Значение внедрения автоматизированных систем управления в повышении эффективности производства

Введение.

Главная задача любого производственного предприятия  – зарабатывать денежные средства или их эквиваленты. И в этом одна из ведущих ролей отводится автоматизированным системам управления предприятием (АСУП). Развитие предприятий зависит от их способности добиваться запланированного уровня доходов и получения соответствующей прибыли. Этого можно достичь только в том случае, если обеспечивать заказчиков необходимой продукцией в нужное время , в нужном месте и в нужном количестве, т.е. спланировав производство и доставку товаров. 
     Процесс формирования основного плана можно  охарактеризовать следующим образом: «Никакие цифры на производственном предприятии не подлежат такому тщательному контролю, как основной план производства». 
     План  лежит в основе любого, в том числе и капиталистического, производства. И это, соответственно, должен быть разумный план, который связан с производством, а его реализация не допускает дефицита и перепроизводства товаров. Вот эту самую «разумность», начиная с середины 70-х годов прошлого столетия, начали обеспечивать сначала системы MRP (Manufacturing Resource Planning – планирование ресурсов производства), затем – MRPII, и наконец, – ERP (Enterprise Resource Planning – планирование ресурсов предприятия), которые обобщены в АСУП. 
     На  сегодняшний день, с полной уверенностью можно утверждать, что в условиях современной жесткой конкуренции организованного динамичного рынка, даже самые малорентабельные производственные предприятия не могут позволить себе отказаться от столь мощных и эффективных средства развития, как: 
     -  автоматизация управления технологическими  процессами (АСУТП), выполняющая задачи, связанные непосредственно с  производством;   
     -  автоматизация управления производством (АСУП), выполняющая административно-хозяйственные задачи.  
     Существование этих двух средств одного без другого  технически и организационно малоэффективно и, соответственно, экономически нецелесообразно.  
     В сегодняшней интерпретации к «нижней» группе задач (АСУТП) в     иерархии управления производством относят системы технических средств типа SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) или DCS (Distributed Control Systems), которые принадлежат к классу НМІ-систем (Human-Machine Interface – человеко-машинный интерфейс). Благодаря наличию этих технических средств в совокупности, главным образом, с периферийными первичными средствами автоматизации (первичные преобразователи, полевые средства контроля, управления и сигнализации, концевые выключатели, соленоидные клапаны1, позиционеры регулирующей и отсечной пневмо- и электроприводной арматуры), технологический персонал имеет возможность наблюдать в режиме “On line” за ходом технологического процесса и оказывать своевременное влияние на него при помощи человеко-машинного интерфейса к соответственно запрограммированным логическим контроллерам PLC (Programmable Logic Controller). 
     Системы второй группы относятся к классу систем MRP или ERP. ERP-системы ориентированы на предприятие в целом, а MRP – на его производственные подразделения. 
     Для производственного предприятия  АСУП призваны решать пять основных задач – планирование, подготовка, обеспечение производства, производство продукции, сбыт продукции. 
     К общим функциям ERP-систем относят руководство предприятием, финансовую деятельность, функции поддержки (информационное и техническое обеспечение, работу с кадрами, делопроизводство, юридическую деятельность), взаимодействие с дочерними предприятиями, филиалами и представительствами. Между этими функциями существует специальный интерфейс, который зависит от специфики бизнес-процессов предприятия. 
     Вследствие  обособления задач, не относящихся  ни к одной из ранее определенных групп, возникла промежуточная группа MES-систем (Manufacturing Execution Systems). К ним принято относить приложения, отвечающие за управление производственными и людскими ресурсами в рамках технологического процесса, планирование и контроль последовательности операций технологического процесса, управление качеством продукции, хранение исходных материалов и произведенной продукции по технологическим подразделениям, техническое обслуживание производственного оборудования, связь систем ERP и SCADA/DCS. 

Глава 1. Значение внедрения автоматизированных систем управления в повышении эффективности производства.

1.1.Понятие автоматизированных систем управления.

Интенсивное усложнение и увеличение масштабов промышленного производства, развитие экономико-математических методов управления, внедрение компьютеров во все сферы производственной деятельности человека, обладающих большим быстродействием, гибкостью логики, значительным объёмом памяти, послужили основой для разработки автоматизированных систем управления, которые качественно изменили формулу управления, значительно повысили его эффективность. Достоинства компьютерной техники проявляются в наиболее яркой форме при сборе и обработке большого количества информации, реализации сложных законов управления.

Автоматизированная система управления – это, как правило, система «человек-машина», призванная обеспечивать автоматизированный сбор и обработку информации, необходимый для оптимизации процесса управления. В отличие от автоматических систем, где человек полностью исключён из контура управления, автоматизированная система управления предполагает активное участие человека в контуре управления, который обеспечивает необходимую гибкость и адаптивность автоматизированной системы управления.[2]

Основным назначением автоматизированной системы управления является получение высокой эффективности разработки, внедрения и эксплуатации различных по назначению производственных систем. Появление автоматизированной системы управления обусловлено необходимостью совершенствования организационной структуры управления предприятием, организацией, учреждением и т.п.

Общеизвестно, что физическим носителем является сигнал. В автоматизированной системе управления на уровне технологического процесса в качестве такого носителя выступает электрический сигнал, на уровне организационно-экономической системы – документ.

Существенными этапами информационного цикла являются процессы и обработки информации. Хранение информации необходимо для того, что бы иметь в памяти компьютера информационную модель системы, окружающей среды и процесса управления, что бы ее можно было в любой момент предоставить пользователю.

На первом этапе внедрения автоматизированной системы управления (60-е годы XX века) был выявлен ряд неудач, объясняющийся тем, что с помощью автоматизированной системы управления зачастую автоматизировали беспорядок, имевший место в управлении производством до их создания, чем способствовали дезорганизации производства.

Новое поколение автоматизированная система управления немыслимо без информационной технологии принятия управленческого решения. В качестве объекта автоматизации здесь выступают технологические процессы. Трудно перечислить все процессы, которые решаются с помощью автоматизированных систем. Использование автоматизированных систем для решения проблем требует:

1. разработки методов и средств доступа к ресурсам компьютера с целью упрощения технологии предоставления пользователю информационно-вычислительных услуг;

2. повышения интеллектуальности доступа пользователя к ресурсам компьютера;

3. концентрации информации в узлах доступа;

4. создания локальных и использование глобальных распределенных сетей ЭВМ.

В основе функционирования автоматизированной системы управления в библиотеке лежит процесс автоматизированного управления, отличающегося от автоматического тем, что в контуре управления активная роль отводится человеку, на которого возлагается функция ввода, хранения, поиска, передачи и приема информации, а так же принятия решения в различных условиях производства.

Рассмотрим упрощённую структурную схему переработки данных в автоматизированной системе управления (рис. 1). Цифрами обозначены этапы переработки данных. Из анализа схемы видно, что этапы 1, 2, 3, 4, 8, 9 в своём составе могут содержать много операций, которые не требуют творческого участия человека и, следовательно, могут быть выполнены техническими средствами. Этапы же 5, 6, 7 требуют творческого подхода к решению поставленных задач, этап 7 вообще не может быть осуществлён без участия человека, т.к. несёт в себе элемент правовой ответственности.

Рис. 1. Упрощенная схема переработки информации в автоматизированных системах управления.

Поэтому следует говорить не о вытеснении человека из контура управления сложными системами, а о рациональном распределении функций управления между человеком и техническими средствами, освобождающем человека от решения рутинных задач и возлагающем на него задачи, решение которых требует творчества.

Существенными признаками автоматизированных систем управления является наличие больших потоков информации, сложной информационной структуры, достаточно сложных алгоритмов переработки информации. Общими свойствами и отличительными особенностями автоматизированных систем управления как сложных систем являются следующие:

- наличие большого числа  взаимосвязанных и взаимодействующих  элементов, причём изменение в  характере функционирования какого-либо  из элементов отражается на  характере функционирования другого  и всей системы в целом;

- система и входящие  в неё разнообразные элементы  в подавляющем большинстве являются  многофункциональными;

- взаимодействие элементов  в системе может происходить  по каналам обмена информацией, энергией, материала и др.;

- наличие у всей системы  общей цели, общего назначения, определяющего  единство сложности и организованности, несмотря на всё разнообразие  входящих в неё элементов;

- переменность структуры (связей и состава системы), обеспечивающий  многорежимный характер функционирования;

- взаимодействие элементов  в системе и с внешней средой  в большинстве случаев носит  стохастический характер;

- автоматизация имеет  высокую степень, в частности  широкое применение средств автоматики  и вычислительной техники для  гибкого управления и механизации умственного и ручного труда человека, работающего в системе;

- управление в подавляющем  большинстве систем носит иерархический  характер, предусматривающий сочетание  централизованного управления или  контроля с автономностью её  частей. 
1.2.Понятие об автоматизации управления производством

Научно-технический прогресс приводит к росту скорости производства. Если «скорость» управления при этом постоянна, то качество управления падает, ибо управление как бы «не успевает» за производством.

Одновременно научно-технический прогресс создает предпосылки для повышения качества управления за счет использования вычислительной техники, математических методов, теории управления и автоматизации управления. Все это концентрируется, находит конкретную реализацию в автоматизированных системах управления (АСУ).

Управление в простейшей форме заключается в сборе информации (данных о ходе технологического процесса), ее переработке и выводе управляющей информации для изменения хода процесса. Этот цикл происходит периодически или непрерывно и может осуществляться с помощью автоматизированной системы управления, которая выполняет все или некоторые из перечисленных операций.

Рис. 2. Схема автоматизированного управления технологическим процессом

В схеме, представленной на (рис. 2), выбор оптимального хода технологического процесса обеспечивается АСУ ТП. Обратная связь проявляется в том, что изменения состояния процесса, возникшие в результате управляющих воздействий со стороны АСУ ТП и внешних случайных воздействий, в виде данных о ходе процесса снова поступают в АСУ ТП.

Данные о состоянии производства и аварийные сигналы применяются при оперативном управлении и частично накапливаются для статистических расчетов и анализа. Значительная часть этих данных может собираться в виде отклонений от плана, нормы, задания. Данные оперативного учета используются также при оперативном планировании.

Качество управления определяется тремя основными факторами: выбором эффективного решения, своевременностью его принятия и возможностью реализации этого решения.

Основным путем повышения качества управления является автоматизация управления производством, при которой перечисленные задачи решаются средствами вычислительной техники.

Приведем пример высокого качества управления. При реализации билетов на самолеты используются автоматизированные информационные системы, хранящие данные о свободных местах на все рейсы. По запросам пассажиров, вводимым в систему кассирами, система сообщает сведения о наличии мест и учитывает реализацию билетов. Это позволяет снизить число свободных мест в самолетах, своевременно вводить резервные рейсы.

Сложность управления технологическим процессом определяется суммарными потоками информации, которые выявляются в процессе тщательного изучения и анализа, сложностью их обработки и использования результатов. Эти потоки определяют число датчиков, устанавливаемых в АСУ ТП, и устройств вывода информации, алгоритмы обработки информации, объемы памяти ЭВМ.

Стоимость управления является одним из важных показателей управления. Большую часть стоимости определяют затраты на оргтехнику и математическое обеспечение. Последнее, порой, бывает во много раз дороже. Проблема стоимости вычислительной техники находит свое решение в использовании локальных вычислительных сетей. Широкое внедрение ПЭВМ дает возможность децентрализации обработки информации. Система управления технологическим процессом независимо от размещения ЭВМ должна обеспечить получение информации, передачу ее в систему обработки данных, обработку (систематизацию, сортировку, вычисления) и выдачу команд, управляющих ходом производства и обеспечивающих строгую регламентацию протекающих процессов, печатных документов, информационных сообщений и советов (рис.3).

 
 
Рис. 3. Структурная схема автоматизированного управления ТП.

В автоматизированной системе управления сбор, переработка и вывод информации осуществляются автоматически или автоматизировано. При обработке информации для анализа обстановки, кроме текущих данных о состоянии производственного процесса, используют также нормативные данные, плановые данные и математическое описание (модель) производства.

Управление с автоматическими органами управления образует автоматическую систему с замкнутой цепью воздействий (с обратной связью). Разработка и внедрение такой системы возможны лишь при наличии большого опыта эксплуатации разомкнутых систем с непосредственным управлением человеком или группой людей, которые принимают решение на основании своего опыта и знания производства.

Уровни автоматизации управления обычно совпадают с принятыми уровнями управления.

На предприятиях ряда отраслей промышленности различают три уровня в общей схеме автоматизированного управления предприятием:

• автоматизация управления технологическими процессами (нижняя ступень);

• автоматизация управления на уровне производств (средняя ступень);

• автоматизация управления на уровне предприятия (верхняя ступень).

На нижней ступени решаются технические задачи: соблюдение технологических режимов, правил эксплуатации оборудования и техники безопасности. На этой ступени применяют локальные системы стабилизации и регулирования параметров, поисковую автоматику, некоторые элементы вычислительной техники, а также автоматическую сигнализацию, блокировку, регистрацию и т. п.

На средней ступени определяется экономически обоснованное распределение нагрузок между цехами и агрегатами, оптимальный режим технологического процесса, а также вырабатываются и передаются команды управления системам автоматизации нижней ступени. Для этого используют системы централизованного сбора информации и программы для анализа деятельности производства.

На верхней ступени решаются технические и в основном экономические задачи. Планируется производство отдельных цехов и участков, выполняются учетные работы, осуществляется управление транспортом, складами, энергоресурсами, определяются показатели для оперативного управления, которые передаются в соответствующие системы автоматизации средней ступени.

Решение вопросов автоматизации на уровне всех трех ступеней является, по существу, решением вопросов комплексной автоматизации производств.

Обычно АСУ ТП находится на нижней ступени автоматизации, однако может в зависимости от обстоятельств охватывать среднюю и высшую ступени управления, но не подменяя АСУ П.[4]

1.3 Виды автоматизированных систем управления.

В зависимости от роли человека в процессе управления, форм связи и функционирования звена «человек-машина», оператором и компьютером, между компьютером и средствами контроля и управления все системы можно разделить на два класса:

1. Информационные системы, обеспечивающие сбор и выдачу в удобном виде информацию о ходе технологического или производственного процесса. В результате соответствующих расчётов определяют, какие управляющие воздействия следует произвести, чтобы управляемый процесс протекал наилучшим образом. Основная роль принадлежит человеку, а машина играет вспомогательную роль, выдавая для него необходимую информацию.

2. Управляющие системы, которые обеспечивают наряду со сбором информации выдачу непосредственно команд исполнителям или исполнительным механизмам. Управляющие системы работают обычно в реальном масштабе времени, т.е. в темпе технологических или производственных операций. В управляющих системах важнейшая роль принадлежит машине, а человек контролирует и решает наиболее сложные вопросы, которые по тем или иным причинам не могут решить вычислительные средства системы.

Цель информационных систем - получение оператором информации с высокой достоверностью для эффективного принятия решений. Характерной особенностью для информационных систем является работа компьютера в разомкнутой схеме управления. Причём возможны информационные системы различного уровня.

Информационные системы должны, с одной стороны, представлять отчёты о нормальном ходе производственного процесса и, с другой стороны, информацию о ситуациях, вызванных любыми отклонениями от нормального процесса.

Различают два вида информационных систем: информационно-справочные (пассивные), которые поставляют информацию оператору после его связи с системой по соответствующему запросу, и информационно-советующие (активные), которые сами периодически выдают абоненту предназначенную для него информацию.

В информационно справочных системах компьютера необходима только для сбора и обработки информации об управляемом объекте. На основе информации, переработанной в компьютере и предоставленной в удобной для восприятия форме, оператор принимает решения относительно способа управления объектом.

Системы сбора и обработки данных выполняют в основном те же функции, что и системы централизованного контроля и являются более высокой ступенью их организации. Отличия носят преимущественно качественный характер.

В информационно-советующих системах наряду со сбором и обработкой информации выполняются следующие функции:

- определение рационального  технологического режима функционирования  по отдельным технологическим  параметрам процесса;

- определение управляющих  воздействий по всем или отдельным  параметрам процесса;

-  определение значений (величин) установок локальных регуляторов.

Данные о технологических режимах и управляющих воздействиях поступают через средства отображения информации в форме рекомендаций оператору. Принятие решений оператором основывается на собственном понимании хода технологического процесса и опыта управления им. Схема системы советчика совпадает со схемой системы сбора и обработки информации.

Управляющая система осуществляет функции управления по определённым программам, заранее предусматривающим действия, которые должны быть предприняты в той или иной производственной ситуации. За человеком остаётся общий контроль и вмешательство в тех случаях, когда возникают непредвиденные алгоритмами управления обстоятельства. Управляющие системы имеют несколько разновидностей.

Супервизорные системы управления. Автоматизированная система управления, функционирующая в режиме супервизорного управления, предназначена для организации многопрограммного режима работы компьютера и представляет собой двухуровневую иерархическую систему, обладающую широкими возможностями и повышенной надёжностью. Управляющая программа определяет очевидность выполнения программ и подпрограмм и руководит загрузкой устройств компьютера.

 Системы прямого  цифрового управления. Компьютер непосредственно вырабатывает оптимальные управляющие воздействия и с помощью соответствующих преобразователей передаёт команды управления на исполнительные механизмы. Режим прямого цифрового управления позволяет применять более эффективные принципы регулирования и управления и выбирать их оптимальный вариант; реализовать оптимизирующие функции и адаптацию к изменению внешней среды и переменным параметрам объекта управления; снизить расходы на техническое обслуживание и унифицировать средства контроля и управления. 
1.4.Внедрение АСУП

При внедрении автоматизированных систем управления предприятием в большинстве случаев возникает активное сопротивление сотрудников на местах, которое является серьезным препятствием для консультантов и вполне способно сорвать или существенно затянуть проект внедрения.Это вызвано несколькими человеческими факторами: обыкновенным страхом перед нововведениями, консерватизмом (на пример, кладовщику, проработавшему 30 лет с бумажной картотекой, обычно психологически тяжело пересаживаться за компьютер), опасение потерять работу или утратить свою незаменимость, боязнь существенно увеличивающейся ответственности за свои действия. Руководители предприятия, принявшие решение автоматизировать свой бизнес, в таких случаях должны всячески содействовать ответственной группе специалистов, проводящей внедрение информационной системы управления предприятием, вести разъяснительную работу с кадрами, и, кроме того:

• Создать у сотрудников всех уровней твёрдое ощущение неизбежности внедрения;

• Наделить руководителя проекта внедрения достаточными полномочиями, поскольку сопротивление иногда (часто подсознательно, или в результате неоправданных амбиций) возникает даже на уровне топ-менеджеров;

• Всегда подкреплять все организационные решения по вопросам внедрения изданием соответствующих приказов и письменных распоряжений.

На некоторых этапах проекта внедрения временно возрастает нагрузка на сотрудников предприятия. Это связано с тем, что помимо выполнения обычных рабочих обязанностей, сотрудникам необходимо осваивать новые знания и технологии. Во время проведения опытной эксплуатации и при переходе к промышленной эксплуатации системы в течение некоторого времени приходится вести дела, как и в новой системе, так и продолжать ведение их традиционными способами (поддерживать бумажный документооборот и существовавшие ранее системы). В связи с этим, отдельные этапы проекта внедрения системы могут затягиваться под предлогом того, что у сотрудников и так хватает срочной работы по прямому назначению, а освоение системы является второстепенным и отвлекающим занятием. В таких случаях руководителю предприятия, помимо ведения разъяснительной работы с уклоняющимися от освоения новых технологий сотрудниками необходимо:

• Повысить уровень мотивации сотрудников к освоению системы в форме поощрений и благодарностей;

• Принять организационные меры к сокращению срока параллельного ведения дел.

Внедрение большинства крупных систем автоматизации управления предприятием производится по следующей технологии: на предприятии формируется небольшая (3-6 человек)рабочая группа, которая проходит максимально полное обучение работе с системой, затем на эту группу ложится значительная часть работы по внедрению системы и дальнейшему ее сопровождению. Применение подобной технологии вызвано двумя факторами: во-первых, тем, что предприятие обычно заинтересовано в том, чтобы у него под рукой были специалисты, которые могут оперативно решать большинство рабочих вопросов при настройке и эксплуатации системы, а во-вторых, обучение своих сотрудников и их использование, всегда существенно дешевле аутсорсинга. Таким образом, формирование сильной рабочей группы является залогом успешной реализации проекта внедрения.

Особенно важным вопросом является выбор руководителя такой группы и администратора системы. Руководитель, помимо знаний базовых компьютерных технологий, должен обладать глубокими знаниями в области ведения бизнеса и управления. В практике крупных западных компаний такой человек занимает должность CIO (Chief Information Officer) которая обычно является второй и в иерархии руководства компании. В отечественной практике, при внедрении систем такую роль, как правило, играет начальник отдела АСУП или ему аналогичного[17]. Основными правилами организации рабочей группы являются следующие принципы:

• Специалистов рабочей группы необходимо назначать с учетом следующих требований: знание современных компьютерных технологий (и желание осваивать их в дальнейшем), коммуникабельность, ответственность, дисциплинированность;

• С особой ответственностью следует подходить к выбору и назначению администратора системы, так как ему будет доступна практически вся корпоративная информация;

• Возможное увольнение специалистов из группы внедрения в процессе проекта может крайне негативно отразиться на его результатах. Поэтому членов группы следует выбирать из преданных и надежных сотрудников и выработать систему поддержки этой преданности в течение всего проекта;

• После определения сотрудников, входящих в группу внедрения, руководитель проекта должен четко расписать круг решаемых каждым из них задач, формы планов и отчетов, а также длину отчетного периода. В наилучшем случае, отчетным периодом должен быть один день.

1.4.1. Основные проблемы автоматизированных систем управления.

Основные проблемы и задачи, возникающие в большинстве случаев при внедрении информационных систем управления предприятием и рекомендации по их решению.

1) Отсутствие постановки задачи  менеджмента на предприятии

Наверное, этот пункт является наиболее значимым и сложным. Он является более глобальным и включает в себя не только методологии управления, но также философские и психологические аспекты. Дело в том, что большинство руководителей управляют своим предприятием только исходя из своего опыта, своей интуиции, своего видения и весьма неструктурированных данных о его состоянии и динамике. Как правило, если руководителя попросить описать в каком-либо виде структуру деятельности своего предприятия или набор положений, исходя из которых он принимает управленческие решения, дело достаточно быстро заходит в тупик.

Грамотная постановка задач менеджмента является важнейшим фактором, влияющим как и на успех деятельности предприятия в целом, так и на успех проекта автоматизации. Например, совершенно бесполезно заниматься внедрением автоматизированной системы бюджетирования, если само бюджетирование не поставлено на предприятии должным образом, как определенный последовательный процесс.

Поэтому, первое, что необходимо сделать для того, чтобы проект внедрения информационной системы управления предприятием оказался удачным - максимально формализовать все те контуры управления, которые собственно Вы планируете автоматизировать. В большинстве случаев, для осуществления этого не обойтись без привлечения профессиональных консультантов, но по опыту, затраты на консультантов просто не сопоставимы с убытками от проваленного проекта автоматизации.