоматизация управления производством позволяет перенести акценты с плановых и производственных отделов на отдел продаж и рекламаций при работе под заказ — как это и должно быть в любой клиентоориентированной компании. При этом усиливается роль системы сбора информации о ходе производства и систем слежения за состоянием ресурсов, запасов, дефицитов».

Нередко, задумываясь  о проблеме повышении фондоотдачи  основного технологического оборудования, руководители отечественных производств  ориентируются, в основном, на передовой  западный опыт. В России же новое  перспективное направление MES проходит только первые этапы своего становления. А что Восток?

Новые проекты MES в Китае: поднебесная демонстрирует свои успехи не только в космосе… 
 
В настоящее время спрос на наукоемкие разработки для производства опережает предложение в силу быстрого экономического роста китайских предприятий. И, если CAD/CAM системы уже получили широкое распространение даже на небольших предприятиях Китая и интенсивно используются, то системы внутрицехового планирования и диспетчерского контроля уровня MES практически отсутствуют, хотя потребность в них велика. Дело в том, что использование западных систем, позволяющих решать эти задачи, зачастую тормозится их высокой стоимостью, трудностью адаптации к потребностям китайских предприятий, а иногда и неудобством пользовательского интерфейса.

Как известно, правила  формирования и оформления технологических  процессов и инженерной документации в России и Китае в основном совпадают, методы организации производства в обеих странах ориентированы  на контроль за выполнением работ, указанных в рабочих нарядах. При сходной методике создания маршрутных и операционных технологий можно сравнительно просто (в отличие от западных программных продуктов) осуществлять с помощью китайской версии MES системы «ФОБОС» внутрицеховое оперативное планирование, диспетчерский контроль и учет межоперационных заделов.

В качестве примера  успешных внедрений «ФОБОС» в  КНР можно привести Завод по производству гидравлических машин и теплообменного оборудования компании «Шэнжоу» (г. Фушань), Завод по производству крупных штампов «Линшихао» (г. Гуанчжоу), Завод «KONKA» (г. Шенжень) и ряд других предприятий.

Рис. 5. «ФОБОС»: Китайская  версия MES системы.

Как любят говорить китайцы, если коммунизм распространялся  в Китае с севера на юг, то капитализм движется с юга на север. Не случайно, что основная часть MES проектов здесь  выполняется на предприятиях провинции  Гуандун — наиболее интенсивно развивающейся в мире области, расположенной на юге Китая. Поднебесная явно демонстрирует мировому сообществу, что она добивается существенных успехов не только в космосе…