Теоретические основы информационных систем. MES-системы

Титульный лист

Задание к работе

ОГЛАВЛЕНИЕ

Глава 1. Теоретические основы информационных систем. MES-системы

1.1 Понятие MES-систем

MES (сокр. от англ. Manufacturing Execution System) — исполнительная система  производства. Системы такого класса  решают задачи синхронизации, координируют, анализируют и оптимизируют выпуск  продукции в рамках какого-либо  производства.

Существует несколько формулировок определения MES систем

1. MES - информационная и  коммуникационная система производственной  среды предприятия (определение APICS)

2. MES - автоматизированная  система управления и оптимизации  производственной деятельности, которая  в режиме реального времени [4]:

• инициирует;
• отслеживает;
• оптимизирует;
• документирует

производственные процессы от начала выполнения заказа до выпуска готовой продукции (определение MESA International).

3. MES - интегрированная информационно-вычислительная  система, объединяющая инструменты  и методы управления производством  в реальном времени.

Отличия MES систем от ERP

Чем отличаются MES системы от ERP-систем, и почему они находятся на разных уровнях информационной структуры? ERP-системы ориентированны на планирование выполнения заказов, т.е. отвечают на вопрос: когда и сколько продукции должно быть произведено? MES системы фокусируются на вопросе: как в действительности продукция производится? и оперируют более точной информацией о производственных процессах.

Рисунок 1 - Информационно-управляющая структура производственного предприятия [4]

Главное отличие MES от ERP заключается в том, что MES системы, оперируя исключительно производственной информацией, позволяют корректировать либо полностью перерассчитывать производственное расписание в течение рабочей смены столько раз, сколько это необходимо. В ERP системах по причине большого объема административно-хозяйственной и учетно-финансовой информации, которая, непосредственного влияния на производственный процесс не оказывает, перепланирование может осуществляться не чаще одного раза в сутки.

За счет быстрой реакции на происходящие события и применения математических методов компенсации отклонений от производственного расписания, MES системы позволяют оптимизировать производство и сделать его более рентабельным.

MES системы, собирая и обобщая данные, полученные от различных производственных систем и технологических линий (нижний уровень пирамиды), выводят на более высокий уровень организацию всей производственной деятельности, начиная от формирования производственного заказа и до отгрузки готовой продукции на склады.

MES системы реализуют связь в реальном времени производственных процессов с бизнес процессами предприятия и улучшают финансовые показатели предприятия (cash flow), включая повышение отдачи основных фондов, ускорение оборота денежных средств, снижение себестоимости, своевременность поставок, повышение размера прибыли и производительности.

MES системы формируют данные о текущих производственных показателях, включая реальную себестоимость продукции, необходимые для более качественного функционирования ERP систем.

Таким образом, MES - это связующее звено между ориентированными на финансово-хозяйственные операции ERP-системами и оперативной производственной деятельностью предприятия на уровне цеха, участка или производственной линии.

Ядро интеграции предприятия

Рисунок 2 – Интеграция MES-систем [5]

Функции, выполняемые MES-системами, могут быть интегрированы с другими системами управления предприятием, такими как Планирование Цепочек Поставок (SCM), Продажи и Управления сервисом (SSM), Планирования Ресурсов Предприятия (ERP), Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП), что обеспечит своевременное и всеобъемлющее наблюдение за критическими производственными процессами.

• Прибавочная стоимость продукции создается в производственных зонах (цехах, участках), поэтому инвестиции в повышение эффективности производственных процессов дают реальную отдачу.
• Достоверная и своевременная информация, необходимая для принятия правильных решений, находится в производственных зонах.
• Оптимизация управления технологическими процессами способна реально изменить финансовые показатели Вашего предприятия.
• Прибыльность и эффективность Вашего предприятия зависит от людей в производственных зонах, возможности которых многократно усиливаются с помощью MES системы.
• При обнаружении критических и нештатных ситуаций в производственных зонах MES системы быстро анализируют информацию и оперативно предлагают корректирующие решения.
• Именно производственные зоны определяют конкурентоспособность Вашего предприятия, возможность его быстрой переналадки на изменение требований со стороны потребителей.

Функции MES-систем

Используя данные уровней планирования и контроля, MES системы управляют текущей производственной деятельностью в соответствии с поступающими заказами, требованиями конструкторской и технологической документации, актуальным состоянием оборудования, преследуя при этом цели максимальной эффективности и минимальной стоимости выполнения производственных процессов.

Международная ассоциация производителей систем управления производством (MESA) определила одиннадцать типовых обобщенных функций MES систем [6]:

• Контроль состояния и распределение ресурсов (RAS) - Управление ресурсами производства: технологическим оборудованием, материалами, персоналом, документацией, инструментами, методиками работ.
• Оперативное/Детальное планирование (ODS) - Расчет производственных расписаний, основанный на приоритетах, атрибутах, характеристиках и способах, связанных со спецификой изделий и технологией производства.
• Диспетчеризация производства (DPU) - Управление потоком изготавливаемых деталей по операциям, заказам, партиям, сериям, посредством рабочих нарядов.
• Управление документами (DOC) - Контроль содержания и прохождения документов, сопровождающих изготовление продукции, ведение плановой и отчетной цеховой документации.
• Сбор и хранение данных (DCA) - Взаимодействие информационных подсистем в целях получения, накопления и передачи технологических и управляющих данных, циркулирующих в производственной среде предприятия.
• Управление персоналом (LM) - Обеспечение возможности управления персоналом в ежеминутном режиме.
• Управление качеством продукции (QM) - Анализ данных измерений качества продукции в режиме реального времени на основе информации поступающей с производственного уровня, обеспечение должного контроля качества, выявление критических точек и проблем, требующих особого внимания.
• Управление производственными процессами (PM) - Мониторинг производственных процессов, автоматическая корректировка либо диалоговая поддержка решений оператора.
• Управление техобслуживанием и ремонтом (MM) - Управление техническим обслуживанием, плановым и оперативным ремонтом оборудования и инструментов для обеспечения их эксплуатационной готовности.
• Отслеживание истории продукта (PTG) - Визуализация информации о месте и времени выполнения работ по каждому изделию. Информация может включать отчеты: об исполнителях, технологических маршрутах, комплектующих, материалах, партионных и серийных номерах, произведенных переделках, текущих условиях производства и т.п.
• Анализ производительности (PA) - Предоставление подробных отчетов о реальных результатах производственных операций. Сравнение плановых и фактических показателей.

1.2 Примеры MES-систем

Рассмотрим краткие характеристики наиболее распространенных MES-систем: PI System, ИУС «Орбита», Plan2 Business Solution, Simatic PCS7, Т-Factory-6.

PI System (Plant Information System) фирмы OSI Software, США - универсальная информационная система сбора, хранения и представления в едином формате данных от различных ПЛК, DSC, SCADA-систем, устройств ручного ввода и пр. PI System поддерживает клиент - серверную архитектуру [6]. Клиентское ПО базируется на ОС Win 9x/NT/2000/XP. Основными компонентами системы являются PI Server - БДРВ с подсистемой обработки данных, PI System имеет свыше 250 интерфейсов для связи с ПЛК, DSC, SCADА-системами. В состав ПО клиентских приложений PI System входят [6]:

• PI DateLink - выводит данные из архива PI System в электронные таблицы MS Excel.
• PI Process Book - построение мнемосхем с параметрами процесса, графиков, диаграмм.
• PI Batch View - просмотр и анализ периодических процессов.
• PI АСЕ - анализ производительности и эффективности процесса в реальном времени.
• PI ACI - создание интерактивных мнемосхем для просмотра любым Web-браузером.
• Sigma Fine - анализ работы измерительных устройств.

Основой обработки и хранения информации данных в РВ являются серверы - MS SQL Server и IndustrialSQL Server.

Система Plan2Business Solution обеспечивает представление технологической информации любому пользователю системы в реальном времени. В семейство Plan2Business Solution входят следующие программные средства [6]:

• Plan2Business Server;
• Plan2NET;
• Plan2Pocket;

Компонент Plan2Business Server, является основой Plan2Business Solution, взаимодействующей со SCADA системами Citect и FIX, базами данных реального времени Oracle и MS SQL Server, используемыми для хранения конфигурационных и технологических данных. Для интеграции с MS Word, Excel, Access, Internet Explorer и др. Используются открытые технологии типа MS ActiveX. В состав Plan2Business Server входят ряд клиентских приложений, настраиваемых в соответствии в требованиями пользователя, в том числе тренды, алармы, данные для встраивания в электронные таблицы.

Кроме того, Plan2Business Server имеет встроенные средства резервирования с возможностью переключения с основного на резервный и средства защиты информации.

Конфигурирование и администрирование Plan2Business Server осуществляется с помощью Plan2Business Server Manager.

Plan2NET на основе Plan2Business Server и используя современные WEB-технологии, способен доставить информацию  пользователю в любой точке  системы. Plan2NET имеет встроенный анализатор тревог для наблюдения за событиями на производстве и их диагностики. Данные выводятся в виде трендов, номограмм, диаграмм или таблиц.

Plan2Pocket предназначен для  доступа к технологической и  оперативной информации с помощью  средств беспроводной связи, основанной  на современных стандартных технологиях.

Simatic PCS7 - интегрированная  система управления процессом  производства фирмы Siemens, Германия.

Отличительные особенности системы [6]:

• Открытая модульная система (используются интерфейсы DDE, ОРС, ODBC, SQL);
• Гибкость и масштабируемость системы;
• Возможность резервирования модулей системы, в том числе ПЛК, сетей, устройств ввода- вывода и системы HMI;
• Соответствие международным стандартам, таким как Ethernet, TCP/IP, ОРС для обмена данными с корпоративным уровнем управления;
• Наличие модульного программного пакета BATCH flexible для автоматизации дискретных рецептурных процессов, сопрягаемого с SAP R/3.

Система обеспечивает горизонтальную и вертикальную интеграцию предприятия - от уровня датчиков до уровня управления предприятием.

Коммуникация в системе Simatic PCS7 основана на стандартах Simatic Net, Industrial Ethernet, Fast Ethernet и PROFIBUS. В качестве ОС используется Win NT. Для настройки системы PCS7 применяется Simatic-менеджер от STEP 7, а в качестве языка программирования по стандарту IEC 61131-3 используется язык SFC. Для разработки интерфейса операторской станции используется графический редактор WinCC.

Система PCS7 оперирует преимущественно с контроллерами Simatic S7-400 с интерфейсом шины PROFIBUS-DP. ПЛК подсоединяется к системной шине через Industrial Ethernet. Для высокоскоростной передачи данных в системах с требованиями безопасности применяется Fast Ethernet (100 Мбит/с) с резервированной кольцевой структурой и физической средой - оптоволокно.

Программное обеспечение Simatic PCS7 включает интерфейс @aGlance и сервер @PCS7@aGlance, обеспечивающий доступ к данным технологического процесса для различных приложений в любое время, в том числе через сети Internet/Intranet.

InfoPlus.21 - информационная система  управления в режиме РВ интегрирована с системой Simatic PCS7.

1.3 Российский разработки MES-систем

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", [email protected]), T-Factory-6 (http://www.adastra.ru/products/overview/MES/).

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.

Рисунок 3 - "ФОБОС": Диаграмма Ганта загрузки оборудования - типичный MES интерфейс [8]

Рисунок 4 - "YSB.Enterprise.Mes": Пример расчета производственного расписания [9]

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.

Рисунок 5 - "PolyPlan": Оперативное календарное планирование гибких автоматизированных производств [10]

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.

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), и примеры расчетов убеждают, показывая их быструю окупаемость.

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.

Система «T-Factory-6» компании AdAstra Research Group (Россия).

Программный продукт T-Factory-6 предназначен для автоматизации бизнес-процессов. T-Factory-6 относится к классу MES-систем и призван решать задачи учета производственных затрат, сырья и энергии, учета простоев оборудования, расчета себестоимости продукции и др. задачи. Достоинством системы является ее интеграция со SCADA-системой Trace Mode 6, при разработке которых используется технология автопостроения.

Разработка проекта АСУ ТП со SCADA-системой Trace Mode 6 служит ее основой ее интеграции с MES-системой T-Factory-6. Модули T-Factory-6 обеспечивают управление производственными заданиями (функции MES-систем) и управление человеческими ресурсами (HRM). Модуль ЕАМ обеспечивает учет и техническое обслуживание, получение и анализ информации об отказах оборудования, учет затрат энергоресурсов. Модуль HRM контролирует кадровый состав предприятия, организационные структуры предприятия, цеха, участка, позволяет грамотно планировать трудовые ресурсы для выполнения конкретных задач.

Наиболее ответственным в системе является MES-модуль, в котором интегрируется вся информация от АСУ ТП и модулей ЕАМ и HRM. Модуль MES позволяет рассчитать сроки выполнения заказов и корректировать их в режиме реального времени, рассчитать и корректировать себестоимость продукции, рассчитать необходимые для выполнения задания ресурсы (материальные, финансовые, кадровые), а также обеспечивает передачу информации в ERP-систему предприятия.

Для хранения данных о ходе технологических и производственных процессов используется единая СУБД реального времени SIAD6. Предусмотрено «горячее» резервирование серверов БД защита от несанкционированного доступа. Данные о технологическом процессе поступают в T-Factory-6 из МРВ Trace Mode 6, а с верхнего бизнес-уровня - от операторских станций, Web-серверов, по GSM-каналам.

T-Factory-6 содержит бесплатную  инструментальную среду для разработки и проверки полнофункционального проекта (до покупки лицензии с ограничением времени непрерывной работы).

Глава 2. Создание реляционной базы данных

2.1 Структура таблиц

Таблица chem_dish (химическая посуда)

Структура таблицы

Данные таблицы

Таблица norm_doc (нормативные документы)

Структура таблицы

Данные таблицы

Таблица Vid_mat (виды материала)

Структура таблицы

Данные таблицы

Таблица Producer (производитель)

Структура таблицы

Данные таблицы

2.2 Связи между таблицами

Список использованных источников

1. Cимонович, С.В. Информатика. Базовый курс. [текст]: учебник для вузов/ С.В. Симонович. – Спб.: Питер, 2004 – 640 с.
2. Вейскас Дж. Эффективная работа с Microsoft Access [текст]: учебник/ Дж. Вейскас. – СПб: Питер, 2001 – 976 с.
3. Ершов, С.В. Информатика. Разработка баз данных – Архангельск: АГТУ, 2007 – 27 с.
4. http://www.insapov.ru
5. http://www.tadviser.ru
6. http://asutp.ru
7. http://life-prog.ru
8. http://www.mesa.ru
9. http://www.orel.ru/jsb
10. polyplan.on.ufanet.ru
11. http://www.adastra.ru/products/overview/MES/